THÈSE DE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE PARIS 6 Spécialité Géophysique Appliquée Présentée par M. Alexis Mojica Abrego Pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE PARIS 6 Sujet de la thèse Application des méthodes géophysiques à la détection des sites précolombiens dans la région centrale de Panama et paramétrisation géoarchéologique dans le site hispanique de Panama Viejo Soutenue le 12 janvier 2007 Devant le jury composé de : M. Alain Tabbagh Président du jury M. Nicolas Florsch Directeur de thèse Mme. Véronique Darras Rapporteur M. Chistophe Petit Rapporteur M. Bernardo Fernández Examinateur M. Louis Pastor Invité M. Richard Vanhoeserlande Invité M. Omar Jaén Suárez Invité À Haldir, Marianellys, Gabriela et María À mon père, ma mère, mon frère et mon neveu Ricardo Tascon (en mémoire) ii Remerciements Je veux remercier Dieu pour m’avoir donné la force de tous les jours. A toute ma famille pour être toujours – là, avec moi et pour m’avoir donné l’esprit pour continuer. À Nicolas Florsch pour sa patience, direction de ce travail, et son amitie ; sans son aide et conseils ce travail jamais etait fini. À M. Alain Tabbagh et M. Pierre Mechler pour m’avoir accueilli dans le sein de ce laboratoire. Je voudrai remercier spécialement Louis Pastor pour son aide de toujours et la révision de cette thèse. Très spécialement Richard Vanhoeserlande pour son appui à tout moment aussi, la révision de ce travail et son amitie de toujours. Vous êtes les coordinateurs des 6 écoles de Géophysique Appliquée pour l’Amérique Centrale, merci bien pour ses visions d’aide pour notre Amérique Centrale. À Isabelle Florsch pour son aide dans ce travail et son amitié de toujours. Mme Tabbagh pour m’avoir aidé dans la partie de modelisation géophysique. Mme Henriette Pastor pour tout, son amitié de toujours. M. Pierre Andrieux pour son amitie et pour m‘avoir aidé au début de cette aventure. En fin, à tous mes amis français pour leur amitie sincère de toujours. À toute l’équipe du Sisyphe de Paris 6 pour partager aussi ses experiences sur la prospection géophysique avec moi et de m’avoir enseigné dans quelque manière, comme obtenir une transparence du sous – sol. M. Bernardo Fernández pour m’avoir accueilli dans le laboratoire de l’Estation RN – 50 de l’Université de Panama et aussi, pour son aide pendant le développement de cette thèse de doctorat. Un remerciement très spécial à Julia Mayo (Smithsonian Tropical Research Institute) et Beatriz Rovira (Patronato de Panamá Viejo) pour les revisions faites dans l’aspect archéologique de Panama. Carlos Mayo, Richard Cooke y Guillermina De Gracia du Smithsonian Tropical Research Institute pour m’avoir donné son aide total dans ce projet. Je voudrai remercier aussi très spécialement M. Sigfrido Beluche (Ingenieur du Laboratoire d’Instrumentation Électronique de l’Université de Panama) pour ses conseils, direction et iii Remerciements appui dans la construction, avec Leomar Acosta, de la source de courant de haute puissance mais surtout, pour son amitie. Je voudrai remercier aux rapporteurs Christophe Petit et Véronique Darras pour la révision et critiques constructives de ce travail. D’egale façon, je voudrai remercier Mme. Julieta de Arango, Juan Guillermo Martín, Félix Durán, Alfredo Ross et toute l’équipe du Patronato de Panamá Viejo pour son appui dans la concretisation de ce travail de recherche. À Aline Kottmann (Université de Tübingen, Alemagne), Arno Patzelt et Harry Scherzer de Terrana Geophysik (Alemagne) pour partager ses experiences de champ dans le site archéologique de Panamá Viejo. À Juan Carlos Morón, Luis Pérez, Omayra Pérez, Orlando Caballero, Donato Delgado, Rigo Pinzón y Gilberto González pour leur aide dans les manips. Je voudrai remercier tous les membres du CCCAC (Norma Peña et tous là – bas) pour avoir mis en œuvre toutes les écoles de géophysique appliquée en Amérique Centrale. Grâce à vous, cette thèse à été finie de manière positive. D’égale manière, je veux remercier l’Ambassade de France à Panama et le Service Culturel Français pour son appui dans ce travail de recherche. Et finalement l’ambassade de Panama en France pour sa disposition et appui. À mon ami de toujours Ricardo Tascon qui malheureusement, n’a pas eu l’opportunité d’être ici … où que tu sois, mon ami, merci pour ton amitie et pour tes enseignements. À tous ... Merci beaucoup iv Résumé Cette thèse de cotutelle franco – panaméenne est la première étude archéologique complète par les méthodes de géophysique appliquée de deux secteurs culturels fondamentaux de l’histoire de Panama : la zone Précolombienne du Gran Coclé de la région centrale et la première ville Hispanique du Panamá Viejo détruite en 1671. Des prospections magnétiques (cartes) et électriques (cartes et panneaux électriques) ont été réalisées sur le site Précolombien de El Caño occupé depuis 5000 avant J.C., le magnétisme conforté par l’électrique à mis en évidence, en l’absence de structures construites, un système de drainage et une occupation cérémonielle du site. A 20 km de ce site, des mines d’où était extrait du matériel abrasif, style pierre ponce, ont été aussi prospectées. Sur le site de Panamá Viejo pollué par la proximité de l’actuelle capitale, seul l’électrique est exploitable et a permis de préciser une géographie du site (accés vers le port de Nombre de Dios sur l’Atlantique, caractère semi insulaire d’un quartier et d’approfondir une connaisance de quelques édifices. Pour ces deux sites les résultats confortent les travaux des historiens et archéologues qui sont rappelés dans cette thèse. Enfin nous avons conclu notre travail de géophysiciens par une modélisation des données prospectées sur le Panamá Viejo et El Caño. v Table des Matières Remerciements . . . . . . . . . iii Résumé . . . . . . . . . . v Table des Matières . . . . . . . . . vi Introduction Générale . . . . . . . . 1 Chapitre 1 – Contexte historique . . . . . . . 5 1.1 Les peuplements précolombiens du secteur central de Panama . . 5 1.2 Les premières sociétés européenes de l’isthme . . . 7 Chapitre 2 – Contexte archéologique . . . . . . 11 2.1 Le contexte archéologique précolombien . . . . 11 2.1.1 Les premiers habitants de la région centrale de l’isthme de Panama, l’horizon Paléoindigène et Pré – céramique . 11 2.1.1.1 L’horizon Paléoindigène . . . . 11 2.1.1.2 La période Pré – Céramique . . . . 14 2.1.2 Évolution des entités culturelles de l’isthme. Période Céramique de la zone centrale . . . . . 15 2.1.2.1 La période Céramique . . . . . 16 2.2 Le contexte archéologique colonial . . . . . 20 Chapitre 3 – Les méthodes géophysiques appliquées à l’archéologie . . 23 3.1 Introduction . . . . . . . . 23 3.2 La prospection géophysique . . . . . . 24 3.2.1 La méthode magnétique . . . . . 24 3.2.1.1 Les propriétés magnétiques de la matière . . 25 3.2.1.2 Le magnétisme rémanent . . . . 27 3.2.1.3 La nature du champ géomagnétique . . . 29 3.2.2 La prospection électrique . . . . . 32 3.2.2.1 Généralités . . . . . . 32 3.2.2.2 Le panneau électrique . . . . 36 3.3 Application de la prospection magnétique et électrique à l’archéologie 41 vi Table des Matières 3.4 Instrumentation géophysique . . . . . . 43 3.4.1 Instrumentation magnétique . . . . . 43 3.4.2 Instrumentation électrique . . . . . 45 3.4.2.1 Injecteur de courant de haute puissance . . 45 3.4.2.2 Injecteur de faible puissance (type tchak – tchak) . 46 3.4.3 Autres systèmes utilisés dans cette recherche . . . 47 3.5 Autres méthodes géophysiques appliquées à la prospection archéologique 48 3.5.1 Les méthodes électromagnétiques . . . . 48 3.5.2 Les méthodes électrostatiques . . . . . 51 3.5.3 Les méthodes thérmiques et gravimètriques . . . 52 Chapitre 4 – Explorations géophysiques dans les sites précolombiens de la partie centrale de Panama . . . . . . . 54 4.1 Généralités . . . . . . . . 54 4.2 Le site archéologique de El Caño . . . . . 55 4.2.1 La prospection magnétique . . . . . 57 4.2.2 La prospection électrique . . . . . 64 4.2.3 Synthèse de résultats . . . . . . 71 4.2.4 Fouilles archéologiques . . . . . 72 4.2.5 Autres prospections électriques (les monticules) . . 74 4.3 Site archéologique Las Minas de la Pintada (LP – 134) . . 76 Chapitre 5 – Explorations géophysiques sur le site hispanique du Panamá Viejo . 81 5.1 Préambule . . . . . . . . 81 5.2 Occupations récentes . . . . . . . 82 5.3 Fouilles archéologiques dans le site . . . . . 83 5.4 La prospection magnétique . . . . . . 85 5.5 La prospection électrique . . . . . . . 88 5.5.1 La cartographie électrique . . . . . 88 5.5.1.1 La zone Ouest de Panama Viejo . . . 90 5.5.1.2 La zone Est de Panama Viejo . . . 92 5.5.2 Le panneau électrique . . . . . . 95 5.6 La prospection électromagnétique . . . . . 104 Chapitre 6 – Importance du processus de modélisation en prospection géophysique 107 6.1 Introduction . . . . . . . . 107 vii Table des Matières 6.2 La modélisation d’une anomalie magnétique . . . . 107 6.3 La modélisation d’une anomalie électrique . . . . 112 6.3.1 Modélisation cartographique des anomalies crées par des corps 3D . . . . . . . 113 6.3.2 Imagerie électrique 2D d’un modèle conceptuel . . 116 Chapitre 7 – Synthèse et perspectives . . . . . . 121 7.1 La zone culturelle du Gran Coclé . . . . . 121 7.1.1 La prospection magnétique . . . . . 122 7.1.2 La prospection électrique . . . . . 122 7.2 Le site archéologique de Panamá Viejo . . . . . 123 7.2.1 La prospection magnétique . . . . . 124 7.2.2 La prospection électrique . . . . . 124 7.2.3 La prospection électromagnétique . . . . 