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Sciences humaines | Le 2 mai 2026, par André Roussainville. Format : article (3 feuillets).

Un « rover archéologue » à gravimètre quantique ausculte les sous-sols de Reims

Gravimétrie quantique et prospection archéologique

En avril 2026, à Reims, un rover à capteur quantique a arpenté un parking pour détecter des vestiges médiévaux enfouis dans les sous-sols de la ville : il s’agit d’une première mondiale pour cette application, réalisée dans le cadre d’un projet européen de gravimétrie (étude des variations de la pesanteur) porté par la société française Exail. Le site n’a pas été choisi au hasard : bâtie sur la craie du Campanien (époque du Crétacé supérieur, vers 80 Ma), la ville est depuis une décennie l’objet de campagnes d’études géophysiques, après deux effondrements de chaussée survenus en plein centre-ville.

Série Bulles et tunnels / Israfil Dough © Sambuc éditeur, 2026

C’est sur un parking du centre-ville de Reims qu’une expérience scientifique inédite s’est déroulée le 25 avril 2026 : un rover à quatre roues, embarquant un gravimètre différentiel quantique développé par l’entreprise française Exail, a ausculté méthodiquement le sous-sol à la recherche de structures archéologiques médiévales. Il s’agissait de la toute première application de cette technologie à l’archéologie, dans le cadre du projet européen de gravimétrie quantique FIQUgs (Field and Industrial Quantum Gravimetry using Ultracold Atoms), qui réunit dix partenaires issus de sept pays.

Reims et la craie du Campanien

Le choix de Reims tient à une histoire géophysique qui remonte à juin 2016, lorsque deux effondrements de chaussée se produisirent à onze jours d’intervalle dans une rue passante du centre-ville, à moins de dix mètres l’un de l’autre. Ces affaissements, d’environ trois mètres de profondeur, furent attribués à l’effondrement de caves mal comblées datant d’avant la Première Guerre mondiale — un héritage de la reconstruction hâtive des années 1920, au cours de laquelle de nouvelles rues furent tracées là où s’élevaient autrefois des immeubles, dont les sous-sols ne furent que partiellement rebouchés. La ville de Reims, bâtie sur la craie du Campanien (étage situé entre 83 et 72 Ma, et qui caractérise également les falaises de Normandie), est en effet parcourue de centaines de cavités souterraines creusées au fil des siècles, des galeries romaines aux crayères des maisons de champagne.

Microgravimétrie : en quête d’anomalies gravitationnelles

À la suite de ces incidents, la municipalité mandata le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) pour évaluer l’ampleur du risque d’effondrement dans les rues avoisinantes. Une campagne de microgravimétrie classique, conduite en trois phases entre juin et décembre 2016, fut déployée sur 680 stations de mesure espacées de cinq mètres, selon les résultats publiés en 2020 dans le Journal of Applied Geophysics par Thomas Jacob et ses collaborateurs du BRGM. Cette méthode, dite de microgravimétrie, repose sur la mesure des infimes variations de la pesanteur terrestre : toute cavité souterraine, moins dense que la roche environnante, génère une légère anomalie gravitationnelle négative, trahissant sa présence depuis la surface.

L’opération se révéla délicate ; le tissu urbain dense de Reims imposait en effet aux géophysiciens de corriger les effets parasites des bâtiments et des structures souterraines connues — parkings, caves, galeries —, lesquelles produisent elles-mêmes des anomalies gravimétriques susceptibles de masquer le signal recherché. À l’issue de la campagne, vingt-trois emplacements de forage furent recommandés. Les sondages pratiqués conduisirent à la découverte, sous la place de l’Hôtel-de-Ville, d’une cave à deux niveaux voûtés dont la présence fut révélée par une anomalie gravitationnelle majeure ; par mesure de conservation, la Ville de Reims décida de préserver ces sous-sols et de réaménager la zone en espace piétonnier, réduisant ainsi les charges appliquées en surface.

