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COURS DE CONSTRUCTION PARASISMIQUE – VOLUME 1

SISMOLOGIE APPLIQUEE SISMOLOGIE: ETUDE DES SEISMES

Eléments de sismologie appliquée à la construction à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER

Figure 1 - Pour - Pour la chine ancienne, les séismes étaient dus aux soubresauts d’un poisson chat vivant sous terre que les personnages de cette illustration tentent de maîtriser. De tous temps les hommes ont cherché à représenter et expliquer le phénomène sismique.

OBJECTIFS DE LA SISMOLOGIE APPLIQUEE A LA CONSTRUCTION -

-

Identification des sources sismiques pouvant concerner le site à construire. Estimation de l’énergie sismique pouvant arriver sur le site (Estimation de l’aléa sismique régional). Connaissance du comportement prévisible du site sous l’effet des séismes régionaux possibles (Estimation de l’aléa sismique local). Maîtrise de la réponse potentielle des bâtiments, viabilités et équipements aux mouvements prévisibles du sol. Adoption de politiques de mitigation du risque sismique. Traduction réglementaire des connaissances.

Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 1

ELEMENTS DE SISMOLOGIE APPLIQUEE POUR LES TECHNICIENS DU BATIMENT

1. Introduction, avertissement 2. Le phénomène sismique 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

Les différents mécanismes des failles actives Notion de cycle sismique d’une faille active La source sismique : surface de rupture sur la faille Notion de Magnitude d’un séisme

3. Caractérisation des phénomènes tectoniques

3.1. Types de séismes, études et prévention 3.2. Sismicité de la planète 3.3. Structure de la planète, une dynamique interne génératrice de mouvements relatifs 3.4. Notion de dérive des continents 3.5. Tectonique des plaques et sismicité associée aux limites entre plaques

4. La secousse sismique, caractérisation des ondes sismiques 4.1.

Les types d’ondes

4.1.1. Les ondes de volume 4.1.2. Les ondes de surface

4.2. Représentation dans le temps du mouvement sismique enregistré en un site : sismogrammes, accélérogrammes 4.3. Représentation du mouvement enregistré en un site par son signal fréquentiel : le spectre de réponse

5. La propagation des ondes sismiques 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.

Lois d’atténuation Réflexion des ondes entre les couches de sols Modification des ondes par les sites L’intensité locale

5.4.1. Échelles de mesure 5.4.2. Isoséistes

6. L’aléa sismique régional Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 2

ELEMENTS DE SISMOLOGIE APPLIQUEE POUR LES TECHNICIENS DU BATIMENT

1. Introduction, avertissement 2. Le phénomène sismique 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

Les différents mécanismes des failles actives Notion de cycle sismique d’une faille active La source sismique : surface de rupture sur la faille Notion de Magnitude d’un séisme

3. Caractérisation des phénomènes tectoniques

3.1. Types de séismes, études et prévention 3.2. Sismicité de la planète 3.3. Structure de la planète, une dynamique interne génératrice de mouvements relatifs 3.4. Notion de dérive des continents 3.5. Tectonique des plaques et sismicité associée aux limites entre plaques


Les types d’ondes

4.1.1. Les ondes de volume 4.1.2. Les ondes de surface

4.2. Représentation dans le temps du mouvement sismique enregistré en un site : sismogrammes, accélérogrammes 4.3. Représentation du mouvement enregistré en un site par son signal fréquentiel : le spectre de réponse

5. La propagation des ondes sismiques 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.

Lois d’atténuation Réflexion des ondes entre les couches de sols Modification des ondes par les sites L’intensité locale

5.4.1. Échelles de mesure 5.4.2. Isoséistes

6. L’aléa sismique régional Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 2

6.1. Estimation du mouvement sismique possible « au rocher horizontal » d’un site ou une région 6.2. Évaluation déterministe de l’aléa sismique régional 6.3. Évaluation probabiliste de l’aléa sismique régional 6.4. Zonage de l’aléa régional: Echelle d’étude 1/1 000 000

7. L’aléa sismique local 7.1.

Effets directs du séisme

7.2.

Effets de site : amplification locale du signal sismique

7.3.

Effets induits par les secousses sismiques sur les sites

7.4.

Microzonage de l’aléa local : Echelle d’étude 1/10 000

7.1.1. Le mouvement « au rocher » (rappel) 7.1.2. Les bouleversements topographiques à grande échelle 7.1.3. Le jeu d’une faille en surface

7.2.1. Topographies amplifiant l’action sismique: butte, crête, bord de falaise 7.2.2. Sol alluvionnaire de forte épaisseur amplifiant l’action sismique 7.3.1. Glissements de terrains, chutes de pierres (purge) 7.3.2. Liquéfaction des terrains granulaires saturés d’eau 7.3.3. Subsidence sur cavités 7.3.4. Tsunamis 7.3.5. Effets d’origine humaine, problèmes urbains

8. Le contexte légal et réglementaire français 8.1. Code de l’Environnement 8.2. Décrets 8.2.1. Décret n° 91-461 du 14 mai 1991 8.2.2. Décret n° 95-1089 du 5 octobre 1995 8.2.3. Décret no 2000-892 du 13 septembre 2000 8.3. Arrêtés 8.3.1. Arrêté 8.3.1. Arrêté du 29 mai 1997 (ORN) 8.3.2. Arrêté 8.3.2. Arrêté du 10 mai 1993 (ORS) 8.4. Et l’existant? 8.5. Les règles PS-92, plan du contenu

9. Ouvrages de vulgarisation en sismologie appliquée 1. Introduction, avertissement Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 3

Les sismologues et géophysiciens se livrent à des recherches toujours plus poussées pour caractériser la sismicité du globe afin de progresser dans la prévision des phénomènes et donc de la prévention. Dans l’état actuel des choses, il est question de prévoir et non de prédire. C’est à dire qu’on peut assez bien caractériser ce qui peut arriver dans une zone sismique, mais pas encore dire quand. Une partie des résultats de la recherche est directement utile à l’élaboration de stratégies de « protection » des bâtiments et autres ouvrages contre les actions sismiques, c’est celle qui intéresse les professionnels du bâtiment. Ainsi on peut assez bien : - définir la « violence » possible des séismes pouvant survenir sur les failles sismogènes, c’est à dire leur magnitude, - établir la manière dont la distance va atténuer l’amplitude et d’autres paramètres des oscillations, - définir la manière dont un sol ou un site donné va modifier les oscillations qu’il reçoit, en les amplifiant éventuellement, - définir la manière dont un sol peut voir ses caractéristiques mécaniques se dégrader (tassements, éboulements…) de façon inacceptable pour la sécurité des personnes et activités qui s’y trouvent. Ce qui permettra d’opérer les bons choix en matière de construction, et en général d’aménagement du territoire. Ce fascicule rassemble quelques éléments de sismologie appliquée au bâtiment nécessaires à la compréhension de la réglementation.

Le présent document commence par des considérations générales, chapitres 2 et 3 décrivant les mécanismes sismiques et la tectonique des plaques, qui peuvent sembler éloignées des préoccupations du constructeur, mais dont la connaissance est nécessaire pour comprendre les données directement exploitables pour la prévention, exposées aux chapitres suivants.


2. Le phénomène sismique Les plaques continentales et océaniques qui constituent la croûte terrestre se déplacent à la surface de la planète sous l’effet des courants thermiques qui animent le magma visqueux situé en profondeur. Ce phénomène est étudié sous le nom de « Tectonique des plaques » (voir §3).

Les

déplacements

relatifs de ces plaques génèrent localement des « contraintes croissantes » à l’intérieur des roches qui les constituent (traction, compression, cisaillement…) Au-delà du niveau de contrainte admissible il y a rupture brutale du sous-sol rocheux: séisme. Ces ruptures se produisent essentiellement dans les zones situées à proximité des limites entre les plaques, là où les tensions sont les plus élevées dans les roches. On ne peut contrôler l’occurrence de la rupture fragile (séisme), même si la recherche vise à définir des probabilités de retour pour les différentes magnitudes possibles pour chaque faille ou réseau de failles.

2.1.

Les différents mécanismes des failles actives

Les différents « mécanismes » du jeu des failles correspondent aux différents types de contraintes possibles : - traction (déplacements divergents) - compression (déplacements convergents) - cisaillement (déplacements « parallèles » mais de vitesses différentes ou de directions opposées).

Or, la roche résiste moins bien en traction qu’en cisaillement et qu’en compression. Ainsi une même roche rompra pour un niveau de contrainte plus ou moins élevé selon le mécanisme. Ceci conditionnera donc un cycle plus ou moins rapide (voir § 2. ) et des magnitudes plus ou moins fortes (voir § 2. ). L’identification des mécanismes des failles par les sismologues contribue à la compréhension de leur activité et ainsi aux arbitrages des politiques de prévention. Faille normale (Traction)

Faille inverse (Compression)

Faille en décrochement

2.2.

(Cisaillement)

Notion de cycle sismique d’une faille active Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 5

En raison des forces de friction présentes entre les deux parois d'une faille, les déplacements le long de la faille ne se font pas de manière continue et uniforme, mais par à-coups successifs, générant à chaque fois un séisme. Chaque faille a un cycle sismique qui lui est propre et qui dépend de son mécanisme, de la vitesse de progression des contraintes, de la nature des roches et de sa géométrie. Le cycle de retour des séismes de différentes magnitudes obéit à des lois de probabilité. L’identification de ces lois par les sismologues fait partie des outils de la prévention. CYCLE SISMIQUE D’UNE FAILLE SISMOGENE : Cycle sismique d’une faille : Le cycle sismique d’une faille est une succession de périodes d’augmentation des contraintes et de ruptures brutales dont il faut établir la périodicité pour définir son activité.

Figure 2 - Représentation schématique du cycle sismique a - Situation au début du cycle, b - Déformation peu de temps avant le séisme, c – Situation après le séisme

2.3.

