Au cours de la dernière période glaciaire, dans un environnement proche de celui de la taïga sibérienne et alors que la région connait un léger réchauffement climatique, des Hommes de Néandertal s'implantent sur le versant d'une colline dominant la vallée de la Scarpe. À Saint-Amand-les-Eaux, la principale activité de ce groupe préhistorique est la production d'outils caractéristiques de cette période : des bifaces.

Plusieurs dizaines de postes de taille sont matérialisés au sol par des concentrations d'éclats de silex, amas de débitage liés à la production de ces outils. Plus de 10 000 pièces lithiques sont aujourd'hui répertoriées par les archéologues. La découverte de tels ateliers est rarissime pour cette période et seul celui de Saint-Brice-sous-Rânes dans l'Orne était jusqu'ici connu des préhistoriens.

À Saint-Amand-les-Eaux, le faible nombre de pièces corticales (l'enveloppe extérieure recouvrant le silex à l'état brut) indique que les blocs étaient collectés, probablement dans la vallée de l'Escaut à quelques kilomètres de là. Dégrossis sur place, ils étaient ensuite acheminés sur le site, afin d'être façonnés à l'aide de percuteurs de pierre tendre, probablement de grès.

Les soixante bifaces découverts possèdent des formes très variées : triangulaires, ovales, cordiformes (en forme de cœur), etc. Leur morphologie, mais aussi parfois leur petite dimension sont caractéristiques d'un des faciès de la culture moustérienne. Leur parfaite symétrie révèle surtout la grande maîtrise et le haut savoir technique de ces Hommes de Néandertal dans la production de bifaces, outils à tout faire, véritables « couteaux suisses » des périodes anciennes de la Préhistoire.

L'hypothèse d'un campement où, hormis une production d'outils en silex, d'autres activités se seraient déroulées (dépeçage du gibier, etc.) est envisageable. Cependant, sous l'action prolongée de l'acidité du sol, aucun vestige osseux ne nous est parvenu. Ainsi, les préhistoriens ne peuvent aujourd'hui déterminer toutes les fonctions du site. Le transport d'éclats de silex sur plusieurs kilomètres, la découverte de bifaces utilisés et d'une gamme variée d'outils (racloirs, etc.), sont autant d'éléments qui permettent de supposer la présence d'un habitat temporaire à cet endroit. Une étude tracéologique, consistant à analyser les stigmates d'usure microscopiques laissés sur le tranchant des outils, permettra probablement de percevoir une partie des autres activités des Néandertaliens sur ce site.

On sait que l'outillage de Saint-Amand-les-Eaux appartient au Paléolithique moyen et à la culture moustérienne qui se développe entre 300 000 et 30 000 ans avant notre ère et dont l'Homme de Néandertal est l'artisan en Europe. Les préhistoriens attribuent cette industrie à la fin de cette période, il y a environ 50 000 ou 45 000 ans. En l'absence d'une importante stratigraphie, les archéologues ont recours à des méthodes radiométriques pour dater avec précision cette occupation paléolithique. L'analyse par thermoluminescence d'un outil en silex chauffé et de sédiments devrait permettre de positionner ce site dans la chronologie du Paléolithique moyen, à 5 000 ans près.

Après la découverte en 2005 à Caours (Somme) d'un atelier de boucherie néandertalien vieux de 125 000 ans, Saint-Amand-les-Eaux apporte un éclairage nouveau sur la présence et les activités artisanales de Néandertal dans le Nord-Ouest de l'Europe et complète nos connaissances sur les industries lithiques de cette période.