Quand la géomorphologie dialogue avec la papyrologie/When geomorphology and papyrology talk together

Le contexte géomorphologique du puits de Dios/Jovis

par Maël Crépy[*]

(English version below)

En 2007, Hélène Cuvigny et Adam Bülow-Jacobsen ont fait paraître dans le journal Chiron un article portant sur l’ostracon O.Dios inv. 90 (TM 700933), mis au jour dans le dépotoir du fortin de Dios/Abu Qurayya[1]. Ce fortin, également appelé Iovis dans les sources, est situé sur la route de Coptos à Bérénice.

Localisation des fortins du désert Oriental au IIe s. ap. J.-C. (d’après d’après J.-P. Brun, « Chronologie des forts des routes de Myos Hormos et de Bérénice durant la période gréco-romaine », dans J.-P. Brun, T. Faucher, B. Redon, S. Sidebotham, Le désert oriental d’Égypte durant la période gréco-romaine : bilans archéologiques, 2018, fig. 19)

Il servait, comme la série de fortins dans lequel il prenait place, à abriter une petite garnison et surtout à surveiller et permettre la circulation des personnes et des biens sur la route qui reliait le Nil à la mer Rouge.

Comme tous les fortins romains érigés dans le désert Oriental à cette époque, Dios abritait en son centre un puits.

Vue générale du fortin de Dios (d’après J.-P. Brun, art. cit., fig. 20)

L’ostracon, daté du règne d’Hadrien, évoque les difficultés de creusement du puits du fortin de Dios par un épimélète chargé des puits :

« À [Servius] Sulpicius Serenus, procurator Augusti. [De la part de …]as, commissaire chargé des puits. Je veux que tu saches, seigneur, que, [sur ton ordre, je] suis descendu dans le puits. J’ai un peu creusé et j’ai rencontré de la roche dure qui a même émoussé les ciseaux. Sache [donc], Seigneur, que (le puits) donne à peine le tiers de l’eau qu’il donnait. C’est pourquoi je te prie, s’il plaît à ton Génie, de m’envoyer un forgeron, quinze mines d’acier battu et quatre hommes costauds de la familia dont voici précisément les noms : Iustus, Krètikos, …, Glaukôn …  » (traduction Bülow-Jacobsen, Cuvigny 2007).

Suite à une rencontre organisée entre membres du projet Desert Networks en juin 2018 à Lyon, des échanges se sont engagés sur l’interprétation environnementale, géomorphologique et hydrogéologique du contenu d’O.Dios inv. 90 entre Hélène Cuvigny et Maël Crépy. Le croisement des données papyrologiques, topographiques et géologiques a permis de produire le texte qui suit.


L’étude des cartes topographiques[2] et géologiques[3], complétée par l’observation des images satellitaires permet de réaliser un bilan préliminaire du contexte géomorphologique du praesidium de Dios qui permet de mieux comprendre le contenu d’O.Dios inv. 90. Le croisement de cette source textuelle avec les données géomorphologiques permet d’émettre des hypothèses interprétatives concernant le type d’alimentation et de fonctionnement du puits qui alimentait Dios. La traduction du texte établie par Hélène Cuvigny indique que cet ouvrage a connu au moins une phase d’entretien pendant sa période d’utilisation, que cet entretien ne s’est pas limité à un curage, et que l’approfondissement ou l’élargissement de la partie drainante du puits s’est heurté à la dureté des roches locales. L’étude de la géologie locale permet de mieux comprendre l’origine de ces difficultés.

Fonctionnement du puits de Dios

Le puits se situe dans le lit majeur du wadi Abu Qurayyah, dont le bassin versant amont est assez réduit (moins de 30 km2), ce qui limite considérablement les apports en eaux de surface lors des précipitations et des crues. La surface topographique y est constituée d’apports alluviaux et éoliens quaternaires reposant directement sur des roches du socle datée du Late Proterozoic. La grande hétérogénéité du socle, est à l’origine d’une géologie complexe aux alentours de Dios où sont présentes pas moins de sept formations différentes (tableau 1). Malgré la faible précision des cartes, on observe que le puits se trouve sur, ou à proximité immédiate, d’une zone de contact entre trois de ces formations (en gras dans le tableau 1 : gd, mvb et osm). Le creusement du puits dans ce secteur pourrait être lié à cette situation,car les zones de contact géologiques peuvent être particulièrement favorables à la concentration, à la conservation et à la remontée vers la surface de l’eau dans les aquifères.

