Premier étage: Ascenseur de la grotte

Description:

Cet ascenseur est un flotteur oscillant, il est constitué d’une réserve d’eau: la grotte souterraine et d’un puits vertical dans lequel un flotteur est maintenu en oscillations permanentes.

La grotte souterraine est alimentée en eau par la galerie descendante qui fait 1.09 M² de section et 85 m de long dans sa partie inclinée.

L’eau dans la grotte est sous la pression du niveau d’eau dans la galerie descendante, l’air comprimé sous le plafond maintient une surface d’eau libre d’environ 126 M² .

A ces deux éléments qui sont visibles il faut ajouter un élément qui n’a pas encore été trouvé (mais pas cherché non plus): un puits vertical contenant un flotteur de 4 M² de section placé pratiquement au centre de la pyramide, la section de ce puits est très probablement circulaire on comprendra pourquoi plus loin, de 2.8 m de diamètre,  il prend son eau depuis la galerie descendante à l’entrée de la grotte au niveau – 34 m et il se termine au niveau + 3 m prolongé par la cage qui elle doit être de section rectangulaire de l’ordre de 2.8 x 2.8 m, 7.8 M². Cette cage passe dans la maçonnerie, légèrement au sud et à l’est du « boyau des voleurs » de la niche de la chambre basse.

Le niveau 3 m est donné par la niche du puits de service qui servait de point de surveillance et fixation du niveau d’eau.

La hauteur d’eau libre dans le puits sera donc de 34+ 3 = 37 m. Dans ce puits prend place un flotteur en bois de 38 m de long fait en menuiserie spéciale** de la même section que le puits mais avec un jeu suffisant permettant dans le cas d’une procédure spéciale, le coulissement avec une étanchéité apportée par une jupe.

La course à vide théorique maximale de ce flotteur sera donc de 38 m, mais sera limitée à 37 m au maximum, pour éviter que le flotteur ne sorte du puits.

**Le flotteur doit être assez rigide pour pouvoir soulever une charge allant jusqu’à 70 t, il sera immergé pendant des années et soumis à des contraintes incessantes, il est donc tout à fait improbable que la technologie de la coque de la barque solaire découverte au pied de la pyramide ait été utilisée. Il est probable que le flotteur ait été un assemblage en plusieurs tronçons, d’une ossature en bois dur densité de 1 et d’un remplissage en matériau de faible densité, possiblement du liège, densité 0.25 (ou du balsa?), tous deux recouverts de résine pour ne pas absorber d’eau ce qui aurait progressivement déréglé l’équilibre hydrostatique qui se devait d’être précis.

A sa course maximale de 33 m, il sera immergé de 18 m à l’équilibre statique et pèsera donc 70 t, mais ce poids pouvait augmenter dans de grosses proportions, car pour les course plus faibles le flotteur sera lesté jusqu’ à peser autour de 128 t pour sa première assise à remplir. Il devait donc présenter en son intérieur une cheminée centrale destinée à laisser un accès en partie basse pour recevoir le lest probablement sous la forme sous la forme de disques de cuivre empilés en hauteur.

Ce lest en partie basse donne un centre de gravité plus bas que le centre de poussée et donc à un flotteur stable et un mouvement parfaitement vertical.

Partant du niveau + 3 m au point bas, le point haut du mouvement à vide sera donc de 34 + 3 =  37 m

Le niveau d’eau dans le circuit peut varier en remplissant plus ou moins la galerie descendante, puis plus tard aussi la galerie ascendante, cependant à delà de + 3 m il faudra apporter une étanchéité entre flotteur et puits pour éviter que l’eau ne s’écoule par le haut du puits.

Il y avait au dessus de l’entrée de la galerie descendante, protégé par une voûte à double chevrons aujourd’hui détruit, un volume  qui faisait 3 à 4 m de large, 5 m de haut.

Volume nord original

Manifestement un tel volume avait été construit pour abriter une activité humaine.

