Comment les bâtisseurs des pyramides ont-ils fait pour qu’elles résistent aux séismes ?

Vers 2500 avant notre ère, Khéops, grand pharaon d’Égypte, lança un gigantesque projet de construction.

Son objectif était d’ériger une grande pyramide sur le plateau de Gizeh, qui lui servit plus tard de tombeau, ainsi qu’une série de pyramides plus modestes pour ses épouses. Pendant vingt-six ans, des milliers d’ouvriers acheminèrent et empilèrent plus de 2,3 millions de blocs de calcaire et de granit pour créer ce monument d’une hauteur de 147 mètres. Pendant des millénaires, cette merveille architecturale devait résister aux ravages du temps.

Il y a peu, des scientifiques ont découvert que la pyramide de Khéops était conçue pour résister à un autre type de fléau : les séismes.

Dans le cadre d’une étude publiée jeudi, des chercheurs égyptiens et japonais ont recueilli des données de résonance, c’est-à-dire concernant des vibrations, dans près de quarante zones différentes au sein et autour de la pyramide de Khéops pour voir comment le monument réagissait à l’activité sismique. Ils se sont rendu compte que l’édifice possédait une remarquable capacité à disperser les vibrations sismiques, capacité qui lui confère une résistance hors pair à des séismes qui seraient autrement dévastateurs. Comme le révèle Asem Mostafa, sismologue de l’Institut national de recherche en astronomie et en géophysique (NRIAG) du Caire et co-auteur de l’étude, les données indiquent que la pyramide a été « intelligemment équilibrée et finement ajustée » pour assurer sa stabilité.

Tout au long de ses 4 600 ans d’histoire, la pyramide a survécu à de nombreux séismes qui ont détruit les édifices voisins. Les résultats de l’étude, publiés dans la revue Scientific Reports, ajoutent une nouvelle dimension à l’ingéniosité déjà stupéfiante des ingénieurs de l’Égypte antique. Si l’étude met en évidence les capacités impressionnantes des bâtisseurs, les chercheurs affirment être dans l’incapacité d’affirmer avec certitude que leurs techniques avaient été employées expressément pour résister à d’éventuels séismes

« Nous voyons cela comme l’aboutissement, pour les bâtisseurs égyptiens, de siècles d’apprentissage de leurs réussites et de leurs échecs, déclare Asem Mostafa. On avait l’impression de découvrir un chef-d’œuvre d’ingénierie empirique qui se cachait sous nos yeux depuis des milliers d’années. »

RÉSISTER AUX SÉISMES ÉGYPTIENS

L’Égypte n’est pas étrangère à l’activité sismique. Au cours des derniers siècles, une poignée de tremblements de terre ont frappé les environs du Caire avec des conséquences catastrophiques. En octobre 1992, un séisme de magnitude 5,9 sur l’échelle de Richter s’est déclenché à une trentaine de kilomètres au sud-ouest du Caire et a dévasté le plateau. Il a endommagé ou détruit plus de 129 000 bâtiments et, parmi ceux-ci, plus d’un tiers des habitations locales. De nombreuses mosquées anciennes ont vu leurs structures de marbre se fissurer. Des tombeaux de la vallée des Rois ont subi des dégâts au point de nécessiter de nouveaux étaiements de leurs structures internes.

Selon Mohamed El Gabry, lui aussi sismologue au NRIAG et auteur principal de l’étude, seule une pierre est jamais tombée de la pyramide de Khéops.

« Les édifices antiques bâtis avec des blocs de pierre énormes solidement imbriqués ont en général subi moins de dégâts que les monuments d’époques ultérieures », explique-t-il.

La plupart des caractéristiques architecturales avancées de la pyramide de Khéops étaient déjà connues des chercheurs, ajoute-t-il. Le monument est le plus large au niveau de sa base, qui mesure 230 mètres de côté, ce qui lui confère une intégrité structurelle qui l’empêche de se renverser facilement. Il est en sus hautement symétrique et profite d’une solide fondation rocheuse.

« Le fait qu’elle soit structurellement résiliente n’a jamais été remis en cause », précise Asem Mostafa.

