La grande pyramide de Gizeh a survécu à des siècles de séismes : des chercheurs ont trouvé ce qui se cache dans sa structure

En Égypte, des scientifiques ont ausculté la grande pyramide de Gizeh pour comprendre comment ce monument antique encaisse les séismes depuis des millénaires.

Dans une étude relayée par le magazine scientifique américain Scientific American, des chercheurs égyptiens révèlent comment la grande pyramide de Gizeh, édifiée il y a environ 4 600 ans, résiste encore aux tremblements de terre. Leur travail met en lumière un mélange de choix architecturaux et de caractéristiques géologiques qui expliquent la longévité de ce monument emblématique.

Une pyramide qui défie 4 600 ans de séismes en Égypte

La grande pyramide de Gizeh, aussi appelée pyramide de Khéops, est l’une des merveilles les plus connues de l’Antiquité. Construite sur le plateau de Gizeh, près du Caire, elle a traversé les siècles, la météo et plusieurs tremblements de terre significatifs, notamment en 1847 et en 1992, sans s’effondrer.

Pour comprendre cette résistance, une équipe dirigée par Mohamed ElGabry, professeur à l’Institut national de recherche en astronomie et géophysique d’Égypte, a mené une campagne de mesures inédites à l’intérieur même de la pyramide. Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique Scientific Reports, dans un article intitulé « Architectural and Geotechnical Aspects Affecting Earthquake Resilience for the Antique Egyptian Khufu Pyramid ».

Les chercheurs ont mesuré la « fréquence fondamentale » de la pyramide de Khéops et montré qu’elle ne vibre pas au même rythme que le sol lors d’un séisme, ce qui limite fortement les dégâts potentiels.

Ce travail apporte un regard neuf sur la manière dont ce monument, vieux de plusieurs milliers d’années, continue à défier les lois de la mécanique et du temps.

La clé : une fréquence de vibration bien différente de celle du sol

Les ingénieurs et sismologues savent que chaque bâtiment a une « fréquence fondamentale » ou « fréquence propre », c’est-à-dire sa manière naturelle de vibrer. Mohamed ElGabry la compare au mouvement d’une balançoire : tant qu’on pousse au mauvais rythme, elle bouge peu ; mais si l’on pousse exactement dans sa cadence naturelle, elle s’amplifie fortement.

Quand la fréquence d’un bâtiment tombe sur celle du sol pendant un séisme, les secousses peuvent être amplifiées et provoquer de graves dommages.

Dans le cas de la pyramide de Khéops, les mesures montrent une situation plus favorable :

• la fréquence moyenne de la pyramide se situe autour de 2,3 hertz (2,3 oscillations par seconde) ;
• la fréquence du sol sous le monument tourne autour de 0,6 hertz.

Autrement dit, la pyramide ne résonne pas au même rythme que le sol lors des tremblements de terre locaux. Cet écart limite l’effet de résonance et évite que les secousses ne soient amplifiées par la structure elle-même. Selon ElGabry, ce type de mesure est courant pour les bâtiments modernes, mais n’avait encore jamais été réalisé pour la grande pyramide.

Des chambres de décharge qui allègent la pression interne

Les scientifiques ne se sont pas contentés de mesurer depuis l’extérieur. Ils ont installé leurs instruments à différents niveaux, notamment dans les « chambres de décharge » situées au-dessus de la chambre du roi. Ces espaces, connus depuis le XIXe siècle, étaient déjà supposés jouer un rôle structurel en soulageant la pression du poids de la pierre.

Les nouvelles mesures suggèrent qu’elles contribuent aussi à la réponse de la pyramide aux séismes.

Les « chambres de décharge » au cœur de la pyramide participent à la façon dont l’édifice vibre, en répartissant les contraintes et en limitant les zones de faiblesse.

En combinant ces cavités internes avec la forme pyramidale, les charges se transmettent progressivement vers le sol plutôt que de s’accumuler brutalement sur quelques points porteurs, comme dans de nombreux bâtiments modernes à étages. Cela réduit la probabilité de ruptures locales lors de secousses importantes.

Un emplacement stratégique sur un plateau calcaire massif

La pyramide ne doit pas sa robustesse qu’à sa forme ou à son agencement intérieur. Elle profite aussi d’une base géologique solide. Mohamed ElGabry rappelle qu’elle est construite sur un plateau de calcaire particulièrement compact.

