La construction parasismique

Le but de la construction parasismique consiste à trouver des techniques de génie civil permettant aux habitations de résister à toutes les secousses d'intensités inférieures ou égales à l'intensité nominale fixée par la loi.
On a fait beaucoup de progrès dans ce domaine depuis les années 60 et on a élaboré différentes techniques de conception parasismique d'ensemble:

implantation judicieuse des constructions, hors des zones instables.

adaptation des fondations au type de sol.

utilisation de matériaux de qualité adéquate.

utilisation de dispositions constructives énoncées dans les guides techniques de construction parasismique (distribution des masses, chainages horizontaux et verticaux, etc...)

prise en compte de "l'agression sismique" sur le site considéré (ce qui signifie établir des plans de construction en sachant qu'il peut se produire des séismes et donc éviter toutes les architectures permettant des effondrements).

Ainsi la construction parasismique ne consiste pas uniquement en l'élaboration de techniques de construction mais d'un ensemble de méthodes permettant aux bâtiments de résister aux secousses des séismes.

Les trois grandes activités de la construction parasismique sont: l'étude des sols, la construction de bâtiments neufs parasismiques, le renforcement des bâtiments déjà construits.

L'étude des sols

Pour mesurer l'influence des sols en matière de construction parasismique, on commence par étudier un facteur important qui est la façon dont les bâtiments "bougent" lorsqu'ils subissent les mouvements du sol. Comme on peut le voir sur le dessin ci-dessous, les grands et les petits ouvrages ne se comportent pas de la même façon. Ce qui intéresse les spécialistes ce sont les périodes de ces mouvements. Si ces périodes sont du même ordre que les périodes de vibration des sols sur lesquels ces bâtiments sont construits il peut se produire des phénomènes de résonance, ce qui augmente considérablement l'amplitude des mouvements et donc les contraintes qu'ils subissent.

(D'après Lagorio, 1990)

Réponse d'un bâtiment de grande taille à un mouvement horizontal du sol comparé à la réponse d'un bâtiment de petite taille.

Les périodes de vibrations ne sont pas les mêmes: les petits bâtiments bougent "en bloc" alors que les grands bâtiments se déforment et ont des vibrations plus complexes.

Pour étudier ce problème, on effectue des tests en laboratoire en utilisant des reconstitutions d'immeubles en modèles réduits (mais ces modèles ont tout de même des hauteurs de l'ordre de 10 mètres). On place ces maquettes sur des verrins et on crée artificiellement des mouvements à leur base. Ainsi on peut savoir parfaitement comment se comporte les bâtiments selon leur taille par rapport à un type de sol donné. On en a déduit que beaucoup de grands immeubles étaient plus vulnérables s'ils étaient construits sur des couches plutôt "molles" de grandes épaisseurs (comme les sols argileux). En revanche, les petits immeubles étaient en général très endommagés lorsqu'ils étaient construits sur des sols durs et de faibles épaisseurs (comme des sols granitiques).

Un autre problème du même type est le phénomène de liquéfaction des sols. C'est l'un des effets secondaires des séismes avec les feux, les glissements de terrains et les raz-de-marées. Ces effets secondaires sont parfois plus destructeurs que les séismes eux-même. Si les sols sont saturés en fluides (sols contenant de fortes proportions de sable), les fortes secousses provoquées par les séismes crée des surpressions dans ces fluides ce qui provoque des effondrements locaux de terrains. Ceci entraine dans le sol les bâtiments construits sur ce type de terrain. On peut voir ce phénomène sur la photo ci-dessous, lors du séisme de Turquie du 17 Août 1999.

(Photo AFP)

Cet immeuble s'enfonce dans le sol, à cause
des phénomènes de liquéfaction.

La construction des bâtiments neufs

Il existe plusieurs techniques simples pour construire des bâtiments parasismiques.

