Les pyramides égyptiennes étaient les gratte-ciel de leur temps - et ont résisté pendant 5000 ans. Les gratte-ciel modernes pourront-ils répéter un tel exploit? Les premières fissures sont apparues en avril. Le 29 juin 1995, un vaste réseau de fissures s'était répandu sur le plafond du cinquième étage de l'un des grands magasins les plus fréquentés de Séoul. Quelques heures plus tard, une forte détonation est venue du toit. Les fissures ont grandi.
Une réunion du conseil d'urgence a été convoquée, mais le président a catégoriquement refusé d'évacuer, invoquant la perte de profits. Puis il a quitté le bâtiment.
A cinq heures du soir, le plafond du cinquième étage commença à s'effriter. Les achats ont continué comme d'habitude jusqu'à ce que l'alarme retentisse près d'une heure plus tard. Mais c'était trop tard. Tout d'abord, le toit s'est effondré, puis les principaux piliers de soutien du bâtiment ont été soulevés, à la suite de quoi toute l'aile sud du bâtiment s'est effondrée dans le sous-sol. 1500 personnes ont été piégées - y compris la belle-fille du président - et 502 n'en sont jamais sorties.
L'effondrement du grand magasin Samsung est un exemple de la fragilité des structures modernes. Même avec les derniers matériaux, équipements et une compréhension avancée de la physique, ce bâtiment n'a pas duré cinq ans, encore moins 5000.
Pendant ce temps, les pyramides égyptiennes ont rassemblé des foules de spectateurs pendant de nombreux millénaires. Tremblements de terre, érosion, vandalisme - les pyramides ont même survécu à l'effondrement de la civilisation et à la transformation du Sahara d'un pâturage luxuriant en un vaste désert d'aujourd'hui.
La Grande Pyramide de Gizeh - construite en 2540 avant JC - est inégalée en termes de matériaux, de conception et d'ingénierie, à la fois avant et après les bâtiments. Les touristes grecs antiques ont parcouru des milliers de kilomètres pour regarder ses blocs, polis au point où ils étaient décrits pour briller; les noms des voyageurs peuvent être trouvés gravés dans les murs de la pyramide à ce jour.
Cléopâtre vivait plus près du plus haut bâtiment du monde aujourd'hui - le Burj Khalifa - que de ce tombeau monumental. Lorsque les derniers mammouths sont morts, elle avait déjà 1000 ans.
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La pyramide de Gizeh était le gratte-ciel de son temps, surpassant n'importe quel bâtiment dans le monde, jusqu'à ce que finalement, il y a environ 700 ans, la cathédrale de Lincoln ait été construite. «Les Égyptiens de l'Antiquité ont créé - je déteste le dire - une rampe de lancement permettant aux morts de voyager vers le soleil et les étoiles», explique Donald Redford, qui étudie les pyramides depuis quarante ans.
Avance rapide jusqu'en 2016, où nous avons déjà couvert le ciel de gratte-ciel, de tours d'horloge et de robots de 20 étages, et nous prévoyons de construire un bâtiment d'un kilomètre et demi de haut. Bien que l'on ne sache pas encore s'il peut être construit du tout. Nous entrons dans l'ère des gratte-ciel alors que de plus en plus de gens voyagent des villages aux villes surpeuplées.
Ces bâtiments doivent résister à des forces énormes pour rester debout, y compris des coups de foudre constants et des vents balayant à 150 km / h - sans parler de l'effet constant de la gravité. Dans certaines régions, de puissants tremblements de terre peuvent être ajoutés à cette liste. Quel est le secret des pyramides? Les gratte-ciel modernes peuvent-ils y survivre?
En fait, l'âge impressionnant des pyramides n'est pas un hasard. Les anciens Égyptiens croyaient que la vie après la mort serait éternelle et ont fait de grands efforts pour bien garder leurs tombes aussi. La conception des pyramides a changé pendant des milliers d'années alors que leurs constructeurs expérimentaient des matériaux et une architecture adaptés à leurs ambitions.
«Ils ont toujours dit que ce bâtiment était« pour l'éternité »,« pour toujours et à jamais »- cela a toujours été dans leur vocabulaire», explique Redford, actuellement à l'université de Penn State. Ils étaient si confiants en leurs capacités que «des millions et des millions d'années» figuraient dans les noms de nombreuses pyramides.
Malgré toutes leurs tentatives et leurs exagérations, les Egyptiens ne savaient pas exactement ce qu'ils faisaient, et c'était plus leur avantage qu'un désavantage. Pour combler les lacunes dans la compréhension des lois de la physique, les premières pyramides ont été construites en tenant compte de toutes les fortifications possibles. Ils connaissaient les piliers, mais ne savaient pas qu'ils pouvaient soutenir le toit. Par conséquent, des murs supplémentaires ont été ajoutés au cas où.
Une autre explication est sa taille énorme. Prenez la Grande Pyramide, qui est plus une montagne artificielle qu'un bâtiment composé de près de six millions de tonnes de roche solide. Cinq mille ans est absurde, étant donné que le calcaire qui compose les blocs pyramidaux est enfoui depuis environ 50 millions d'années.