Dans un tel contexte, on peut envisager divers types de fonctionnement et d’alimentation du puits :

  • exploitation de la nappe des alluvions de wadi que le contact géologique aurait circonscrit, permettant la constitution d’une réserve d’eau importante lors des périodes de pluie, dont l’infiltration aurait été limitée par l’imperméabilité des roches sous-jacentes. Ce type de puits a un fonctionnement largement conditionné par la saisonnalité des pluies et offre un volume peu régulier sur l’année. L’opération mentionnée dans d’O.Dios inv. 90 correspondrait donc à une volonté d’approfondir ou d’élargir cette réserve pour en accroître le volume ;
  • exploitation d’un aquifère de fracture dans les roches du substrat géologique. Selon le type de nappe, la recharge peut être largement conditionnée par les pluies durant la période d’utilisation du puits (comme pour les puits dans les nappes d’alluvions), ou au contraire être liée à des héritages de périodes plus humides. La variation de la ressource dans le temps n’est donc pas saisonnière, mais correspond à une baisse progressive des volumes disponibles au fil du temps. L’opération aurait donc consisté en un approfondissement ou en un élargissement de la partie inférieure du puits, dans les roches du socle, dans le but d’en augmenter la surface drainante et de faire face à une évolution à la baisse des volumes d’eau disponibles.
Tableau1 : formations géologiques présentes à proximité de Dios[4]. En gras : trois formations sont en contact aux environs immédiats de Dios.

La taille réduite du bassin versant[5], la faible épaisseur apparente des comblements sédimentaires[6], la géologie locale[7] et la manière dont l’auteur d’O.Dios inv. 90 décrit les variations du volume[8] et ses difficultés de creusement[9] tendent à indiquer que le puits était plutôt du second type, et exploitait effectivement l’aquifère fracturé des roches du socle. L’opération vise donc à répondre à une diminution progressive, sur le long terme, des ressources disponibles dans l’aquifère des roches du socle et à un abaissement du plafond de la nappe[10].

L’opération d’entretien

L’étude de la géologie et de lithologie locale permet également de mieux comprendre pourquoi l’auteur d’O.Dios inv. 90 fait état de telles difficultés de creusement, et demande quatre hommes costauds de la familia, un forgeron et 15 mines d’acier battu. La carte géologique nous permet d’établir une liste des roches présentes dans le secteur ou se situe le puits, et nous permet donc d’avoir une idée de leurs duretés respectives sur l’échelle de Mohs[11]. La dureté de l’acier est estimée entre 5,5 et 7, selon les traitements et les qualités.

Le secteur de Dios sur la carte géologique du wadi al Barramiyah (EGSMA) 

Lorsqu’on confronte cette information aux valeurs observées pour les roches que l’on trouve à Dios (tableau 2), on comprend mieux la description de l’épimélète des puits : hormis le talc, la magnésite et la serpentine, les roches présentes ont une dureté équivalente ou supérieure à l’acier des ciseaux (en gras dans le tableau 2)[12].

L’étude de la géologie et de lithologie locale permet également de mieux comprendre pourquoi l’auteur d’O.Dios inv. 90 fait état de telles difficultés de creusement, et demande quatre hommes costauds de la familia, un forgeron et 15 mines d’acier battu. La carte géologique nous permet d’établir une liste des roches présentes dans le secteur ou se situe le puits, et nous permet donc d’avoir une idée de leurs duretés respectives sur l’échelle de Mohs[11]. La dureté de l’acier est estimée entre 5,5 et 7, selon les traitements et les qualités. Lorsqu’on confronte cette information aux valeurs observées pour les roches que l’on trouve à Dios (tableau 2), on comprend mieux la description de l’épimélète des puits : hormis le talc, la magnésite et la serpentine, les roches présentes ont une dureté équivalente ou supérieure à l’acier des ciseaux (en gras dans le tableau 2)[12].

Tableau 2 : Dureté (échelle de Mohs) des roches présentes dans les environs de Dios. Les valeurs de dureté (qui peuvent varier localement en fonction de la composition exacte des roches) n’ont pas été produites sur le site, mais dans d’autres régions du monde : elles sont donc portées ici à titre indicatif et ne correspondent pas à une mesure de terrain.

Le puits de Dios traverse d’abord des couches récentes et faciles à creuser constituées de terrasses de wadi et/ou d’apports éoliens avant d’atteindre les roches du socle. Une partie d’entre elle peut-être particulièrement facile à creuser (talc, magnésite, serpentine), mais rendre difficile le maintien des parois du puits et nécessiter un coffrage ou un tubage ; le reste des roches, au contraire présente une dureté bien supérieure, qui rend le forage difficile mais assure une plus grande durabilité du conduit du puits, même sans coffrage. Il semble que l’épimélète des puits a rencontré certaines de ces roches dures lors de son diagnostic et creusait bel et bien les roches du socle, tendant à confirmer l’exploitation de l’aquifère fracturé des roches du socle[13].

