Séismes et villes résilientes

La recherche parasismique est aujourd'hui à la croisée de l'architecture et des hautes technologies. Le but est de parvenir à la ville résiliente.
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Les gratte-ciel les plus hauts ne possèdent pas de noyau central en béton armé. La raison vient du manque de souplesse de ce type de matériau : lors d’un tremblement de terre, seule l’élasticité de l’immeuble permet d’absorber les vibrations du sol, qui se répercutent sur toute la structure. Un immeuble totalement rigide ne pourrait absorber cette énergie et cèderait. C’est pourquoi lors de séismes importants, les maisons particulières sont plus exposées que les gratte-ciel.

Cette élasticité nécessaire de la structure est fournie entre autre par les matériaux métalliques. Des tests sismiques sont réalisés lors de la construction d’un immeuble pour valider le choix de la structure. Un des tests principaux est la création d'une maquette pouvant atteindre 10m de hauteur et subissant toutes sortes de simulations sismiques.

La France à la pointe de la recherche sur la physique des structures

En France, l’IFFSTAR (anciennement Laboratoire central des Ponts et Chaussées) dispose à Nantes d’un simulateur de séisme unique en son genre, sous la forme d’une centrifugeuse.

Ce système de 40 tonnes équipé d'un bras de 5 mètres de long teste des ouvrages de génie civil comme les ancrages de plates-formes pétrolières offshore, les fondations du pont à haubans Rion-Antirion construit dans le golfe de Corinthe, en Grèce, ou l'effet des tempêtes sur des ouvrages marins. Depuis 2005, l’IFFSTAR organise également des tests sismiques de sorte qui ont permis d’avancer sur les méthodes de construction des immeubles en terrains instables. En effet, c’est dès la phase de conception que les architectes doivent prendre en considération la structure globale de leur immeuble et la manière dont elle encaisse les vibrations du terrain. L’utilisation de maquettes mises à mal en centrifugeuse a permis de faire progresser grandement des modèles informatiques fiables et moins coûteux aujourd’hui couramment utilisés en cabinets d’architecture.

En Europe, seule l’université de Cambridge (Royaume-Uni) offre à cette heure un procédé d’expérimentation similaire.

La spécificité de la France concernant l’utilisation courante de l’énergie atomique a également induit un véritable savoir-faire en matière de simulation sismique. Le Commissariat à l'énergie atomique teste, en utilisant des tables vibrantes, l’effet des séismes sur ses ouvrages comme les enceintes de confinement des réacteurs nucléaires. Ces essais menés au laboratoire d'études sismiques Tamaris, à Saclay (Essonne), utilisent des maquettes de bâtiments à l’échelle 1/3.

Les nouvelles technologies appliquées en Asie

Mais c’est au Japon, pays connaissant une forte activité sismique, que les recherches en architecture sont les plus poussées. A Tokyo, les gratte-ciel subissent plusieurs fois par an des séismes de magnitude supérieure à 5 sur l'échelle de Richter ainsi que de forts typhons. Cette réalité physique a entraîné des développements technologiques très efficaces.

Ainsi, il s’agit depuis la fin du siècle dernier de contrôler semi-activement le comportement des constructions. Le but est bel et bien de construire des bâtiments qui tiennent et qui sauvent des vies humaines. Lors des tremblements de terre, les immeubles se déforment puisque les fondations bougent. Plus ils sont hauts, plus la déformation est importante.

La gageure est d’isoler la structure de l’immeuble de ses fondations afin d'atténuer ou de supprimer ces déformations. Par exemple, le siège rénové du Parti libéral-démocrate (PLD) de Junichiro Koizumi utilise un système parasismique porté par des grosses boules. En cas de secousse tellurique, le système se déplace, droit, sur un sol en métal incurvé. Ceci permet de préserver la structure globale des mouvements, qui sont encaissés dès la base de l’immeuble.

Taipei 101

L'architecture et la technologie sont désormais intimement liés pour que les effets antisismiques des deux s'additionnent, plutôt que de compenser les faiblesses de la première par la seconde. Le plus système anti-sismique le plus impressionnant est ainsi actuellement installé sur la tour Taipei 101 à Taiwan (508 mètres pour 101 étages). Il s'agit d'une boule d'acier de 6m de diamètre et 800 tonnes suspendue entre le 88e étage et le 92e étage. Sa masse et son amplitude maximale de 1,5m permettent de contrebalancer les effets des oscillations dues aux vents violents des ouragans et aux séismes, l'amortissement prévu étant de 30 à 40%. Le dispositif est même devenu un des symboles de la tour et est présenté aux visiteurs qui peuvent observer, à travers une verrière vitrée, les mouvements de la boule arborant une teinte dorée.

Une nouvelle piste : les immeubles actifs pour la résilience

Les recherches concernant les systèmes parasismiques sont entrées dans une nouvelle ère. Il s’agit aujourd’hui de faire interagir le bâtiment avec le tremblement de terre, en le rendant comme « invisible ». L'Institut Fresnel de Marseille (CNRS, université Paul-Cézanne, Ecole centrale, université de Provence), en collaboration avec l'université de Liverpool, a conçu un système utilisant de nouveaux matériaux aux propriétés physiques inédites. Il s’agit de tisser une structure composée de métamatériaux, autrement dit de matériaux de synthèse n'existant pas dans la nature, qui va enrober le bâtiment. Cette structure va annuler les ondes vibratoires du sol qui vont la contourner en suivant une ligne tangentielle. Dès lors, le bâtiment sera épargné grâce à un effet mécanique de la physique des ondes.

L’avenir n’est donc plus dans des dispositifs passifs, mais bien dans des systèmes interagissant avec le tremblement de terre lui-même. C’est ici qu’architecture et hautes technologies se rejoignent dans une volonté fondamentale de pérenniser un modèle urbain au-delà des aléas de la nature. C’est ce que les urbanistes actuels nomment la théorie de la « ville résiliente », concept dont nous entendrons de plus en plus parler dans les décennies à venir.

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