Au sud des 3 gros linteaux qui sont encore visibles (représentés en vert sur l’illustration) un autre volume à ce jour jamais visité, mais que le projet Scan Pyramid a détecté, délimité en pointillés rouge sur la photo.

scan CEA entrée
Image publiée par le CEA

Il tombe sous le sens que ces deux volumes communiquaient à l’époque de la construction, le seul moyen visible pour les relier est ce que l’on a coutume d’appeler « le linteau crénelé » pièce qui se situe juste au dessus les 3 linteaux.

linteau crénelé

Que l’on peut imaginer sous la forme ci-dessous alors qu’il repose sur un bloc en calcaire fin de Turah.

linteau crénelé

Il est remarquable, chose unique dans la pyramide, que ce bloc ne soit encastré sous le faîte de la voûte que de 10 à 20 cm.

A l’époque de la construction, il aurait pu avoir la fonction d’une « porte coulissante » en le dégageant par le sud de son encastrement et en la déplaçant dans le sens Est Ouest grâce au créneaux, à l’aide d’un levier. Trois trous percés dans le support du linteau auraient pu servir pour créer le point d’appui du levier.

Ce dispositif aurait pu permettre à des opérateurs d’extraite de l’eau dans la galerie descendant, à l’aide d’une chaîne de seaux par exemple, pour la verser dans le volume sud, détecté par « Scan Pyramid » derrière les linteaux de « l’entrée ». Ce volume non encore exploré, aurait pu être en fait un réservoir , pour recevoir l’eau receuillie dans la galeie descendante pour diminuer le niveau dans le puits, sans gaspiller cette eau qui était destinée à être réutilisée par la suite.

On verra dans le chapitre décrivant  la procédure d’ascension des mégalitres, que ce niveau devait pouvoir varier d’environ 15 m soit un volume de 30 à 40 M³. On pourrait donc s’attendre à ce que le volume détecté par « Scan Pyramid » qui fait approximativement 10 m de long et 2 m de large, fasse au minimum 2 m de hauteur.

Enfin, l’entrée de la galerie descendante est faite de telle façon que l’on puisse l’obturer par une vanne (on a retrouvé sur place le reste d’un bloc de granite percé qui aurait pu être l’obturateur mais que les archéologues ont assimilé au vestige d’une des herses de la chambre des herses)  car le niveau d’eau dans le circuit pouvait être porté jusqu’à + 22 m en remplissant la galerie ascendante qui communiquait alors avec cette entrée, le bouchon de 3 blocs de granite ayant été préalablement repoussé.

Prolongeant le puits vertical, à partir du niveau 4.5 m, se trouvait de début de la cage servant de passage aux blocs, ce début était probablement dans une salle de chargement des blocs communiquant avec la galerie est ouest ouvrant au niveau zéro sur la face est de la pyramide = véritable entrée de la pyramide.

Le seuil de chargement plus haut de 1.5 m que le haut du puits permet de disposer du temps nécessaire pour faire le chargement des pierres sur le plateau porteur « à la volée »

Ce poste de chargement recevait un plateau au dessus du flotteur qui portait les charges jusqu’à leur hauteur de destination.

La cage étant maçonnée au fur et à mesure que les assises s’élevaient.

La cage devait avoir la section suffisante pour contenir les charges les plus encombrantes, c’est à dire les chevrons mégalithiques de la voûte de la chambre haute dont le plus encombrant avait sa plus petite section au sol faisant 1.74 m pour la largeur et  2.6 m en longueur, pour laisser un jeu fonctionnel et laisser passer le flotteur elle ne devait pas faire moins de 2.8 x 2.8 m, 7.8 M² de section.

La mission de ce monte charge, ne s’arrêtera pas en hissant jusqu’à 29 m les pierres de construction, il devra monter à 24 m les chevrons mégalithiques de la chambre basse ( et de l’entrée) et aussi mais plus tard, il devra hisser jusqu’à la hauteur de 60 m les mégalithes de la voûte de la chambre haute (et du complexe mortuaire), puis plus tard, pyramide terminée, cet ensemble puits plus cage, équipé d’un nouveau flotteur, servira à conduire le roi dans sa dernière demeure.

Les blocs transportés, font leur trajet vertical dans la cage du monte charge portés par un plateau qui a une conception adaptée à un mécanisme permettant de les charger puis les évacuer à la volée.

