Les caractéristiques architecturales de la pyramide de Khéops, la plus grande du complexe pyramidal de Gizeh, en Égypte, lui auraient permis de résister aux séismes sans subir de dommages importants au cours des milliers d’années écoulées depuis sa construction, selon une étude. Son architecture répartirait les vibrations sismiques de manière uniforme, de manière à protéger ses structures externes et internes, en particulier la chambre du roi, contre les risques de dommages.
La pyramide de Khéops est la plus grande et la plus ancienne des grandes pyramides du plateau de Gizeh. Elle a été achevée il y a environ 4 500 ans. Les archives indiquent qu’elle a été construite initialement avec une hauteur de 146,59 mètres et une base d’environ 230,33 mètres de côté. Les mesures actuelles montrent cependant qu’elle ne culmine plus qu’à environ 137 mètres, une diminution qui reflète la perte des pierres de revêtement et du sommet d’origine au fil du temps.
Plusieurs séismes ont été enregistrés dans un rayon d’environ 80 kilomètres autour de Gizeh. L’événement sismique le plus important est survenu le 7 août 1847, avec une magnitude estimée à 6,86. Son origine se situait près d’El-Fayoum, à environ 70 kilomètres des pyramides. Plus tard, le 12 octobre 1992, un séisme de magnitude 5,8 a de nouveau frappé Gizeh.
À la suite de ces secousses, des blocs de pierre se sont détachés de la pyramide. Toutefois, malgré quelques dégradations localisées, l’édifice n’a tout de même pas subi de dommages importants, aussi bien à l’intérieur qu’à l’extérieur. Diverses théories ont été avancées pour expliquer la résilience de la structure, notamment l’hypothèse d’une conception symétrique capable de canaliser les forces vibratoires à travers l’édifice. Il a également été suggéré qu’un faible rapport hauteur/base contribuait à sa stabilité et à sa résistance face aux risques d’effondrement.
Il existe cependant jusqu’ici peu d’éléments de preuve permettant d’étayer ces hypothèses de résilience structurelle. Dans une étude parue aujourd’hui (21 mai) dans la revue Scientific Reports, une équipe codirigée par l’Institut national de recherche en astronomie et géophysique (NRIAG) d’Helwan, au Caire, apporte de nouvelles données empiriques sur la manière dont la pyramide de Khéops absorbe les fréquences sismiques.
Schéma de la structure interne de la Grande Pyramide. © Asem Salama et al.
Une architecture pensée pour dissiper les contraintes
La structure de la pyramide de Khéops est composée d’un noyau central entouré de pierres disposées horizontalement et intercalées de blocs de soutien. On estime qu’elle contient environ 2 300 000 blocs de pierre, chacun soigneusement positionné afin d’assurer son échelle monumentale et sa stabilité. À l’intérieur, la pyramide comprend huit éléments principaux : l’entrée principale avec passage descendant, l’entrée percée par les ouvriers du calife al-Ma’mun, la chambre souterraine, la grande galerie, la chambre de la reine, la chambre du roi, les chambres de décharge et les puits.
Cet agencement témoigne du savoir-faire architectural sophistiqué de l’époque et contribue probablement à la résistance de la structure aux dommages. Pour étayer leur hypothèse, l’équipe de la nouvelle étude a effectué des mesures de bruit ambiant (provenant de l’activité humaine, des vagues océaniques, des variations de température, etc.) en 37 points situés à l’intérieur et autour de la pyramide.
« Cette étude analyse les mesures de bruit ambiant enregistrées à l’intérieur de la Grande Pyramide de Khéops afin de caractériser son comportement dynamique et sismique », écrivent les chercheurs. « L’objectif principal est de déterminer les fréquences fondamentales de plusieurs points de mesure à l’intérieur de la pyramide et d’étudier si celle-ci possède une fréquence fondamentale similaire à celle du sol environnant, afin de déceler d’éventuels phénomènes de résonance. »
Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé l’instrument McSEIS-MT NEO développé par OYO Corporation, qui inclut à la fois un servo-accéléromètre (un capteur inertiel ultra haute précision à boucle fermée haute sensibilité), un système GPS global et une batterie interne. Le dispositif détecte les vibrations dans des bandes de fréquences comprises entre 0,1 et 200 Hz.
Mesures de terrain effectuées dans les chambres de décharge de la Grande Pyramide. L’inscription visible à gauche commémore la découverte des quatre chambres supérieures par des archéologues occidentaux en 1837. © Asem Salama et al.
Des fréquences sismiques absorbés uniformément
L’équipe a constaté que 76 % des signaux mesurés à l’intérieur de la pyramide présentaient une fréquence comprise entre 2,0 et 2,6 hertz, ce qui indiquerait une répartition uniforme des contraintes mécaniques dans l’ensemble de la structure. En revanche, les vibrations enregistrées dans le sol environnant affichaient une fréquence d’environ 0,6 hertz. Cette différence de fréquence expliquerait la résistance de la structure aux séismes, notamment en limitant son interaction avec le sol, susceptible d’amplifier les vibrations.
D’autre part, aucune amplification des vibrations n’a été observée dans la chambre souterraine, creusée directement dans la roche. Cette amplification augmentait généralement à mesure que la hauteur augmentait, atteignant son maximum dans la chambre du roi, où les vibrations étaient amplifiées d’un facteur 4,0 par rapport au niveau du socle.
Cependant, le facteur d’amplification diminuait à 3,0 au niveau des chambres de décharge situées au-dessus de la chambre du roi. D’après les chercheurs, cet écart permettrait de réduire le risque de dommages dans la chambre du roi, ce qui rejoint les théories récentes selon lesquelles les chambres de décharge jouaient un rôle de protection structurelle.
Par ailleurs, la pyramide a été construite sur une roche calcaire dure et possède un centre de gravité bas, ce qui contribuerait davantage à sa stabilité. Les chercheurs précisent toutefois qu’il est impossible de déterminer si cette résistance sismique relevait d’une intention délibérée lors de la conception de l’édifice.
Néanmoins, « ces résultats présentent des preuves quantitatives convaincantes que les architectes de l’Égypte antique possédaient une profonde compréhension géotechnique, optimisant la conception des structures et l’étude des caractéristiques du site afin d’assurer leur stabilité sur plusieurs millénaires face aux risques sismiques », concluent-ils.
