Les rochers visibles sur les coteaux qui dominent le village sont principalement constitués de poudingue, roche sédimentaire détritique qui fait partie des conglomérats. Cette roche s’est formée vers la fin de l’Eocène ou le début de l’Oligocène, il y a approximativement 40 millions d’années, à partir de sédiments issus de l’érosion de la jeune chaîne pyrénéenne.
A une époque relativement récente, qui semblerait correspondre à la fin de la dernière glaciation, dite de Würm, il y a environ 10 000 à 15 000 ans, des rochers formant la bordure du plateau ont glissé sur la pente. Certains se sont bloqués les uns contre les autres et se sont fracturés, créant des fissures et des abris naturels qui ont favorisé l’implantation humaine dès la fin de la préhistoire.
Quelques quartzites taillés isolés ont été découverts dans le secteur du « Rahus », espace situé au sud-est de l’église. Ces pièces, qui constituent les traces les plus anciennes d’une présence humaine à Vals, appartiennent à la fin du Paléolithique inférieur ou au Paléolithique moyen (très approximativement vers 100 000 ans avant notre ère).
L’occupation humaine la plus ancienne jusqu’ici véritablement attestée au contact des blocs rocheux correspond à la fin du Néolithique (vers -2 500 ans avant J.-C.). Une sépulture collective de cette période a été partiellement fouillée en 2008 dans la Faille de la source, au pied du mur gouttereau nord-ouest de la nef de l’église. Cette sépulture collective se poursuit entre les blocs rocheux, sous l’édifice religieux. La zone fouillée, couvrant un peu moins de 3 m2, a livré les restes d’une douzaine d’individus accompagnés de quelques éléments de parure, d’une pointe de flèche en silex et de nombreux fragments de céramiques dont quelques-unes ont pu être reconstituées.
Le premier millénaire de l’Age des métaux (Bronze ancien et Bronze moyen, vers -2000 à -1200 ans avant notre ère) est confirmé par quelques vestiges éparpillés. La période la mieux marquée, pendant laquelle s’est développé un habitat sur le coteau, correspond au Bronze final et à l’Age du fer (entre -1200/1000 ans avant notre ère et le début de la conquête romaine). Des milliers de tessons de céramique ont été découverts en différents secteurs proches de l’église, à l’occasion des fouilles menées dans le courant des années 1950 et 1960 par l’Abbé Julien Durand puis, à partir de 1980, par l’Association des amis de Vals. Les plus nombreux appartiennent à la charnière Bronze final / 1er Age du fer (vers 850 à 750 ans avant notre ère). Un fossé de la même période a été repéré lors de sondages d’évaluation en 1998.
Les vestiges de l’époque de la Gaule romaine et du Bas empire (Ier siècle avant J.-C. au Ve siècle après J.-C.) sont nombreux dans la plaine et sur les coteaux proches du village et correspondent à des petits habitats dispersés. Par contre, cette période antique est peu représentée sur le site même de Vals, hormis par des tessons de petites céramiques fines découverts exclusivement dans un abri sous roche situé près de l’entrée inférieure de l’église. De telles céramiques à parois fines sont rencontrées fréquemment sur les anciens lieux de culte. Ces vestiges, ainsi que leur positionnement, ont permis d’avancer l’hypothèse d’un lieu de culte qui devait occuper la principale anfractuosité rocheuse supportant aujourd’hui l’église. C’est la présence de ce lieu de culte qui aurait été à l’origine de la construction d’une première église, alors que le christianisme commençait à se développer dans la région.
Quelques vestiges du Haut moyen âge concernant l’époque mérovingienne (Ve au VIIIe siècle) et l’époque carolingienne (VIIIe au Xe siècle) ont été découverts en différents secteurs mais, extrêmement remaniés par les occupations postérieures, ils ne permettent pas, en l’état actuel des recherches, de savoir à quel genre de structures ils se rapportaient.
C’est surtout pendant le Bas moyen âge (à partir du XIe siècle) que l’occupation est la mieux représentée sur le flanc de la colline dominant le village de Vals : zones d’inhumations tout autour de l’église, puis cimetière structuré entre l’église et la colline et désaffecté à la fin du XIIIe siècle ou au tout début du XIVe siècle, habitat s’appuyant sur la roche. Un peu partout se distinguent de nombreux aménagements dans le poudingue : replats taillés, trous de poteaux, étriers d’appui de poutres, systèmes de récupération d’eau… (Faille de la source, rochers supportant l’église, Eperon, Cabane rupestre, Roc Taillat…). Les plus nombreux de ces aménagements sont attribués à différentes phases du Moyen âge.
Au tout début du XIVe siècle est créée une maison forte, englobant l’église et tous les rochers avoisinants, qui correspond à l’espace appelé plate-forme du Rahus. Une tour, qui a servi de donjon, est élevée au-dessus de la chapelle haute. Deux autres tours reliées par une muraille complétaient l’ensemble fortifié.
Vers le XVIIe siècle l’habitat a abandonné définitivement le flanc de la colline et les ruines ont été progressivement récupérées pour réhabiliter ou construire d’autres bâtiments à l’emplacement du village actuel.
Plan de la partie centrale du site archeologique de Vals