Les gratte-ciel modernes, en comparaison, sont efficacement légers et intelligents. Il n'a fallu que 110 000 tonnes de béton et 39 000 tonnes d'acier pour construire le Burj, soit six fois la hauteur de la Grande Pyramide. «Ils ont conçu des bâtiments qui dureront éternellement - pas une priorité aujourd'hui. Nous concevons des bâtiments pratiques pour y vivre », déclare Roma Agrawal, ingénieur civil travaillant sur le bâtiment Shard à Londres.
Comme les premières pyramides, la plus ancienne génération de gratte-ciel est peut-être la plus fiable. Lorsqu'un avion B-52 s'est écrasé dans l'Empire State Building en 1945, le bâtiment a été rouvert quelques jours plus tard. «Au début du 20e siècle, tout était calculé à la main, les ingénieurs ont donc ajouté de l'acier supplémentaire au cas où», explique Agrawal. Bien que l'Empire State Building fasse la moitié de la taille du Burj, il pèse les deux tiers de plus.
En plus de tous les risques habituels, un bâtiment dans les nuages a son propre poids. Pour survivre jusqu'en 7000 après JC - c'est-à-dire vivre aussi longtemps que les pyramides ont vécu - les gratte-ciel doivent lutter contre la pluie, le vent et les orages pendant des milliers d'années.
«Le vent est un problème particulier pour les immeubles de grande hauteur», déclare Bill Baker, ingénieur concepteur de Burj. Lorsque le vent se précipite devant un objet profilé, tel qu'un arbre ou un lampadaire, il tourbillonne en une rafale organisée qui fait le tour de l'objet d'abord vers la gauche, puis de nouveau vers la droite, puis de nouveau vers la gauche, et l'objet se balance en raison du changement de direction du vent. Par vent fort, Burj peut balancer jusqu'à un mètre et demi dans chaque direction.
Le problème est que plus le vent est haut, plus le vent est rapide. Pour empêcher les gratte-ciel de tomber - et les gens d'en haut pour se débarrasser du mal de mer - les ingénieurs conçoivent des bâtiments de forme irrégulière qui obstruent le vent et détruisent son organisation. D'un point de vue architectural, le bâtiment peut sembler un peu trop chic, mais les profils dentelés distinctifs de Burj et Shard sont plus pour la sécurité que la beauté.
Même un ouragan ne les secouera pas. «S'il s'agit d'un bâtiment normal, il doit être capable de résister à un ouragan qui se produit une fois tous les 700 ans», déclare Baker. Des bâtiments importants comme le Burj Khalifa seront en mesure de faire face à des événements qui se produisent une fois tous les plusieurs millénaires.
Et il y a aussi des éclairs. Les Émirats arabes unis, où se trouve Burj, subissent environ 10 orages par an. Un seul coup de foudre de plusieurs milliards de volts peut être aussi puissant qu'un réacteur nucléaire. «J'étais à Dubaï pendant un orage et Burj est comme un paratonnerre pour toute la ville - la foudre le frappe chaque minute», dit Baker.
Heureusement, il existe une solution. Pendant la construction, la coque en acier du bâtiment est liée ensemble - chaque barre d'acier, chaque cadre de fenêtre - jusqu'à la base. Et cela fonctionne comme une cage de Faraday géante, une enceinte de protection similaire au treillis métallique des fours à micro-ondes qui protège le contenu en le limitant de l'électricité. «J'ai parlé à des équipes de travail après un orage particulièrement puissant et elles n'ont vu aucun dommage», explique Baker.
Même lors de tremblements de terre, les gratte-ciel tiennent extrêmement bien. Plus vite il se lâche, mieux c'est. Tout est question de résonance. Si le sol tremble à une fréquence qui correspond à la vitesse de l'oscillation du bâtiment, il oscillera de plus en plus vite jusqu'à ce qu'il s'effondre, éventuellement. «Les bâtiments étroits prendront plus de temps à se balancer d'avant en arrière - 11 secondes pour Burj - donc ils bougeront, mais ne s'effondreront pas», dit Baker.
Mais ce n'est pas entièrement fiable: tout comme nous cassons des trombones, en les pliant et en les dépliant à plusieurs reprises, si l'acier est trop souvent dérangé, il éclatera.
L'eau est bien plus dangereuse.
Dans les années 1930, 96 des 100 bâtiments les plus hauts du monde étaient en acier. Aujourd'hui, la plupart des bâtiments urbains sont construits en béton armé (béton armé), qui combine la résistance à la traction (capacité à résister à l'étirement) du métal et la résistance à la compression (capacité à résister à l'écrasement) de la pierre.
Lorsqu'il est stocké dans un endroit sec, le béton armé est un matériau étonnant qui peut durer éternellement. Mais dans les zones à forte teneur en sédiments, les acides faibles de l'eau réagissent lentement avec le calcaire du ciment et le réalisent - les rouilles et les trous en acier apparaissent dans le bâtiment.