En l’état, certaines interrogations ne peuvent trouver de réponse : le puits était-il creusé dans la formation de serpentine et de talc dans sa partie supérieure, avant d’arriver dans des roches plus dures ? L’épimélète a t’il atteint un dyke de basalte ? Le puits traversait-il uniquement des roches dures ? Les travaux ont-ils finalement permis d’augmenter les volumes prélevables ? Sans étude de terrain (prospection géomorphologique, fouille et stratigraphie du puits), il est malheureusement impossible d’en savoir plus. Si ces questions demeurent, l’exemple développé ici dévoile pourtant l’immense potentiel du croisement entre les données géologiques préexistantes et les informations tirées d’ostraca dans l’étude de l’exploitation du désert Oriental d’Égypte : il permet, même sans aller sur le terrain, d’identifier clairement le mode de fonctionnement et d’alimentation d’un puits durant l’Antiquité qu’il aurait été impossible de définir en se contentant de l’une ou de l’autre des sources exploitées.


[*] Chercheur associé à l’UMR5133 – Archéorient, CDD Recherche à l’UMR5189 -HiSoMA, projet ERC Desert Networks dirigé par Bérangère Redon.

[1] H. Cuvigny, « Sulpicius Serenus procurator Augusti, et la titulature des préfets de Bérénice », Chiron 37, 2007, p. 11-33.

[2] Feuille NG36 G3a Habal Al-Yutaymah de la couverture au 1/50 000 réalisée par L’Egyptian General Survey Authority et par Finnida, 1989.

[3] El Alfy Z.S., Mostafa M.O., 2009, Geologic map of wadi al Barramiyah quadrangle, Egypt, EGSMA, BGF, Ministry of Petroleum and mineral resources – The Egyptian mineral Resourcees Authority.

[4] Les formations gk1, gb, vi-a et vb sont indiquées bien que ne concernant pas directement le puits de Dios en surface car, en l’absence de données sur les carottages géologiques locaux, il est impossible d’affirmer que le conduit du puits ne les traverse pas en profondeur.

[5] Qui limite considérablement la recharge potentielle lors des pluies.

[6] Qui limite le volume de l’aquifère potentiel et ne permet pas de faire obstacle aux phénomènes d’évaporation

[7] Les roches, marquées par des phénomènes de schistosité (mvb) ou de fracturation (osm) ne constituent pas un bon plancher pour une éventuelle nappe dans la terrasse du wadi, car elles permettent les infiltrations.

[8] La baisse mentionnée ne semble pas correspondre à une variation à court terme, saisonnière, mais bien à une réduction du volume prélevable à long terme.

[9] Un creusement n’étant opéré que dans les dépôts quaternaires ne pourrait justifier les difficultés dont l’auteur d’O.Dios inv. 90 fait mention.

[10]  Soit parce que son exploitation dépassait la capacité de recharge, soit parce qu’elle s’abaisse naturellement à long terme,sur plusieurs milliers ou dizaines de milieux d’années, soit en raison d’une série d’années moins pluvieuses et limitant la recharge.

[11] Échelle ordinale et relative, non linéaire et non logarithmique s’étendant de 1 à 10,qui classe les différents minéraux par comparaison. Elle repose sur la capacité d’une matière à en rayer une autre. 1 sur l’échelle de Mohs correspond au talc, 10 correspond au diamant.

[12] A propos de l’acier, voir également Bülow-Jacobsen A., « Stomoma. Why, what, whence, and how? », in C. Freu, S. Janniard,A. Ripoll (éds.), « Libera curiositas ». Mélanges d’histoire romaine et d’Antiquité tardive offerts à Jean-Michel Carrié. Bibliothèque de l’Antiquité Tardive (BAT 31). Turnhout, Brepols, 2016, 183-189.

[13] Le seul autre phénomène qui aurait pu expliquer une telle difficulté du travail aurait été la formation progressive dans la cuve du puits de dépôts de carbonates de calciums très pur, que la géologie locale ne semble pas permettre.


The Geomorphological Context of the Well at Dios/Iovis

by Maël Crépy[*] (translated by Adam Bülow-Jacobsen)

In 2007, Hélène Cuvigny and Adam Bülow-Jacobsen published in the Chiron journal an article dealing with an ostracon, O.Dios inv. 90 (TM 700933), discovered in the midden of the Roman fort of Dios/Abu Qurayya[1]. The fort, also named Iovis in the written sources, is located on the Coptos-Berenike road.

