Une nouvelle technologie mise au point par des scientifiques de l'université de Tel-Aviv permet aux archéologues de "radiographier" la terre sans creuser.

Une nouvelle technologie annoncée lundi par une équipe de scientifiques de l'université de Tel Aviv révèle ce qui se cache sous terre, à la manière d'une radiographie de la Terre.

Les chercheurs ont présenté cette nouvelle méthode à la Cité de David, où le système d'imagerie souterraine a permis de détecter avec succès des cavités souterraines déjà connues des archéologues, ainsi que d'autres qui n'avaient pas encore été découvertes.

« C'était très intéressant, une indication claire que le système fonctionne », a déclaré le professeur Oded Lipschits du département d'archéologie et de cultures anciennes du Proche-Orient de l'université de Tel Aviv, selon le Times of Israel. « Nous pouvons désormais aller de l'avant et affiner la technique. »

Lipschits a expliqué : « Les structures en surface sont relativement faciles à fouiller, mais il n'existe aucune méthode efficace pour effectuer des relevés complets des espaces souterrains sous la roche. Si nous trouvons une cavité en creusant, nous pouvons l'explorer, mais nous n'avons aucun moyen de localiser ces espaces à l'avance. Aujourd'hui, pour la première fois, nous disposons d'une méthode qui nous permet de voir sous terre avant de toucher une pelle. »

L'équipe de recherche, dirigée par le professeur Erez Etzion de la Raymond and Beverly Sackler School of Physics and Astronomy, décrit cette technologie comme un « nouveau système d'imagerie souterraine qui utilise les muons cosmiques pour explorer l'environnement souterrain ».

Les scientifiques ont publié leurs travaux dans le Journal of Applied Physics, annonçant le nouveau système de détection basé sur les muons, décrits comme des « particules subatomiques fondamentales » par le ministère américain de l'Énergie. L'explication du DOE poursuit en affirmant que les muons sont « les éléments constitutifs les plus fondamentaux de l'univers tels que décrits dans le modèle standard de la physique des particules », similaires aux électrons mais pesant plus de 207 fois plus.

Présentant le système de balayage basé sur les muons, la publication explique : « La méthode exploite le fait que les muons perdent de l'énergie lorsqu'ils traversent la matière, l'atténuation dépendant de la densité intégrée le long de leur trajectoire. En suivant les trajectoires des muons à l'aide d'un détecteur multicouche à scintillateur, nous reconstruisons les distributions angulaires du flux et déduisons les variations de densité de la couche de recouvrement. »

Pour simplifier, Lipschits a déclaré au TOI : « Tous les sites archéologiques sont comme du fromage suisse. » Il a poursuivi : « Des pyramides d'Égypte aux cités mayas d'Amérique du Sud, et bien sûr ici en Israël, les anciens habitants ont creusé des espaces souterrains pour les systèmes d'approvisionnement en eau, le stockage agricole, etc. », expliquant qu'auparavant, ils ne découvraient ces cavités que par hasard.

« Avec cette recherche, nous avons entrepris de développer une méthode simple et peu coûteuse pour produire une carte 3D de ce qui se trouve sous la roche mère, en utilisant également l'intelligence artificielle, afin que les archéologues puissent arriver sur un site en connaissant déjà la configuration souterraine et décider où creuser en conséquence », a-t-il ajouté.

Selon Lipschits, Israël possède de nombreuses cavités de ce type en raison des vastes étendues de terre qui contiennent une couche de calcaire dur sous laquelle se trouve une couche de craie plus tendre, qui peut être facilement creusée pour créer des systèmes d'approvisionnement en eau, des entrepôts et même des zones d'habitation. Ceux-ci peuvent être détectés lorsque les muons se déplacent dans les espaces.

"Les muons frappent le sol à un rythme constant et connu", explique le professeur Erez Etzion dans un communiqué de l'université. "Contrairement aux électrons, qui s'arrêtent à quelques centimètres du sol, les muons perdent lentement de l'énergie et certains pénètrent profondément dans la terre, atteignant même des profondeurs allant jusqu'à 100 mètres. Si nous plaçons des détecteurs de muons sous terre et que nous mesurons le milieu environnant, nous pouvons identifier les espaces vides où la perte d'énergie est négligeable".

Etzion compare le système d'imagerie souterrain à une radiographie : "On envoie un faisceau de rayons X à travers un corps et on place une caméra de l'autre côté pour obtenir une image des os et des articulations, qui bloquent davantage le faisceau que, par exemple, la graisse ou la chair." 

Il a ajouté : "Ici, les muons sont le faisceau de rayons X, notre détecteur est la caméra et les systèmes souterrains sont le corps humain."

Bien que des versions plus primitives de cette technologie aient été utilisées depuis les années 1960 pour explorer les pyramides d'Égypte, le nouveau système sera désormais utilisé pour explorer d'autres sites en Israël.

"Nous prévoyons une étude de cas à Tel Azekah", explique Liphshitz, "car nous savons qu'il y a un grand réservoir d'eau et nous voulons voir ce que les détecteurs de rayons cosmiques peuvent révéler. Ensuite, nous ferons des fouilles sur le site et nous comparerons les résultats".