La topographie (topos = lieu ;  graphien = décrire) est la science permettant de décrire un lieu. Elle fait partie des disciplines coopérant avec l’archéologie. Par le biais de relevés, le topographe peut établir des cartes représentant des zones d’un site archéologique.

Les multiples données qu’il relève seront synthétisées dans des plans regroupant les informations sur la position (orientation), sur les artefacts ou/et les ecofacts du terrain ainsi que l’échelle du plan.          

Le topographe doit avoir une bonne connaissance du terrain pour le retranscrire sur une carte plane. C’est pour cela que durant la mesure du terrain il doit prendre en compte les divers reliefs terrestres.

C’est essentiel pour l’archéologue d’être en contact avec le topographe puisque sans carte la vision de son chantier est restreinte.

Le nivellement direct appliqué à l’archéologie.

            Le nivellement (ou altimétrie) représente l’ensemble des opérations topographiques nécessaires pour déterminer des altitudes par la mesure de dénivelées. Ces mesures se réalisent à partir de l’altitude connue d’une référence (elle-même calculée à partir du niveau 0 des mers).

Le point origine des altitudes en France a été redéfini pour la dernière fois en 1969. Il se situe au Marégraphe de Marseille et permet de déterminer le niveau moyen des mers. À partir du “O de Marseille”, plus de 400 000 point repères ont été définis.

 

Figure 1 - Repère de nivellement de la place Raspail (Lyon, 7e). Altitude: 168,141 m.

Plusieurs types de nivellement existent. Durant les cours, c’est le nivellement direct qui a été étudié.

Le nivellement direct permet de mesurer des différences d’altitudes à partir de visées horizontales.

Pour ce faire, l’utilisation d’un niveau et d’une mire (échelle linéaire graduée en centimètres) sont indispensables.

La mise en place correcte du niveau est une étape non négligeable pour éviter les erreurs. Il doit se situer à mi distance des deux points à mesurer. La distance entre le niveau et les points à mesurer doit être de l’ordre de 15 - 25 m (maximum 30 m). Cela s’explique car plus la portée est longue et plus l’écart entre la lecture et l’horizontalité est important.

Une fois l’emplacement choisi, la méthodologie est relativement simple mais importante. Il faut :

- Positionner le trépied de façon à ce que le plateau soit le plus horizontal possible (cela se fait “à l’oeil”). On doit également choisir une station où le trépied pourra être installé de manière la plus stable possible.

Figure 2 - Horizontalité du trépied (leica NA 720_Mode d'emploi, p.11)

- Visser le niveau sur le plateau en s’aidant de la vis centrale.

- Régler la nivelle sphérique: à l’aide des vis calantes, placer la bulle entre ses repères. Faire pivoter l’appareil de 180° (200 grades). Si la bulle reste entre ses repères, le niveau est correctement installé. Si ce n’est pas le cas, attention à l’erreur dite de “hauteur d’axe”.

Figure 3 - Réglage de la nivelle sphérique (LEICA NA720_Mode d'emploi, p. 12)

Avant de faire une lecture, il faut régler la lunette à sa vue. Cela se fait en tournant l’oculaire de la lunette. Les traits du réticule doivent apparaître bien nets et noirs.

 Figure 4 - Réglage du réticule (LEICA NA720_Mode d'emploi, p. 13)

 Le réticule et la mire.

  Figure 5 - Le réticule, trois fils et une mire.

Le contrôle de lecture devrait, idéalement, être effectué de manière systématique. Or celui-ci est souvent omis faute de temps notamment. Sur les chantiers, seul le fil niveleur est “lu” et noté. La cohérence des lectures peut être plus facilement contrôlée si on lit le fil stadimétrique supérieur (FSH), le fil stadimétrique inférieur (FSB) et le fil niveleur (FN). En notant sur un carnet ces trois lectures, il sera plus aisé de détecter d’éventuelles erreurs.

En effet on doit toujours avoir : FN = (FSB + FSH) / 2

Cette vérification devrait se faire directement sur le terrain.

La lecture de la mire se fait en mm pour une raison simple : il faut éviter les virgules qui peuvent être accidentellement mal placées (particulièrement dans le cadre d’un chantier de fouille).

Des niveaux électroniques utilisant notamment une mire à code barres sont de plus en plus souvent utilisés sur les chantiers. Facile à utiliser, ils utilisent des principes de compensation similaires au niveau automatique.

Calculer la dénivelée.

La détermination de la dénivelée entre deux points s’opère en comparant les distances verticales mesurées par rapport au plan horizontal de référence (le plan de visée).