Location of the Eastern desert forts during the 2nd c. AD (from J.-P. Brun, « Chronologie des forts des routes de Myos Hormos et de Bérénice durant la période gréco-romaine », in J.-P. Brun, T. Faucher, B. Redon, S. Sidebotham, Le désert oriental d’Égypte durant la période gréco-romaine : bilans archéologiques, 2018, fig. 19)

The fort was used, like the other forts along the road, to settle a small garrison and, above all, to control and allow the circulation of goods and persons on the road that once linked the Nil to the Red Sea.

Like the other Roman forts built in the Eastern desert at the same period, Dios hosted a well in its center.

General view of the Dios fort (from J.-P. Brun, art. cit., fig. 20)

The ostracon, dated to the reign of Hadrian, mentions the problems faced by the responsible of the wells to dig a well at Dios.

To [Servius] Sulpicius Serenus, procurator Augusti, [from …]as, overseer in charge of the wells. I want you to know, Sir, that [on your order, I] descended into the well. I dug a little and came upon hard rock that even blunted the points. Be informed that the well gives less than a third of the water it used to give. For this reason, I ask you, if it pleases your Tyche, to send me a blacksmith and four minae of hammered-out steel and four strong men from the familia, namely Iustus, Kretikos, …, Glaukon … (translation Bülow-Jacobsen, Cuvigny 2007).

A discussion about the environmental, geomorphologic and hydrogeological meaning of the content of O.Dios inv. 90 began between Hélène Cuvigny and Maël Crépy after a meeting of the Desert Networks project in Lyon, in June 2018. The comparison between papyrological, topographical and geological data results in the following text.


The study of topographic[2] and geological[3] maps, completed by observations from satel­lite images allows us to give a preliminary overview of the geomorphological context of the praesidium of Dios which gives a better understanding of the text of O.Dios inv. 90. The combination of this textual source with the geomorphological data allows us to advance hypotheses of interpretation concerning the alimentation and functioning of the well at Dios. The translation of the text established by Adam Bülow-Jacobsen and Hélène Cuvigny shows that, during the time it was used, this well was subject to at least one phase of maintenance, that this maintenance was not a simple cleaning, and that the deepening or enlargement of the bottom section of the well was obstructed by the hardness of the local rock. The study of the local geology gives a better understanding of the origin of these difficulties.

Functioning of the well at Dios

The well is situated in the flood plain of Wady Qurayya, of which the upstream catchment is rather small (less than 30 km2), which means that the affluence of water at the time of rain or flash floods is quite limited. The topographic surface consists of quaternary, alluvial or windblown deposits that lie directly on abasement of the Late Proterozoic rock. This basement is heterogeneous which causes a very complex geology around Dios, where no less than seven different formations are present (see Table 1). Although the maps are not very detailed, we see that the well is on, or quite close to, a zone where three of these formations are in contact (in fat on Table 1: gd, mvb, and osm). This might be the reason why the well was dug in this sector, since the geological contact-zones may be specially favourable to the concentration, the conservation, and the mounting to the surface of water from the water-carrying layers.

In this context one may imagine various types of functioning and alimentation of the well:

  • exploitation of the alluvial water-table, which the geological contact limited. This favoured the formation of important water reserves at times of rain, while the impermeable underlying rock prevented the absorbtion into lower layers. The funtioning of this kind of well is largely dependant on seasonal rain and provides an irregular source of water during the year. The operation described on O.Did. inv. 90 would thus be the result of a wish to enlarge this reserve and augment its volume.
  • exploitation of a water-carrying layer in a fault of the underlying bed-rock. According to the type of water-table, the refilling of the well will be largely dependant on the amount of rain during the time of use of the well (as for wells in the alluvial water-table), or, on the contrary, it could depend on water reserves from earlier, more humid, periods. The variation in the water-reserve is thus not seasonal, but depends on a progressive depletion of the accessible water-reserves. The operation will thus have consisted in a deepening or a widening of the bottom section of the well into the bedrock, in order to enlarge the draining surface and thus counter alowering of the well’s capacity.
Table 1. Geological formations present in the vicinity of Dios.[4] In fat: three formations are in contact in the immediate vicinity of Dios.

