Comparison of Spatiotemporal Variations in Rhone River Hydraulic Systems Using Statistical Analysis of Radiocarbon Data
Comparaison des variations spatio-temporelles des systèmes hydrauliques rhodaniens par traitements statistiques de données radiocarbone
Résumé
Statistical analysis of radiocarbon data has revolutionized quantitative approaches in archaeology over the past two decades, leading to numerous studies on ancient population dynamics (Shennan, 2018; Timpson et al., 2014; Crema et al., 2016; Berger et al., 2019; Palmisano et al., 2023). These methods have also been applied to reconstruct paleohydrological dynamics (lakes and rivers) (Johnstone et al., 2006; Macklin et al., 2010; Magny, 2004; Berger and Brochier, in press). The geoarchaeological study of numerous hydraulic networks in the Rhône Valley, conducted over the past thirty years through preventive archaeology projects (TGV Méditerranée, gravel pits, extensive diagnostic surveys), collaborative research programs (PCR, ANR, scheduled excavations), and the annual programming of Artemis-CNRS, has resulted in a metadata set comprising several hundred radiocarbon and/or chronocultural dates. Their regular occurrence in the analyzed agrarian archives, along with the coherence of stratified radiocarbon series, generally ensures robust chronostratigraphic contexts and reliable spatiotemporal representativeness. This enables a quantitative approach to accumulated date series, as previously tested by J.-F. Berger (2015). Published quantitative academic studies are based on the analysis of date density variations, referred to as CPDF (Cumulative Probability Density Function) or SPD (Sum of Probability Distributions), whose statistical limitations have recently been discussed (Timpson et al., 2014; Crema et al., 2017; Ward and Larcombe, 2021). These are termed “activity curves” in a new feature of ChronoModel version 3.2.3. This tool not only calculates CPDF (as in OxCal or RCarbon applications) but also determines a 95% confidence envelope that accounts for the number of dates involved and the uncertainties associated with those dates. Additionally, it provides a significance score derived from smoothing the activity curve, which maximizes deviation from the null hypothesis of a uniform random distribution of dates (i.e., peaks and troughs would be deemed non-significant). The datasets used require prior contextual and critical analysis: this includes the types of dated materials (peat, bulk samples, old wood effects, local reservoir effects, etc.), sampling contexts that must be grounded in precise initial chronostratigraphic control (anthropogenic disturbances from repeated dredging, sediment mobilization due to repeated scouring of ditch/canal walls upstream, diverse bioturbations), and the formation processes of dated organic assemblages (layers, charcoal lenses, dispersed charcoal/seeds, etc.). Our unpublished database has therefore undergone a critical selection process and formatting for statistical analysis using ChronoModel. The activity curve of hydraulic systems reveals significant multi-centennial oscillations beginning in the Late Iron Age. We will discuss the results on a regional scale (northern Narbonensis province during the Roman period) and then compare two principal study areas 200 km apart, situated in distinct bioclimatic environments (Northern Dauphiné–Upper Rhône and Tricastin-Valdaine), to analyze the main evolutionary trends of agrarian systems since the Gallic period. Finally, we will compare the CPDF curves obtained with those of settlement dynamics, paleohydrological activity, and regional paleoenvironmental trends, to propose hypotheses on the causal factors behind the trajectories of agrarian systems and, more broadly, Rhône River socio-environmental systems.
Les traitements statistiques de données radiocarbone ont révolutionné les approches quantitatives en archéologie depuis une vingtaine d’années et donné lieu à de nombreuses études sur les variations du peuplement ancien (Shennan, 2018 ; Timpson et al., 2014 ; Crema et al., 2016 ; Berger et al., 2019 ; Palmisano et al., 2023). Elles ont également été utilisées pour la restitution des dynamiques paléohydrologiques (lacs, fleuves) (Johnstone et al., 2006 ; Macklin et al., 2010 ; Magny, 2004 ; Berger et Brochier, sous presse). L’étude géoarchéologique de nombreux réseaux hydrauliques de la vallée du Rhône (analyse des similitudes), effectuées depuis trente ans dans le cadre d’opérations d’archéologie préventive (TGV Méditerranée, gravières et larges diagnostics), de projets collectifs de recherche (PCR, ANR, fouilles programmées…) et des programmations annuelles d’Artemis-CNRS, a permis de constituer une métadonnée de dates radiocarbone et/ou chronoculturelles (plusieurs centaines). Leur intercalation régulière dans les archives agraires étudiées, la cohérence des séries radiocarbone stratifiées, garantissent dans la plupart des cas un contexte chronostratigraphique robuste et leur bonne représentativité spatio-temporelle. Elles permettent d’envisager une approche quantitative des séries de dates accumulées, préalablement testée par J.-F. Berger (2015). Les études quantitatives académiques déjà publiées se fondent sur l’analyse des variations de densités de dates, appelée CPDF (Cumulative probability density function) ou SPD (Sum of Probability Distributions), dont les limites statistiques ont été récemment discutées (Timpson et al., 2014 ; Crema et al., 2017 ; Ward et Larcombe, 2021). Elles sont nommées « courbes d’activité » dans une nouvelle fonctionnalité de ChronoModel version 3.2.3., et permettent non seulement le calcul de la CPDF (comme dans les applications OxCal ou RCarbon), mais aussi de déterminer une enveloppe d’erreur (à 95%) qui tient compte du nombre de dates impliquées dans le calcul ainsi que des incertitudes associées à ces dates. Elles proposent également un score de signification déterminé par le lissage de la courbe d’activité qui maximise l’écart à l’hypothèse alternative d’une distribution au hasard uniforme des dates (autrement dit les pics et les creux seraient non significatifs). Les BD utilisées nécessitent une analyse contextuelle et critique des données en amont : des types de matériaux datés tout d’abord (tourbe, bulk, effet vieux bois, effets réservoir locaux…), des contextes d’échantillonnage qui doivent reposer sur une parfaite maîtrise initiale des chronostratigraphies (perturbations anthropiques par re-curages multiples, déstockages sédimentaires par sapes répétées des parois de fossés/canaux en amont, bioturbations diverses…) et de la formation des assemblages de vestiges organiques datés (lits, lentilles charbonneuses, charbon/graine dispersée…). Notre base de données inédite a donc fait l’objet d’une sélection critique, puis d’une mise en forme pour les besoins des traitements statistiques sous ChronoModel. La courbe d’activité des systèmes hydrauliques montre des oscillations aux échelles pluri-séculaires très significatives à partir du second âge du Fer. Nous discuterons des résultats à l’échelle régionale (le nord de la province de Narbonnaise pour la période antique), puis des comparaisons entre les 2 principales zones d’étude, distantes de 200km, situées dans des environnements bioclimatiques différents (Nord Dauphiné-haut Rhône et Tricastin-Valdaine), afin d’analyser les principales tendances évolutives des systèmes agraires depuis la période gauloise. Nous comparerons enfin les courbes CPDF obtenues avec celles des dynamiques du peuplement, de l’activité paléohydrologique et des tendances paléoenvironnementales régionales, afin de proposer des hypothèses sur les causalités de la trajectoire des systèmes agraires et de façon plus large des systèmes socio-environnementaux rhodaniens.