Génie parasismique

La construction parasismique (ou anti-sismique) 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 résistant aux tremblements de terre, conformément aux normes de construction locales.

Une structure ne doit pas nécessairement être extrêmement résistante et dispendieuse.

Histoire

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. La première réglementation parasismique européenne est née à Naples grâce à la volonté des Bourbons après le terrible séisme arrivé en 1783 dans la Calabre du sud.

Normes de construction parasismique

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

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.

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

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.

À travers le monde...

Au Japon

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. 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 debout7, 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 pensé pour résister aux séismes (pas d'armoire ou de cadre dans une chambre à coucher, etc.). Par ailleurs, les moyens de locomotion 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 300 km/h n'a déraillé.

En Europe

L'Eurocode 8 est consacré à la « Conception et dimensionnement des structures pour leur résistance aux séismes », 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

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 à la suite du séisme de 2011 de la côte Pacifique du Tōhoku et avec le droit européen.

Références:

https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9nie_parasismique