Pourquoi les bâtiments s'écroulent-ils lors des séismes ? - Vicki V. May

Voir la version complète : http://ed.ted.com/lessons/why-do-buildings-fall-in-earthquakes-vicki-v-may

Les tremblements de terre sont depuis toujours des phénomènes terrifiants, plus meurtriers au fur et à mesure de l'accroissement des villes - l'effondrement de bâtiments représentant le risque majeur. Pourquoi les immeubles s'écroulent-ils et quels sont les moyens de prévention ? Vicki V. May explique pourquoi physiquement ce ne sont pas les immeubles les plus robustes mais les mieux conçus qui résisteront.

Leçon par Vicki V. May, animation par Pew36 Animation Studios.

Les tremblements de terre sont depuis
toujours des phénomènes terrifiants,

plus meurtriers au fur et à mesure
de l’accroissement des villes,

l'effondrement de bâtiments
représentant le risque majeur.

Pourquoi les immeubles s'écroulent-ils

et quels sont les moyens de prévention ?

En regardant des films catastrophes,
vous pouvez penser que

la cause de l'effondrement
d'un bâtiment provient du sol

qui se met à trembler violemment
ou même à se fendre.

Mais cela n'est pas tout à fait vrai.

D'abord, la plupart des immeubles ne sont
pas situés sur une ligne de faille

et la tectonique des plaques se situe bien
plus bas que le niveau des fondations.

Alors que se passe-t-il exactement ?

La cause des tremblements de terre
et ses conséquences sur les bâtiments

est un peu plus compliquée.

Pour illustrer cela,
les architectes et ingénieurs utilisent

des maquettes comme des portiques en 2 D

ou des tiges surmontées de boules
représentant la masse de l'immeuble.

Même aussi simplistes, ces maquettes
peuvent se révéler très utiles,

car prédire la réaction d'un immeuble
lors d'un séisme

est avant tout une question de physique.

La plupart des effondrements

ne sont pas dus au séisme en soi.

Quand le sol bouge sous un immeuble,

cela impacte les fondations et
les premiers étages,

des ondes de choc parcourent
toute la construction,

la faisant osciller d'avant en arrière.

La force de l'oscillation dépend de
deux principaux facteurs :

la masse de la construction,
concentrée à la base,

et sa rigidité,

qui va causer un certain
nombre de déformations.

En plus des matériaux de construction
et du type de pilier,

la rigidité est surtout fonction
de la hauteur.

De petits immeubles seront plus
rigides et oscilleront moins,

alors que les grands immeubles
seront plus flexibles.

Suffirait-il alors de construire
des immeubles plus petits

pour limiter au maximum les vibrations ?

Le tremblement de terre de 1985
à Mexico est la preuve du contraire.

Durant le séisme,

de nombreux immeubles entre 6 et 15 étages
se sont écroulés.

Alors que des immeubles voisins
plus petits sont restés debout,

et que des immeubles de plus de 15 étages
furent eux aussi moins endommagés.

Les oscillations de ceux qui se sont

écroulés étaient plus violentes
que le séisme en lui-même.

Comment est-ce possible ?

Il faut chercher du côté
de la fréquence de résonance.

Dans un système d'oscillation,

la fréquence est le nombre de cycles
d'oscillations en une seconde.

C'est l'inverse d'une période,

qui est la durée en secondes
d'un cycle d'oscillation.

La fréquence naturelle d'un immeuble,
déterminée par sa masse et sa rigidité,

est la fréquence à laquelle
les vibrations vont se concentrer.

Augmenter la masse d'une construction
réduit sa vitesse naturelle de vibration,

alors qu’augmenter sa rigidité
la fera osciller plus rapidement.

Dans l'équation prenant en compte
ces 2 éléments,

la fréquence naturelle est proportionnelle
à la rigidité,

alors qu'elle est inversement
proportionnelle à la masse.

Ce qui s'est passé à Mexico est
ce qu'on appelle un effet de résonance,

où la fréquence des ondes sismiques

correspondaient à la fréquence naturelle
des immeubles de taille moyenne.

Comme une poussée au
bon moment sur une balançoire,

chaque nouvelle onde sismique
amplifiait la vibration de l'immeuble

dans le même sens,

le poussant un peu plus loin
et encore un peu plus loin,

et même davantage
que le déplacement initial.

Aujourd'hui, les ingénieurs travaillent

avec des géologues et des sismologues
pour mesurer

les mouvements de terrain
lors de séismes,

afin d'éviter les effondrements dus
aux problèmes de résonance,

prenant en compte des facteurs
comme le type de sol et de défaillance,

ainsi que les données provenant
de précédents séismes.

Des fréquences de mouvement lentes
causeront moins de dégâts

aux immeubles hauts et souples,

alors que des fréquences plus rapides
seront plus dangereuses

pour les constructions petites et rigides.

Les ingénieurs ont trouvé des moyens
d'absorber les chocs

et de limiter les déformations
au moyen de systèmes innovants.

On utilise des isolateurs flexibles

dans les fondations pour isoler
et limiter les déformations,

et des amortisseurs de vibrations
pour annuler la résonance

en oscillant à l'inverse des
fréquences naturelles

afin de réduire les vibrations.

Au final, ce ne sont pas les immeubles
les plus robustes qui résisteront

mais les mieux conçus.