Une nouvelle structure interne majeure dans la pyramide de Kheops
Publié par Redbran le 03/11/2017 à 00:00
Source: CEA-IRFU
Découverte par la collaboration ScanPyramids d'une structure interne dans la pyramide de Kheops.

La collaboration ScanPyramids a découvert un nouveau vide au cœur de la pyramide de Kheops. Ce grand vide a été détecté par des techniques d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression mécanique ; elle...) muoniques menées par trois équipes distinctes de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Nagoya (Nagoya (????; -shi) est la quatrième plus grande et la troisième plus prospère des villes du Japon. Situé sur la côte Pacifique dans la région...) (Japon), du KEK (Japon) et du CEA/Irfu. C'est la 1ère découverte d'une structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme d'études...) majeure de Kheops depuis le Moyen-Age
De dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) proches de celle de la grande galerie, structure architecturale située au cœur de la grande pyramide (Une pyramide (du grec pyramis) à n côtés est un polyèdre formé en reliant une base polygonale de n côtés à un...) (47m de long, 8m de haut), cette nouvelle cavité, baptisée ScanPyramids Big Void, a une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur...) minimale de 30 mètres. Observée pour la première fois avec des films à émulsion nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) installés dans la chambre de la Reine (Université de Nagoya), puis détectée avec un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi...) de scintillateurs installé dans la même chambre (KEK), elle a été confirmée avec des détecteurs gazeux, Micromegas, situés eux à l'extérieur de la pyramide (CEA) ), et donc avec un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) très différent permettant d'affiner la localisation de ce vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.). C'est la première fois qu'un instrument détecte depuis l'extérieur une cavité située au plus profond d'une pyramide.

Ces résultats ont été publiés par l'équipe ScanPyramids le 2 novembre 2017 dans le journal Nature.


Les 2 cônes indiquent les positions angulaires des excès de muons détectés depuis l'extérieur avec les télescopes de l'Irfu (détecteurs Micromegas). Ils sont dus à la présence d'un vide au cœur de la pyramide.
© CEA-IRFU

Méthodes d'investigation

Les trois techniques ont été déployées en direction du coeur de la pyramide. Les équipes japonaises sont installées à l'intérieur et voient les parties internes (voir figure ci dessous le cône rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) qui vise vers le haut) alors que les détecteurs du CEA à l'extérieur voient les parties à priori un peu plus externes (voir cône rouge visant depuis le sol).


La position des différents détecteurs et leur acceptance (cones rouges): vue de côté et vue de dessus de la pyramide. En photo, les deux telescopes de l'Irfu équipés chacun de quatre plans de détecteurs gazeux Micromegas.
© CEA-IRFU

"Les japonais sont situés à l'intérieur de la pyramide à la fois avec des plaques à émulsion et un télescope à scintillateurs. Nous avons placé nos détecteurs à l'extérieur pour sonder des zones qui sont complémentaires" explique Sébastien Procureur, responsable scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une...) à l'Irfu. "Depuis l'intérieur, ils peuvent sonder plus facilement les parties très internes de la pyramide. Malgré les conditions environnementales extrêmes, nous avons pris le parti de nous mettre à l'extérieur dans le but de sonder les régions plus périphériques donc initialement les arêtes, même si on se rend compte qu'on arrive aussi à sonder des zones plus internes."

Les trois instruments de muographie ont tous pu détecter ce grand vide baptisé ScanPyramids Big-Void sous différents angles et à différentes positions, avec un niveau de confiance supérieur à 99,9999% (seuil dit des 5 sigmas). Ce niveau de certitude a été confirmé pour chaque résultat de muographie produit de manière totalement indépendante. C'est le niveau standard requis pour les "découvertes" en physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique des hautes...).

Temps de pose avec les muons

Les muons sont des particules qui proviennent des interactions des rayons cosmiques avec les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un...) de la haute atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) et atteignent continuellement la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) avec une vitesse (On distingue :) proche de celle de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde...) et un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est...) d'environ 10 000 par m2 par minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte...). A l'instar des rayons X qui peuvent pénétrer dans le corps et permettre l'imagerie de notre structure osseuse, ces particules élémentaires peuvent garder une trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) quasi linéaire en traversant des centaines de mètres de pierres avant d'être absorbées. En enregistrant la position et la direction de chaque muon (Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à deux particules élémentaires de charge positive et négative. Les muons ont une masse 207 fois plus grande que...) qui traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et...) une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) de détection, les détecteurs de muons peuvent distinguer des zones de densités différentes.

Si dans une direction donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) il y a plus de muons, c'est qu'il y a moins de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) sur le chemin suivi par la particule. Mais le flux de muons étant faible, il faut un délai (Un délai est d'après le Wiktionnaire, « un temps accordé pour faire une chose, ou à l’expiration duquel on sera tenu de faire une certaine chose.  ».) d'exposition important pour accumuler suffisamment de statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une méthode statistique à un ensemble de...), typiquement plusieurs semaines voire plusieurs mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.). C'est encore plus vrai avec la pyramide de Khéops car seulement 1% des muons parviennent à traverser une centaine de mètres de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un...).

