Laconstruction parasismique (ouantisismique) est la réalisation de bâtiments et infrastructures résistant auxséismes. Elle implique l'étude du comportement desbâtiments etstructures sujets à un chargement dynamique de typesismique.
Les objectifs principaux de la construction parasismique sont :
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 nombreux temples, églises, mosquées, pagodes et châteaux de résister à des tremblements de terre parfois importants. C'est par exemple le cas des cités incas, dont en particulierMachu Picchu, dont les appareillages de pierre sont de remarquables exemples d'architecture parasismique. De même de l'autre côté du monde, lePalais 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[1].
La première réglementation parasismique européenne est née àNaples grâce à la volonté des Bourbons après le terribleséisme arrivé en 1783 dans la Calabre du sud[2]. Les bâtiments construits àLisbonne après letremblement de terre de 1755, sous l'autorité dumarquis de Pombal, sont parmi les premiers exemples de constructions antisismiques en Europe.
Les normes de construction parasismique sont un ensemble de règles de conception et deconstruction à appliquer aux bâtiments pour qu'ils résistent le mieux possible à unséisme.
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 zones desismicité 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 lesondes 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.
Avant les années1960, 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 auxmodes propres de vibration des structures.
Classiquement, les bâtiments sont considérés comme desoscillateurs multiples : plusieurs masses reliées entre elles et au sol par des ressorts et des amortisseurs, modélisés par des barres ou paréléments finis.
Dans l'espace, un nœud possède sixdegrés de liberté ; certaines modélisations réduisent ce nombre[5].
En restant dans le domaineélastique et linéaire, la relation entre levecteur desforces et celui des déplacements fait intervenir unematrice derigidité constante dans le temps.
Dans ce domaine, on dispose de deux grandes méthodes de calcul, basées sur le principe de la décomposition modale :
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.
Du fait de sa situation géographique, leJapon 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 ancienssanctuaires shinto). Les techniques modernes furent ensuite mises au point et introduites après leséisme de 1923 de Kantō[6]. Cependant, leséisme 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 sont devenues les plus sûres au monde.
Lors duséisme du 11 mars 2011 dans la région duTōhoku, 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 laTokyo Sky Tree d'une hauteur de634 mètres, ne subirent aucun dommage.
Les risques sismiques sont tels auJapon 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 leshinkansen (train à grande vitesse japonais) qui dès les moindres secousses ressenties sur les rails arrête automatiquement ses moteurs. À titre d'exemple, lors duséisme du 11 mars 2011, aucun desshinkansen en service à300 km/h n'a déraillé.
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 :
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 laprotection civile restent opérationnelles.
En France où une réglementation parasismique existe depuis1969, 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 duséisme de 2011 de la côte Pacifique du Tōhoku et avec ledroit européen.
En mai1988, 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 ayant traité ce sujet[11] ainsi que par l'AFPS[12] et quelques colloques franco-suisses[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 1990, dans le cadre de laDécennie 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 faits 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.
Lapaléosismicité 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 duBRGM (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 duCEA, 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 unappel à projets d'environ 4,2 M€[17]) en 2005 le programmeCATEL (« 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 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 bâtiment dont lepermis de construire a été déposé à partir du est concerné. Une période transitoire est prévue par le législateur durant laquelle l'ancienne réglementation reste active (jusqu'au en France, puis repoussé au) ; les valeurs d'accélération à prendre en compte sont changées au, 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].
4 principes de conception prévalent[19] :
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][20]
Après le tremblement de terre de1983, les sismologues belges ont été dotés de moyens supplémentaires pour affiner les évaluations de risque.
Pour les nouvelles constructions, le dimensionnement parasismique est réglé dans les normes sur les structures porteuses SIA 260 à 267 de la société suisse des ingénieurs et architectes (SIA). La norme suisseSIA 469 (1997) préconise qu'une vérification de la sécurité sismique 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 porteuses SIA 261 à 267 en 2003, les hypothèses sur les efforts sismiques ont été revues à la hausse à la lumière de nouvelles connaissances sur l'aléa. Le besoin d'éviter des coûts de confortement parasismique disproportionnés et de fournir des méthodes fiables d'évaluation de la sécurité parasismique des ouvrages existants s'est fait immédiatement ressentir. Un groupe de travail de la SIA, 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[21]. En 2017, le cahier technique SIA 2018 a été remplacé par la norme SIA 269/8 "Maintien des structures porteuses - Séismes". Cette nouvelle norme conserve les principes de base du cahier technique SIA 2018, mais a un champ d'application qui s'étend à toutes les structures porteuses. Elle introduit également de nouvelles méthodes pour quantifier la réduction du risque par la mise en place de mesures d'amélioration de la sécurité sismique.
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