Cette ingéniosité provient en grande partie d’une longue histoire d’innovations dans la construction de pyramides. Des édifices plus anciens furent construits à Saqqarah, à une petite trentaine de kilomètres au sud du Caire. La pyramide de Djéser, également appelée pyramide à degrés, est la plus ancienne de celles-ci et précède la pyramide de Khéops de plus d’un siècle. Elle présente une forme extérieure différente de celle des pyramides de Gizeh et s’élève par à-coups et par paliers successifs plutôt qu’en suivant une pente progressive comme c’est le cas des pyramides de Gizeh.

Le pharaon Snéfrou, probable père de Khéops, qui régna de 2613 à 2589 av. J.-C. fit plus tard construire de grandes pyramides qui introduisirent la forme à faces lisses des pyramides de Gizeh. Les Égyptiens de l’Antiquité continuèrent à bâtir des pyramides bien après la mort de Khéops en 2566 av. J.-C. Si pour certaines de ces pyramides on utilisa les mêmes plans structurels que les siens, pour d’autres l’on chercha à réduire les coûts.

Djédefrê, fils et successeur de Khéops, fit construire une pyramide au nord du Caire qui utilisait partiellement une colline pour accentuer sa saillance. Le monument ainsi encastré ne comptait pas autant de blocs imbriqués, ce qui diminuait sa stabilité. La « pyramide noire », bâtie sur ordre d’Amenemhat III plusieurs siècles plus tard, fut construite principalement en brique d’argile, matériau moins cher mais plus enclin à la détérioration que les blocs de calcaire massif. La faiblesse de ce matériau de base a conduit à une dégradation plus rapide due à l’érosion et au vieillissement. Contrairement à la pyramide de Khéops, certains de ces édifices se sont depuis complètement effondrés.

PYRAMIDES SYNCHRONISÉES

Lors de leur étude de la pyramide de Khéops, les sismologues ont mesuré les fréquences de vibration à l’intérieur de ses chambres et tunnels, y compris dans la chambre du roi, dans la chambre de la reine, dans les chambres de décharge et dans la chambre souterraine. Ils se sont servis d’une technique non invasive appelée « analyse des vibrations ambiantes » qui leur a permis de mesurer comment les vibrations se propagent à travers les différents blocs, tunnels et cavités internes. Les données allaient les aider à clarifier la façon dont l’édifice réagit aux tremblements de terre.

Leurs résultats ont montré que la résonance générale à travers l’édifice atteint 2 à 2,6 Hz en moyenne, ce qui indique que les vibrations se réverbèrent de manière homogène de pierre en pierre, un signe clé de stabilité. L’analyse a également montré que les vibrations diffèrent de celles dans le sol entourant la pyramide, dont la fréquence est de 0,6 Hz environ.

« Les fréquences de vibrations dominantes de la pyramide diffèrent considérablement de celles du sol environnant, ce qui réduit probablement les effets de résonance durant les séismes », explique Asem Mostafa. En réduisant la résonance, le potentiel destructeur des vibrations violentes dans le sol est minimisé.

Ahmed Eldosouky, géophysicien à l’Université de Suez qui n’a pas pris part aux recherches, partage cet avis.

« Les mesures effectuées dans de nombreuses parties internes de la pyramide ont montré des fréquences fondamentales relativement cohérentes, explique-t-il. Ce niveau d’homogénéité dynamique suggère un système structurel remarquablement stable, surtout vu l’âge du monument et sa période de construction. » 

Les chercheurs ont également découvert que les chambres de décharge contribuaient à la réduction des fréquences destructrices dans la chambre du roi, qui se trouve immédiatement au-dessous. Les fréquences diminuaient dans ces chambres, ce qui contribue à stabiliser l’activité sismique autour de la précieuse chambre du roi et à empêcher la structure de subir des dégâts en cas de tremblement de terre.

Selon Asem Mostafa, la nouvelle découverte montre que les bâtisseurs de l’Égypte antique mirent au point, au fil des générations, des pratiques de construction hautement efficaces au moyen d’observations et de perfectionnements minutieux. « Leurs réalisations demeurent extraordinaires même lorsqu’on les examine avec des outils scientifiques modernes », s’émerveille-t-il.

Taylor Mitchell Brown est journaliste indépendant. Il vit à San Diego et traite régulièrement d’archéologie, de paléontologie et de la faune dans les colonnes de National Geographic.