Un outil de prospection non invasive pour les profondeurs

C’est ce terrain parfaitement documenté qui fit de Reims un site de choix pour valider le capteur quantique d’Exail dans le cadre du projet FIQUgs. Là où la campagne de 2016 avait eu recours à un gravimètre classique positionné manuellement en chaque point de mesure, le rover de 2026 parcourt la surface de façon autonome, embarquant un gravimètre quantique qui exploite le comportement d’atomes ultrafroids en chute libre pour atteindre une sensibilité inégalée. La confrontation entre les données de 2016 et celles recueillies cette semaine vise à valider la technologie en conditions réelles ; deux autres campagnes, sur des formations géologiques distinctes, auront lieu d’ici septembre aux Pays-Bas et dans la Nièvre. Une première expérimentation avec un prototype avait déjà été conduite à Lisbonne en 2024.

La gravimétrie quantique embarquée se distingue des autres outils de prospection non invasive, au premier rang desquels le lidar (Light Detection And Ranging), par sa capacité à sonder l’épaisseur même du sous-sol plutôt que sa seule surface topographique. Le capteur d’Exail, jusqu’ici déployé de façon statique en volcanologie et en hydrologie, pourrait à terme trouver des débouchés bien au-delà de l’archéologie : le génie civil et le bâtiment, notamment pour la détection préventive de vides menaçant des infrastructures, figurent parmi les applications les plus prometteuses de cette technologie.

André Roussainville

Quiz sur la craie, la gravimétrie et l’archéologie

Principe de la gravimétrie quantique. — Sur quel phénomène physique repose la détection de cavités souterraines par un gravimètre quantique ?

A. La réflexion d’ondes sonores sur les parois des cavités. — B. Les variations locales de l’intensité de la pesanteur terrestre. — C. L’émission de rayonnements électromagnétiques par le sol creux.

Les variations locales de l’intensité de la pesanteur terrestre

Limites du lidar en archéologie. — Pourquoi le lidar, pourtant largement utilisé en archéologie, ne suffit-il pas à détecter des structures enfouies en profondeur ?

A. Il est trop coûteux pour être déployé sur de grandes surfaces. — B. Sa résolution est insuffisante pour distinguer des vestiges anciens. — C. Il mesure la surface topographique du sol sans pénétrer dans le sous-sol.

Il mesure la surface topographique du sol sans pénétrer dans le sous-sol

Domaines d’application antérieurs du capteur quantique d’Exail. — Dans quels domaines scientifiques le capteur quantique développé par Exail était-il déjà employé avant son intégration sur un rover mobile ?

A. La sismologie et la météorologie. — B. La volcanologie et l’hydrologie. — C. La glaciologie et l’océanographie.

La volcanologie et l’hydrologie

Caractère non invasif de la méthode. — Qu’est-ce qui distingue fondamentalement la gravimétrie quantique d’une méthode de prospection invasive du sous-sol ?

A. Elle nécessite l’installation préalable de capteurs enterrés. — B. Elle n’interagit avec le sous-sol que par l’analyse de la masse, sans y introduire quoi que ce soit. — C. Elle requiert un forage de faible diamètre pour calibrer les mesures.

Elle n’interagit avec le sous-sol que par l’analyse de la masse, sans y introduire quoi que ce soit

Perspectives industrielles de la gravimétrie mobile. — Au-delà de l’archéologie, dans quel secteur la gravimétrie quantique embarquée sur un engin mobile présente-t-elle des débouchés particulièrement identifiés ?

A. L’industrie pharmaceutique, pour le contrôle qualité de produits sensibles à la pression. — B. Le génie civil et le bâtiment, notamment pour la détection de cavités menaçant des infrastructures. — C. L’industrie minière offshore, pour la cartographie des fonds marins.

Le génie civil et le bâtiment, notamment pour la détection de cavités menaçant des infrastructures