La source sismique : surface de rupture sur la faille

La rupture brutale de la roche sur le plan de faille libère de l’énergie, sous forme de chaleur et d’ émission d’ondes sismiques : les secousses. Plus la surface de la rupture et le déplacement sont importants, plus la quantité d’énergie libérée l’est, plus les secousses sont violentes. La Magnitude représente la quantité d’énergie libérée par le séisme. On nomme foyer le lieu du plan de faille où commence la rupture, alors que l' épicentre désigne le point de la surface terrestre à la verticale du foyer.


Figure 3 - Axonométrie schématique d'une source sismique (Document Université de Laval – Québec)

2.4.

Notion de Magnitude d’un séisme

La Magnitude (M, exprimée en chiffres arabes) est une grandeur logarithmique représentative de la quantité d’énergie rayonnée par la source sous forme d’ondes élastiques. QUAND ON PASSE D ’UN DEGRE DE MAGNITUDE A L ’AUTRE, ON MULTIPLIE L ’ENERGIE PAR 33, SOIT 1000 POUR 2 DEGRES Le tableau ci-après donne une corrélation entre les ordres de grandeur de la rupture sismogène et la magnitude du séisme.

MAGNITUDE

NBRE MOYEN SEISMES ANNUEL

9

LONGUEUR CARACTERISTIQUE DE LA RUPTURE

DEPLACEMENT SUR LE PLAN DE RUPTURE

DUREE DE LA RUPTURE

ENERGIE LIBEREE

800KM

8m

250 s

E x 36 000 000

8

1

250KM

5m

85 s

E x 1 100 000

7

18

50KM

1m

15 s

E x 33 000

6

125

10KM

20 cm

3s

E x 1000

5

1500

3KM

5 cm

1s

E x 33

4

5000

1KM

2 cm

0,3 s

E

Il n'y a qu'une seule valeur de magnitude pour un séisme donné (hormis les incertitudes d’évaluation). Ne pas confondre avec l’intensité locale (voir § 5. ). Il existe plusieurs méthodes d’évaluation de la magnitude d’un séisme. Richter a été le précurseur. On utilise aujourd’hui des méthodes plus précises, même si la presse continue à utiliser le terme d’échelle « de Richter ».

3. Caractérisation des phénomènes tectoniques 3.1.

Types de séismes, études et prévention

Le séisme étant un phénomène dû à la rupture fragile du sous-sol, les origines possibles de séismes sont tous les cas pouvant provoquer ces ruptures, comme les explosions ; l’activité volcanique, les effondrements de cavités… Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 7

On retiendra que seuls les séismes d’origine tectonique, c’est-à-dire liés aux déplacements relatifs des plaques terrestres peuvent avoir des longueurs de ruptures suffisantes pour que leur magnitude soit assez élevée pour causer des catastrophes et justifie d’une politique de prévention visant la résistance des structures aux oscillations.

3.2.

Sismicité de la planète

Les séismes se produisent essentiellement sur les frontières entre les plaques tectoniques. Les pays concernés doivent adopter des politiques de mitigation du risque sismique, comprenant notamment l’étude de la sismicité régionale et la mise en œuvre de mesures réglementaires et incitatives. Les études de la sismicité régionale (localisation des failles, étude de leurs magnitudes possibles, du cycle de retour des séismes) permettent de connaître la violence des séismes possibles et d’adopter des règlements appropriés à chaque région. On adoptera, en connaissance de cause, des mesures plus sévères aux Antilles qu’en Provence.

3.3. Structure de la planète, une dynamique interne génératrice de déplacements relatifs à la surface La Terre est constituée d'une succession de couches de propriétés physiques différentes: le noyau, le manteau et la croûte, qui compte pour moins de 2% en volume.

Figure 4 - Coupes schématiques sur le globe terrestre (documents Université de Laval, Québec)

La lithosphère, couche solide de la surface est divisée en plaques qui se déplacent les unes par rapport aux autres sous l’effet des courants de convection qui animent l’asthénosphère, couche magmatique située en dessous. Ces courants de convection dans l’asthénosphère sont générés par la forte chaleur du noyau.

3.4.

Notion de dérive des continents

La dérive des continents est une théorie proposée au début du siècle par le physicienmétéorologue Alfred Wegener. Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 8

Figure 5 – Position actuelle des continents (Document Université de Laval - Québec)

Wegener a imaginé que les continents sont les morceaux d'un seul bloc originel : la Pangée. Il a prouvé la concordance des roches, des fossiles et autres caractéristiques de part et d’autre des océans actuels. Des études plus récentes ont démontré comment les déplacements se sont fait et continuent. Il y a environ 270 millions d'années l’ensemble des terres émergées était réuni sous un continent unique, la Pangée. La Pangée, était entourée d'un vaste océan : la Panthalassa.

Figure 6 – La Pangée (Document Université de Laval - Québec) La reconstitution de Wegener (puis celle plus précise de ses successeurs) montre que toutes les masses continentales ont été jadis réunies en un seul mégacontinent, la Pangée.

La notion de dérive des continents est à l’origine des recherches de sismologie. Connaissant les mouvements des plaques (direction, vitesse), on peut comprendre les phénomènes en jeu et donc leur associer une violence et des caractéristiques possibles pour chaque région.

3.5. Tectonique des plaques et sismicité associée aux limites entre plaques Ainsi, les séismes n'ont pas une répartition aléatoire à la surface de la planète, mais sont localisés pour leur immense majorité sur les frontières des plaques lithosphériques. L’étude de ces déplacements, et de la sismicité associée s’appelle la tectonique des plaques. Elle permet la mise en place de politiques de prévention.


Figure 7 - Répartition des plaques tectoniques à la surface du globe et sens de déplacement (Document X)

Les plaques tectoniques sont en général « mixtes » et de tailles très variables : les plaques continentales sont souvent associées dans leurs déplacements à un « morceau » de plaque océanique. C'est le long des limites entre plaques que l’activité sismique est la plus importante et que la caractérisation des domaines tectoniques (voir § 3.6) doit être réalisée. Il existe trois types de limites : - les zones d'expansion océanique, dans lesquelles naît de la croûte océanique, - les zones de subduction, dans lesquelles disparaît la croûte la plus dense qui retourne dans l’asthénosphère pour y fondre, - les zones transformantes, le long desquelles coulissent des plaques ou des fragments de plaques sans création ni résorption de croûte.

Figure 8 - Types de frontières entre plaques (Document Université de Laval - Québec)

La terre est une structure dont tous les éléments forment un grand système mu par la thermodynamique interne.


Figure 9 - Coupe schématique sur la lithosphère et l'asthénosphère montrant plusieurs types de frontières possibles entre les plaques (Document Université de Laval – Québec) A gauche du schéma on a la représentation d’un contexte semblable à celui des Antilles : subduction de l’Atlantique sous la Caraïbe et volcanisme insulaire associé.

EXEMPLE : LA ZONE DE SUBDUCTION DE L’ATLANTIQUE SOUS LA CARAÏBE

Une partie océanique de la plaque Amérique (qui se déplace d’Est en Ouest) passe sous la plaque Caraïbes (qui se déplace d’Ouest en Est) et va fondre dans le magma. Ce type de limite entre plaques provoque des séismes sur le plan de friction entre les plaques (plan de « subduction »), mais aussi dans les plaques elles-mêmes qui subissent des contraintes et des déformations dues aux poussées opposées. Le schéma ci-dessous distingue les différents « domaines » sismogènes. Localiser ces domaines et leur associer des magnitudes et des cycles de récurrence permet d’adopter une politique de prévention adaptée à la réalité.


0

100

Arc insulaire

0

100

Zone de concentration des foyers peu profonds

200 km

Prisme d'accretion

B

A

fosse océanique

C PLAQUE AMERIQUE

PLAQUE CARAIBE

D

Zone de concentration des foyers profonds

E

200

A : Sources intraplaques caraïbe en faille normale B : Sources intraplaques caraïbe intermédiaire C : Sources interplaques, plan de subduction D, E : Sources intraplaques Amérique subductée

300 profondeur (km)

Figure 10 - Coupes sur la subduction Antillaise (Documents Géo-Ter) La coupe schématique de gauche représente les différents domaines sismogènes associés à la subduction est-caribéenne et leurs mécanismes. - En C, le plan de subduction lui-même, où sont attendues les magnitudes les plus élevées, possiblement de l’ordre de 8 (les surfaces de ruptures les plus importantes). Ces séismes se produisent à quelques dizaines de km des terres habitées ce qui en atténue les effets. - En A et B les séismes générés par les contraintes en bordure de la plaque Caraïbe , de magnitudes possibles moins élevées, inférieures ou égales à 6 (dimensions des failles moins importantes), mais pouvant être (zone A) très proches des constructions et in fine aussi violents sur les terres émergées. En D et E, les séismes profonds dus aux ruptures de la plaque subductée sous son propre poids (Ces derniers sont très amortis lorsqu’ils arrivent à la surface et ne présentent pas de grand danger pour les constructions).



Les types d’ondes

Libérées par la rupture sur la faille, des ondes sismiques se propagent dans toutes les directions. Plusieurs types d’ondes aux effets différents sur les sols et les structures sont générés par le séisme. La connaissance des caractéristiques des différents types d’ondes (et de leurs conditions de propagation) permet de comprendre leur action sur une structure en fonction du site géologique où se situe la construction et de sa distance au foyer.

4.1.1. Les ondes de volume Elles se propagent dans la masse terrestre depuis la source. Lorsqu’elles arrivent à la surface elles provoquent les déformations des constructions sous l’effet des forces d’inertie (forces qui s’appliquent à une masse qui subit une accélération, comme le passager d’un véhicule qui démarre ou freine). - Les ondes P (Primaires) qui progressent en animant les particules des sols traversés en compression/dilatation comme les mouvements des spires d’un ressort. Elles secouent les bâtiments de haut en bas. - Les ondes S (Secondaires) qui progressent en cisaillant le sol perpendiculairement à leur sens de cheminement. Elles secouent les bâtiments horizontalement dans tous les sens.