125 7.3 Perspectives . . . . . . . . 125 Liste des figures . . . . . . . . . 126 Références bibliográphiques . . . . . . . 133 viii Introduction Générale Les caractéristiques géographiques et climatiques de l’isthme Panaméen sont variées et (comme pour tout pays ) ont eu un impact significatif dans la diversification des économies et stratégies de subsistance des groupes humains qui habitèrent cette bande isthmique depuis les premiers peuplements de la fin du Pliocène (Mayo, 2004). Nous ferons donc une rapide introduction descriptive de la géographie physique et des premiers peuplements de cette région. L’isthme de Panama (75517 km2) apparaît comme un S aplati orienté Est – Ouest, d’une longueur d’environ 500 km sur une largeur moyenne d’un peu plus de 100 km, limité au Nord – Ouest par le Costa Rica et au Sud – Est par la Colombie (dont faisait partie Panama de 1821 jusqu’à 1903, date de l’indépendance Panaméenne). Le canal situé dans la partie la plus étroite à peu près au milieu de l’isthme, sépare au nord l’océan Atlantique (Mer des Caraïbes) de l’Océan Pacifique. La montagne volcanique joue un rôle important, elle surplombe les côtes des Caraïbes et est le prolongement de la cordillière Costaricaine jusqu’à la zone du canal (Sierra de Tabasara). Au delà du canal, les reliefs s’atténuent jusqu’à la Colombie (Serranía de Darién). D’un point de vue climatique, l’isthme est situé dans la zone inter – tropicale près de l’équateur terrestre, mais l’étroitesse de cet isthme entre les 2 océans Atlantique et Pacifique et l’importance de l’orographie sont des facteurs déterminants de ce climat tropical très fortement influencé par les masses océaniques et qui se tempère en altitude. On peut grossièrement définir trois zones de pluviométrie: Région Pacifique Caractérisée par des pluies abondantes d’intensité entre modérée et forte, accompagnées dans la soirée d’activité électrique, la saison des pluies associées à des tourmentes et cyclones va de mai à novembre avec fréquemment une période intermédiaire un peu plus sèche connue comme “le petit été” en juillet et août. La période sèche se situe entre janvier et avril. Région Centrale Les pluies se produisent en général dans l’après – midi et sont provoquées par des flux prédominants en provenance des Caraïbes et du Pacifique, les pluies modérées ou fortes sont accompagnées de vents souvent forts et d’activité électrique, cette zone centrale est la plus 1 Introduction Générale continentale du pays et l’orographie à un rôle important, tempérant le climat en altitude. La saison sèche est entre janvier et avril. Région Atlantique Il pleut quasiment durant toute l’année (∼ 250 mm), de décembre à février, il y a de très abondantes pluies provoquées par les incursions du système frontal de l’hémisphère nord vers les latitudes tropicales. Le reste de l’année les pluies sont dûes aux déplacements des systèmes atmosphériques tropicaux sur le bassin des Caraïbes et aux vents marins. Dans ce contexte, le niveau de préservation de nombreux sites archéologiques est assez bon, eu égard à ces caractéristiques géographiques et tropicales. Bien que Panama ne possède pas de sites précolombiens avec des architectures monumentales (comme les structures mesoaméricaines) de nombreux sites subsistent, tout comme évidemment les restes des premières implantations hispaniques. Donnons enfin un aperçu du peuplement de Panama: Période précolombienne En accord avec divers auteurs (Bush et Colinvaux, 1990; Piperno et al, 1991) les premières immigrations datent de la période paléoindigène (¿ - 9000 avant J.C.) et entrainent les premières transformations du paysage géographique. Par la suite, les diverses études archéologiques, linguistiques et génétiques ont montré que les mouvements de populations sont seulement locaux ou régionaux. Les premières populations sont de type chasseurs – cueilleurs dans des abris rocheux (Pearson et Cooke, 2002). Par la suite entre 9100 et 400 avant J.C. se développe l’habitat aux pieds des collines (300 à 800 m d’altitude) sur le versant Pacifique. Les études de paléobotanique montrent qu’à cette époque ces populations se livrent à l’agriculture extensive et à l’établissement des premiers regroupements d’habitat aldeas. Les travaux d’Isaza (Isaza, 1993) situent vers 1000 avant J.C. les premiers habitats organisés aux bords des grandes rivières de Coclé (dans la zone centrale de Panama). Puis avec l’évolution des structures sociales de ces peuples, les divers paysages humains deviennent plus complexes, certains habitats prennent de l’essor en relation avec la spécialisation agricole et aux innovations technologiques (période de 1000 avant J.C. jusqu’au début de l’ère chrétienne). Après et jusqu’à l’arrivée des Espagnols, les vallées colluviales des rivières La 2