Une idée radicale pour éviter l’effondrement des bâtiments en cas de catastrophe

Parfois, de grandes innovations se produisent lorsque vous sortez de votre zone de confort. Nous l’avons vérifié lorsque nous avons décidé de tester un nouveau système pour empêcher l’effondrement des bâtiments avec un bâtiment expérimental à grande échelle. Étonnamment, la nouvelle conception du bâtiment que nous proposons évite qu’il ne s’effondre complètement en cas d’événement extrême, tel qu’un impact important, une explosion ou une attaque terroriste. Il évite même les chutes de chaîne après une catastrophe naturelle comme un tremblement de terre ou un glissement de terrain.

Parfois aussi, de grandes innovations proviennent de l’imitation de ce qui se passe dans la nature. Dans ce cas, le système que nous avons développé est une stratégie défensive contre les catastrophes qui imite le comportement des lézards lorsqu’ils perdent leur queue.

Le résultat de notre travail a eu un énorme écho international. Le magazine Nature (l’un des plus marquants sur le plan scientifique) l’a inclus sur sa couverturequelque chose à souligner si l’on tient compte du fait que c’est la première fois qu’une enquête dans le domaine de la construction et de la conception des bâtiments occupe sa couverture.

Le processus pour arriver ici a été toute une aventure. Sept ans de travail et deux secondes pour achever de démolir un bâtiment.

Pont Haengju et tours Champlain

Onze travées du pont de Haengju, en Corée du Sud, se sont complètement effondrées après la rupture initiale de l’une d’elles pendant la construction. Les tours Champlain à Miami se sont effondrées dans un effet domino après une défaillance structurelle locale. L’Agence de gestion des catastrophes et des urgences a noté que sur le seul territoire turc, au moins 5 606 bâtiments se sont effondrés pendant et après le séisme du 6 février 2023.

Les pertes humaines ne sont souvent pas causées par une action extérieure, comme un tremblement de terre, mais par l’effondrement de bâtiments.

Les catastrophes survenues entre 2000 et 2019 ont provoqué 1,23 million de morts et 2,97 milliards de dollars de pertes économiques. Beaucoup de ces pertes peuvent être attribuées à un bâtiment s’effondre.

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pourquoi ils tombent

Les effondrements se produisent en raison d’une « défaillance initiale » située dans une partie spécifique d’un bâtiment. De cet échec commence une chaîne d’échecs qui se propagent au reste de la structure, comme s’il s’agissait d’un effet domino.

Les causes initiales peuvent être diverses : tremblements de terre, inondations, tempêtes, glissements de terrain, explosions, chocs de véhicules, vieillissement de l’ouvrage lui-même ou encore erreurs de construction ou de conception.

Les méthodes actuelles de conception des structures des bâtiments visent à prévenir l’apparition d’un effondrement suite à une petite défaillance locale. Ceci est réalisé en reliant étroitement tous les éléments de la structure, de sorte que la charge supportée par tout élément défaillant soit redistribuée au reste de la structure. Mais si la défaillance initiale est importante, le système ne fonctionne pas et le pont ou le bâtiment s’effondre.

En estas situaciones, la aplicación de los diseños basados en una alta conectividad entre elementos puede incluso resultar perjudicial, porque las partes del edificio que colapsan pueden tirar del resto de la estructura, generando un colapso en cadena que puede llegar a afectar a la totalidad de la structure. Le fait que les effondrements les plus catastrophiques soient dus à des défaillances initiales importantes soulève des inquiétudes quant à l’efficacité des conceptions actuelles.

Comment nous l’abordons

L’article que nous avons publié dans Nature ramasser un nouveau design, qui répond aux exigences des codes en vigueur, mais évite qu’un effondrement ne se propage après une petite défaillance locale initiale. La conception introduit une nouvelle approche, analogue à la façon dont « les lézards perdent leur queue lorsqu’ils sont confrontés à une menace extérieure ». Nous rendons l’effondrement initial isolé et… « perdu ».

L’astuce réside dans la mise en place de fusibles structurels, qui permettent de segmenter le bâtiment en cas de panne. Autrement dit, nous perdons une partie du bâtiment pour préserver le reste.

Les colonnes et la queue des lézards

Les éléments les plus importants pour qu’un bâtiment reste debout sont les colonnes. Si les colonnes tombent en panne, tout ce qu’elles soutiennent s’effondre. Pour éviter les ruptures successives des poteaux, notre conception garantit que les assemblages de poutres et de dalles aux poteaux sont conçus pour échouer avant de pouvoir transmettre des forces suffisantes pour briser successivement les poteaux.

Notre design s’inspire de la façon dont les lézards se protègent des prédateurs lorsqu’ils sont menacés, en libérant leur queue pour ce faire. Ce sacrifice tactique évite qu’ils soient dévorés.

Dans des conditions normales, les lézards conservent et utilisent leur queue. Dans le cas des bâtiments, notre conception assure un haut niveau de connectivité entre les éléments dans les situations normales et accidentelles définies dans les codes de conception. Cependant, lorsqu’une rupture initiale importante va se propager au reste du bâtiment, l’effondrement est isolé, protégeant le reste.

Nous l’avons mis à l’épreuve

La conception a été testée et mise en œuvre dans un répétition unique sur un bâtiment préfabriqué en béton grandeur nature. Le test a révélé que la conception est efficace et peut être appliquée à un coût très faible, en utilisant des techniques et des éléments déjà couramment utilisés dans le secteur de la construction.

Le bâtiment qui reste debout ne subit que des dommages mineurs, ce qui permet d’effectuer des opérations de sauvetage et d’évacuation en toute sécurité, sauvant ainsi des vies en cas de situation extrême.

Dans les travaux futurs dans le cadre du projet Endurer Nous testerons cette conception dans deux autres bâtiments : avec une structure en béton exécutée sur place et avec une structure en acier.

Nous développerons également des méthodes de conception simplifiées pour faciliter leur utilisation dans la pratique quotidienne de l’ingénierie et de l’architecture. Ces mesures devraient nous aider à construire des bâtiments solides pour une société plus résiliente.