La majorité de la population mondiale vit dans des zones sismiques et 50 % du territoire européen présente un risque sismique de moyen à élevé. Chaque année, le monde est témoin de plus de 150 séismes atteignant ou dépassant une magnitude de 6 sur l'échelle de Richter, des événements avec un potentiel de destruction tragique. En France, à l'exception des régions antillaises, les grandes secousses sismiques sont rares, les tremblements de terre de magnitude 5 ou plus étant des exceptions. Cependant, les risques associés à ces phénomènes ne sont pas négligeables, notamment à cause de la densité démographique, de l'extension urbaine et des standards de construction variables. En effet, un séisme pourrait non seulement causer la perte de centaines de vies en France métropolitaine et de milliers dans les Antilles, mais aussi engendrer des coûts de reconstruction astronomiques. Dans ce contexte et malgré la responsabilité engagée, la sécurisation des éléments non-structurels d'un bâtiment est un aspect malheureusement fréquemment négligé dans le monde de la construction. Ce premier article se penche donc sur les bases du parasismique pour le non-structurel, abordant les coûts, les risques, et l'aspect règlementaire face aux tremblements de terre.

Quel risque pour les éléments non-structurels ?

Non-structurel ne signifie pas non-essentiel. Bien qu'ils ne soient généralement pas traités avec la même priorité que les éléments structurels, la conception sismique des éléments non-structurels tels que les tuyauteries, gaines de ventilation, réseaux électriques et les divers équipements techniques ne peut plus être négligée. L'installation d'éléments non-structurels sans précautions sismiques entraîne les conséquences suivantes :

• Coûts de réparation nettement plus élevés :

Surtout dans les zones urbaines, les dommages et les pertes causés par les tremblements de terre attribués aux éléments non-structurels dépassent souvent ceux du structurel.

• Suspension des services essentiels :

Le maintien en fonction après un tremblement de terre est vital pour les hôpitaux, et critique pour les services publics et de nombreuses installations de production commerciale et industrielle. Même si la structure principale du bâtiment résiste à l'activité sismique comme prévu, le bâtiment ne peut plus fonctionner sans équipements techniques pour l'approvisionnement en eau, la télécommunication, etc...

Pour les constructions en zones sismiques, trois aspects clefs doivent être pris en compte concernant les éléments non-structurels. Premièrement, ces systèmes présentent une vulnérabilité plus importante aux séismes due à un manque de considération dans le dimensionnement parasismique. Deuxièmement, par nature, ces éléments ont tendance à céder sous des intensités sismiques plus faibles que les éléments structurels, une fragilité notamment due à la distance qui les sépare des points d'ancrage, les soumettant à des moments auxquelles ils ne sont pas conçus pour résister. Enfin, les dépenses engendrées par la remise en état suite aux dommages provoqués par ces éléments représentent une charge financière significative.

Par conséquent, il incombe à la maitrise d'œuvre et à la maitrise d'ouvrage de préconiser des mesures de protection sismique adaptées, assurant ainsi la sécurité des personnes et la préservation des équipements.

Les conséquences

Les supports de machines et d'équipements techniques, initialement conçus pour résister uniquement à la gravité, se révèlent vulnérables aux forces horizontales générées par des tremblements de terre, même de faible magnitude. Ces phénomènes entraînent fréquemment la chute et la rupture de conduites, le déplacement et la détérioration d'équipements, compromettant leurs fonctionnements. Les éléments non structuraux contribuent significativement aux conséquences désastreuses des séismes :

• Incendie et explosions, en particulier lorsque des gaz inflammables ou des réseaux électriques sont à proximité
• Pollution et libération de substances toxiques
• Obstruction des voies d'évacuation
• Blessures dues à la chute et au déplacement d'éléments
• Interruption des opérations en raison de la perte d'utilités dans les bâtiments relevant de la sécurité publique
• Interruption de la production

Cela s'explique car habituellement, lors du dimensionnement, les charges permanentes et d'exploitation prévalent et l'on considère principalement les forces verticales dues au poids. Il n'est donc pas étonnant que les dommages sismiques soient principalement causés par la présence de ces nouvelles forces horizontales exceptionnelles.