Enfin, la chambre de chargement orientée Ouest-Est de l’ordre de 8 m de long, environ de 4 / 5 m de large, 8 m de hauteur était protégée par une voûte probablement à double chevrons.

Chambre Chargement

Cette chambre est au bout de la galerie d’accès des blocs d’environ 110 m de long, dont l’entrée se trouvait alors sur la face Est de la pyramide au niveau de la base.

Le sol de cette galerie est horizontal au niveau zéro, mais se termine en arrivant dans le sas de chargement par une rampe qui élève son niveau de 4.5 m qui est le niveau du seuil de chargement.

Cette rampe est destinée à ralentir puis stopper les blocs qui auront fait un trajet de 115 m dans la galerie en toute autonomie sur leur roulement, lancés par un toboggan extérieur en face est depuis une hauteur légèrement supérieure à 6.5 m à l’entrée de la pyramide.

Fonctionnement:

Pendant une première phase cet ascenseur, va commencer par monter les blocs de construction du niveau 4.5 m au niveau 6.1 m pour remplir la sixième assise, puis s’élever progressivement jusqu’au niveau le plus élevé qui lui soit accessible en charge.

Pour ce faire il fera un mouvement alternatif vertical, dans ce mouvement le point bas de la face supérieure du flotteur sera invariablement à 3 m de la base, ce qui est le niveau d’eau du point haut du puits.

Rappel: La différence de niveau de 1.5 m entre le point bas de l’extrémité haute du flotteur et le point bas du plateau porteur de blocs était là pour donner du temps au chargement des blocs à la volée = la durée du vas et viens du flotteur en bout de course dont la nature sinusoïdale du mouvement fait qu’alors la vitesse de son déplacement vertical, passant par zéro, est minimale.

A la course maximale à vide qui est de 34 m d’élongation, le point haut du flotteur atteint le niveau 37 m, le point d’équilibre statique étant à mi-course se situe à la cote 37 – (34/2) = 20 m, le fond du flotteur à la cote 20 – 37 = – 17 m.

Le niveau d’eau maximum dans le circuit est à la cote + 15 m le début de la galerie descendante quand celle-ci était en service, mais pouvait atteindre + 22 m qui est le niveau dans la galerie horizontale dans la procédure spéciale qui élevait les mégalithes, donc dans ce cas la colonne d’eau maximum pouvant se trouver sous le flotteur fera 14 + 22 = 36 m, faisant 4 M² de section, à sa course maximum le flotteur pourra peser au maximum 4 x 36 = 144 t.

On verra par la suite que ce flotteur aura deux procédures de fonctionnement: La procédure « ordinaire » pour les blocs de remplissage et du parement et la procédure des mégalithes.

Dans la procédure ordinaire le niveau d’eau dans le circuit était à 3 m, à la course maximum à vide = 34 m la colonne d’eau à équilibrer au point d’équilibre statique aura été donc la demi course du flotteur soit 17 m plus le mètre de sécurité soit 18 m, ce qui pour une section de 4 M² demande un poids sans charge de 72 t qui était donc son poids minimum.

Après la mise en service du deuxième étage le point de reprise des blocs par le plateau du deuxième étage étant à 29 m,  le point de chargement à 4.5 m, la course en charge est donc de 29 – 4.5 = 24.5 m pour 37 – 4.5 = 32.5 m à vide. On peut connaître le poids maximum en charge à cette hauteur car le produit poids à vide = 72 t par la course à vide = 32.5 m est égal à course en charge = 24.5 m par poids en charge = 95 t, soit une charge maximum de 95 – 72 = 23 t pouvant être élevée à 29 m en partant du niveau 4.5 par un chargement à la volée.

23 t est donc le poids limite pour une hauteur d’élévation en charge à 29 m du premier étage dans la procédure « ordinaire ».

Tous les poids dépassant cette limite nécessiteront la procédure « mégalithe »

Dans la procédure mégalithe on pourra porter le niveau d’eau dans le circuit à la cote 22 m en installant une étanchéité flotteur / puits.

