Génie parasismique

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
(Redirigé depuis Construction parasismique)
Aller à : navigation, rechercher
La Tokyo Sky Tree, la plus grande tour au monde (derrière le building Burj Khalifa) qui du haut de ses 634 mètres a parfaitement résisté au séisme de 2011 au Japon de magnitude 9, démontrant l'efficacité des constructions parasismiques Japonaises.

La construction parasismique regroupe l'étude du comportement des bâtiments et structures sujets à un chargement dynamique du type sismique et la réalisation de bâtiments et infrastructures résistant aux séismes.

Les objectifs principaux de la construction parasismique sont de :

  • comprendre l'interaction entre les bâtiments ou autres infrastructures de génie civil et le sol ;
  • prévoir les conséquences potentielles des tremblements de terre ;
  • concevoir et construire des structures résistantes aux tremblements de terre, conformément aux normes de construction locales.

Une structure ne doit pas nécessairement être extrêmement résistante et dispendieuse. La méthode de construction parasismique la plus efficace et la plus économique est l'isolement bas[1].

Histoire[modifier | modifier le code]

Des modes de construction parasismique, plus ou moins intuitifs ou issus des leçons tirées des tremblements de terre du passé existent depuis au moins 2000 ans. Ils ont permis à de nombreuses églises, temples, mosquées, pagodes et de nombreux châteaux de résister à des tremblements de terre parfois importants. C'est par exemple le cas des cités incas, dont en particulier Machu Picchu, dont les appareillages de pierre sont de remarquables exemples d'architecture parasismique. De même de l'autre côté du monde, le Palais Impérial de Tokyo et ses proches murailles qui l'entourent, composées de blocs massifs de pierre, a mieux résisté à de fortes secousses que bien des bâtiments modernes, grâce à des techniques assez proches de celles utilisées par les Incas[2].

Normes de construction parasismique[modifier | modifier le code]

Essai d'un modèle classique de bâtiment (gauche) et d'un modèle à isolement bas (droite)[3].
Fondation antisismique découplée par isolement bas[4] : appui sur galets caoutchouc en tête de fondation, Municipal Office Building, ville de Glendale, CA

Les normes de construction parasismique sont un ensemble de règles de conception et de construction à appliquer aux bâtiments pour qu'ils résistent le mieux possible à un séisme.

Pour la zone euro, les Eurocodes (de 1 à 9) sont devenus incontournables pour le calcul de structure (béton, métal, bois...) mais le plus important de tous pour le parasismique est l'Eurocode 8 qui résume pour les différentes zone de sismicité les différentes mesures à appliquer. Ce dernier n'est en aucun cas des règles forfaitaires comme le PS-MI, il s'appuie sur l'ancien PS-92 et les nouveaux Eurocodes.

La nature du site est importante (classe de sol sismique de A à E) : la présence de sédiments lâches peut amplifier localement les ondes sismiques. Ces dernières permettent de définir un coefficient d'accélération des sols qui permet par la suite de calculer par modélisation les déplacements des bâtiments.

Mode de calcul de la propagation des ondes sismiques[modifier | modifier le code]

Avant les années 1960, les structures étaient parfois calculées simplement en ajoutant un effort horizontal statique. Cela ignorait totalement les phénomènes de résonance liés au contenu fréquentiel des mouvements du sol et aux modes propres de vibration des structures.

Classiquement, les bâtiments sont considérés comme des oscillateurs multiples : plusieurs masses reliées entre elles et au sol par des ressorts et des amortisseurs, modélisés par des barres ou par éléments finis.

Dans l'espace, un nœud possède six degrés de liberté ; certaines modélisations réduisent ce nombre[5].

En restant dans le domaine élastique et linéaire, la relation entre le vecteur des forces et celui des déplacements fait intervenir une matrice de rigidité constante dans le temps.

Dans ce domaine, on dispose de deux grandes méthodes de calcul, basées sur le principe de la décomposition modale :

  • la première a recours à un accélérogramme et permet de calculer à chaque instant le déplacement des nœuds et d'en tirer les efforts dans la structure (analyse dynamique) ;
  • la seconde fait usage des spectres de réponse : elle calcule les réponses maximales pour chaque mode propre pris séparément et elle les combine pour trouver les efforts maximaux (méthode du spectre de réponse).

