Pyramide de Khéops : la science et la technologie pour percer son mystère

Une merveille du monde. La seule, parmi les sept, à être encore là, sous nos yeux et sous les crépitements des flashs de centaine de touristes chaque jour. La grande pyramide de Khéops, sur le plateau de Gizeh, dans la banlieue du Caire. Ce monument phare de l’Egypte est le bâtiment en pierres le plus volumineux jamais réalisé. Il est la preuve du génie architectural égyptien, vieux de 4 500 ans. Mais la pyramide recèle encore bien des secrets. La mission scientifique ScanPyramids tente de répondre à certaines questions. Elle a découvert un grand vide dans la pyramide en novembre dernier, et espère pousser encore plus loin ces découvertes en utilisant toute la technologie que permet notre époque, comme la robotique. 

La mission 

L’idée de créer une mission centrée sur les pyramides a germé en 2013 dans la tête du professeur Hany Helal, ancien ministre de l’Enseignement supérieur et de la recherche, scientifique égyptien. Il s’associe notamment avec Mehdi Tayoubi, vice-président stratégie et innovation chez Dassault Systèmes. La mission ScanPyramids naît deux ans plus tard. 

Le principe de la mission est d’utiliser un certain nombre de technologies que l’on dit non-invasives, non-intrusives, explique Medhi Tayoubi, de ne pas toucher aux pyramides, mais d’essayer de voir à travers la pierre, la matière, pour voir si l’on est capable de détecter des structures internes que l’on ne connaît pas à ce jour. 

Mehdi Tayoubi est fasciné depuis longtemps par les pyramides. "En 2005, j’ai rencontré un architecte, Jean-Pierre Houdin, qui avait une théorie sur la construction de la pyramide de Khéops. Nous avons alors utilisé les logiciels qui servent dans l’industrie pour simuler son hypothèse et voir si celle-ci était en théorie possible", raconte-t-il. De fil en aiguille, il s’intéresse de plus en plus à l’Egypte ancienne, attrape le virus. "J’ai alors acquis la conviction que si l’on dispose des bonnes techniques qui permettent de voir à travers la matière, compte tenu du nombre de théories et d’hypothèses qui existent sur les pyramides, on pourrait peut-être aujourd’hui apporter de nouveaux éléments."

Le parti pris de la mission est d’être interdisciplinaire, sans égyptologue (souvent réfractaire à la technologie), mais avec des scientifiques de différents pays, des ingénieurs, des artistes. La mission est lancée d’abord en utilisant la technique de l’infrarouge, puis des simulations en 3D. Peu à peu, différents organismes s’y greffent, notamment l’université de Laval, au Québec, ou encore le CEA, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives français. "La mission est un laboratoire à ciel ouvert qui permet à la fois de faire avancer les problématiques historiques et archéologiques mais aussi la science et la technologie", ajoute le co-directeur de ScanPyramids.   

Khéops, ses millions de blocs et ses mystères

La pyramide de Khéops est constitué de 2,3 millions de blocs, pesant chacun 2,5 tonnes. Construite sous la Quatrième Dynastie de l’Ancien royaume d’Egypte, le pharaon Khéops voulait en faire sa dernière demeure. Qu’y-a-t-il à l’intérieur ? Une partie du mystère a été percé au Moyen-Age. En 820, le calife Al-Mamoun organise une expédition pour y pénétrer, à la recherche de trésors. Elle ne trouve finalement rien, mais les principales pièces du monument sont découvertes : la chambre de la reine, la chambre du roi, les différents couloirs. 

Il faudra attendre le XIXe siècle et l’expédition scientifique de Champollion, considéré comme le père de l’égyptologie, pour en apprendre un peu plus sur les pyramides, grâce au déchiffrage des hiéroglyphes. Mais depuis, les hypothèses, parfois farfelues, pullulent sur les édifices et notamment sur Khéops et divisent les égyptologues. 

LA découverte : le grand vide

En 2017, la mission ScanPyramids aboutit à une découverte majeure : l’une des plus importantes depuis le Moyen-Age. Une découverte permise grâce à la muographie. "Cette technique, explique Sébastien Procureur, scientifique au Commissariat à l’énergie atomique_, qui existe depuis les années 1960, permet de scanner un bâtiment, de manière non invasive. La muographie est de l’imagerie, mais à la différence de la photographie, c’est une imagerie pénétrante. Les muons sont des particules générées au niveau de l’atmosphère par les rayons cosmiques. Il y en a partout. Quand ces muons traversent de la matière, ils perdent une partie de leur énergie. Plus il y a de matière, moins il y a de muons, et inversement_". La muographie permet donc, à l’aide de capteurs, de mesurer les concentrations de muons dans un édifice.

"La première étape de la mission, détaille Mehdi Tayoubi, a consisté à démontrer que la technique de la muographie fonctionnait. On a donc commencé à étudier la pyramide sud, appelée La Rhomboïdale, construite par le père de Khéops. L’objectif initial était de se positionner dans la chambre dite basse de l’édifice et de montrer qu’on était capable de voir la chambre au-dessus. C’est ce qui s’est passé". L’étape suivante a été de s’attaquer à la pyramide de Khéops. 

Nous avons d’abord été intrigué par des anomalies thermiques, raconte le co-directeur de la mission, c’est-à-dire qu’il y avait des écarts de température qui montraient que les pierres n’avaient pas un comportement homogène. Cela ne nous permettait pas de conclure quoi que ce soit, sauf que c’était une zone à investiguer. Donc, nous avons déposé des détecteurs à muons de l’université japonaise de Nagoya dans un couloir en contrebas, car il y en a un dans cette zone.  