The small size of the upstream catchment,[5] the thin quaternary sedimentary layer,[6] the local geology,[7] and the way in which the author of O.Dios inv. 90 describes the variation in volume,[8] and his difficulties with digging,[9] would point to a well of the second type which exploited the water in a fault in the bed-rock. The operation therefore appears to be an attempt to solve the problem of a progressive, long-term, reduction of the yield of the accessible resources and a drawdown of the water-table.[10]

The maintenance operation

The study of the geology and the local lithology also lets usunderstand why the author of the ostracon describes such difficulties in the digging, and why he demands four strong men of the familia, a smith and 15 minae of hammered steel. The geological map lets us set up a list of the rocks in the region of the well, and to give us an idea of their respective hardness on the Mohs-scale.[11]

The Dios area on the geological map of the wadi al Barramiyah (EGSMA)

The hardness of steel is estimated at 5,5 to 7 according to its treatment and quality. When we compare the hardness of the rocks found at Dios (Table 2), we understand better what the epimeletes was up against: except for talc, magnesite, and serpentine all the rocks are as hard as or harder than the steel of the points (in fat in Table 2).[12]

Table 2. Hardness (Mohs) of the rocks present in the vicinity of Dios. The hardness-values (which may vary according to the exact composition of the rocks) are not results of experimentson the spot, but in other parts of the world. They are thus indicative only.

Before reaching the bed-rock, the well at Dios first goes through recent layers of wady bottom alluvium and/or wind-blown sand, which are easy to penetrate. Part of the layer of the basement is perhaps particularly easy to drill (talc, magnesite, serpentine), but make the maintenance of the walls of the well difficult and may need lathing or tubing. The rest of the rocks are much harder which makes the digging difficult, but assures much better stability of the well-shaft, even without lathing. It seems that the epimeletes of the wells has encountered some of these hard rocks when making his analysis, and was penetrating hard bed-rock, which confirms that this was an exploitation of a water-carrying layer in the deep underground.[13]

At present, certain questions remain unanswered: Was the well dug into formations of serpentine and talc, before it arrived in the harder rock? Did the epimeletes encounter a dyke of basalt? Did the well-shaft pass through hard rock only? Did the operation succeed in augmenting the production of the well? Without studies on the spot (geomorphological prospection, excavation and stratigraphy of the well) we can unfortunately not know. Even if some questions remain unanswered, this example does, however, show the great potential of interdisciplinary research between the known geological data and the information from the ostraca in the study of the exploitation of the Eastern Desert of Egypt. It permits us, without  studies on the spot, to identify clearly the functioning and alimentation of a well during antiquity, something that would have been impossible while working in only one of these disciplines.


[1]  Associated researcher at the UMR5133 – Archéorient, Researcher at the UMR5189 – HiSoMA, ERC-project Desert Networks directed by Bérangère Redon.

[2] Sheet NG36 G3a Habal Al-Yutaymah 1/50 000 by the Egyptian General Survey Authority and by Finnida, 1989.

[3] El Alfy Z.S., Mostafa M.O., 2009, Geologic map of wadi al Barramiyah quadrangle,Egypt, EGSMA, BGF, Ministry of Petroleum and mineral resources – The Egyptian mineral Resourcees Authority.

[4] The formations gk1, gb, vi-a, and vb are indicated even if they do not directly concern the upper leyers of well of Dios, since, in the absence of data fromlocal geological drilling, we cannot know if the well traversed these layer deeper down.

[5] Which considerably limits the potential refilling of the well when it rains.

[6] Which limits the potential water-carrying capacity and does not protect against evaporation.

[7] The bedrock, characterised by schistosity (mvb) or fracturation (osm), does not provide a good floor for a water-table in the wady alluvium, since they are open to absorption into the lower layers.

[8] The lowering of volume does not seem to correspond to a a short-term, seasonal variation, but rather to a reduction observed over a longer period.

[9] Digging in the quaternary deposits only would not present the difficulties that the author of O.Dios inv. 90 mentions.

[10] Either because more water was used than flowed in, or because the water table becamelower over a long period, thousands or tens of thousands of years, or becauseof a series of years with little rain that did not let the well refill.

[11] This scale is ordinal and relative, not linear and not logarithmic, and goes from 1 to 10, classifying minerals by comparison. It is based on the capacity of a material to make scratches in an other. Talc is 1 and diamond is 10.

[12] See also Bülow-Jacobsen A., « Stomoma. Why, what, whence, and how? », in C. Freu, S. Janniard, A. Ripoll (eds.), « Libera curiositas ». Mélanges d’histoire romaine et d’Antiquité tardiveofferts à Jean-Michel Carrié. Bibliothèque de l’Antiquité Tardive (BAT 31). Turnhout, Brepols, 2016, 183-189.

[13] The only other phenomenon which might explain such a difficulty for the diggers would have been a progressive formation in the bottom of the well of very pure calcium carbonate, but this seems excluded by the local geology.


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