Le problème du bâti ancien[modifier | modifier le code]

Il regroupe une grande partie des enjeux car le parc immobilier se renouvelant au rythme de 1 % environ par an, il faudrait environ un siècle pour mettre aux normes tous les bâtiments sans conforter le bâti ancien. Parfois, on peut associer à ces opérations des opérations d'isolation, insonorisation et économies d'énergie qui en diminuent le coût global.

Sur un plan purement technique, la grande difficulté consiste à disposer de données fiables sur la constitution de l'existant, en termes de rigidité et de résistance. Cette connaissance est en effet nécessaire pour évaluer les capacités initiales du bâtiment et, ensuite, pouvoir faire le choix d'un confortement adapté. L'Eurocode 8-3 traite de ces points sur un plan assez qualitatif et donne quelques outils de calcul. Mais l'Ingénieur reste tout de même assez démuni lorsque les données existantes sont maigres ou par trop incertaines.

Au Japon[modifier | modifier le code]

Tokyo qui n'a que peu souffert du violent séisme de 2011 est entièrement bâtie selon des normes parasismiques strictes et de toute évidence efficaces

Du fait de sa situation géographique, le Japon est incontestablement le pays le plus à la pointe sur la question du génie parasismique. Conscients depuis longtemps des risques, les Japonais ont depuis des millénaires élaboré des normes de constructions parasismiques (que l'on peut retrouver dans les anciens sanctuaires shinto). Les techniques modernes furent ensuite mises au point et introduites après le Séisme de 1923 de Kantō[6]. Cependant, le séisme de Kōbe en 1995 appela les ingénieurs à davantage accentuer les progrès effectués dans ce domaine. C'est ainsi qu'au fil du temps les constructions japonaises deviennent les plus sûres au monde.
Lors du séisme du 11 mars 2011 dans la région du Tōhoku, le génie parasismique japonais fait ses preuves: aucun bâtiment ne s'effondre alors même que la magnitude est de 9 sur l'Échelle de magnitude du moment. Certes des ponts sont tombés, des routes se sont ouvertes en deux, des incendies se sont propagés et les intérieurs ont été saccagés par la violence du séisme, mais tous les bâtiments restèrent debout[7], tel le roseau qui plie mais ne rompt pas, car même les plus hauts buildings qui tanguèrent longuement (justement dû à la norme d'isolement bas), ou encore la Tokyo Sky Tree d'une hauteur de 634 mètres, ne subirent aucun dommage.
Les risques sismiques sont tels au Japon qu'outre la conception des bâtiments, leur aménagement est aussi entièrement pensée (pas d'armoire ou de cadre dans une chambre à coucher, etc...). Par ailleurs, les moyens de locomotions sont eux aussi conçus pour éviter tout désastre, comme le shinkansen (train à grande vitesse japonais) qui dès les moindres secousses ressenties sur les rails arrête automatiquement ses moteurs. À titre d'exemple, lors du séisme du 11 mars 2011, aucun des shinkansen en service à 300km/h n'a déraillé.



En Europe[modifier | modifier le code]

L'Eurocode 8 est consacré à la « Conception et dimensionnement des structures pour leur résistance aux séismes »[8], et est thématiquement décliné, avec par exemple  :

  • « règles générales, actions sismiques et règles pour les bâtiments » (EN 1998-1)
  • « évaluation et renforcement des bâtiments » (EN 1998-3)
  • « silos, réservoirs et canalisations » (ENV 1998-4)
  • « fondations, ouvrages de soutènement et aspects géotechniques » (EN 1998-5)
  • « tours, mâts et cheminées » (EN 1998-6).

Il vise à ce que les bâtiments et d'ouvrages de génie civil en zone sismique ne mettent pas en danger les vies humaines, limitent les dommages matériels, et à ce que les structures importantes pour la protection civile restent opérationnelles.

