Un design espagnol inspiré des lézards permet la construction de super-bâtiments à l’épreuve des catastrophes

Son idée, qui a mérité couverture du magazine Nature, Il s’inspire du comportement des lézards et du système de sécurité des centrales hydroélectriques. Avec une solution à coût quasi nul pour les bâtiments nouvellement construits, l’effondrement total du bâtiment serait évité en isolant les dégâts initiaux. C’est la première fois que cette publication scientifique publie un article de recherche dans le domaine de la conception et de la construction de bâtiments.

« Tout comme les lézards coupent leur queue pour échapper à leurs prédateurs, nous proposons un système qui limiterait la destruction uniquement à la zone qui a subi l’échec initial pour protéger le reste du bâtiment. “Nous arrêtons la propagation de l’échec de la protection des vies humaines et minimisons les coûts qu’entraînerait un effondrement complet de la structure”, explique Adam à ABC, co-auteur de la publication avec Nirvan Makoond, Andri Setiawan et Manuel Buitrago, tous civils. ingénieurs à l’institut de recherche. Icitech de l’Université Polytechnique de Valence.

Pour parvenir à ce moindre mal, le bâtiment est construit comme n’importe quel autre, mais les connexions entre les composants de la structure sont préparées à se rompre plus tôt et à éviter l’effet de contagion à l’ensemble du bâtiment. C’est le même concept que les réseaux électriques utilisent pour se protéger d’une surcharge électrique, en connectant différents segments du réseau à l’aide de fusibles électriques. «Nos fusibles sont structurels. Ils permettent au bâtiment d’avoir une continuité structurelle dans des conditions normales d’exploitation, mais sont segmentés lorsque la propagation des dommages est inévitable. Pour cela nous définissons un hiérarchie des dommages dans lequel les connexions entre les poutres et les colonnes échouent d’abord tandis que ces dernières restent debout. Il y a des dégâts partiels, mais nous avons évité l’effondrement total de la structure », explique José Miguel Adam.

Les conceptions actuelles empêchent l’effondrement en redistribuant l’impact initial. Il s’agit d’un système efficace qui redistribue les charges de la zone de rupture entre tous les composants de la structure restés intacts après un premier impact. Mais ce n’est pas parfait car la même protection peut provoquer un effet domino et faire tomber toute la structure. La solution de l’institut Icitech ajouterait une sécurité supplémentaire, comme dernière ligne de défense qui maintiendrait une zone sûre pour faciliter le sauvetage de ses habitants ou ne pas repartir de zéro dans la reconstruction après la catastrophe.

Essais grandeur nature avec des bâtiments d’éprouvettes

Ce projet a commencé à prendre forme il y a sept ans, avec l’une des bourses Leonardo attribuées par la Fondation BBVA pour financer des idées aussi radicales que celle de cet ingénieur. José Miguel Adam a insisté pour construire des bâtiments-éprouvettes où il pourrait tester ses théories de construction à échelle réelle. Dans un premier temps, l’accent a été mis sur les colonnes d’angle car l’impact sur ces piliers met en danger l’ensemble du bâtiment.

Ce n’était que le début. Grâce à cette première subvention, les graines ont été plantées pour de nouvelles lignes de recherche qui comprenaient également une aide aussi compétitive que celle du Conseil de l’Europe. «Grâce à ces études, nous avons compris les mécanismes cachés derrière la propagation des défauts et nous avons pensé que la solution serait de les segmenter. Nous avons été inspirés par l’attaque du Pentagone du 11 septembre. Lorsque l’avion s’est écrasé sur le bâtiment, il n’y a pas eu de panne globale car le bâtiment disposait d’un joint de dilatation. Il impacte l’avion mais ne propage pas l’effondrement. « Cela a inspiré la solution que nous avons désormais entre les mains », dit-il.

Pour tester la conception maintenant publiée dans la revue Nature, ils ont construit un bâtiment de 15 × 12 m avec deux étages de 2,6 m de haut en béton armé préfabriqué. Au cours du processus, Adam et ses collègues ont soumis la structure à deux phases de tests. La première phase a simulé une petite rupture initiale au cours de laquelle deux piliers de chaque côté de l’un des coins du bâtiment ont été retirés, confirmant que la conception offrait un support structurel conventionnel et répondait confortablement aux exigences de conception actuelles.

Dans la deuxième phase, une rupture initiale beaucoup plus extrême a été simulée, dans laquelle la colonne d’angle restante a été supprimée. Grâce à ces tests, les chercheurs ont démontré que l’isolation en cas d’effondrement basée sur la hiérarchie a réussi à empêcher l’effondrement de la structure entière et que seule une partie du bâtiment s’est effondrée.

Une réalité dans deux ans

La théorie a déjà fait ses preuves, mais il faudra désormais encore deux ans pour mettre en œuvre le projet. Le système, qui pourrait être utilisé dans les nouvelles constructions de bâtiments de hauteur moyenne (jusqu’à 15 ou 20 étages), suscite déjà l’intérêt de nombreuses entreprises. La prochaine étape consistera à concevoir une nouvelle technique permettant d’ajouter de la robustesse aux bâtiments critiques déjà construits, une nouvelle ligne de recherche dans laquelle travaille déjà le groupe de l’Université Polytechnique de Valence.