Chronique des infinis : Quand l'Univers décrypte l'Histoire

Qui n'a jamais rêvé de percer le secret des pyramides et de découvrir un tombeau sacré jamais exploré ? Cette perspective a d'ailleurs emmené Tintin à suivre Philémon Siclone dans sa quête, l'élément déclencheur de l'album Les Cigares du Pharaon.

Vous serez sans doute surpris d'apprendre que, là aussi, l'infiniment petit venant de l'infiniment grand apporte la solution ! En effet, en utilisant des particules élémentaires, des chercheurs de France et du Japon ont découvert il y a quelques années une chambre vide dans la Grande pyramide en Égypte, mettant en évidence une nouvelle structure à l'intérieur de cette pyramide pour la première fois depuis le XIX^e siècle ! Les égyptologues disparus que mentionne Philémon Siclone auraient peut-être pu échapper à leur sinistre destin grâce à cette méthode….

Principe de muographie

Voir à l'intérieur de notre corps est quelque chose que nous avons déjà (presque) tous expérimenté ! Grâce aux rayons X, les radiographies permettent de visualiser les parties plus denses de notre corps, tels que les os par exemple, et de vérifier si l'un d'entre eux est endommagé. Nos os étant plus denses que les tissus qui les entourent, ils arrêtent plus les rayons X et se distinguent donc de nos organes, muscles ou tendons sur la plaque photographique.

La muographie est basée sur le même principe : des parties plus denses d'un monument, une pyramide par exemple, vont plus absorber les particules, et à l'inverse, des espaces vides vont laisser passer ces particules sans encombre. Vous l'aurez peut-être deviné par le nom de la technique, les particules dont nous parlons ici sont des muons. Un muon est une particule élémentaire, similaire à un électron mais en plus lourd. Ceux utilisés en muographie sont produits dans notre atmosphère à la suite de collision de rayons cosmiques, émis par les phénomènes très énergétiques peuplant notre univers, et notre atmosphère. Des douches de particules se créent alors comme illustré sur la figure 1, et les muons sont parmi les particules les plus abondantes au niveau du sol et sont donc de parfaits candidats pour explorer de manière non-invasive l'intérieur des pyramides.

Figure 1: Illustration artistique d'une douche de rayons cosmiques. Crédits: A. Chantelauze / S. Staffi / L. Bret, Pierre Auger Observatory

Le principe de la muographie est illustré sur la figure 2 : en fonction du nombre de muons vus par le télescope, les chercheurs peuvent retrouver l'opacité, c'est-à-dire à quel point les muons sont absorbés, de l'objet et dériver ensuite sa densité. En utilisant plusieurs télescopes ou en les déplaçant autour de l'objet à étudier, il est donc possible de "voir" des zones plus denses (ou à l'inverse vides !) sans devoir endommager le site.

La technique a été initialement proposée par Luis Alvarez et son équipe, qui ont cherché une chambre vide dans les pyramides dès 1970 ! Malheureusement, leur étude s'est concentrée sur la deuxième pyramide de Gizeh et n'a révélé aucune structure inconnue.

En 2017, par contre, les chercheurs de France et du Japon dont nous parlions au début de cet article, ont pu mettre en évidence un vide à l'intérieur de la Grande pyramide. D'autres études sont en cours pour comprendre de quoi est fait ce vide, une ou plusieurs chambres, et s'il contient des objets de différents matériaux.

Figure 2 : Illustration du principe de muographie. Crédits: adaptation de K. Jourde

Sonder les pyramides, mais pas que !

La muographie s'est révélée un outil incroyable pour les égyptologues et elle est à présent utilisée pour étudier d'autres sites, tels que des volcans !

Des équipes belges par exemple font partie de la collaboration MURAVES qui étudie le Vésuve, ce célèbre volcan italien qui a détruit Pompéi et ses environs en l'an 79 après JC. Cette équipe utilise des télescopes à muons illustrés sur la figure 3. Cette étude permettra d'étudier les différentes densités de la partie haute du Vésuve dans laquelle les différentes phases éruptives ont créé des volumes de densité différente. Après l'égyptologie, la muographie se met donc au service de la volcanologie ! Pour les curieux, c'est par ici.

Figure 3: Télescope à muons utilisé pour étudier le Vésuve. Crédits: MURAVES Collaboration

Envie de jouer les muographes ?

Une autre équipe étudie quant à elle le volcan La Grande Soufrière en Guadeloupe. La réussite de la muographie dépend de la capacité à reconstruire précisément le parcours de muons avec le télescope. Rappelons quand même que ces chercheurs tentent de sonder des sites géologiques ou archéologiques à l'aide de particules élémentaires naturellement produites dans notre atmosphère ! Les Collaborations DIAPHANE et REINFORCE ont besoin de vous pour l'aider dans cette tâche. Envie de devenir vous aussi un muographe ? Rejoignez l'équipe ici !

Merci à Andrea Giammanco et Theodore Avgitas pour leur commentaires éclairés !

À propos de l’auteur

Gwenhaël W. De Wasseige est professeure à l’UCLouvain en physique des astroparticules. Membre des collaborations IceCube et KM3NeT, elle mène la chasse aux neutrinos à la fois au Pôle Sud et en mer Méditerranée. Chaque mois, Gwenhaël nous racontera à travers sa chronique des infinis les dernières actualités qui touchent l’univers et le domaine de l’infiniment petit.