Two years of moisture monitoring using microwave sensors in the medieval cave town of Uplistsikhe, Georgia

Au plus profond de la pierre, cachée aux yeux de tous, une bataille silencieuse est menée sans relâche contre le temps. C'est l'histoire de l'humidité de la roche, une force calme mais puissante qui façonne le destin des structures anciennes. L'eau n'est pas simplement un liquide qui repose sur une surface ; c'est un agent dynamique qui s'infiltre dans les minuscules pores de la pierre, se dilatant et se contractant selon les changements de température et d'humidité. Lorsque cette humidité entre et sort de la roche, elle déclenche des réactions chimiques et des contraintes physiques qui font que la pierre s'écaille, s'effrite et finit par se désintégrer. Pour le patrimoine culturel mondial, des châteaux médiévaux aux cités troglodytes antiques, comprendre d'où vient cette eau et comment elle circule est la clé pour sauver ces trésors irremplaçables. Sans connaître la source de l'humidité, toute tentative de préservation d'un site n'est souvent qu'une supposition, et une mauvaise supposition peut parfois causer plus de mal que de bien.

Au cœur de la Géorgie, la ville médiévale troglodytique d'Uplistsikhe se dresse comme un exemple spectaculaire de cette lutte. Creusée directement dans une immense falaise de grès jaunâtre tendre, la ville était un centre prospère durant le haut Moyen Âge avant d'être abandonnée il y a des siècles. Aujourd'hui, ses chambres et ses couloirs souffrent de la même décomposition qui frappe la pierre partout : les surfaces s'écaillent en fines couches et la roche se transforme en une poudre granuleuse. Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que le coupable est la fluctuation de l'humidité à l'intérieur de la pierre, mais les voies exactes que l'eau emprunte pour atteindre le fond de ces grottes profondes sont restées un mystère. Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheurs venus d'Allemagne, d'Autriche et de Géorgie a décidé d'écouter la pierre elle-même. Ils ont installé un réseau de capteurs spécialisés à l'intérieur de deux des grottes les plus importantes de la ville, la Grande Salle et la Longue Salle, afin de surveiller les niveaux d'humidité en continu pendant deux années entières.

La technologie qu'ils ont utilisée est une forme de détection micro-ondes, une méthode qui fonctionne en envoyant une impulsion d'énergie dans la roche et en mesurant ce qui en rebondit. Comme l'eau retient l'énergie différemment de la pierre sèche, les capteurs peuvent détecter précisément la quantité d'humidité présente sans percer ni endommager les murs anciens. L'équipe a placé huit de ces capteurs au total, certains près du sol et d'autres près du plafond, certains profondément à l'intérieur des grottes tandis que d'autres étaient positionnés juste à l'extérieur. Pour garantir l'exactitude des lectures, les chercheurs ont d'abord emporté au laboratoire de gros blocs du même type de grès trouvé sur le site. Là, ils ont complètement séché les pierres puis les ont imprégnées d'eau, calibrant les capteurs pour traduire leurs signaux électroniques en mesures précises de teneur en eau. Ils ont également dû tenir compte du fait que les changements de température peuvent tromper les capteurs, ils ont donc développé un moyen d'ajuster les données en fonction de la chaleur ou du froid de la roche.

Une fois l'équipement en marche, les capteurs ont commencé à révéler un tableau complexe et surprenant de la vie à l'intérieur de la pierre. Les données ont montré un rythme saisonnier clair : la roche est généralement plus humide pendant les mois d'été et plus sèche en hiver. Cela était contre-intuitif pour certains, car on pourrait s'attendre à ce que la pluie rende la pierre plus humide pendant les saisons pluvieuses, mais la chaleur estivale semblait pousser l'humidité de l'air dans la roche, ou peut-être aspirer l'eau du sol. Les chercheurs ont découvert que la pierre réagissait aux différents événements météorologiques de manières distinctes. Lorsqu'une forte pluie tombait, les capteurs sur les parois extérieures exposées de la Longue Salle réagissaient immédiatement, leurs niveaux d'humidité augmentant brusquement lorsque la pluie frappait la surface. Cependant, les capteurs situés profondément dans la Grande Salle ne réagissaient pas instantanément. Au lieu de cela, ils montraient une réponse retardée, prenant parfois plusieurs jours pour montrer une augmentation de l'humidité après une tempête. Ce délai suggérait que l'eau ne se contentait pas de rester en surface, mais qu'elle s'infiltrait lentement à travers la roche par le haut, voyageant à travers le plafond de la grotte avant d'atteindre enfin les capteurs.

L'étude a également révélé que l'eau arrivait par de multiples canaux différents, et non par un seul. Dans certains cas, l'humidité semblait être causée par la condensation, où la vapeur d'eau de l'air se déposait sur les surfaces rocheuses plus fraîches. Dans d'autres cas, particulièrement près du sol de la Grande Salle, les niveaux d'humidité augmentaient d'une manière suggérant que l'eau était aspirée depuis le sol en dessous, un processus connu sous le nom de remontée capillaire, probablement déclenché lorsque la nappe phréatique dans la colline environnante montait après de fortes pluies. Les chercheurs ont observé que la roche n'était pas un objet statique mais un système vivant qui respire, absorbant l'eau pendant les périodes humides et la relâchant pendant les périodes sèches. Ce cycle quotidien d'humidification et d'assèchement, que l'équipe a décrit comme une sorte de pompage par évaporation, était piloté par le soleil réchauffant la surface pendant la journée et la roche se refroidissant la nuit.

La découverte la plus importante est peut-être qu'il n'existe pas de solution unique pour la préservation du site. Parce que l'eau pénètre dans la Grande Salle et la Longue Salle par des chemins différents — certains venant du ciel, d'autres du sol, et d'autres encore de l'air — ce qui fonctionne pour une grotte pourrait ne pas fonctionner pour une autre. Les chercheurs ont conclu que tenter de sceller les grottes avec des revêtements imperméables serait probablement une erreur, car cela emprisonnerait l'humidité à l'intérieur et accélérerait la décomposition. Au lieu de cela, la meilleure approche consiste à gérer l'eau là où elle entre, par exemple en dirigeant l'eau de pluie loin des entrées des grottes ou en abaissant la nappe phréatique dans la colline pour réduire l'aspiration ascendante de l'humidité. Les deux années de surveillance ont offert un regard détaillé et rare sur l'hydrologie cachée d'un site antique, prouvant que pour sauver la pierre, il faut d'abord comprendre l'eau invisible qui circule en elle.