Réglementation parasismique

D'un point de vu normatif, l'Eurocode 8 définit la conception d'une structure d'un bâtiment pour la résistance parasismique (structures béton et acier).

Le Plan séisme, plan gouvernemental pour sensibiliser et informer sur le risque sismique a été depuis 2005 une référence sur le sujet et nous a léguer un certain nombre d'éléments toujours d'actualité à ce jour. L’aléa sismique par exemple, est déterminé par la magnitude, l’ampleur et la période de retour des séismes d’un territoire. L’enjeu est d’estimer la probabilité qu’un événement naturel survienne sur un site et dans un laps de temps donné. La distribution de l'activité sismique sur le territoire n'est pas homogène, ce qui signifie que les mesures à considérer lors de la construction diffèrent selon les zones. En France, la réglementation se base sur une carte nationale de risque sismique. Cette carte est ensuite déclinée en zones sismiques par commune, indiquant le niveau de risque spécifique à chacune. Retrouvez le zonage sismique de la France et bien d'autres infos sur le sujet sur les sites gouvernementaux suivants : Le site Géorisques et le site du ministère de l'Environnement. Ce zonage détermine cinq zones de sismicité, allant de très faible à forte.

Suivant le type de bâtiment, l'Arrêté du 22 octobre 2010 modifié défini une catégorie d'importance allant de I à IV (classement des bâtiments en catégories d'importance). Les bâtiments de catégorie IV vont particulièrement nous intéresser, car il s'agit des ouvrages primordiaux pour la sécurité civile, la défense ou le maintien de l'ordre public, on y retrouve notamment les hôpitaux, casernes de pompiers, préfectures etc... Pour ce type de bâtiment, il est nécessaire d'assurer une continuité de fonctionnement après un séisme. Les équipement non structurels comme le chauffage, l'éclairage, la distribution d'eau, les ascenseurs, etc... doivent donc rester opérationnels même après un séisme. Il existe plusieurs niveaux de continuité de fonctionnement et il doit être défini en amont par la maîtrise d'œuvre et la maîtrise d'ouvrage :

• Continuité de fonctionnement totale : tous les équipements techniques et réseaux sont concernés et doivent rester fonctionnels
• Continuité de fonctionnement par lots : certains lots doivent rester fonctionnels
• La non chute des réseaux : les réseaux peuvent ne plus être fonctionnels mais ne doivent pas s'écrouler au sol - de cette manière, les faux plafond ne tombent pas et ils ne bloquent pas les voies d'évacuations
• Les chevilles sismiques : seule la cheville doit résister sans abîmer la structure béton - Une cheville couverte par un agrément sismique suffit

Il existe d'autres documents utiles comme :

• Le guide de l'AFPS sur la conception et réalisation d'établissement de santé en zone sismique qui donne des indications sur la conception globale des réseaux
• Le TR045, le FD_P06-029 et l'annexe C de l'EC2 part 4 doivent être utilisés pour le calcul des chevilles

ACTIONS SISMIQUES SUR LES ÉLÉMENTS NON-STRUCTURELS

Lors d'un séisme, les ondes se propages par le sol, puis par la structure béton ou métallique du bâtiment pour être finalement transmises aux réseaux. Il y a alors des forces horizontales supplémentaires qui s'appliquent sur ces derniers. Et comme nous l'avons déjà évoqué, un supportage "classique" n'est généralement pas apte à reprendre ce genre de sollicitation. Les vibrations du sol se propagent aux étages supérieurs, entraînant des accélérations plus marquées qui varient selon leurs distances aux fondations. Ainsi, l'intensité des forces subies dépend également de cette distance.






L'Eurocode 8 fournit des directives pour déterminer la force sismique, représentée par une force statique équivalente Fa, appliquée au centre de masse d'un élément.

La suite dans le prochain article!


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