La Grande Pyramide de Gizeh est peut-être la structure la plus emblématique que l’homme ait jamais construite. Les civilisations anciennes ont construit des icônes archéologiques qui témoignent de leur grandeur et de leur persistance. Mais à certains égards, la Grande Pyramide est unique. Parmi les sept merveilles du monde antique, seule la Grande Pyramide est relativement intacte.
Une équipe de scientifiques va utiliser les progrès de la physique des hautes énergies (HIP) pour scanner la Grande Pyramide de Khéops à Gizeh avec des muons cosmiques. Ils veulent voir plus profondément dans la Grande Pyramide que jamais auparavant et cartographier sa structure interne. Cette initiative s’appelle la mission EGP (Explore the Great Pyramid).
La Grande Pyramide de Gizeh existe depuis le 26e siècle avant Jésus-Christ. C’est la tombe du pharaon Khufu, également connu sous le nom de Cheops. Sa construction a duré environ 27 ans, et elle a été bâtie avec environ 2,3 millions de blocs de pierre – une combinaison de calcaire et de granit – pesant environ 6 millions de tonnes. Pendant plus de 3 800 ans, c’était la structure humaine la plus haute du monde. Nous ne voyons aujourd’hui que la structure centrale sous-jacente de la Grande Pyramide. L’enveloppe de calcaire blanc lisse a été retirée au fil du temps.
La Grande Pyramide est bien étudiée, et au fil des ans, les archéologues ont cartographié la structure intérieure. La pyramide et le sol sous elle contiennent différentes chambres et passages. La chambre de Khufu (Khéops) se trouve à peu près au centre de la pyramide.
Cette figure est un diagramme en élévation des structures intérieures de la Grande Pyramide. Les lignes intérieures et extérieures indiquent les profils actuels et originaux de la pyramide. 1. Entrée originale 2. Tunnel des voleurs (entrée des touristes) 3, 4. Passage descendant 5. Chambre souterraine 6. Passage ascendant 7. Chambre de la Reine & ; ses “puits d’air” 8. Passage horizontal 9. Grande Galerie 10. Chambre du roi et ses “puits d’aération” 11. Grotte et puits. Crédit : Par Flanker, CC BY-SA 3.0
Récemment, les équipes archéologiques ont utilisé des méthodes de haute technologie pour sonder plus rigoureusement l’intérieur des pyramides. À la fin des années 1960, le physicien américain Luis Alvarez et son équipe ont utilisé la tomographie à muons pour scanner l’intérieur des pyramides. En 1969, Alvarez rapporte qu’ils ont examiné 19% de la pyramide et n’ont trouvé aucune nouvelle chambre.
En 2016-17, le ScanPyramids équipe a utilisé des techniques non invasives pour étudier la Grande Pyramide. Comme Alvarez avant eux, ils ont utilisé la tomographie à muons, ainsi que la thermographie infrarouge et d’autres outils. Leur découverte la plus importante est le “Grand Videun vide massif situé au-dessus de la Grande Galerie. Cette découverte a été publiée dans la revue Nature et est considérée comme l’une des plus importantes découvertes scientifiques de l’année.
Les muons sont des particules élémentaires semblables aux électrons mais plus massives. Ils sont utilisés dans tomographie parce qu’ils pénètrent profondément dans les structures. Plus profondément que les rayons X.
Les muons des rayons cosmiques sont créés lorsque des particules de haute énergie, appelées rayons cosmiques, entrent en collision avec l’atmosphère terrestre. Les rayons cosmiques sont des fragments d’atomes – protons à haute énergie et noyaux atomiques – qui affluent constamment sur la Terre en provenance du Soleil, de l’extérieur du système solaire et de la galaxie. Lorsque ces particules entrent en collision avec l’atmosphère terrestre, la collision produit des pluies de particules secondaires. Certaines de ces particules sont des muons.
Ce diagramme montre ce qui se passe lorsqu’une particule cosmique primaire entre en collision avec une molécule d’atmosphère, créant ainsi une pluie d’air. Une pluie d’air est une cascade de particules de désintégration secondaire, dont les muons, indiqués par le symbole ? Crédit : Par SyntaxError55 sur la Wikipédia anglaise, CC BY-SA 3.0
Les muons sont instables et se désintègrent en seulement quelques microsecondes ou millionièmes de seconde. Mais ils voyagent à une vitesse proche de celle de la lumière, et à une telle vitesse, ils peuvent pénétrer profondément avant de se désintégrer. Il existe une source inépuisable de muons provenant des rayons cosmiques qui bombardent constamment la Terre. La tâche de la tomographie à muons est de mesurer efficacement les muons.
La tomographie à muons est utilisée dans différentes applications, comme l’examen des conteneurs d’expédition pour la contrebande. Les récentes innovations technologiques en matière de tomographie à muons augmentent sa puissance et conduisent à de nouvelles applications. Par exemple, des scientifiques italiens vont utiliser la tomographie à muons pour visualiser l’intérieur du volcan Vésuve, dans l’espoir de comprendre quand il pourrait entrer à nouveau en éruption.