Pour calculer une dénivelée, il faut d’abord effectuer une première lecture arrière (celle-ci correspond au point dont on connait l’altitude) puis une lecture avant. On déplace le niveau puis on reprend le dernier point mais cette fois-ci en lecture arrière. Et ainsi de suite…

En calculant les différences des lectures verticales, on obtient les dénivelées des points mesurés.

Figure 6 - Un bon cheminement : un niveau bien installé, une mire tenue verticalement et quelques fleurs.

Une fois le cheminement terminé, la dénivelée totale sera égale à la somme des dénivelées partielles.

Déterminer des altitudes.

A partir du calcul de la dénivelée, on peut donc également déterminer des altitudes de points particuliers. D’autres méthodes existent mais toutes consistent à mesurer une ou plusieurs différence d’altitude par rapport à un plan ou un point connu.

La relation entre l’altitude (Z) d’un point de départ A1 avec celle du point d’arrivée A2 est donnée par l’équation : ZA2 = ZA1 + Σ (LAR – LAV)

Où l’alitude du point de départ est connue.

LAR : Lecture arrière - LAV : Lecture avant

Mesurer des distances.

Le principe : la longueur de la mire visible entre les deux fils stadimétriques est proportionnelle à la distance.

Un niveau peut donc également servir à mesurer des distances avec une précision de 10 cm maximum.

Le chiffre 100 représente la constante stadimétrique (le rapport entre la distance horizontale et la longueur de la mire). Cette constante est établie par les constructeurs.

D = (FSH – FSB) x 100

Ici FSH et FSB sont notés en mm. Le résultat sera en mm.

Pour un résultat en m :

D = (FSH – FSB) / 10

Le carnet de terrain :

Très important, il y a tout de même la théorie

… et la pratique.

La dénivelée totale du point A vers le point F se calcule par la somme des lectures arrière diminuée de la somme des lectures avant.

Ici la dénivelée (en m) est égale à (1,54 + 1,29 + 1,54 + 1,27 + 1,64) – (1,53 + 1,41 + 1,06 + 1,49 + 1,78) = 0,01

Les différentes mesures prises vont également permettre de détecter d’éventuelles erreurs. En effet la différence de la somme des lectures arrière diminuée de la somme des lectures avant doit être égale à la somme des dénivelées positives diminuée de la somme des dénivelées négatives (attention aux unités).

La distance parcourue et le nombre de stations vont également permettre de calculer la tolérance acceptée du cheminement. En effet lors d’un cheminement, l’altitude du point calculée est, pour plusieurs raisons (lectures fausses, dérèglement de l’appareil etc.), différente de l’altitude du point de référence vraie. Il faut déterminer une tolérance qui est une valeur algébrique au delà de laquelle l’écart entre la valeur vraie et la valeur calculée n’est plus admissible. Un arrêté interministeriel a établi les règles pour calculer cette tolérance.

Le nivellement par rayonnement.

Très utilisé sur les chantiers de fouille, le nivellement par rayonnement se réalise à partir d’une seule station. Il consiste à déterminer des altitudes de points par rapport à un repère dont l’altitude est connue. Cette première lecture permet de connaître l’altitude du plan de visée et à partir de là de déterminer les autres altitudes en calculant la différence de lecture par rapport au point de repère. L’intérêt de cette technique est la rapidité mais la contrainte majeure réside dans le fait qu’aucun contrôle ne peut être effectué pour s’assurer que les mesures sont exactes…

Figure 7 - Principe du nivellement par rayonnement

 

Les systèmes de coordonnées

Outre ces quelques notions, l’enseignement se propose d’aborder principalement les systèmes de coordonnées.

L’apprentissage d’autres notions, concernant la modélisation et la représentation de la terre, s’avèrent indispensable à la compréhension de ces systèmes. Il s’agit notamment de l’ellipsoïde de révolution et du géoïde.

Figure 8 - Représentation du géoïde terrestre et de l'ellipsoïde de révolution

Ces notions permettent d’aborder plus précisément les systèmes géodésiques et les systèmes géographiques. Les premiers correspondent à une modélisation de la terre et à une représentation du géoïde terrestre. Ils sont caractérisés par des systèmes de référence (réseaux de stations géodésiques = référentiel géodésique). Les seconds correspondent à un référentiel de la surface terrestre et dépendent directement des systèmes géodésiques utilisés.

Enfin, l’enseignement se propose d’aborder la définition et la composition des systèmes altimétriques.

Plan : représentation exacte de la réalité (éch. 1/50e au 1/5000e)

Carte : représentation symbolique de la réalité (éch. 1/10 000e au 1/100 000e)

 

AUTEURS : Delphine Gollentz, Sébastien Nieloud-Muller, Stéphanie Roussel

 

Petit bonus