Figure 11 – Représentation schématique du mouvement des ondes P et des ondes S (Document Université de Laval – Québec)

4.1.2. Les ondes de surface (Ondes de Love et de Rayleigh) Elles sont générées par l’arrivée des ondes de volume à la surface du globe. Plus le séisme est profond, moins elles sont puissantes. Elles concernent les couches superficielles des sols. Les ondes de surface (de Love et de Rayleigh) ont un contenu fréquentiel qui concerne certaines structures, mais leur influence sur les constructions courantes est négligeable. Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 13

4.2. Représentation dans le temps du mouvement sismique enregistré en un site : sismogrammes, accélérogrammes Notions de période et d’amplitude d’une onde

La période et l’ amplitude caractérisent les phénomènes ondulatoires. Pour les séismes il peut s’agir de caractériser le déplacement des particules de sol, leur vitesse de déplacement et l’accélération de cette vitesse. Des caractéristiques du mouvement ondulatoire dépend l’action possible des ondes sismiques sur les constructions. La période est la durée d’un cycle d’oscillation, la fréquence, le nombre de cycles par seconde. La notion de périodicité d’une sollicitation dynamique d’origine sismique sera fondamentale pour la compréhension du comportement dynamique des structures. L’ amplitude traduit mouvement ondulatoire.

« l’énergie »

du

Un « signal sismique » est complexe et aléatoire. Il peut être représenté comme la superposition d’ondes (des différents types) de fréquences variées dont l’amplitude est plus ou moins importante. Un certain nombre de paramètres, dépendants de la source et des sols traversés conditionnent la nature du signal sismique en un lieu. L’enjeu sera d’identifier les fréquences très énergétiques des signaux sismiques possibles sur le site à construire. =

+

+

Nécessité d’identifier le signal possible d ’un séisme sur un site avant le séisme

La concordance entre les périodes de grande amplitude des oscillations pour un sol donné sous l’effet d’un séisme donné et les périodes propres d’oscillation d’une construction créent des phénomènes de résonance qui peuvent multiplier les accélérations que subit la structure par 2 ou plus. C’est un des principaux facteurs de ruine s’il n’est pas pris en considération par le concepteur et le bureau d’études. L’un des objets de la sismologie appliquée est d’associer à chaque site un « outil de travail », appelé « spectre de réponse » (voir § 4.3 et 7.2) , qui permet à l’architecte et à l’ingénieur d’évaluer la possible amplification des ondes arrivant sur le site par le bâtiment, en raison d’une mise en résonance de la structure. La première étape pour y parvenir est d’enregistrer les séismes des différents types de site pour en décomposer le signal.Enregistrement des séismes La convention internationale est d’enregistrer les mouvements dans les trois directions : N-S, E-O et verticale. Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 14

3 types de capteurs: sismomètres (Déplacements), vélocimètres (Vitesses), accéléromètres (Accélérations). On utilise plus communément les accélérogrammes, enregistrements à partir desquels on peut retrouver la vitesse et le déplacement par calcul intégral.

Figure 12 - Principes schématiques des enregistrements dans les plans horizontaux et verticaux avec des appareils « mécaniques ». (Document EOST)

Accélération (exprimée en m/s2 ou en % de g, g = 9,81m/s2)

On mesure les accélérations du sol dans les trois directions en fonction du temps. La recherche des pics d’accélération possibles sur une région donnée est le premier élément de l’évaluation du mouvement sismique pour l’application des règles de calcul réglementaire. (En anglais PGA : Pic Ground Acceleration). Les accélérations, « en réponse » au séisme, de la structure conditionnent les forces d’inertie qui vont s’appliquer à la structure et auxquelles elle devra résister (Forces d’inertie = Masse(s) de la structure x Accélération(s) ).

Figure 13 – Exemple d’accélérogramme (en cm/s 2 ) En abscisse, le temps en secondes, et en ordonnée, la vitesse en m/s 2 . Sur cet enregistrement une accélération maximale du sol (ou pic) de 4,6 m/s 2 ((0,46g) est repérée à 6 secondes.

4.3. Représentation du mouvement enregistré en un site par son signal fréquentiel : le « spectre de réponse »


Notion préalable : Le phénomène de mise en résonance d’un système par une oscillation forcée

Chaque système (défini par ses matériaux et sa géométrie) a une « période propre d’oscillation » : c’est celle de ses oscillations libres, jusqu’à arrêt du mouvement, après une action unique le déplaçant (déformant) de sa position d’origine (exemple des oscillations du punching-ball après une poussée unique). La durée de cette période, propre au système, dépend de sa raideur, de sa masse et de la nature des liaisons entre ses éléments et avec le « sol d’implantation ». Lorsque ce système est mis en mouvement par une action dynamique répétée du « sol d’implantation », si la période de cette action correspond à la période propre d’oscillation du système, l’amplitude du mouvement du système augmente rapidement par mise en résonance. (Exemple de la balançoire qui reçoit de petites impulsions « en cadence » avec sa période propre d’oscillation, ce qui fait croître l’amplitude du mouvement avec un faible apport énergétique, alors que des impulsions plus fortes, mais de période aléatoire seraient susceptibles de la ralentir et réduire l’amplitude de ses oscillations. N-B : L’analogie avec un oscillateur élastique déformé par les forces d’inertie n’est pas exacte, mais l’illustration du phénomène de mise en résonance est valable) Or, chaque site, caractérisé par ses données physiques (matériaux, géométrie des accidents topographiques et/ou géométrie des couches de sol meuble sur le substratum), est lui-même un système qui va amplifier (ou atténuer) les différentes périodes qui composent le signal sismique qui lui parvient depuis la source, en le « filtrant ». Chaque site aura donc un signal sismique propre en réponse à un séisme donné. De même, chaque structure est un système qui possède une (ou plusieurs) période propre d’oscillation et qui va amplifier (ou atténuer) les différentes composantes du signal propre au site. La « réponse » d’une structure est caractérisée par le niveau d’amplification ou d’atténuation du mouvement sismique que le sol lui transmet. Les constructions dont une période propre d’oscillation correspond à celle(s) qui est (sont) amplifiée(s) par le site vont entrer en résonance avec le mouvement propre du site d’implantation, et leur mouvement « en réponse » pourra être multiplié par 2 et plus par rapport au mouvement de référence au rocher. C’est un des principaux facteurs de ruine totale en cas de séisme. La conception parasismique des structures vise, entre autres, la prévention de l’amplification des secousses reçues du sol par la structure .

Les études de sismologie visent donc la production, entre autres outils d’aide à la conception, de spectres de réponse, graphiques permettant à l’architecte et à l’ingénieur qui savent les lire de prendre en considération le phénomène d’amplification possible des secousses par la construction projetée.

Exemple de spectres de réponse réglementaires Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 16

Lorsqu’il s’agit de mettre en oeuvre une réglementation applicable à « tout le monde » à l’échelle d’un territoire national, quelques spectres de réponse doivent permettre de représenter les différents séismes possibles sur tous les sites, de façon à faciliter les études de dimensionnement des structures courantes. On réservera les études spécifiques (et coûteuses) aux grands enjeux. En France, les règles PS-92 (qui concernent tous les bâtiments courants situés en zone sismique) classent les sites selon quatre types S 0 , S1 , S2 et S3 (du plus raide –rocher ou assimilé- au plus meuble) qui sont censés représenter tous les cas de figures. La méthode de calcul des « ouvrages à risque normal » concernés par les règles PS-92, le cul modal spectral, utilise le spectre de réponse en accélération du mouvement sismique.

La « forfaitisation » des différents sites d’implantation par 4 spectres de réponse en accélération, correspondant à 4 sites types pour l’ensemble du territoire national, s’accompagne d’une marge d’erreur non négligeable, notamment en cas de pic d’amplification important pour une période longue sur un sol meuble, qui peut donner des niveaux d’accélération réelle bien supérieurs à ceux du spectre de site S 3, avec un risque d’effondrement de la structure à la clé pour estimation erronée de l’accélération de calcul. C’est une possibilité d’échec dont la faible probabilité d’occurrence est acceptée par les politiques de mitigation des risques par souci d’économie globale. On ne peut pas exiger des méthodes actuellement beaucoup plus onéreuses pour l’ensemble des ouvrages à risque normal. Figure 14 – Exemple de spectre réglementaire en accélération (Règles PS-92) On constate, ce qui est logique, que le spectre S 3 (sols meubles épais) donne des niveaux d’accélération en réponse plus importants pour les structures de période T élevées (> 0,5 s) que les spectres pour sols plus raides (Mise en résonance possible des structures flexibles par les sols souples). Le « plateau » (réponses des plus élevées de chaque spectre) devrait correspondre aux périodes susceptibles d’être mises en résonance par le sol, de façon probabiliste. Il ne signifie pas que toutes les structures de T correspondantes au plateau seront mises en résonance.


5. La propagation des ondes sismiques Les milieux traversés par les ondes sismiques vont conditionner le signal du site à construire. Pour cette raison la compréhension des modes de propagation des ondes sismiques fait partie des domaines de recherche de la sismologie.

5.1.

Lois d’atténuation

Les lois d’atténuation du mouvement sismique par les sols traversés établissent la perte d’énergie des ondes en relation avec la distance parcourue depuis la source. – En termes d’accélérations, – En termes de spectres de réponse (certaines périodes s’amortissent davantage sur la distance). L’établissement des lois d’atténuation permet de définir l’aléa sismique régional (ou la « violence » des secousses possibles au niveau du rocher d’un site, d’une région), à partir de la connaissance des sources « voisines », proches ou lointaines (voir § 7) et des milieux traversés.

Figure 15 - Atténuation de l'énergie sismique (Document BRGM) Le schéma suivant symbolise l’atténuation du mouvement avec la distance. Nous verrons que les conditions locales de réponse des sites font que cette atténuation n’est pas systématique et qu’on peut avoir des amplifications locales à des distances très importantes de l’épicentre.

5.2.