«Le fait que les pyramides soient dans un environnement sec est extrêmement important», déclare Michelle Barsum, scientifique des matériaux à l'Université Drexel de Philadelphie. Même dans le Sahara séché au soleil, les premières pyramides sont tombées sous les ravages de l'eau.
Pendant de nombreuses années, on a cru que les Égyptiens avaient finalement compris et appris à couper des blocs avec un ajustement plus serré, mais comment exactement restait un mystère. Puis, au début des années 2000, quelqu'un a finalement eu l'idée d'étudier les roches au microscope à haute résolution. C'était Michel Barsum, et il a remarqué que ces roches n'étaient pas du calcaire naturel, mais étaient plutôt moulées à partir d'une forme ancienne de ciment.
En tant qu'expert en céramique - Barsum n'avait jamais étudié les pyramides - il ne pouvait pas résister à la tentante perspective de le découvrir à coup sûr. Au fond des anciens blocs, il découvrit des indices éloquents: des algues microscopiques, des diatomées, dont la coque dure était partiellement érodée par du ciment alcalin. «Environ 90% de la pyramide est faite de pierre sculptée, le reste est moulé», explique Barsum.
Les Egyptiens fabriquaient leurs pierres à partir de quatre composants principaux: le calcaire, la chaux, l'eau et la boue. Ils réagissent les uns avec les autres pour former un adhésif chimique. Plus important encore, à mesure que l'adhésif vieillit, il revient à son état d'origine des composants, reconvertissant le ciment en pierre. «Il sent et ressemble au calcaire naturel», dit Barsum.
Mais si la coque principale en béton du gratte-ciel est relativement solide, le sort des fenêtres qu'il contient est moins transparent. Le verre pèse comme le granit et a la rigidité de l'aluminium; il faudra 10 tonnes de pression pour écraser un centimètre cube. Même la mer prendra 50 ans de broyage pour transformer le verre en galets lisses et colorés sur la plage. Et pourtant le verre n'est pas parfait. Il peut se fissurer spontanément. Personne ne sait pourquoi.
Même avec une double couche de verre, si elle n'est pas entretenue, la plupart des fenêtres ne dureront pas longtemps. «Le verre n'est pas particulièrement affecté par l'environnement, mais en raison des vibrations du vent, des orages et d'autres influences, il finit par se briser», explique Konstantinos Tsavdaridis, spécialiste des matériaux à l'Université de Leeds.
Enfin, le verre finira-t-il par s'écouler dans le bas du cadre? Cette idée est basée sur le fait que les fenêtres médiévales étaient généralement plus épaisses au fond et que le verre est, en fait, un liquide extrêmement visqueux: et sur des centaines d'années, le verre peut s'écouler dans le fond du cadre.
En 1998, cette idée populaire a été vigoureusement réfutée par un groupe de physiciens, qui ont calculé qu'il faudrait du temps «beaucoup plus long que l'âge de l'univers» pour qu'un changement notable du verre se produise à température ambiante. L'épaisseur inégale du verre ancien était complètement aléatoire - fabriquer même du verre il y a quelques centaines d'années n'était pas si facile.
Alors, les gratte-ciel modernes peuvent-ils faire craindre le temps?
Bill Baker pense que oui. «Les matériaux de construction sont plutôt bons ces jours-ci. Sauf pour les moments où ils échouent, et s'ils sont pris en charge."
Agrawal est d'accord. "Si vous vous en occupez, pourquoi pas."
Selon Konstantinos, les structures en béton dureront plus longtemps, car la rouille qui se forme dans le béton armé le tue. Mais Redford doute que nos bâtiments dureront assez longtemps. Après tout, ce sont des structures fonctionnelles qui font simplement leur travail. Ce sera plus facile de les lancer. La plupart des gratte-ciel seront démolis avant de tomber. Après tout, la Grande Pyramide n'était pas le seul bâtiment étonnant il y a 4500 ans.
On dit que le soi-disant Labyrinthe était encore plus inhabituel. «Lorsque l'historien grec Hérodote l'a vu, il a eu le souffle coupé. Il ne pouvait pas décrire la taille et le poids des plus gros blocs qui sont entrés dans le bâtiment », dit Redford. Vous ne trouverez pas un tel bâtiment aujourd'hui. Le labyrinthe a été pillé et ses briques ont été utilisées pour construire d'autres bâtiments. Si vous vous promenez dans les rues du vieux Caire et que vous étudiez les fondations d'anciens bâtiments, vous pouvez parfois trouver des inscriptions hiéroglyphiques de ce même bâtiment.
Si nous ne démolissons pas des gratte-ciel, par exemple à New York, et qu'ils ne tombent pas, alors au rythme actuel de construction de 7 000 personnes, il y aura 10 000 bâtiments de plus de 160 mètres de haut. Peut-être aurons-nous de quoi être fiers. Pourquoi sommes-nous pires que les anciens Egyptiens?
ILYA KHEL