TPE 1re S - LAVOISIER 75005
LES SEISMES
L'EVOLUTION DES BATIMENTS PARA-SISMIQUES
Dans l'histoire en général
On remarque qu’au cours du temps, dans des régions ayant une forte activité sismique, certains bâtiments ont traversé les âges, en résistant aux multiples secousses que subissent leur région. Le temple sensô-ji du sanctuaire d’Asakusa à Tokyo (construit en 645) ou bien le site andin de Machu Picchu au Pérou (XVe siècle), utilisaient des techniques différentes pour pouvoir résister aux séismes.
Au Japon , les maisons étaient construites en bois et en papier de riz (pour les fenêtres) pour pouvoir résister aux séismes. En effet, ces constructions étant très légères, et peu hautes, les mouvements oscillatoires des séismes les affectaient peu. Seules les conséquences secondaires des catastrophes, en particulier les incendies étaient dangereuses pour les bâtiments et leurs habitants (l’incendie qui suivit le séisme de magnitude 7,9 de 1923 à Tokyo a causé la destruction de 580 397 bâtiments).
Au Pérou, les bâtiments étaient construits en pierre, donc un matériau lourd. Le secret de leur résistance résidait dans les fondations des maisons. Les maisons ancrées dans le sol tennaient fermement face aux séismes. De plus, le sol jouait un rôle très important ; en effet, le sol très dur du site du sanctuaire de Machu Picchu était plus favorable à la résistance des constructions, un sol meuble aurait créé plus d'interactions avec les fondations, et aurait augmenté l’amplitude du mouvement oscillatoire de chacun des séismes. Les structures étaient déjà construites de manière monolithiques (toutes les parties du bâtiment sont solidaires, pour éviter qu’elles ne se détachent lors des secousses), technique encore utilisée aujourd’hui.
Aujourd’hui, les bâtiments des grandes villes comme Tokyo ou Osaka sont construits de manière à résister aux séismes, alors que certains mesurent plus de 200 m de hauteur. Cette efficacité est prouvée, puisque lors du
croissance démographique (entre 1960 et 1981, le Japon a subi 43 tremblements de terre et autres catastrophes naturelles ayant causé au total 2 700 morts soit 63 victimes par événement. Durant la même période, au Pérou, on dénombre 31 catastrophes, qui ont causé 91 000 victimes, soit en moyenne 2 900 par événement) on, peut ici voire une différence nord/sud dans la lutte contre les séismes, qui passe par la possibilité de construire ou non des infrastructures sûres (et donc plus onéreuses).
séisme du 11 mars 2011 d’une intensité resentie à Tokyo de 7 sur l’échelle de Richter (le séisme a duré plusieurs minutes) et initialement de 9,0 à l’épicentre, aucun bâtiment ne s’est effondré ou détérioré. Les conséquences les plus “graves” ayant été les retards sur les métros et les trains. La nécessité de construire des bâtiments pouvant accueillir beaucoup de citoyens sur un petit espace au sol est arrivée avec l’augmentation de la population dans les grandes villes.
Cependant, dans certains pays, et notamment les pays du sud tels que Haïti ou le Pérou, ont des moyens qui ne leur permettent pas d’investir dans des constructions para sismiques modernes, qui répondent au besoins dus à la
A Haïti, de nombreuses constructions de la ville de Port-au-Prince furent détruites lors du séisme de 2010 (on estime que 20% des bâtiments ont été détruits), tel que le palais national, la cathédrale, ou le palais de justice. De nombreuses personnes furent également touchées directement ou indirectement par la catastrophe (au moins trois millions de citoyens).
Toutefois, le gouvernement et la population haïtienne étaient au courant de cette épée de Damoclès, que représente le risque sismique du pays. En effet, le risque sismique dans les Caraïbes en général est très élevé, et la capitale a déjà été détruite par deux fois au XVIIIe siècle. La
vulnérabilité du pays, et plus particulièrement de Port-au-Prince est donc très élevée en grande partie à cause de la pauvreté du pays : Haïti a un IPH de 40 environ (très élevé)
Les différents types de bâtiments para sismiques modernes
Les premiers bâtiments para sismiques étaient construits en béton armé (le béton entourant de longues tiges métalliques). Les ingénieurs de l’époque (notamment à partir du XXe siècle, avec le développement rapide de la croissance démographique, qui a poussé les villes à construire en hauteur (phénomène appuyé par l’exode rural aussi)) pensaient qu’une construction rigide était la solution pour résister face aux séismes. Cela était partiellement vrai : face à des secousses mineures ou peu importantes, les bâtiments tenaient bon (magnitude ≲5 sur l’échelle de Richter).