En France[modifier | modifier le code]

En France où une réglementation parasismique existe depuis 1969, des lois, décrets, arrêtés et circulaires forment la réglementation relative à la prévention du risque sismique. La règlementation a toujours porté sur les bâtiments neufs. Notamment mise à jour en 1982 puis en 1991, elle devrait évoluer suite au Séisme de 2011 de la côte Pacifique du Tōhoku et avec le droit européen.
En mai 1988, M. Jacques Tanzi, ingénieur général des Ponts, a été chargé de constituer et d'animer un groupe d'étude et de proposition pour élaborer des projets de textes réglementaires, décrets et arrêtés, en application de la loi[9], sans traduction juridique encore en 2010[10]. Le sujet semble avoir été peu traité en France, sauf incomplètement, par une thèse de doctorat a traité ce sujet[11] ainsi que l'AFPS [12] et quelques colloques franco-suisse [9], ou franco-italiens [13]. Certains bâtiments peuvent être considérés comme prioritaires, dont les hôpitaux quand ils sont anciens, car ils seront très mobilisés en cas de crise sismique[14].

Depuis les années 90, dans le cadre de la Décennie Internationale de la Prévention des Catastrophes Naturelles (DIPCN, promue par l'ONU), des calculs du taux annuel de dépassement d’une intensité (ou d’une accélération) ont été fait pour certains sites à risque et pour une période de retour donnée, avec le projet GSHAP (Global Seismic Hazard Assessment Program), aboutissant à des cartes informative plus fines de l'aléa sismique dans le monde.
La paléosismicité montre en France et autour de ce pays une occurrence de séismes majeurs avec un temps de retour supérieur à la période historique, mais qui pourraient être destructeurs. Le dimensionnement et/ou confortement parasismique de certaines constructions à risque (barrages, installations nucléaires,…) devrait en tenir compte[15].

En 2001, une base de données du BRGM (www.neopal.net [16]) sur les indices de déformations néotectoniques et de paléoséismes localisés en France métropolitaine et aux Antilles est ouverte au public. Un Comité de pilotage rassemble le BRGM, EDF, l'IRSN, le Laboratoire de Détection et de Géophysique du CEA, l’Université Pierre-et-Marie-Curie (Paris VI) et le CEREGE. La prévision, autrefois surtout déterministe, évolue en intégrant des études également probabilistes qui ont conduit à réviser la révision du zonage d'aléa (en intégrant aussi de probables rééquilibrages eustatiques liés à la fonte des glaces du pôle nord qui allègent la masse reposant sur le socle rocheux, qui tend alors à remonter. L'ANR a financé (via un appel à projet d'environ 4,2 M€[17]) en 2005 le programme CATEL (« Catastrophes telluriques et tsunami »), puis en 2008 un programme « RiskNat ». L'institut de physique du globe de Paris[18] est un des acteurs impliqués dans l'avancée des connaissances nécessaires à l'amélioration du génie parasismique.

En mai 2011 la réglementation évolue pour se mettre en phase avec l'Eurocode 8 qui modifiera la manière de construire (de la Conception à la mise en œuvre en passant par l'implantation, la certification), impliquant tous les professionnels du bâtiment. Tout bâtiments dont le permis de construire a été déposé à partir du 1er mai 2011 est concerné. Une période transitoire est prévue par le législateur durant laquelle l'ancienne réglementation reste active (jusqu'au 31 octobre 2012 en France, puis repoussé au 1er janvier 2014) ; Les valeurs d'accélération à prendre en compte sont changées au 1er mai 2011, mais les règles parasismiques antérieures (PS92 2004) restent valables pour les constructions de catégorie II, III ou IV ayant fait l'objet d'une demande de permis de construire, d'une déclaration préalable ou d'une autorisation de début de travaux[19].

  • une étude géotechnique devient obligatoire pour évaluer les caractéristiques du terrain en termes de possibles amplifications d'un mouvement sismique ;
  • une protection est à prévoir contre les risques d'éboulements et de glissements de terrain provoqués par un séisme, en lien avec le plan de prévention des risques (PPR) sismique de la commune ;
  • les bords de falaise, pieds de crête et pentes instables ne doivent pas être construits ;
  • le risque de liquéfaction du sol est à prendre en compte (il implique des constructions rigides et massives alors que des bâtiments plus élancés peuvent être construits sur sols stables et durs.

4 principes de conception prévalent[19] :

  1. les formes simples et compactes sont préférables, en limitant les décrochements (en plan ou en élévation) et en fractionnant l'ouvrage en sous-ensembles homogènes par des joints parasismiques continus.
  2. limiter les effets et risques de torsion, en équilibrant la distribution des masses et des raideurs (murs, poteaux, voiles...).
  3. la reprise des efforts sismiques se fait par contreventement horizontal et vertical de la structure, en superposant ces contreventement et en créant des « diaphragmes rigides » à chaque niveau.