Réflexion des ondes entre les couches de sols

Les ondes sismiques peuvent se trouver « emprisonnées » dans une couche supérieure de sol meuble par réflexion entre cette couche et le sous-sol rocheux et entre cette couche et la surface. Ce phénomène va amplifier les secousses et en prolonger la durée. Les études géotechniques qui permettent de définir le profil des sols et détecter ce type de problèmes font partie des investigations nécessaires pour une bonne politique de réduction du risque sismique (voir § 7.2). Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 18

Elles permettent de détecter et qualifier ces comportements particuliers des sites définis sous la terminologie d’ effets de site, par la connaissance des caractéristiques physiques des sols et de leur géométrie.

Figure 16 - Propagation des ondes sismiques aux limites des strates de sol (document Milan Zacek). Ce phénomène explique les modifications sur signal sur les différents sites, dont les effets de site sur sol meuble.

5.3.

Modification des ondes par les sites

Ainsi, le signal sismique parvenant sur chaque site pour un séisme donné est-il sensiblement différent. C’est bien à ce signal (fréquences, amplitudes et durée) que la construction devra résister et pas à une quantité d’énergie dépendant seulement de la magnitude du séisme et de la distance épicentrale. Exemple :

Figure 17 - Enregistrements d'un même séisme en des points différents (Document USGS ) Ce document met en évidence les différences de niveau des accélérations et de durée du séisme indépendamment de la distance. Ce phénomène, appelé « effet de site » est décrit sommairement au § 7.2. Les politiques de prévention nécessitent l’identification des sites de comportements différents et leur caractérisation par des spectres de réponse spécifiques.

5.4.

L’intensité locale


5.4.1. Échelles de mesure Mercalli a établi une échelle de mesure des effets locaux d’un séisme en 1902. Elle a été modifiée en 1931. Elle évalue l'intensité d'un séisme sur une échelle de 12 degrés écrits en chiffres romains (de I à XII). L’échelle de Mercalli a été précisée par la suite notamment par Medvedev, Sponheuer et Karnik en 1964 (Echelle MSK), puis par l’European Macroseismic Scale (EMS), actuellement utilisée en Europe. Ne pas confondre avec l’échelle des magnitudes. Intensité de l'échelle de Mercalli

Effets ressentis

I

Aucun mouvement n'est perçu.

II

Quelques personnes peuvent sentir un mouvement si elles sont au repos et/ou dans les étages élevés de grands immeubles.

III

A l'intérieur de bâtisses, beaucoup de gens sentent un léger mouvement. Les objets suspendus bougent. En revanche, à l'extérieur, rien est ressenti.

IV

A l'intérieur, la plupart des gens ressentent un mouvement. Les objets suspendus bougent, mais aussi les fenêtres, plats, assiettes, loquets de porte.

V

La plupart des gens ressentent le mouvement. Les personnes sommeillant sont réveillées. Les portes claquent, la vaisselle se casse, les t ableaux bougent, les petits objets se déplacent, les arbres oscillent, les liquides peuvent déborder de récipients ouverts.

VI

Tout le monde sent le tremblement de terre. Les gens ont la marche troublée, les objets, tableaux, tombent, le plâtre des murs peut se fendre, les arbres et les buissons sont secoués. Des dommages légers peuvent se produire dans des bâtiments mal construits, mais aucun dommage structural.

VII

Les gens ont du mal à tenir debout. Les conducteurs sentent leur voiture secouée. Quelques meubles peuvent se briser. Des briques peuvent tomber des immeubles. Les dommages sont modérés dans les bâtiments bien construits, mais peuvent être considérable dans les autres.

VIII

Les chauffeurs ont du mal à conduire. Les maisons avec de faibles fondations bougent. De grandes structures telles que des cheminées ou des immeubles, peuvent se tordent et se briser. Les bâtiments bien construits subissent de légers dommages, contrairement aux autres qui en subissent de sévères. Les branches des arbres se cassent. Les collines peuvent se fissurer si la terre est humide. Le niveau de l'eau dans les puits peut changer.

IX

Tous les immeubles subissent de gros dommages. Les maisons sans fondations se déplacent. Quelques conduits souterrains se brisent. La terre se fissure.

X

La plupart des bâtiments et leurs fondations sont détruits. Il en est de même pour quelques ponts. Des barrages sont sérieusement endommagés. Des éboulements se produisent. L'eau est détournée de son lit. De larges fissurent apparaissent sur le sol. Les rails de chemin de fer se courbent.

XI

La plupart des constructions s'effondrent. Des pont sont détruits. Les conduits souterrains sont détruits.

XII

Presque tout est détruit. Le sol bouge en ondulant. De grands pans de roches peuvent se déplacer.

En présence d’appareils de mesure sur les sites on peut évaluer l’impact local du séisme de façon plus objective en termes d’ accélérations du sol. Ce type d’observations post-sismiques a toujours un intérêt. Elle permet, sur les sites non équipé d’appareils d’enregistrement, d’évaluer les accélérations par corrélations, et Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 20

d’établir à rebours la magnitude d’un séisme passé bien décrit à partir des isoséistes (voir § 5.6.3) et des lois d’atténuation.

Globalement un degré de plus sur une échelle des intensités correspond au doublement des paramètres de déplacement de sol.

5.4.2. Isoséistes Après la collecte des données locales suite à un séisme on établit les courbes isoséistes : courbes d’égale intensité (ou égale accélération si on a des enregistrements). La localisation et la géométrie de la source sont des facteurs déterminants des isoséistes. Mais ce ne sont pas les seuls. Les conditions de site sont également très importantes. Exemple :

Figures 18 - Il n'y a pas de corrélation absolue entre la distance épicentrale et les isoséistes (documents USGS) A gauche le segment de faille rompu, à droite les isoséistes. Pour un séisme donné, ici Taiwan en 1999, les courbes isoséistes (égale intensité locale) décroissantes montrent que l’atténuation de l’énergie sismique ne dépend pas que de la distance, mais aussi de la source et des sites (topographie et nature des sols). Ainsi à Taiwan les courbes isoséistes ont tout autant été conditionnées par l’orientation du massif montagneux que par l’orientation de la faille qui a rompu.


6. L’aléa sismique régional 6.1. Estimation du mouvement sismique possible « au rocher horizontal » pour un site ou une région Le mouvement sismique de référence, avant modification éventuelle par un site donné, c’est à dire le niveau d’accélération possible, retenu pour calculer l’action sismique, est dit « au rocher horizontal ». C’est à dire qu’il ne prend pas en compte les modifications locales de signal dues à la nature du site. Il dépend de la magnitude de référence pour chaque source régionale atténuée par leur distance au site concerné (Lois d’atténuation).

6.2.

Évaluation déterministe de l’aléa sismique régional

Elle a pour but l’évaluation de l’évènement sismique le plus violent pouvant arriver « au rocher » d’un site, d’une région, et suit la démarche suivante : - Analyse de toutes les failles sismogènes de la région - Identification pour chaque faille du Séisme Maximum Historiquement Vraisemblable (SMHV) et de ses paramètres (Magnitude, profondeur focale…) - Positionnement du SMHV sur le point de la faille le plus proche du site étudié. - Application des lois d’atténuation pour chacun des SMHV sur les différentes failles.

L’évaluation déterministe de l’aléa sismique régional est la première étape d’une protection « totale » des ouvrages contre les séismes. Elle est obligatoire pour les ouvrages à risque spécial, pour lesquels non n’admet pas d’échec car, en cas de séisme majeur leur ruine entraînerait des victimes et des pollutions sur des étendues beaucoup plus vastes que leur emprise (Voir Ouvrages à Risque Spécial § 10.2).

Figures 19 - Cartographie du zonage sismique déterministe en France métropolitaine et aux Antilles (Documents BRGM)

6.3.

Évaluation probabiliste de l’aléa sismique régional


Pour les ouvrages à risque normal (ORN) dont les budgets sont moins élevés que ceux des ouvrages à risque spécial (ORS), on ne peut pas demander aux populations de se protéger contre un événement qui ne surviendra que tous les 5000 ans, même si l’événement est susceptible de se produire « demain ». L’arbitrage économique est une règle pour tous les risques. Par l’étude des cycles sismiques des différents domaines sismotectoniques (Lois de fréquence-magnitude) on peut identifier la valeur de la magnitude maximum pouvant être associée à un laps de temps choisi . L’approche est la suivante : - Etablissement de lois de distribution fréquence-magnitude (périodes de retour des séismes des différentes magnitudes) basées sur les connaissances historiques. - Le séisme historique de référence est « laissé » sur son site (et non rapproché au point le plus proche du domaine) et pondéré par les lois d’atténuation comme précédemment. Le laps de temps retenu par la puissance publique pour l’application réglementaire de ce type de zonage est un arbitrage politique dépendant des conditions économiques. En effet, si ou retient une période plus longue, on prend en considération des magnitudes plus élevées dont la récurrence est moindre, donc l’action sismique de calcul sera plus élevée et le coût de la construction également plus élevé.

Figure 20 - Carte de l'aléa sismique régional probabiliste de la France métropolitaine pour une période de retour de 475 ans (Document BRGM) Ce document ne ressemble pas du tout à la carte de l’aléa déterministe, ce qui indique que les séismes violents possibles dans la région de Nice, de la Durance, des Pyrénées orientales et de la région de Bâle, connus dans le passé, ont une période de retour très longue. Ainsi, les valeurs des « accélérations nominales » (mouvement sismique « au rocher ») retenues pour chaque région sont-elles beaucoup plus faibles, puisque les « grands séismes » plus rares ne sont pas retenus.

6.4.

Zonage de l’aléa régional: Echelle d’étude 1/1 000 000


La précision de ce type de document est de l’ordre du 1/1 000 000.

Figure 21 - Carte de l’aléa régional probabiliste des petites Antilles (Document BRGM) L’étude de l’aléa sismique régional donne la carte d’aléa probabiliste ci-contre. On y observe bien que les zones les plus proches de la zone de subduction ont les accélérations nominales les plus élevées. On constate également que l’aléa est plus élevé au large de la Guadeloupe, c’est dû aux variations du pendage de la subduction. C’est bien sur les terres émergées (zones construites) que les valeurs estimées nous intéressent.