Un principal défaut demeurait : la base était généralement fauchée lors de secousses trop importantes, ce qui entraînait l’écroulement de l’édifice.
Le problème résidait en fait dans la rigidité du bâtiment : le fait que celui-ci soit totalement inflexible et “dur” le rendait plus faible face aux séismes de grande magnitude. Du coup, on pose maintenant des fondations qui “absorbent” l’énergie du séisme ; les constructions sont plus “souples” et épousent mieux les mouvements du sol (l’immeuble se plie, se balance, mais ne s’effondre pas)
→ source : “Les volcans et les tremblements de terre” éd. Nathan
En général, le principe de la construction parasismique possède cinq points différents à ne pas négliger :
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Le choix du lieu de la construction : il faut éviter un maximum les zones montagneuses (c’est une des raisons pour lesquelles les grandes villes californiennes et japonaises sont situées sur les côtes) et les endroits où le sol n’est pas uniforme (si les terrain est entre une terre meuble et des roches dures par exemple ; cela rendrait la construction de l’immeuble plus compliquée, et augmenterait la vulnérabilité).
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La conception architecturale (vu plus haut)
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Le respect des règles parasismiques : en effet, selon le lieu dans lequel est situé le terrain, le gouvernement du pays décide de réglementations, de normes quand à la construction des bâtiments.
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La nature du sol : il faut adapter la structure et les matériaux de constructions du bâtiment par rapport à la nature du sol : un sol mou acceptera moins les bâtiments hauts et “souples”, qui utilisent les techniques présentées plus haut pour résister aux secousses, on préférera alors un bâtiment massif et rigide. Au contraire, si le sol est dur, les bâtiments rigides auront une vulnérabilité face au séisme beaucoup plus importante que les autres immeubles.
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Utilisation de matériaux de bonne qualité : la résistance du bâtiment dépend directement des matériaux utilisés pour le concevoir.
Un problème supplémentaire peut survenir, lorsque l’on veut construire un bâtiment dans une zone sismique, la liquéfaction du sol : lors d’un séisme, un sol saturé en eau pourra provoquer ce phénomène : les cassures provoquées dans le sol font que l’eau est absorbée en profondeur du sol, et la surface s’affaisse, perdant ainsi une grande partie de sa portance (la portance est une force qui permet le maintient des bâtiments sur le sol : elle s’applique du sol vers le bâtiment et de bâtiment vers le sol, de manière égale. On retrouve également cette force en aéronautique), causant ainsi l’effondrement ou le basculement du bâtiment, et donc de nombreuses victimes.
Ces différentes techniques peuvent êtres combinées entre-elles pour pouvoir résister le mieux possible aux catastrophes qui peuvent survenir.
Pour augmenter la stabilité de la construction, l’ajout de contreventements est presque systématique. Ils permettent de mieux résister aux secousses horizontales, mais permettent également de propager les ondes verticales fortes vers le bas de la construction. Ces structures sont réalisées en béton armé, en bois, en tôle ondulée ou en acier parfois.
Le cerclage est une technique qui consiste à insérer une structure rigide entre les étages pour que l’immeuble ne s’effondre pas sur lui-même. Généralement, on insère cette structure tous les deux étages. → source : “Volcans et séismes” éd. Hachette
Les joint para-sismiques sont des espaces vides de tout matériau, constitués de caoutchouc principalement. Ils évitent notamment que les bâtiments proches s’entrechoquent lors des secousses. Cette technique est très utilisée dans les villes à forte densité de population, telles que Tokyo ou Osaka au Japon, ou Los Angeles ou San Francisco aux États-Unis.
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Les amortisseurs hydrauliques (situés sous le bâtiment) répartissent les pressions exercées lors d’une secousse à l’aide d’un fluide (généralement de l’eau)
Les amortisseurs sont dits “secs” lorsque les fondations du bâtiment reposent sur des blocs de caoutchouc, séparés par des plaques d’acier, qui vont aider à absorber l’énergie libérée par le tremblement de terre.
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En plus des bâtiments, à l’intérieur des foyers, certaines mesures de précautions peuvent êtres prises pour limiter les pertes humaines et matérielles un maximum. Les trains à grande vitesse peuvent également êtres sécurisés (comme avec un système de freinage d’urgence).