Fouiller sans creuser : pour la première fois, les archéologues passent Jérusalem aux rayons X

Au confluent de la physique et de l’archéologie, leur système de détection basé sur les muons – ces particules élémentaires semblables à des électrons lourds – leur a permis de détecter les creux et autres cavités souterrains situés sous la Cité de David, non loin des murs de la Vieille Ville de Jérusalem, dans le quartier à majorité palestinienne de Silwan.

Leur découverte, publiée le même jour dans le Journal of Applied Physics, pourrait bien donner aux archéologues du monde entier un puissant nouvel outil pour cartographier les espaces souterrains avant de commencer les fouilles.

« Tous les sites archéologiques sont des sortes de gruyères », explique au Times of Israël, le temps d’un entretien téléphonique, le professeur Oded Lipschits du département d’archéologie et des cultures du Proche-Orient ancien à l’Université de Tel Aviv.

« Des pyramides d’Égypte aux villes mayas d’Amérique du Sud, et ici en Israël, les anciens habitants ont creusé des espaces souterrains pour les besoins de systèmes d’adduction d’eau, de stockage agricole, etc. », poursuit-il.

« En archéologie, il n’existe pas de méthode fiable pour détecter ces cavités, juste le hasard. On peut, en creusant profondément dans le substrat rocheux, soudain tomber sur une ouverture, l’entrée d’un réservoir caché. Une fois découvert, on peut le fouiller mais jusqu’à ce moment-là, on n’a aucun moyen de savoir qu’il est là. »

Selon Lipschits, les structures souterraines sont très fréquentes en Israël, parcouru de vastes zones faites d’une couche de calcaire dur – connue sous le nom de nari – sous laquelle se trouve une craie plus douce. Au fil des millénaires, les hommes qui sont parvenus à percer la couche supérieure ont facilement pu créer des lieux de stockage, des installations liées à la conservation de l’eau, voire des espaces de vie.

« Pour les besoins de cette étude, nous avons développé une méthode simple et peu coûteuse pour produire une carte 3D de ce qui se trouve sous le substrat rocheux – en utilisant l’intelligence artificielle – et faire que les archéologues puissent arriver sur site en connaissant déjà la disposition souterraine et ainsi prendre une décision éclairée quant-au lieu de fouille à privilégier », ajoute Lipschits.

Les muons sont des particules porteuses d’une charge électrique similaire à celle des électrons ou des protons. Ils sont principalement créés par l’interaction des rayons cosmiques (particules errant dans l’univers) avec l’atmosphère terrestre.

« Les muons frappent le sol à un rythme constant et connu », explique le professeur Erez Etzion, de l’École de physique et d’astronomie de l’Université de Tel Aviv dans un communiqué de l’université. « Contrairement aux électrons, qui s’arrêtent après seulement quelques centimètres dans le sol, les muons perdent de l’énergie lentement et certains pénètrent profondément sous terre – certains allant même jusqu’à 100 mètres sous terre. À condition de placer les détecteurs de muons sous terre, il est alors possible d’investiguer l’environnement immédiat et d’identifier les espaces vides à l’intérieur desquels les pertes d’énergie sont négligeables. »

Etzion compare cette méthode à celle de la radiographie médicale, qui révèle des structures cachées du corps humain.

« Vous envoyez un faisceau de rayons X à travers un corps et placez une caméra de l’autre côté pour obtenir l’image des os et des articulations qui, davantage que la graisse ou la chair, bloquent le faisceau », souligne Etzion. « Ici, les muons jouent le rôle de faisceau de rayons X, notre détecteur est la caméra et les systèmes souterrains, le corps humain. »

Selon Etzion, les archéologues utilisaient déjà des détecteurs de muons primitifs pour scanner les pyramides, dans les années 1960.

L’équipe israélienne a produit la preuve de concept de cette méthode à la Cité de David, où, selon Lipschits, les détecteurs ont non seulement confirmé l’existence de cavités souterraines connues des archéologues, mais ont également révélé des cavités jusque-là inconnues.

Sous la Cité de David se trouvent des couches du passé de Jérusalem, de la période du Premier Temple – ou âge du fer (1200-586 av. notre ère) à l’ère romaine et au début de la période islamique.

« C’était très intéressant, c’est le signal clair que le système fonctionne », poursuit Lipschits. « Désormais, nous pouvons aller de l’avant et affiner la technique. »

L’un des principaux objectifs de l’équipe, précise Lipschits, est de créer des détecteurs de muons et logiciels portables et abordables afin que tous les archéologues puissent utiliser cette technologie, partout dans le monde.

« Nous travaillons déjà au développement », assure-t-il.

Par ailleurs, l’équipe se prépare à scanner d’autres sites archéologiques en Israël.

« Nous prévoyons une étude de cas à Tel Azekah », annonce Liphshitz, « car nous savons qu’il y a là-bas un important réservoir d’eau et nous voulons voir ce que les détecteurs de rayons cosmiques ont à nous en dire. Ensuite, nous fouillerons le site et comparerons les découvertes. »

Habitée pour la première fois aux alentours de 3500 av. notre ère, Tel Azekah est restée un centre important tout au long de l’époque biblique (1000-586 avant l’ère commune) et a continué à prospérer pendant les périodes hellénistique, romaine et byzantine, jusqu’au VIe siècle de l’ère commune.

L’article est également signé par des chercheurs de l’Autorité des antiquités d’Israël et de Rafael Advanced Defense Systems, signe du potentiel de ces détecteurs de muons pour des utilisations qui vont au-delà de l’archéologie et notamment dans l’industrie de la défense, pour identifier les cavités souterraines.