Construction parasismique

La construction parasismique (ou antisismique) est la réalisation de bâtiments et infrastructures résistant aux séismes. Elle implique l'étude du comportement des bâtiments et structures sujets à un chargement dynamique de type sismique.

La Tokyo Skytree, la deuxième plus grande tour au monde (derrière le Burj Khalifa) qui, du haut de ses 634 mètres, a parfaitement résisté au séisme de 2011 de magnitude 9, démontrant l'efficacité des constructions parasismiques japonaises.

Les objectifs principaux de la construction parasismique sont :

• 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.

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 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 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^[1].

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^[2]. Les bâtiments construits à Lisbonne après le tremblement de terre de 1755, sous l'autorité du marquis de Pombal, sont parmi les premiers exemples de constructions antisismiques en Europe.

Normes de construction parasismique

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 zones 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^[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

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.