Réglementation française relative aux méthodes de détermination de l’aléa sismique régional : Pour les ouvrages à risque spécial (arrêté du 10 mai 1993) on retient pour déterminer l’aléa régional la méthode déterministe. Pour les ouvrages à risque normal (arrêté du 27 mai 1997) on retient pour déterminer l’aléa régional des valeurs forfaitaires de l’accélération au rocher dépendant du zonage réglementaire (voir § 8.21) et de la classe des bâtiments : l’accélération nominale § 8.31)


a N . (Voir

7. L’aléa sismique local Une fois défini l’aléa sismique régional du site à construire, et avant même d’entreprendre la phase « esquisse » du projet, il convient, en zone de risque sismique, de vérifier l’opportunité d’implantation du (des) bâtiment (s) sur le site retenu . En d’autres termes, de caractériser l’aléa sismique local. C’est obligatoire pour les ouvrages à risque spécial et souhaitable pour les autres. En effet, un séisme génère : - Des effets directs : actions du sol sur les ouvrages, de type oscillatoire ou rejet de la faille en surface. - Des effets de site : modification sensible du signal par un site, pouvant amplifier les accélérations du sol pour certaines fréquences. - Des effets induits : grands mouvements de sol ou d’eau pouvant agir sur les ouvrages.

Figure 22 - Localisation schématique des effets possibles d’un séisme (Document Géo-Ter)

Les effets du séisme peuvent être plus ou moins destructeurs d’un lieu à l’autre, pour une même construction, parfois à quelques mètres près. L’étude de l’aléa local permet ainsi de préciser la part du risque liée au site d’implantation. S’il peut être envisagé de répondre à l’action de type oscillatoire par des dispositions architecturales et constructives appropriées, il faut éviter absolument les conséquences des effets induits (agir sur le phénomène avant le séisme, ou implanter le bâtiment hors zone d’effet induit). De même, il convient de vérifier l’adéquation entre le programme et le site: Le site lui-même peut ne pas aggraver la vulnérabilité potentielle d’un bâtiment, mais ses voies d’accès ou ses viabilités peuvent être très vulnérables. Ce qui n’est pas acceptable pour certaines classes de bâtiments qui ont une nécessité vitale de pérennité des viabilités et circulations, comme les hôpitaux ou les centres de secours par exemple. Certains problèmes de sol d’implantation ne peuvent être identifiés qu’à la suite d’études géotechniques. D’autres peuvent être détectés par une simple observation du site sur place et/ou la lecture des cartes géologiques régionales. Il faut néanmoins prendre l’avis de spécialistes compétents afin de préciser l’aléa sismique local. Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 25

7.1.

Effets directs du séisme

7.1.1. Le mouvement « au rocher » (rappel) C’est le mouvement régional de référence (niveau d’accélération). Il est établi de façon déterministe ou probabiliste par les études d’aléa régional.

7.1.2. Les bouleversements topographiques à grande échelle Heureusement assez rares, ces effets directs du séisme ne se produisent qu’en cas de séisme superficiel de magnitude très élevée. Les variations de niveau entre les « compartiments » situés de part et d’autre de la rupture ont atteint plusieurs mètres lors du séisme d’Alaska (1964). Le problème se pose pour les grandes agglomérations et ouvrages importants situés sur des sites tectoniques associés à ce type de conditions.

Figure 23 - Séisme d’Izmit (1999) (Document CNRS – IPGP et SPOT Image) Lors de ce séisme, une partie de la commune de Gölcük a subi une subsidence : zones teintées de bleu vif sur l’image satellite. C’étaient pour partie des zones urbanisées.

Figure 24 - Séisme d’Izmit, Zone de subsidence à Gölcük (document BRGM)

7.1.3. Le jeu d’une faille en surface Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 26

Le risque lié au jeu d’une faille en surface (déplacement visible du sol, de part et d’autre de la faille, en hauteur et/ou en longueur) a une probabilité d’occurrence très faible en France. Il doit néanmoins être étudié précisément pour les ouvrages à risque spécial, et pour les bâtiments d’intérêt stratégique (classes C et D). Les constructions qui seraient implantées sur une faille jouant en surface verraient leurs fondations (et l’ensemble de la par conséquent) cisaillées par ce déplacement pouvant atteindre plusieurs mètres dans certaines régions du monde!). Actuellement ce risque, bien que faible en France métropolitaine et aux Antilles est évalué aux Antilles. Les déplacements attendus sont faibles (moins de 20 cm). En termes d’aléa il est traduit sur les cartes des PPR par des bandes de neutralisation (inconstructibles), larges pour tenir compte de l’incertitude si les études précises n’ont pas encore été entreprises. Le jeu de la faille peut être apparent en surface si: – La Magnitude du séisme > 5.5 – Son foyer a une profondeur < 5km MAGNITUDE 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

LONGUEUR DE RUPTURE 3 - 4 km 10 - 15 km 40 - 50 km 200 - 300 km 800 - 1000 km

REJET EN SURFACE -~ 20 cm 1 -2 m 4-6m 15 - 20 m

Figure 25 - Séisme de Taiwan, 1999, rejet de faille de près de trois mètres de haut dans un bâtiment (Document USGS)


Figure 26 - Séisme d’Izmit (Turquie, 1999), décrochement en surface de 3,70m à cet endroit (Document AFPS) Règles PS-92, article 4.11. Voisinage des failles Sauf nécessité absolue, aucun ouvrage ne doit être édifié au voisinage immédiat d’une zone faillée reconnue active, éventuellement repérée sur les Plans d’Exposition aux Risques, dits PER 1 ; ces plans peuvent fixer la largeur des bandes à neutraliser de part et d’autre de l’accident et, le cas échéant, des bandes dans lesquelles il convient de prendre en compte un mouvement de calcul plus sévère.

7.2.

Effets de site : amplification locale du signal sismique

Chaque site, même à équidistance du foyer sismique, a une « réponse » qui lui est propre aux différents séismes et il modifie les ondes qui parviennent au rocher sous-jacent. Les études permettant de qualifier les effets de site possibles avant l’arrivée d’un séisme majeur passent par la définition de leurs caractéristiques géométriques, géomécaniques et géodynamiques. Elles ont pour but la production de « spectres de réponse » qui permettront à l’architecte d’identifier les structures plus vulnérables aux mouvements locaux et à l’ingénieur de calculer l’action sismique propre au « couple sol-structure ».

Figure 27 - Séisme du 8 juin 1999 en Martinique (Document Géo-Ter) Les différents enregistrements du séisme indiquent un comportement dynamique très différent pour les différents sites d’enregistrement. On voit que la valeur des accélérations est très sensiblement différente d’un site à l’autre, ainsi que la durée du séisme.

7.2.1.Topographies amplifiant l’action sismique: butte, crête, bord de falaise 1

Actuellement Plans de Prévention des Risques (un PER approuvé vaut un PPR)


La réflexion des ondes sismiques à l’intérieur de ces reliefs peut amplifier les secousses qui y parviennent (effet de site). Les constructions implantées sur ce type de reliefs pourront subir une action sismique beaucoup plus importante que sur un site voisin non accidenté s’il y a concordance des fréquences du sol et du bâtiment. S’il n’est pas envisageable de changer d’implantation, il convient de prendre les dispositions architecturales nécessaires (par exemple modification de la fréquence propre du bâtiment) et/ou des dispositions constructives appropriées (résistance mécanique accrue, isolateurs, amortisseurs…) Figure 28 - Séisme de Lambesc, 1909, destruction des constructions situées sur la butte de Rognes par effet de site. (Document X) Toutes les constructions de pierre hourdées au mortier de chaux étaient peu résistantes. Pour ce séisme modéré, seules celles qui étaient situées sur la butte ont subi des accélérations assez élevées, par effet de site, pour s’effondrer.

Figure 29 Séisme de Lambesc, 1909 Le caractère sélectif de l'amplification des ondes sismiques sur un site est mis en évidence par cet exemple. L’église se trouvait sur une butte comme à Rognes. Le corps de l’église, de période propre plus courte que celle du clocher, a été mis en résonance par les périodes courtes du site et s’est effondré. Alors que les faibles caractéristiques mécaniques du clocher ont « suffi » à assurer sa résistance puisque sa « réponse » au séisme était faible en raison de la non-concordance de sa période avec celles du sol.

7.2.2. Sol alluvionnaire de forte épaisseur amplifiant l’action sismique La réflexion des ondes sismiques « prisonnières » à l’intérieur d’une couche de sol meuble entre la surface et le substratum rocheux a pour conséquence d’amplifier les oscillations de période longue. Ainsi, les constructions de période propre plutôt élevée sur les sols meubles peuvent subir une action sismique beaucoup plus importante que sur le sol rocheux: éventuelle mise en résonance … S’il n’est pas envisageable de changer d’implantation, il convient d’éviter absolument la mise en résonance du bâtiment par concordance entre la fréquence propre du site et celle du bâtiment (ou de disposer un système amortisseur pour éviter l’amplification), et de prendre toutes les dispositions constructives liées à ce site sensible, notamment des Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 29

fondations descendues au bon sol. Il faut noter que les spectres réglementaires ne permettent pas toujours de prendre en compte un effet de site important sur sol meuble et que l’ingénieur devra vérifier les hypothèses locales.

Figure 30 - Mexico 1985. (Document EQIIS – USA) Coup de fouet sur les étages supérieurs par mise en résonance du bâtiment et du sol.

Figure 31 - Mexico 1985 (Document NISEE-USA) Le bâtiment du premier plan, dont les périodes propres d’oscillation (courtes) ne sont pas entrées en résonance avec le sol, n’a pas subi de dommages bien qu’il soit apparemment très vulnérable. A l’arrière plan on devine un immeuble plus élancé qui a lui subi des dommages importants par « coup de fouet dans les étages » bien qu’étant vraisemblablement « mieux construit ». Il a « répondu » au séisme par des accélérations et des déformations importantes de sa structure en raison d’une mise en résonance.

