Caractérisation structurale et évaluation de la vulnérabilité sismique des bâtiments

Les récents épisodes sismiques survenus à travers le monde ont sensibilisé la population à la fragilité des bâtiments et infrastructures des grandes villes. Par exemple, lors du tremblement de terre en 2003 à Bourmedes, en Algérie, il y a eu plus de 2 000 décès, au-delà de 10 000 blessés et des dommages aux bâtiments tels que 15 000 personnes ont perdu leur logement (Adams et al., 2003). Au niveau mondial, depuis le 16e siècle, il y a eu plus de 300 millions de décès dus à des séismes, sur l’ensemble des continents (Boit, 1993). Ce sont les dommages dus aux vibrations du sol qui sont les plus courants; ils endommagent les infrastructures et les bâtiments, qui à leur tout mutilent et/ou entraînent la mort d’êtres humains. Les pertes suivant un tel évènement sont humaines, sociales et économiques.

Le niveau d’endommagement des bâtiments ne dépend pas seulement de la force du séisme. Mentionnons que la magnitude 6,8 sur l’échelle de Richter a été attribuée aux tremblements de terre de Bourmedes en 2003 et de Seattle en 2001. Cependant, peu de constructions ont été endommagées à Seattle, où il n’y a eu qu’un seul décès, comparativement à plus de 2 000 morts en Algérie. Les types de construction, les conditions spécifiques au site, en plus des caractéristiques des séismes influencent fortement les dommages potentiels. Par exemple, le séisme de Seattle avait une profondeur focale beaucoup plus grande et un contenu fréquentiel différent du séisme de Bourmedes. Un autre facteur influençant le degré de dégâts est que les grands centres urbains sont plus vulnérables que les régions moins urbanisées pour de fortes intensités de séismes puisque la vulnérabilité est proportionnelle aux concentrations de personnes, de matériel et d’infrastructure (Bourrelier et al., 2000, p. 13) .

Vulnérabilité sismique des bâtiments anciens
Étant donné que les tremblements de terre frappent de façon impromptue et causent de très grandes pertes, il est important de connaître la performance prévue des immeubles et infrastructures sous différentes intensités de séismes. Ce champ d’expertise relativement récent s’intéresse aux régions où la sismicité est élevée, mais aussi aux régions à sismicité modérée densément peuplées. L’objectif principal d’une démarche complète d’évaluation sismique d’un édifice ou d’un  ensemble de bâtiments est avant tout la sécurité des occupants, en plus de la planification des interventions à effectuer en vue d’améliorer les performances futures.

Si l’on s’attarde au niveau municipal, il y a deux catégories de bâtiments qui devraient jouir d’une attention particulière en ce qui concerne l’évaluation de la vulnérabilité sismique : les bâtiments prioritaires (hôpitaux, casernes de pompier, etc.) et les bâtiments historiques. Les premiers ont un rôle primordial en cas de séisme et les seconds possèdent une valeur patrimoniale importante pour les sociétés actuelles et futures. De plus, les bâtiments anciens, surtout ceux construits avant le milieu du 198 siècle, possèdent une faible résistance aux charges latérales, incluant les charges sismiques, dû, entre autres, au manque de ductilité commun aux anciennes techniques de construction.

L’évaluation de la vulnérabilité sismique d’un bâtiment individuel peut s’avérer nécessaire lors de travaux de réhabilitation. En ce qui concerne l’évaluation de la vulnérabilité sismique d’un ensemble de bâtiments, ce type d’analyse est surtout intéressant pour des quartiers où se trouve une grande concentration de bâtiments anciens. Le secteur par excellence à Montréal pour réaliser une telle étude est sans contredit l’arrondissement historique du Vieux-Montréal. Les résultats d’une analyse sur un groupe de bâtiments anciens permettent de déterminer les dommages attendus selon différentes intensités de séismes et ainsi canaliser les budgets municipaux et gouvernementaux de réhabilitation de bâtiments patrimoniaux convenablement. Afin de réaliser l’évaluation de la vulnérabilité sismique d’un bâtiment individuel ou d’un groupe de bâtiments, il est nécessaire de procéder d’abord à la caractérisation structurale afin de déterminer, selon la précision et la quantité d’informations rassemblées, la méthode la plus appropriée d’évaluation de la vulnérabilité sismique.

Risque sismique 

On le sait, la prédiction des tremblements de terre est peu fiable, et ne permet pas d’éviter les séismes. Étant donné que les décès et blessures sont la plupart attribués à l’effondrement de bâtiments et d’ouvrages d’art, ce sont ces installations qui doivent être évaluées vis-à-vis du risque sismique encouru. Cette notion de risque sismique est définie de différentes manières, selon les auteurs et les pays. Voici un échantillon de quelques-unes de ces variantes.

Tout d’abord, le risque sismique, selon le professeur André Filiatrault, est associé à une zone géographique et est fonction de deux paramètres : l’aléa sismique et la vulnérabilité sismique. L’aléa consiste en « la probabilité associée à l’apparition d’un séisme causant un certain niveau de vibration » (Filiatrault, 1996, p. 51), tandis que la vulnérabilité sismique représente le niveau de dommages causé par les secousses d’une intensité spécifique.

Du côté américain, sur le site Web du Federal Emergency Management Agency (FEMA, 2001 ), on mentionne que l’aléa sismique est stable au fil des ans, contrairement au risque sismique. Cette augmentation du risque sismique serait due au développement urbain important et à la vulnérabilité structurale des bâtiments anciens, qui sont la plupart inadéquats selon les prescriptions sismiques des codes de construction modernes.

Mesure des séismes

Magnitude
C’est en 1935 qu’a été développée par Charles Richter, en Californie, une méthode indépendante du lieu d’observation permettant d’estimer l’énergie dégagée au foyer d’un séisme. On l’appelle « l’échelle de Richter » et c’est le moyen le plus utilisé, mondialement, pour mesurer les tremblements de terre. La magnitude sur l’échelle de Richter est le logarithme en base 10 de l’amplitude sismique maximale de l’enregistrement d’un sismomètre situé à 100 km de l’épicentre, exprimée en millièmes de millimètre. Par exemple, pour un sismogramme dont l’amplitude maximale est de 1 cm (10⁴ millièmes de mm), on obtient une magnitude de 4. C’est dix fois plus faible qu’une magnitude de 5, le seuil à partir duquel il se produit en général des dommages. La limite supérieure raisonnable de cette échelle est 10. La plus grande magnitude atteinte au 20e siècle a été 9,5, au Chili, en 1960.

Au Québec, on utilise une échelle de magnitude adaptée à la réalité de L’Est de l’Amérique du Nord, où les ondes s’atténuent de façon différente et plus près de la surface du sol que dans le portion occidentale du continent. Cette échelle se nomme Magnitude Nuttli ou mN. Dans les communications grand public, on indique «magnitude de Richter» même si le calcul a été effectué sur l’échelle mN.