Cette étanchéité est une force en terme de poids soulevé, mais une faiblesse en terme de fiabilité, elle ne sera donc utilisé que pour la pile des 13 à 14 assises portant les mégalithes de la chambre haute et du complexe mortuaire soit peut être de 100 à 200 blocs mégalithiques en tout.

Nous venons d’examiner les conditions de fonctionnement  à l’amplitude maximum, pour les assises inférieures, il suffira de faire baisser le point d’équilibre statique en alourdissant le flotteur.

A course maximum avec une longueur de 37 m, sa période d’oscillation est de  2 x √(37 / 2) = 8.6 s

Cet ascenseur ne monte pas les pierres gratuitement il lui faut un apport d’énergie. 

Cette énergie lui sera donnée par des opérateurs chargeant le plateau dans sa descente, lui communiquant ainsi leur énergie potentielle durement acquise en faisant l’ascension de la pyramide par les faces extérieures.

Cette énergie va permettre de restituer au flotteur l’énergie qu’il a cédé au bloc qu’il a monté, mais aussi à compenser l’énergie perdue à cause du frottement de l’eau sur la paroi du flotteur.

Exemple d’équilibre énergétique pour un cas proche du cas moyen, élévation d’un bloc de 5 t depuis le pas de chargement du premier étage à 4.5 m pour le porter à 29 m qui est le pas de chargement du deuxième étage:

Course en charge 29 – 4.5 = 24.5 m, course à vide 26.7 m, Longueur immergée à l’équilibre statique 23 m poids du flotteur 93 t, période d’oscillation 9.7 s

La vitesse de déplacement du flotteur de nature sinusoïdale avec une valeur maximum de 8.9 m/s, l’accélération suit la même loi avec une valeur maximale de 0.44 G

Le frottement de l’eau autour du flotteur en mouvement peut s’assimiler au frottement sur une coque de navire, qui est une valeur bien étudiée et pour cause!

Le chapitre frottement sur le flotteur étudie en détail ce phénomène, il en résulte la nécessité à chaque cycle de faire descendre 8 opérateurs supplémentaires sur le flotteur rien que pour compenser les pertes par frottement de l’eau, ceci conduit à produire une énergie de 191 KJ par cycle et développer une puissance de 20  KW, ce qui nécessitera un effectif de 248 Opérateurs qui se succèdent sur le plateau en 31 vagues de 8.

L’énergie emmagasinée par ce flotteur à vide est le produit de son poids par l’élongation maximale en hauteur maximale à vide de son centre de gravité soit 930 000 KN x 6.7 =6 200 000 KJ, le facteur de qualité d’un oscillateur est le rapport de l’énergie qu’il véhicule, à l’énergie qu’il consomme, il est ici de 4 6 200 000 / 191= 33 000.

Une valeur de cette importance signifie, qu’il est extrêmement réactif aux sollicitations et donc assez « facile » à mettre en branle par le phénomène de résonnance, mais aussi qu’il faut le piloter avec précision pour éviter un emballement.

Faire soulever de 24 m par cet étage 1 200 t de pierre par jour (le besoin moyen) aurait consommé une énergie de 80 KWH donc demandant un effectif de 80 opérateurs.

Le rendement énergétique est donc de 80 / (80 + 248) = 24 %

En gros il fallait 4 opérateurs pour entretenir les oscillations pour un montant les pierres, ceci signifie en terme d’organisation du chantier les constructeurs avaient tout intérêt à charger de pierres au maximum possible pour écourter à son minimum la marche à vide.

Cet étage aura fonctionné seul au début passant le volume de la pyramide de 12% (les 5 premières assises) à 47%. Il aura donc fonctionné pour 88% du volume.

Le deuxième étage aura passé le volume de 47 à 79% et aura fonctionné pour 53% du volume.

Le troisième étage aura fait passer le volume de 79 à 93% et aura fonctionné pour 21% du volume.

En donnant en première approximation à chaque étage le même effectif, la mobilisation moyenne d’effectif des 3 étages aurait été 248 * (0.88 + 0.53 + 0.21) = 400 opérateurs avec une mobilisation maximum de 744 quand le dernier étage avait atteint la cote 85 m.

Deuxième étage chambre basse

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