Ce socle naturel joue le rôle de fondation surdimensionnée :

• le calcaire du plateau est décrit comme « très fort et massif », ce qui limite les déformations du sol ;
• un sol rigide filtre une partie des vibrations et réduit les mouvements différentiels sous la structure ;
• la stabilité du plateau contribue à la bonne tenue de la pyramide lors des secousses historiques recensées.

Cette combinaison d’un sol dur, d’une géométrie stable et d’une répartition interne des charges donne à la pyramide un comportement globalement favorable face aux séismes.

Les bâtisseurs égyptiens n’avaient pas les équations… mais l’intuition

Pour autant, rien ne prouve que les architectes de Khéops maîtrisaient consciemment ces notions de fréquence ou de dynamique des structures. « Cela ne signifie pas qu’ils connaissaient, à cette époque, toute la physique que nous connaissons aujourd’hui. Ils ne la connaissaient certainement pas », précise Mohamed ElGabry, cité par Scientific American.

Les pyramides montrent plutôt une démarche d’« apprentissage par la pratique » : les bâtisseurs testaient des formes, observaient ce qui tenait et adaptaient leurs méthodes.

Les autres grandes pyramides d’Égypte appuient cette idée :

• la pyramide rhomboïdale à Dahchour présente une « cassure » dans sa pente, signe d’ajustements en cours de construction ;
• la pyramide à degrés de Djéser adopte une superposition de mastabas (prismes rectangulaires) qui offre une autre manière de répartir les charges ;
• les pyramides de Gizeh partagent une implantation sur des zones rocheuses solides.

Pour ElGabry, les bâtisseurs de l’époque utilisaient avec finesse les matériaux disponibles et les conditions locales pour concevoir des structures aussi stables que possible. « Ils l’ont utilisé très judicieusement pour construire de manière très efficace, qui a survécu », résume-t-il.

Comment les ingénieurs modernes utilisent ces mesures de fréquence

Aujourd’hui, mesurer la fréquence fondamentale des bâtiments fait partie de la panoplie des ingénieurs en génie parasismique. Des capteurs enregistrent les mouvements du sol et de la structure, puis des logiciels en déduisent le comportement dynamique du bâtiment.

Ces données servent à vérifier que la fréquence d’un immeuble ne coïncide pas avec celles attendues pour les séismes de la région, ou, si c’est le cas, à adapter sa conception.

Dans l’ingénierie contemporaine, plusieurs leviers existent :

L’étude de la pyramide apporte un cas réel, massif et ancien, confirmant la pertinence de ces approches. Elle montre aussi comment un édifice très simple en apparence peut bénéficier de mécanismes complexes de répartition des efforts.

Ce que cela inspire pour les constructions en France

En France, le risque sismique reste modéré à élevé selon les régions. Des zones comme les Pyrénées, les Alpes, la vallée du Rhône ou une partie de la Provence sont surveillées de près. Les règles de construction parasismique sont encadrées par des normes spécifiques, appliquées notamment aux bâtiments neufs les plus exposés.

Les méthodes de calcul ne sont évidemment pas les mêmes que dans l’Égypte antique, mais certaines idées se retrouvent :

Les règles françaises imposent par exemple que certains immeubles publics, hôpitaux ou écoles soient conçus pour rester debout après un séisme important, même s’ils subissent des dégradations. Les approches modernes ne s’inspirent pas directement des pyramides, mais l’étude de Khéops illustre concrètement l’intérêt de penser la stabilité sur le temps long.

Ce que révèle l’étude sur la notion de « génie » antique

Les travaux publiés dans Scientific Reports rappellent qu’un monument peut être à la fois le fruit d’essais empiriques et d’une intelligence constructive remarquable, sans qu’aucune théorie scientifique écrite n’existe encore. La pyramide de Khéops combine :

• un choix de site favorable, sur un plateau rocheux stable ;
• une forme géométrique naturellement stable ;
• des aménagements internes qui allègent les contraintes ;
• une masse considérable, mais répartie de manière contrôlée.

Les résultats obtenus par l’équipe de Mohamed ElGabry montrent que ces choix convergent vers une structure adaptée aux contraintes sismiques locales, même si les bâtisseurs n’en connaissaient pas les équations.

Pour un lecteur français, ces recherches donnent aussi une nouvelle raison de s’intéresser aux monuments anciens : ils servent de laboratoire à ciel ouvert pour tester, sur des millénaires, des idées de construction qui inspirent encore la réflexion actuelle sur la durabilité et la sécurité des bâtiments.