La Grande Pyramide égyptienne de Gizeh a résisté aux dommages causés par les tremblements de terre pendant près de 5 000 ans, et les scientifiques savent enfin pourquoi.
La pyramide a tendance à vibrer à une fréquence différente de celle du sol environnant, ce qui évite des secousses excessives lors d'un tremblement de terre. Combinée à la forme robuste de la pyramide et à la conception interne à répartition de masse, cette différence a permis de maintenir la structure intacte et stable, écrivent les chercheurs le 21 mai dans Rapports scientifiques.
« Il n'est pas surprenant qu'elles soient très résistantes aux séismes », étant donné que les pyramides sont restées debout aussi longtemps, explique Sherif El-Tawil, ingénieur civil à l'Université du Michigan à Ann Arbor qui n'a pas participé à la recherche. Mais la nouvelle étude offre des informations importantes sur la raison pour laquelle les pyramides sont si résistantes aux dommages sismiques, dit-il.
La Grande Pyramide, la dernière des sept merveilles du monde encore debout, a été construite à Gizeh vers 2600 avant JC pour servir de tombeau au pharaon Khéops. Il contient environ 2,3 millions de blocs de pierre et sa construction a pris plus de deux décennies.
Bien que l'Égypte ait généralement une faible activité sismique, elle connaît parfois de forts tremblements de terre, notamment d'une magnitude de 6,8 en 1847 et d'une magnitude de 5,8 en 1992. Malgré ces puissantes secousses, la Grande Pyramide n'a subi que des dommages minimes.
Pour découvrir les origines de cette stabilité durable, le géophysicien Mohamed ElGabry et ses collègues ont surveillé de subtiles vibrations en 37 points à l'intérieur et autour de la pyramide. Secouer intentionnellement la pyramide pourrait lui nuire, c'est pourquoi l'équipe s'est appuyée sur de minuscules perturbations causées par les vagues océaniques lointaines, la circulation ou d'autres activités humaines pour faire vibrer la structure.
Sur environ les trois quarts des sites de mesure à l’intérieur de la pyramide, la structure vibrait naturellement d’avant en arrière à des fréquences comprises entre 2 et 2,6 fois par seconde. La distribution étroite des fréquences indique que le stress est réparti uniformément dans toute la pyramide. Le sol environnant, quant à lui, vibrait plus lentement, oscillant un peu plus d'une fois toutes les deux secondes.
Étant donné que les fréquences naturelles des matériaux de construction et du sol sont différentes, ils sont moins susceptibles de subir une résonance, dans laquelle la pyramide absorbe l'énergie des vibrations du sol. La résonance augmenterait considérablement la force des vibrations – mais pas nécessairement leur fréquence – et le risque de dommages lors d’un tremblement de terre.
Les espaces à l’intérieur de la pyramide ont également contribué à atténuer les secousses. Les constructeurs égyptiens antiques ont construit des chambres de décompression au-dessus de la chambre du roi, où le pharaon était enterré, pour répartir le poids de la pyramide et protéger la chambre funéraire en cas d'effondrement. Ces chambres ont également diminué la force des vibrations plus proches du sommet de la pyramide, a découvert l’équipe.
La plupart des bâtiments se comportent comme des pendules renversés, explique ElGabry, de l'Institut national égyptien de recherche en astronomie et géophysique au Caire. Leurs bases sont ancrées au sol, mais les sommets ont plus d’espace pour se balancer et trembler. Dans la Grande Pyramide, ce comportement signifiait que les vibrations étaient amplifiées d'un facteur quatre dans la chambre du roi, située bien au-dessus du substrat rocheux et près du centre de la pyramide. Mais dans les chambres de décompression situées au-dessus de la chambre du roi, les vibrations n'étaient amplifiées que par trois. On ne sait pas encore clairement quels facteurs de conception de la chambre contribuent à cet effet.
« Tout cela est vraiment étonnant à voir du point de vue de l'ingénierie d'aujourd'hui », déclare ElGabry. « Mais c'est plus étonnant et plus impressionnant quand on regarde les outils et les ressources disponibles dont nous disposions il y a 4 600 ans. [ago].» Cependant, les résultats ne peuvent pas confirmer si les anciens Égyptiens ont intentionnellement conçu les pyramides en pensant aux tremblements de terre, écrivent les chercheurs dans l'étude.
Les constructeurs modernes peuvent utiliser des stratégies similaires pour planifier des projets, choisir des matériaux et créer des structures durables, explique ElGabry. « Lorsque nous concevons nos bâtiments, nous concevons sur 100 ans [or] pendant 500 ans », dit-il. Pour appliquer les principes qui font qu'un édifice dure bien plus longtemps que cela, « il est important de comprendre comment ce bâtiment a survécu. »