Pour les bâtiments existants à protéger (monuments, centrales nucléaires ....) des essais ont été réalisés à Grenoble : un maillage de forages dans le sol, le centre se trouverait protégé des ondes sismiques[réf. nécessaire]

En Belgique[modifier | modifier le code]

Après le tremblement de terre de 1983, les sismologues belges ont été doté de moyens supplémentaires pour affiner les évaluations de risque.

En Suisse[modifier | modifier le code]

La norme suisse SIA 469 (1997) préconise qu'une vérification de la sécurité parasismique d'un ouvrage existant soit réalisée lors de travaux de modification, de transformation ou de remise en état significatifs, lors d'un changement d'affectation ou lorsque l'observation fait présumer une sécurité insuffisante. Lors de l'apparition des nouvelles normes de structures en 2003, les hypothèses sur les efforts sismiques ont été revues à la hausse et de nombreux ouvrages existants se révèlent inadaptés. Le besoin d'éviter des coûts de confortement parasismique trop élevés et de fournir des méthodes fiables d'évaluation de la sécurité parasismique s'est fait immédiatement sentir. Un groupe de travail, partiellement financé par l'Office fédéral de l'environnement (OFEV), publia en 2004 le cahier technique SIA 2018 « Vérification de la sécurité parasismique des bâtiments existants » qui sert dès lors de document de référence pour l'appréciation de la sécurité parasismique de bâtiments existants ainsi que pour l'évaluation de la proportionnalité d'éventuelles mesures de confortement[20]. D'autre part, l'OFEV publia en 2003 une série de « Directives pour l'appréciation de la sécurité parasismique de bâtiments existants » fournissant une démarche permettant notamment d'établir l'inventaire d'un parc immobilier vis-à-vis du risque sismique et de le trier selon un ordre de priorité[21].

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Sur les autres projets Wikimedia :

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • AEE (1996) - International Association for Earthquake Engineering. Guidelines for earthquake resistant non - engineered construction. Revi sed edition of “Basic concepts of seismic codes” (vol. I, part 2, 1980), Tokyo.
  • AFPS (2001) - Guide CP - MI Antilles : Construction parasismique des maisons individuelles aux Antilles, Recommandations AFPS tome IV, Ministère de l’environnement et de l’équipement, Paris. AFPS (2002) - Guide AFPS : Conception parasismique des bâtiments, Paris. ISBN 2 - 911709 - 13 - 6
  • Ahorner L. (1983), Historical seismicity and present - day microearthquake activity of the Rhenish Massif, Central Europe. In “Plateau Uplift”, ed. by Fuchs and al., Springer - Verlag, Heidelberg, 198 - 221
  • Aki K. and Richards P. G. (1980) – Quantitative seismology. Theory and methods. Vol I, W. H. Freeman and Company
  • Boore D. (1996) - SMSIM - Fortran programs for simulating ground motions from earthquakes : version 1.0, U.S. Geological Survey. Open - File Report . 96 - 80 - A , 73 pp.
  • Boore D. and Joyner W. (1997) - Site Amplifications for generic rock sites, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 87 (2) 327 - 341.
  • Brune (1970) – Tectonic stress and spectra of seismic shear waves from earthquakes. Journal of Geophysical Research, 75, 4997 - 5009
  • Caporaletti V. (2002) - Modélisation numérique des constructions non - ingéniérées en maçonnerie dans les zones de faible séismicité. TFE de DEA en Sciences Appliquées, Université de Liège.
  • Ep icenter (1992) – The Utah Guide for the seismic improvement of Unreinforced Masonry Dwellings. Result of cooperation between F.E.M.A., and the State of Utah Division of Emergency Services and Homeland Security (C.E.M.)'. The Earthquake Preparedness Informat ion Center (EPICENTER) under contract No. 92 - 1909 assembled the guide. Accessible on http://cem.utah.gov/utahseismic/tableoc.html
  • Haskell N. A. (1953) – The dispersion of surface waves from point sources in a multi-layered medium, Bull. Seism. Soc. Am., 54, 377 - 393
  • Johnston A.C. et al. (1994) - The earthquakes of stable continental regions, Electric Power Research Institute report, TR - 102261.
  • Jongmans D. (1990) – Les phénomènes d'amplification d'ondes sismiques dus à des structures géologiques. Annales de la Société Géologique de Belgique, 112, 369 - 379
  • Lamadon. T, Fournely. E, Moutou Pitti R., Jouanade M., « Diagnostic et renforcement du bâti existant en construction acier : Approche de l'Eurocode 8 », « SICZS_2010 » Symposium International sur la Construction en Zone Sismique, Université Hassiba Benbouali de Chlef (Algérie), 26 – 27 octobre 2010, 13 p.
  • Lestuzzi Pierino et Marc Badoux, « Génie parasismique — Conception et dimensionnement des bâtiments », (ISBN 978-2-88074-747-3), Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 2008.
  • Plumier A., Cadorin J.F., Caporaletti V. (1999) - Étude des limites de résistance aux séismes des constructions non parasismiques édifiées en zone faiblement sismique. Rapport de recherche, CSTC, Université de Liège.
  • Thomson W. T. (1950) ; Transmission of elast ic waves through a stratified solid medium, J. Appl. Phys., 21, 89 - 93 Zacek M. (1996) - Construire Parasismique. Marseille, Édit. Parenthèses. ISBN 2 - 86364 - 054 - 2