EFFETS DE SITE ET REGLEMENTATION FRANCAISE POUR LES OUVRAGES A RISQUE NORMAL

REGLES PS-92 L’article 5.2. DEFINIT L’ACTION SISMIQQUE Le mouvement sismique de calcul de la structure est défini par les paramètres suivants : - L’accélération « régionale ».


-

Un coefficient lu sur le spectre de réponse (effet de site dû au sol), Un coefficient lié à la topographie τ (effet de site dû à la topographie) Un coefficient correctif d’amortissement ρ (énergie dissipée par la construction sous forme de chaleur)

L’article 5.21. Classe les sols En vue de la définition des sites types et des spectres de réponse correspondants, les sols sont classés en quatre groupes, en fonction de leurs propriétés mécaniques, comme indiqué ci-après : - Rocher sain ; - Groupe a : sols de résistance bonne à très bonne (par exemple sables et graviers compacts, marnes ou argiles raides - Groupe b : sols de résistance moyenne (par exemple roches altérées, sables et graviers moyennement compacts, marnes ou argiles de raideur moyenne) ; - Groupe c : sols de faible résistance (par exemple sables ou graviers lâches, argiles molles, craies altérées, vases). L’article 5.22. Classe les sites Il est considéré quatre types de sites correspondant aux descriptions suivantes : Sites S 0 sites rocheux (site de référence) - sols du groupe a en épaisseur inférieure à 15m Sites S1 - sols du groupe a en épaisseur supérieure à 15m - sols du groupe b en épaisseur inférieure à 15m Sites S 2 - sols du groupe b en épaisseur comprise entre 15m et 50m - sols du groupe c en épaisseur inférieure à 10m Sites S 3 - sols du groupe b en épaisseur supérieure à 50m - sols du groupe c en épaisseur comprise entre 10 et 100m Dans le cas de sites comportant des sols de type c en épaisseur supérieure à 100m, il convient de procéder à une étude particulière en vue de la détermination d’un spectre spécifique. Un « spectre de réponse réglementaire est associé à chaque site. L’article 5.24. précise le coefficient d’amplification topographique Il est tenu compte d’un coefficient multiplicateur τ dit d’amplification topographique pour les ouvrages situés en rebord de crête. L’article précise comment le calculer (Schéma ci-après)

7.3.

Effets induits par les secousses sismiques sur les sites

7.3.1. Glissements de terrains, chutes de pierres (purge) Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 31

Il convient d’éviter absolument l’implantation sur les sols potentiellement instables en raison de la trop grande présomption de sinistre en cas de séisme car il n’existe pas de solution constructive pour se protéger d’un glissement de terrain important. Bord de falaise ou de talus instable

Outre les problèmes d’amplification de l’action sismique exposés ci-avant, en cas de séisme ce type de site peut être le siège de ruptures et d’éboulements qui peuvent entraîner les constructions qui y seraient implantées.

Figure 32 - Séisme de Kobé, 1995, (Document NISEE - USA) Glissement de terrain ayant entraîné la perte totale de d’un bâtiment « parasismique » situé en bord de talus instable.

Site en pente

De la même manière, le risque est représenté par le glissement du sol vers les constructions aval, mais également par la « régression » (progression vers l’amont de la zone d’éboulement) vers les biens situés en amont de la zone instable. Indépendamment de la détermination du risque de glissement des sols, il faut absolument, sur les sites en pente, veiller à implanter les fondations sur un sol homogène (attention aux déblais-remblais). Pied de falaise ou de versant instable

Pour les mêmes raisons de purge potentielle de la falaise ou du versant dominant un site, il convient d’éviter l’implantation des constructions sur les zones aval concernées par le risque (avalanches de pierres ou coulées de boues…), dont l’étendue doit être déterminée avec soin… Ce qui n’est pas facile.


Figure 33 - Séisme du Salvador, 2001 (Document Associated Press) Glissement de terrain à Santa Tecla ayant entraîné la perte totale d’un quartier (300 habitations ensevelies) dont les constructions n’ont pas souffert des oscillations (signal riche en périodes longues, ayant déclenché le glissement et constructions basses de périodes courtes). Des centaines de constructions voisines sans dommages ont été évacuées par la suite de façon définitive.

Figure 34 - Chute de blocs (Document P. Balandier) Cette habitation en Guadeloupe (zone sismique III) a été traversée par des blocs rocheux, situés à l’origine en amont de la pente, sous l’effet des pluies d’un cyclone… Le séisme est un « puissant » facteur déclenchant de purge de pentes et falaises. Il convient de procéder à cette purge avant de construire ou d’éviter certaines implantations si la prévention ne peut être assurée par la destruction de quelques blocs.

7.3.2. Liquéfaction des terrains granulaires saturés d’eau En cas de présence de couches de sable ou limon non cohérents à grains de faibles dimensions (0.05 à 2 mm) et de granulométrie « déterminée » à proximité de la surface, la présence d’eau à saturation est un facteur de déclenchement du phénomène de « liquéfaction » en cas de secousse sismique. La violence et la durée possible du séisme en sont des facteurs déterminants. Dans ce cas, la « déstructuration » totale du sol peut entraîner la perte des constructions dont la superstructure est réputée parasismique. Il faut soit descendre les fondations au bon sol, soit traiter le sol pour lui donner les caractéristiques souhaitées, soit éviter ces sites pour l’implantation des constructions.


Figure 35 - Séisme de Caracas, 1967, (Document USGS) « Enfoncement » d’un bâtiment dans le sol sous l’effet d’un tassement localisé dû au phénomène de liquéfaction.

Le phénomène

Sous l’action des ondes P, la pression d’eau interstitielle des sols granulaires augmente et leur fait perdre leur cohésion. Des jets d’eau et de sable remontent à la surface sous l’effet de cette pression et sont projetés en l’air avant de retomber sous forme de cônes de sable. Des affaissements localisés par tassement de la couche de sable, dont les grains se « réorganisent », se produisent. Les études géotechniques permettent d’identifier les critères de susceptibilité de liquéfaction des sols et de détecter les zones où le phénomène pourrait se produire en cas de séisme majeur. A cet égard, âge du dépôt, granulométrie, saturation d’eau, et taux de contrainte cyclique des sols sont déterminants et bien précisés par les règles PS-92.

Figure 36 - Séisme d’Izmit (1999) (Document AFPS). Ce bâtiment sur radier s’est enfoncé dans le sol de façon non symétrique. Lorsque le centre de gravité est sorti de la base de sustentation il a basculé. Son encastrement dans le sol a stoppé sa course. Il faut noter qu’il n’est pas disloqué et que ses vitrages sont intacts : Les ondes S qui déforment la construction ne se propagent pas en milieu liquide. Ce sont les ondes P, ondes de compression qui génèrent le phénomène de liquéfaction.

7.3.3. Subsidence sur cavités

Le sol peut présenter toutes les caractéristiques apparentes d’un bon sol de fondations, mais la présence de cavités à proximité de la surface (gypse, anciennes carrières…) peut entraîner la ruine des constructions se trouvant au-dessus, ou au moins des désordres sérieux sur les fondations en cas de rupture de la voûte naturelle ou artificielle sous Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 34

l’action d’un séisme. L’effondrement est brutal si la cavité est très proche de la surface, les tassements du sol de surface plus ou moins importants dans les autres cas. On peut difficilement envisager des investigations systématiques, mais dans les régions minières, les zones de gypse et de karst, s’il y a la moindre suspicion, il est préférable de procéder à des sondages et essais géophysiques avant toute décision d’implantation. Dans le cas de cavités stabilisées et peu profondes on peut envisager de procéder à des injections, et/ou réaliser des fondations spéciales.

7.3.4. Tsunamis Le raz de marée (qu'on appelle du nom japonais "tsunami" dans le Pacifique) constitue un phénomène particulièrement destructeur consécutif à un séisme. Il peut survenir plusieurs heures après le séisme, et à des milliers de kilomètres de l’épicentre. Les Tsunamis qui traversent le pacifique sont observés par satellite par les japonais qui lancent le cas échéant une alerte d’évacuation des rivages. Figure 37 - Document Université de Laval (A) Un séisme déclenché dans la croûte océanique engendre un mouvement oscillatoire de l'eau (vagues). Ces vagues sont à peine perceptibles en eau profonde (moins d'un mètre d'amplitude), mais s'enflent en eau peu profonde pour atteindre des amplitudes allant jusqu'à 30 m. La vitesse de propagation de ces vagues est de 500 à 800 km/heure et leur périodicité est de l'ordre de 15 à 60 minutes. Ainsi, un raz de marée initié par un séisme qui se sera produit à 1000 km des côtes viendra frapper ces côtes 2 heures plus tard. On peut aisément imaginer l'effet destructeur de telles vagues sur les côtes habitées. (B) A l'approche du raz de marée, il se produit d'abord un retrait de la Mer (ce qui est de nature à attirer les curieux). (C) Vient ensuite la première vague. (D) Celle-ci peut être suivie d'un second retrait, puis d'une autre vague.

7.3.5. Effets d’origine humaine, problèmes urbains D’autres effets induits par la secousse sismique sont susceptibles de provoquer la ruine des bâtiments : propagation des incendies post-sismiques, inondations par rupture d’une retenue d’eau, action de remblais lourds sur sols instables, purge des terrassements sans soutènement … Il est difficile de prétendre maîtriser tous les facteurs d’effets induits de ce type. Cependant une discipline d’observation du site, d’investigations sur documents, et d’études géologiques ou géotechniques en rapport avec les enjeux de la construction en projet … et la prise de décisions politiques permettent de réduire sensiblement l’aléa lié aux effets induits anthropiques. Outre la problématique de l’aléa local pour un bâtiment à construire en zone urbanisée, c’est toute la politique d’aménagement du territoire qui doit être envisagée en fonction de l’aléa sismique : VRD, grands équipements, transports, etc.


Figure 38 - Séisme de Kobé, 1995, (Document NISEE – USA) Propagation à grande échelle d’un incendie post-sismique ayant entraîné des pertes colossales sur des bâtiments parasismiques .