La mission Explore the Great Pyramid (EGP) utilise la tomographie à muons pour franchir une nouvelle étape dans l’imagerie de la Grande Pyramide. Comme ScanPyramids avant elle, EGPutilisera la tomographie à muons pour obtenir des images de l’intérieur de la structure. Mais l’EGP affirme que son système de télescope à muons sera 100 fois plus puissant que l’imagerie muonique précédente. “Nous prévoyons de mettre en place un système de télescope dont la sensibilité est 100 fois supérieure à celle de l’équipement récemment utilisé à la Grande Pyramide, qui produira des images de muons sous presque tous les angles et qui, pour la première fois, produira une véritable image tomographique d’une structure de cette taille”, écrivent-ils dans le document expliquant la mission.
EGP utilisera de très grands détecteurs télescopiques déplacés à différentes positions à l’extérieur de la Grande Pyramide. Les détecteurs seront assemblés dans des conteneurs d’expédition à température contrôlée pour faciliter leur transport. Chaque unité mesurera 12 m de long, 2,4 m de large et 2,9 m de haut (40 pieds de long, 8 pieds de large et 9,5 pieds de haut). Leurs simulations utilisent deux télescopes à muons, et chaque télescope est composé de quatre conteneurs.
À gauche, une illustration des conteneurs qui composent le télescope. À droite, une illustration de la façon dont le télescope sera installé sur le site. Crédit : Mission Explore Great Pyramid/Bross et al. 2022.
Il y a cinq points critiques dans la mission EGP :
- Produire une analyse détaillée de l’ensemble de la structure interne qui ne fait pas seulement la différence entre la pierre et l’air, mais qui peut mesurer les variations de densité.
- Répondre aux questions concernant les techniques de construction en étant capable de voir des discontinuités structurelles relativement petites.
- La grande taille du système de télescope permet non seulement d’obtenir une résolution accrue, mais aussi de recueillir rapidement les données, ce qui minimise le temps d’observation nécessaire sur le site. L’équipe du PGE prévoit un temps d’observation de deux ans.
- Le télescope est très modulaire par nature. Il est donc très facile à reconfigurer et à déployer sur un autre site pour des études futures.
- D’un point de vue technique, le système proposé utilise une technologie qui a été largement conçue et testée et présente une approche à faible risque.
EGP est toujours en train de construire des prototypes de télescopes et de déterminer les techniques de traitement des données qu’ils utiliseront. En parallèle, il effectue des simulations et d’autres travaux pour se préparer à la mission. L’un des éléments essentiels est la façon dont ils vont rassembler tous ces muons dans une image tomographique.
Mais l’équipe est confiante dans le travail qu’elle a accompli jusqu’à présent et satisfaite de sa nouvelle approche. L’EGP affirme que ses efforts permettront de créer une image tomographique réelle de la Grande Pyramide pour la première fois, plutôt qu’une image 2d.
“La mission Exploration de la Grande Pyramide adopte une approche différente de l’imagerie des grandes structures par les muons cosmiques. L’utilisation de très grands télescopes à muons placés à l’extérieur de la structure, dans notre cas, la Grande Pyramide de Khéops sur le plateau de Gizeh, peut produire des images de bien meilleure résolution grâce au grand nombre de muons détectés. De plus, en déplaçant les télescopes autour de la base de la pyramide, une véritable reconstruction tomographique des images peut être réalisée pour la première fois.”
Jusqu’à présent, la plupart des travaux de l’EGP ont consisté en des simulations de données. Mais ils ne partiront pas de zéro lorsqu’ils construiront le télescope. “La technologie des détecteurs utilisée dans les télescopes est bien établie, et le prototypage de composants spécifiques a déjà commencé”, écrivent-ils.
Lorsque ScanPyramids a découvert le Grand Vide en 2017, ce fut une grande nouvelle. Elle a également suscité une certaine controverse. L’égyptologue Zahi Hawass a balayé d’un revers de main ces découvertes. Il a déclaré au New York Times : ” Ils n’ont rien trouvé… Ce document n’offre rien à l’égyptologie. Zéro.”
Mais la plupart des autres égyptologues ont accepté la découverte et sa nature scientifique. Les physiciens soutiennent également la découverte. Le physicien des particules Lee Thompson a dit Science que : “Les scientifiques ont “vu” le vide en utilisant trois détecteurs de muons différents dans trois expériences indépendantes, ce qui rend leur découverte très robuste.”
Il y a forcément du drame lorsque des scientifiques utilisent la physique moderne des hautes énergies pour sonder l’un des plus anciens trésors archéologiques de l’humanité. Certains égyptologues semblent possessifs et pourraient considérer les physiciens comme des intrus dans leur domaine. Ils pourraient ne pas apprécier que les physiciens utilisent de mystérieuses particules de l’espace pour lever le voile sur notre ancien passé.
On dirait qu’ils vont devoir s’y habituer.
Publié à l’origine sur Universe Today.
Référence : “Tomographic Muon Imaging of the Great Pyramid of Giza” par Alan D. Bross, E.C. Dukes, Ralf Ehrlich, Eric Fernandez, Sophie Dukes, Mohamed Gobashy, Ishbel Jamieson, Patrick J. La Riviere, Mira Liu, Gregory Marouard, Nadine Moeller, Anna Pla-Dalmau, Paul Rubinov, Omar Shohoud, Phillip Vargas et Tabitha Welch, 16Février 2022, Physique > ; Instrumentation et Détecteurs.
arXiv:2202.08184