Références[modifier | modifier le code]

  1. BASE ISOLATION: PROMISE, DESIGN & PERFORMANCE
  2. L'histoire du génie parasismique par le journaliste Y. Pigenet et l'expert E. Jeanvoine, Banque des Savoirs de l'Essonne, vendredi 1er avril 2005.
  3. Essai d'un modèle classique de bâtiment et d'un modèle à isolement bas.
  4. Point de référence pour le contrôle des vibrations structurales
  5. (en) Dynamics of Structures, Englewood Cliffs, Prentice Hall - 1995,‎ 1995 (ISBN 978-0-13-855214-5, LCCN 94046527)
  6. http://seismic.cv.titech.ac.jp/common/PDF/lecture/seismic_design/2009/Chapter6_text.pdf
  7. http://www.kenken.go.jp/english/contents/topics/20110311/pdf/0311summary_30.pdf
  8. Eurocode 8, sur le site de l'ICAB
  9. a et b Colloque du 20 novembre 1992 à Genève, à l'initiative du Groupe Suisse de Génie Parasismique et de la Dynamique des Constructions (SGEB) de la Société suisse des ingénieurs et des architectes (SIA) et de l'Association Française du Génie Parasismique (AFPS)
  10. Rapport (n° 2721) sur "La France est-elle préparée à un tremblement de terre ? " (compte rendu de l'audition publique du 7 juillet 2010), MM. Jean-Claude Etienne et Roland Courteau, 2010/07/08.
  11. Thèse de Corinne Madelaigue (Université Paris VI), soutenue le 2 juillet 1987 sur le "Renforcement du bâti existant en zone sismique"
  12. projet de manuel pratique de l'AFPS sur le bâti existant
  13. Colloque franco-Italien sur la gestion du risque sismique 17, 18 et 19 octobre 1994 à Nice
  14. Conception et réalisation d’hôpitaux en zone sismique 1/17 Chapitre 8. – Réhabilitation des hôpitaux existants Victor Davidovici – Consultant – 29 mai 2007 8. – Réhabilitation des hôpitaux existants
  15. Caractérisation de l’aléa sismique ; Page pédagogique du Plan séisme de la France, consultées 2011/03/19
  16. présentation de NEOPAL (Poster, "Plan séisme" français)
  17. Exemple de réponse ; Fiche projet "secuador" (PDF, 2006, 57 pages), fiche projet CatTel@CRL et liste des 14 projets financés (PDF 4 pages)
  18. L'institut de physique du globe de Paris
  19. a et b Stéphane Miget Stéphane Miget, Article du Moniteur, Solutions techniques ; Appliquer les nouvelles règles parasismiques, 2011-04-29
  20. [PDF]Documentation SIA 211 « Vérification de la sécurité parasismique des bâtiments existants — Introduction au cahier technique SIA 2018 »
  21. « Vérification et confortement des ouvrages existants » sur le site de l'OFEV