En mars 2016, ils découvrent alors une anomalie, une forte concentration de muons. "A ce moment-là, c’est une excitation immense", se souvient Medhi Tayoubi. A partir de cette découverte, trois types de détecteurs à muons ont été installés. Ceux de l’université japonaise, avec une technique à base d’émulsions chimiques. Ceux du CEA, avec une technique à base de gaz. Et ceux du KEK-Japan, The High Energy Accelerator Research Organization, avec un détecteur à scintillation. Le tout validé par le gouvernement égyptien. 

Durant une année, les données sont collectées, puis analysées. Les physiciens mettent alors en évidence une concentration de muons, un vide donc, qui ne correspond à rien de connu dans la pyramide. En novembre 2017, c’est l’annonce officielle de la découverte d’une grande cavité, tellement grande qu’elle peut contenir un avion de 200 places, une cavité d’au moins 30 mètres de long, située au-dessus de la grande galerie et à côté de la chambre du roi, sur le même plan vertical. La découverte, corroborée par trois équipes d’institutions différentes, est publiée dans la revue scientifique de référence Nature. 

Un grand vide et après ?

Si l’on sait désormais que ce vide existe, beaucoup de questions restent en suspens. La cavité est-elle incliné ou droite ? Est-ce un simple couloir ou y-a-t-il autre chose derrière ? A quoi sert-il ? C’est à ce moment qu’interviennent l’INRIA, l’institut national de recherche dédié au numérique, et le CNRS, qui s’associent à la mission ScanPyramids. L’équipe LARSEN, constituée de scientifiques de l’ Inria et du CNRS, basée à Nancy, travaille sur la conception d’un mini robot, capable de s’introduire dans des monuments, et pourquoi pas donc, dans ce grand vide de la pyramide de Kheops, si les autorités égyptiennes l’autorisent. Jean-Baptiste Mouret, spécialiste en intelligence artificielle et en robotique, directeur de recherche à l’Inria, dirige le projet : "J'essaie de concevoir des robots qui peuvent s’en sortir dans des situations imprévues, sans la moindre intervention humaine, et la pyramide est un cas d’application fascinant pour ce genre de recherches". 

Depuis octobre 2016, plusieurs prototypes ont été conçus : 

Des robots qui permettent de tester nos idées, détaille l’ingénieur. On s’intéresse notamment aux robots à pattes, d’environ 40 cm. On essaie de trouver des solutions si jamais le robot se casse une patte, ou s’il a un faux contact qu’il n’est pas capable de diagnostiquer. Ce ne sont pas nécessairement des algorithmes que l’on peut mettre en place pour un robot pouvant aller explorer des monuments, mais cela nous aide pour le projet. Ce sont des tests scientifiques. 

Mini robot volant

Pour ScanPyramids, les ingénieurs veulent concevoir un robot capable de rentrer dans un trou de 3,6 cm, pour être le moins invasif possible. Ce robot devra prendre des images, mais aussi aller explorer l’endroit où il se trouve, à savoir le grand vide. "Nous avons d’abord pensé aux robots avec des petites roues, les plus classiques, selon Jean-Baptiste Mouret, mais le moindre obstacle, comme un caillou, une marche, devient une montagne. Alors, on envisage un robot volant. Un robot pliant, qui serait capable de passer dans un tube, qu’on déplierait une fois de l’autre côté." Mais cela n’est pas sans poser de nombreux défis : un robot volant consomme beaucoup d’énergie, par manque de stabilité les photos peuvent être floues, etc. 

Un défi passionnant

"On envisage de faire un dirigeable, explique l’ingénieur_,_ un ballon gonflé à l’hélium, qui serait plié dans le trou, et qui se déploierait une fois dans la cavité." Cette solution a l’avantage de ne pas être destructrice. Si le ballon se cogne aux parois, il ne les endommage pas. En revanche, il faut arriver à le déployer, et le ballon peut prendre de la place, environ 80 cm pour pouvoir supporter le poids d’un robot de 50 grammes. Selon Jean-Baptiste Mouret, "le ballon rentre dans ce que l’on connaît des monuments type pyramide où les couloirs font plus d’un mètre de large, mais ça ne laisse pas beaucoup de marge." Que faire si le signal radio avec le robot est perdu ? "Envoyer un robot dans un tout petit trou, c’est comme envoyer un robot dans l’espace : une fois qu’il est de l’autre côté, on ne peut plus rien faire. Cela reste un grand défi, car il n’est pas question de laisser quelque chose dans la pyramide. Donc il faut que le robot soit capable de revenir seul jusqu’à sa base, qui est toute petite et cela en autonomie totale". Pour cela, l’Inria travaille avec l’Institut des sciences du mouvement de Marseille, spécialisé dans les très petits capteurs.  

Tout cela reste pour le moment à l’état de projet, il reste encore beaucoup de travail pour que le robot soit efficient. Et il restera encore beaucoup d’autres étapes avant qu’il ne rentre dans la pyramide de Khéops. Il faudra l’accord des autorités égyptiennes pour ce robot, tout comme pour percer un trou dans le monument de 3 cm de diamètre. La mission ScanPyramids, après l’annonce du grand vide, avait déjà obtenu une année supplémentaire pour continuer à mesurer les muons dans le monument.