Les résultats

"On a enregistré environ 15 millions d'événements par télescopes et sur ces 15 millions d'événements on avait, par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...), un excédent de 2 muons dans la direction de la grande galerie et de ce nouveau vide" précise David Attié, responsable technique du projet à l'Irfu.

Après 2 mois de prise de données dans les deux télescopes (position G1 pour "Alhazen" et G2 pour "Brahic" de la figure h ci dessous), l'analyse révèle deux excès de muons statistiquement significatifs venant du cœur de la pyramide (figures a,b,c, et d,e,f): un excès correspondant à la grande galerie et l'autre correspondant au nouveau vide. Leur modèle d'analyse confirme que l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) des télescopes G1 et G2 converge vers la même région que celle obtenue à partir de la chambre de la Reine avec des plaques d'émulsion (figure h). Les excès combinés globaux donnent 8,4 (respectivement 5,8) sigmas pour la grande galerie (respectivement la nouvelle cavité).


Résultats des analyses des données des 2 telescopes de l'Irfu placés à l'extérieur de la pyramide et à différentes positions G1 et G2. Chacun détecte 2 excès de muons correspondant à la grande galerie et l'autre correspondant au nouveau vide.
© CEA-IRFU

Les analyses ont révélé que ce nouveau vide est situé au-dessus de la grande galerie. Sa hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) est estimée entre 60 et 70 mètres par rapport au niveau du sol. Son volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) précis dépend de cette hauteur et des hypothèses architecturales. Si son existence, sa localisation et les premières estimations de taille sont confirmées à 99,9999% par chaque équipe de muographie, il reste encore beaucoup d'hypothèses architecturales à prendre en compte. Des hypothèses de simulation architecturale reposant sur les données des 3 équipes de muographie seront réalisées avec l'aide des spécialistes de l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) égyptienne antique.

Cette nouvelle découverte importante renforce l'efficacité de l'approche collaborative et multidisciplinaire de ScanPyramids pour un monument où aucune nouvelle structure interne majeure n'avait été trouvée depuis le Moyen Age.

Une technique émergente en optimisation

La technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) des télescopes à base de Micromegas continue d'évoluer. L'équipe essaie de réduire la consommation de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni...) avec une gestion électronique pour avoir à terme des détecteurs scellés qui ne rejettent plus de gaz à l'extérieur. Cette amélioration permettrait d'installer des détecteurs à l'intérieur d'une pyramide mais aussi d'aller dans des endroits plus confinés.

Un autre inconvénient de ces télescopes est qu'ils sont relativement grands. Avec ses 4 plans de détection, chaque télescope mesure 1m70. En laboratoire, l'équipe Micromegas teste de nouveaux détecteurs avec une meilleure résolution spatiale. D'une longueur réduite d'un facteur deux, le télescope sera plus facilement transportable et plus facile à mettre en œuvre.

Les ingénieurs et physiciens testent comment réaliser des télescopes avec une surface de collection plus grande sans trop augmenter le prix (même si ce n'est pas une technologie coûteuse). "Si on réalise un télescope d'un 1m² contre 1/4m² (ce qui existe actuellement) la statistique est multipliée par 4 ou 5. Donc on a la même image en 4 fois moins de temps ce qui est quand même très intéressant !"

Conclusions

La découverte du ScanPyramids Big Void constitue une avancée majeure pour la compréhension de la pyramide de Kheops et de sa structure interne. Bien qu'il n'y ait actuellement aucune information sur le rôle de cette cavité, ces résultats montrent comment les technologies de détection développées pour la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) des particules peuvent apporter un éclairage nouveau sur le patrimoine archéologique mondial.

Trois techniques d'imagerie muonique ont été appliquées pour étudier la structure interne de la pyramide de Kheops. Les structures internes connues (chambre du Roi et grande galerie) sont observées ainsi qu'une grande cavité inconnue située entre 60 et 70 m du sol, de longueur est supérieure à 30 m et de section transverse comparable à celle de la grande galerie.

En plus d'aider à mieux comprendre les mystères autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5...) des constructions des pyramides, la radiographie (La radiographie est l'ensemble des techniques permettant de réaliser des clichés à l'aide de rayons X des structures internes d'un patient ou d'un composant mécanique (la...) muonique trouvera d'autres applications comme imager de façon non destructive des objets denses.

Vidéo: http://irfu.cea.fr/Images/Video/300/montage30102017.mp4

Pour plus d'information voir:
- collaboration ScanPyramids
- article dan Nature Discovery of a big void in Khufu's Pyramid by observation of cosmic-ray muons
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