Ainsi, bien que le sujet soit complexe, et dépasse l’objet strict de la sismologie appliquée à la construction, avec des incidences éventuellement lourdes sur la programmation et le budget, il est souhaitable, pour une véritable démarche parasismique, de prendre en considération l’environnement construit et sa vulnérabilité.

7.4.

Microzonage de l’aléa local : Echelle d’étude 1/10 000

Les études de microzonage sismique, réalisées par des sismologues, et des géotechniciens sont désormais généralisées dans les régions sismiques très peuplées… Pour l’urbanisme parasismique, il conviendrait d’ajouter à cette cartographie les possibles effets induits urbains : encombrements de voirie par la ruine des édifices très vulnérables, propagation d’incendies en tissu continu, pollutions diverses… Exemples : -

Figure 39 - Cartographie de aléa de glissement de terrain et de chutes de blocs induits par le séisme à Fort de France (Document BRGM)


Figure

40

-

Cartographie de l’amplification topographique et de la bande de neutralisation de faille de Dillon à Fort de France (Document BRGM)

Figure 41 - Microzonage des zones à réponse dynamique homogène à Fort-de-France. Un spectre de réponse des structures est associé à chaque zone. (Document BRGM)

Figure 42 Spectres de réponse associés au microzonage spectral de Fort-de-France (Document BRGM) On voit également sur ce document les spectres S0 à S3 des PS-92.

8. Le contexte légal et réglementaire français Les textes législatifs et réglementaires suivants encadrent, entre autres textes, la mitigation du risque sismique en France. Ils visent la protection des enjeux, et pour ce faire arbitrent, entre autres, le niveau de prise en considération de l’aléa sismique régional et local. Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 37

8.1.

Code de l’Environnement

Voté fin 2000, il codifie l’ensemble de Lois de la responsabilité du Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement (MATE), dont celles relatives aux risques majeurs (Loi de 1987 et Loi de 1995). Son Titre VI encadre les risques naturels : TITRE VI PREVENTION DES RISQUES NATURELS Chapitre Ier Mesures de sauvegarde des populations menacées par certains risques naturels majeurs Chapitre II Plans de prévention des risques naturels prévisibles Chapitre III Autres mesures de prévention Art. L. 563-1 . - Dans les zones particulièrement exposées à un risque sismique ou cyclonique, des règles particulières de construction parasismique ou paracyclonique peuvent être imposées aux équipements, bâtiments et installations . Si un plan de prévention des risques naturels prévisibles est approuvé dans l'une des zones mentionnées au premier alinéa, il peut éventuellement fixer, en application de l'article L. 562-1, des règles plus sévères . Un décret en Conseil d'Etat définit les modalités d'application du présent article.

8.2.

Décrets

8.2.1. Décret n° 91-461 du 14 mai 1991, Modifié par le décret du 13 septembre 2000 (voir plus loin) Ce décret définit : - Le contexte de prise en compte du risque sismique - Le zonage sismique de la France en 5 zones Il prévoit le cadre des deux 2 futurs arrêtés pour: - Les Ouvrages à Risque Normal (dont la ruine ne provoque que des atteintes de proximité immédiate). (Voir 8.231) - Les Ouvrages à Risque Spécial (dont la ruine provoque des atteintes à l’environnement sur des étendues importantes). (Voir 8.232)

Le zonage sismique réglementaire actuel de la France est utilisé pour application de l’arrêté du 29 mai 1997 prescrivant l’application des règles de construction parasismique PS-92 pour les ouvrages à risque normal (ORN). Son échelle est le canton. Selon la zone sismique on calculera le bâtiment en lui « appliquant » des accélérations plus ou moins violentes selon les enjeux qu’il abrite, pondérées par les données du spectre de réponse du type de site et, s’il y a lieu, d’un coefficient topographique. La zone III, de sismicité forte ne concerne que la Guadeloupe et la Martinique. Eléments de sismologie appliquée à l’usage des techniciens du bâtiment Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 page 38

Les ouvrages à risque spécial (ORS), dont la ruine peut nuire à l’environnement (risque industriel) font l’objet de règles beaucoup plus sévères (Voir § 8.232).

Figure 43 - Zonage sismique réglementaire de la France

8.2.2.Décret n° 95-1089 du 5 octobre 1995 Définit les modalités relatives aux PPR en application de la Loi Barnier - 1995 (intégrée au code de l’environnement).

8.2.3.Décret no 2000-892 du 13 septembre 2000 Porte modification du code de la construction et de l'habitation et du décret no 91-461 du 14 mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique. DECRET 2000-892 du 13 septembre 2000 Art. 1er . - Le décret du 14 mai 1991 susvisé est modifié ainsi qu'il suit : I. - L'article 1er est remplacé par les dispositions suivantes : « Art. 1er. - Le présent décret définit les modalités d'application de l'article 41 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, en ce qui concerne les règles particulières de construction parasismique pouvant être imposées aux équipements, bâtiments et installations dans les zones particulièrement exposées à un risque sismique . » II. - L'article 5 est complété par un alinéa ainsi rédigé : « Les dispositions ci-dessus s'appliquent : - aux équipements, installations et bâtiments nouveaux ; - aux additions aux bâtiments existants par juxtaposition, surélévation ou création de surfaces nouvelles ; - aux modifications importantes des structures des bâtiments existants. » III. - Après l'article 7, est inséré un article 7-1 ainsi rédigé : « Art. 7-1. - Lorsqu'il prend en compte un risque sismique, un plan de prévention des risques


naturels prévisibles , établi en application des articles 40-1 à 40-7 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, peut fixer des règles de construction plus sévères que les règles définies en application des articles 5 et 7, en ce qui concerne notamment la nature et les caractéristiques des bâtiments, des équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi que les valeurs caractérisant les actions de séismes à prendre en compte. » Art. 2. - Il est créé, au chapitre II du titre Ier du livre Ier du code de la construction et de l'habitation, une section première intitulée « Dispositions spéciales relatives à la prévention du risque sismique », comprenant un article R. 112-1 ainsi rédigé : « Art. R. 112-1. - Dans les zones particulièrement exposées à un risque sismique, les règles concernant la nature et les caractéristiques des bâtiments, des équipements et des installations et les mesures techniques préventives doivent respecter les dispositions du décret no 91-461 du 14 mai 1991 modifié relatif à la prévention du risque sismique, sans préjudice de l'application des règles plus sévères fixées par un plan de prévention des risques naturels prévisibles, lorsqu'il existe. »

8.3.

Arrêtés

8.3.1. Arrêté du 29 mai 1997 (ORN) Encadre la réglementation relative aux Ouvrages à Risque Normal Abroge et remplace l’arrêté du 16 juillet 1992 En application du décret du 14 mai 1991 il précise la règle pour les ouvrages à risque normal. Abroge et remplace l’arrêté du 16 juillet 1992 qui avait le même objet, mais dont le niveau d’exigence demandait à être revu, par exemple remplacement des règles PS69/82 par les règles PS-92, clarification de l’applicabilité à l’existant, etc.). Ainsi, il : - Redéfinit les classes A, B, C et D - Redéfinit les constructions auxquelles s’appliquent les règles - Rend applicables les règles PS 92 et définit les niveaux d’accélération à retenir pour les classes B, C, D selon chaque zone. ARRETE du 29 Mai 1997, publié au Journal Officiel du 03 Juin 1997 Relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" telle que définie par le décret n° 91-461 du 14 Mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique. Les articles de cet arrêté sont : Art. 1 er - Le présent arrêté définit les règles de classification et de construction parasismique pour les bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" en vue de l’application de l’article 5 du décret du 14 Mai 1991 susvisé mentionnant que des mesures préventives sont appliquées aux bâtiments, équipements et installations de cette catégorie, et vise notamment l’application des règles aux bâtiments nouveaux ainsi que, dans les conditions définies à l’article 3 du présent arrêté, à certains bâtiments existants faisant l’objet de certains travaux de construction. Art. 2. – I. - Classification des bâtiments Pour l’application du présent arrêté, les bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" sont répartis en quatre classes définies par le décret du 14 Mai 1991 susvisé et précisées par le présent article. Pour les bâtiments constitués de diverses parties relevant de classes différentes, c’est le classement le plus contraignant qui s’applique à leur ensemble. Les bâtiments sont classés comme suit : En classe A : les bâtiments dans lesquels est exclue toute activité humaine nécessitant un séjour de longue durée et non visés par les autres classes du présent article ; •