Il faut tout d'abord éviter tout type d'assymétrie dans la géométrie du plan du bâtiment. En effet chaque élément de dissymétrie crée des zones de faiblesses dans le bâtiment. Les schémas ci-dessous sont des coupes d'ouvrages qui risquent des écroulements en raison de leur structure présentant des discontinuités.

Une structure symétrique donc très stable

Une structure en "L" présentant une zone très exposée au niveau de l'angle droit

Des colonnes supportent la construction et constituent une zone de faiblesse susceptible d'entrainer l'effondrement du bâtiment à la rupture des colonnes

Structure typique avec des arcades qui crée une assymétrie susceptible d'entrainer l'effondrement

Il faut utiliser des matériaux de qualité adéquate. Les matériaux de construction, tels le béton, doivent être de bonne qualité mais aussi les matériaux pour renforcer la structure, comme les barres métalliques qui renforcent les dalles de béton. Il ne sert à rien d'utiliser un bon béton si les structures de renforcement sont victimes de corrosion et se brisent au moindre choc.

Ces règles peuvent s'appliquer à tous les types de bâtiments. Cependant, comme les petites et les grandes constructions ne se comportent pas de la même façon lorsqu'elles subissent des secousses sismiques, on a élaboré des techniques de construction différentes pour les bâtiments de petite taille et les immeubles de grandes tailles.

Bâtiments de petites tailles

On peut "unifier" le bâtiment en un seul bloc. Pour cela on effectue ce qu'on appelle des "chaînages" horizontaux et verticaux. Cela signifie qu'on relie entre eux les différents pans de murs afin de former un "caisson" plus difficile à briser que six murs indépendant (par exemple 4 murs, un plancher et un plafond). Dans le cas d'une structure "chaînée" c'est l'ensemble des murs qui supporte la contrainte, alors qu'autrement chaque mur supporte toute la contrainte si le mouvement du sol est perpendiculaire à ce mur.

Une autre technique consiste à "ancrer" le bâtiment dans le sol en utilisant des pieux s'enfonçant profondément. Si le sol sous le bâtiment n'est pas suffisamment stable, il faut installer des pieux qui atteignent une couche de bonne qualité plus en profondeur et ainsi la structure ne sera pas emporter par le mouvement du "mauvais sol" car elle sera fixée au "bon sol".

Bâtiments de grandes tailles

Une innovation récente, différente des techniques de "solidification" qui ne sont valables que pour des petits bâtiments, concerne les grands immeubles. Elle consiste à utiliser des structures permettant aux bâtiments de bouger mais de ne pas se briser. Les immeubles vont accompagner les secousses en ondulant mais sans se casser. Pour cela on ne fixe pas l'immeuble au sol mais on le constuit sur des verrins, eux même bien implantés dans le sol, qui lui accordent une certaine liberté de mouvement lors des secousses. De même, on utilise des matériaux et les techniques de constructions particulières tels des joints souples permettant aux grands immeubles de ne pas casser et de ne pas s'effondrer. Ainsi tel le roseau de la fable, ces constructions plient mais ne rompent pas.

Renforcement des bâtiments anciens

La construction parasismique présentée ci-dessus représente un surcoût de 5 à 10% environ dans le prix de construction des bâtiments neufs. Le renforcement des bâtiments déjà construits coûte beaucoup plus cher, et ne concerne que les petites constructions. Ce renforcement consiste à chaîner les bâtiments en construisant des "joints" pour relier les murs entre eux. Comme cela n'a pas été prévu lors de la conception du bâtiment, c'est une opération difficile et délicate.
Il faut aussi renforcer toutes les zones de faiblesses en rajoutant des structures appelées "longrines" qui solidifient les zones de discontinuités.

Dans la plupart des pays, aucune construction de plus de 10 ans n'a été faite selon les normes parasismiques. Le travail de la construction parasismique dans le futur sera donc le renforcement de toutes ces constructions exposées. C'est un défi important et urgent comme on l'a vu en Turquie en Août 1999.

(Photo AFP)

Bâtiments détruits par le séisme de Turquie