En classe B : les bâtiments d’habitation individuelle ; les établissements recevant du public des 4 e et 5 e catégories au sens des articles R. 123-2 et R. 123- 19 du code de la construction et de l’habitation ; les bâtiments dont la hauteur est inférieure ou égale à 28 mètres ; les bâtiments d’habitation collective ; les bâtiments à usage de bureaux, non classés établissements recevant du public au sens de l’article R. 123-2 du code de la construction et de l’habitation, pouvant accueillir simultanément un nombre de personnes au plus égal à 300 ; les bâtiments destinés à l’exercice d’une activité industrielle pouvant accueillir simultanément un nombre de personnes au plus égal à 300 ; les bâtiments abritant les parcs de stationnement ouverts au public ; En classe C : les établissements recevant du public des 1 ère , 2 ème et 3 ème catégories au sens des articles R. 123-2 et R. 123-19 du code de la construction et de l’habitation ; les bâtiments dont la hauteur dépasse 28 mètres : o bâtiments d’habitation collective ; o bâtiments à usage de bureaux ; les autres bâtiments pouvant accueillir simultanément plus de 300 personnes appartenant notamment aux biens suivants : o les bâtiments à usage de bureaux, non classés établissements recevant du public au sens de l’article R. 123-2 du code de la construction et de l’habitation ; o les bâtiments destinés à l’exercice d’une activité industrielle ; les bâtiments des établissements sanitaires et sociaux, à l’exception de ceux des établissements de santé au sens de l’article L. 711-2 du code de la santé publique qui dispensent des soins de courte durée ou concernant des affections grave pendant leur phase aiguë en médecine, chirurgie et obstétrique et qui sont mentionnés à la classe D ci-dessous ; les bâtiments des centres de production collective d’énergie quelle que soit leur capacité d’accueil ; En classe D : les bâtiments dont la protection est primordiale pour les besoins de la sécurité civile et de la défense nationale ainsi que pour le maintien de l’ordre public et comprenant notamment : o les bâtiments abritant les moyens de secours en personnels et matériels et présentant un caractère opérationnel ; o les bâtiments définis par le ministre chargé de la défense, abritant le personnel et le matériel de la défense et présentant un caractère opérationnel ; les bâtiments contribuant au maintien des communications, et comprenant notamment ceux : o des centres principaux vitaux des réseaux de télécommunications ouverts au public ; des centres de diffusion et de réception de l’information ; o des tours hertziennes stratégiques ; o les bâtiments et toutes leurs dépendances fonctionnelles assurant le contrôle de la circulation aérienne des aérodromes classés dans les catégories A, B et C2 suivant les instructions techniques pour les aérodromes civils (ITAC) édictées par la direction générale de l’aviation civile, dénommées respectivement 4C, 4D et E suivant l’organisation de l’aviati on civile internationale (OACI) ; les bâtiments des établissements de santé au sens de l’article L. 711-2 du code de la santé publique qui dispensent des soins de courte durée ou concernant des affectations graves pendant leur phase aiguë en médecine, chirurgie et obstétrique ; les bâtiments de production ou de stockage d’eau potable ; les bâtiments des centres de distribution publique de l’énergie ; les bâtiments des centres météorologiques. II. Détermination du nombre de personnes : Pour l’application de la classification ci-dessus, le nombre des personnes pouvant être simultanément accueillies dans un bâtiment est déterminé comme suit : pour les établissements recevant du public : selon la réglementation en vigueur ; pour les bâtiments à usage de bureaux ne recevant pas du public : en comptant une personne pour une surface de plancher hors œuvre nette égale à 12 mètres carrés ; pour les autres bâtiments : sur déclaration du maître d’ouvrage. • •

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Art. 3 - Les règles de construction , définies à l’article 4 du présent arrêté, s’appliquent dans les zones de sismicité I a, I b, II ou III définies par article 4 du décret du 14 Mai 1991 susvisé : 1) A la construction de bâtiments nouveaux des classes B, C et D ; 2) Aux bâtiments existants des classes B, C et D dans lesquels il est procédé au remplacement total des planchers en superstructure ; 3) Aux additions par juxtaposition de locaux : à des bâtiments existants de classe C ou D dont elles sont désolidarisées par un joint de fractionnement ; à des bâtiments existants de la classe B dont elles sont ou non solidaires ; 4) A la totalité des bâtiments, additions éventuelles comprises, dans un au moins des cas suivants : addition par surélévation avec création d’au moins un niveau supplémentaire, même partiel, à des bâtiments existants de classe B, C ou D ; addition par juxtaposition de locaux solidaires, sans joint de fractionnement, à des bâtiments existants de classe C ou D ; création d’au moins un niveau intermédiaire dans des bâtiments existants de classe C ou D. Pour l’application des 3° et 4° ci-dessus, la classe à considérer est celle des bâtiments après addition ou transformation. Au cas où l’application des critères ci-dessus ne permet pas de définir sans ambiguïté la nature des travaux d’addition ou de transformation et, notamment, d’opérer la distinction entre la surélévation et la juxtaposition, c’est la définition la plus contraignante qui s’applique. •

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Art. 4. - I. - Les règles de construction applicables aux bâtiments mentionnés à l’article 3 du présent arrêté sont celles de la norme NF P 06-013, référence DTU Règles PS 92 "Règles de construction parasismique, règles applicables aux bâtiments, dites règles PS 92". Ces règles doivent être appliquées avec une valeur de l’accélération nominale a N résultant de la situation du bâtiment par rapport à la zone sismique, telle que définie par l’article 4 du décret du 14 Mai 1991 susvisé et son annexe, et de la classe, telle que définie à l’article 2 du présent arrêté, à laquelle appartient le bâtiment. Les valeurs minimales de ces accélérations, exprimées en mètres par seconde au carré, sont données par le tableau suivant : ZONES CLASSE B CLASSE C CLASSE D Ia

1.0

1.5

2.0

Ib

1.5

2.0

2.5

II

2.5

3.0

3.5

III

3.5

4.0

4.5

II. - Pour les bâtiments appartenant à la classe B définis au paragraphe 1.1 (domaine d’application) de la norme NF P 06-014 "construction parasismique des maisons individuelles ou des bâtiments assimilés, règles PS-MI 89 révisées 92" et qui sont situés dans l’une des zones de sismicité I a, I b ou II, l’application des dispositions définies dans cette même norme dispense de l’application des règles indiquées au I du présent article. Art. 5 - L’arrêté du 16 Juillet 1992 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" telle que définie par le décret du 14 Mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique est abrogé aux dates d’entrée en application du présent arrêté telles que précisées à l’article 6 ci-dessous. Art. 6 . - Les dispositions du présent arrêté sont applicables, au plus tard, le premier jour du septième mois suivant sa publication, aux bâtiments faisant l’objet d’une demande de permis de construire, ou d’une demande d’autorisation au sens de l’article R. 123-23 du code de la construction et de l’habitation ou, en dehors des cas indiqués précédemment, d’un début de travaux, à l’exception des bâtiments d’habitation collective dont la hauteur est inférieure ou égale à 28 mètres, pour lesquels l’application des dispositions du présent arrêté est reportée, au plus tard, au premier jour du treizième mois suivant la publication.


Art. 7. – Le directeur de la prévention des pollutions et des risques, délégué aux risques majeurs, le directeur de l’eau, le directeur général des enseignements supérieurs, le directeur de la recherche et des affaires scientifiques et techniques, le directeur de l’administration générale du ministère de la défense, le directeur général de l’aviation civile, le directeur de la sécurité civile, le directeur du trésor, le directeur du budget, le directeur du service public au ministère de l’industrie, de la poste et des télécommunications, le directeur général de l’énergie et des matières premières, le directeur général des collectivités locales, le directeur des affaires économiques, sociales et culturelles de l’outre-mer, le directeur de l’habitat et de la construction, le directeur général de la santé et le directeur des hôpitaux sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l’exécution du présent arrêté, qui sera publié au journal officiel de la République française. Fait à Paris, le 29 mai 1997

8.3.2. Arrêté du 10 mai 1993 (ORS) Encadre la réglementation relative aux Ouvrages à Risque Spécial Approche déterministe prenant en compte les domaines sismotectoniques Commenté par la circulaire de la DPRM en date du 27 mai 1994.

8.4.

Et l’existant ?

Commentaire de Philippe Bisch2, Président de l’Association Européenne de Génie Parasismique, membre du GEP. « Le GEP (Groupe d’Etude et de Propositions pour la prévention du risque sismique en France), formé sur l’initiative de l’Administration, a pour mission de déterminer et de proposer ce qu’il est possible de faire en matière de réglementation sismique, sur la base des connaissances scientifiques acquises, avec pour souci de faire en sorte que les textes réglementaires soient réellement applicables. Il a donc participé d’une manière décisive à l’élaboration des Arrêtés visés ci-dessus. Un problème très important, qui est un défi au GEP sur le plan technique, et à la Puissance Publique sur le plan des décisions à prendre et actions à engager, est l’extension du cadre réglementaire administratif et technique aux bâtiments existants, comme le souhaite implicitement la loi Barnier. Ceci peut être considéré sur le plan politique comme une action nécessaire pour établir l’égalité des citoyens devant le risque. Mais une telle extension se heurte à des difficultés techniques et économiques très importantes. La seule norme pouvant faire référence aujourd’hui est l’ENV EUROCODE 8 partie 1.4, mais ce texte est très critiqué par de nombreux pays (dont la France), et il est peu probable qu’il peut faire l’objet d’un DAN applicable à court terme, et qui plus est qu’il puisse être converti en EN sans modifications profondes, ce qui demandera quelques années. En l’absence de texte technique de référence, on voit mal comment la volonté fort louable du Législateur pourra être mise en pratique dans un court délai. »

8.5.

Les règles PS-92, plan du contenu

PLAN DE LA NORME NF P 06 – 013 (Règles PS-92) 1. Objet, domaine d'application, conditions de validité objet références normatives domaine d’application 2

Conférence annuelle des Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau, Lyon, novembre 1998


contenu 2. Détermination de la sécurité actions et situations sismiques objectifs de comportement vérifications de sécurité 3. Niveau minimal réglementaire de protection - valeurs de a n zones de sismicité classes de protection des ouvrages valeurs de a n surclassement des ouvrages 4. Règles générales de conception choix du site reconnaissances et études de sol fondations structures 5. Définition du séisme de calcul modélisation du mouvement du sol définition de l'action sismique déplacement du sol 6. Actions sismiques d'ensemble modélisation du mouvement sismique et nature des actions à considérer modélisation des structures prise en compte des comportements non linéaires combinaison des effets des composantes du mouvement sismique notations méthodes de calcul 7. Actions locales éléments passibles d'un calcul forfaitaire structures secondaires et sous-systèmes 8. Règles de vérification combinaisons d’actions sécurité vis-à-vis des états limites ultimes sécurité vis-à-vis des déformations 9. Fondations liquéfaction des sols stabilité des pentes dispositions techniques concernant les ouvrages de fondation calcul des fondations profondes vérification de la force portante fondations sur sols substitués compactés prise en compte de l'interaction sol-structure 10. Parois d'infrastructure et ouvrages de soutènement règles générales méthode de calcul simplifiée vérifications de stabilité vérifications de résistance murs de soutènement isolés 11. Béton armé et béton précontraint généralités spécifications concernant les matériaux dispositions constructives des éléments principaux des ossatures dispositions propres aux murs et voiles de contreventement dispositions propres aux dalles et diaphragmes dispositions propres aux éléments précontraints coefficient de comportement vérification de sécurité des éléments principaux dispositions propres aux éléments secondaires 12. Structures en maçonnerie


Polycopie_sismologie_appliquee-techniciens v1.pdf

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