Télécharger le document

FROOHFWLRQ&21&(37,213$5$6,60,48(
FDKLHU
FROOHFWLRQ&21&(37,213$5$6,60,48(
VLVPRORJLHDSSOLTXpH 3$75,&,$%$/$1',(5
81352-(71$7,21$/
289(57685/(021'(
81(67$7,21(;3(5,0(17$/(
$86(59,&('(/$&216
758&7,21
81(92&$7,21/·$0e/,25$7,21
'(66$92,56(7'(67(&+1,
48(6&216758&7,9(6
8102<(1
/·$3352&+(,17(5&8/785(//(
81($0%,7,21'e9(/233(5
/(66$92,5)$,5((7/$48$
/,7e'(/$&216758&7,21
VLVPRORJLH
DSSOLTXpH
­/·86$*('(6$5&+,7(&7(6
(7,1*e1,(856
FDKLHU
3$75,&,$%$/$1',(5
Remerciements
S’adressant aux architectes et ingénieurs, enseignants et professionnels,
ainsi qu’aux étudiants et chercheurs, la collection des cahiers
parasismiques constitue un ensemble de référence des connaissances
nécessaires à la conception, la construction et la protection des édifices et
des villes contre le phénomène sismique.
Cette collection a été développée avec l’aide du Ministère de l’Ecologie et
du Développement Durable dans le cadre du programme d’actions confié
aux Grands Ateliers pour améliorer l’enseignement des concepts et
méthodes de la conception et de la construction parasismiques au sein des
formations initiales des divers intervenants de l'acte de construire.
Elle est publiée par les Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau, groupement
d’établissements d’enseignement supérieur d’architecture, d’ingénierie,
d’art et de design, destiné à faire progresser la formation et la recherche
sur la construction et les matériaux.
La collection comprend actuellement les cahiers suivants :
1.
Conception parasismique, niveau avant-projet, Milan Zacek,
2.
Vulnérabilité et renforcement, Milan Zacek,
2-a. Guide d’évaluation de la présomption de vulnérabilité aux séismes des
bâtiments existants – Cas des constructions en maçonnerie et béton
armé, Milan Zacek
3.
Urbanisme et aménagement territorial en zone sismique, objectifs et
problématique. Patricia Balandier,
4.
Sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieurs, Patricia
Balandier.
A paraître :
5.
Comportement dynamique des structures
6.
Construction parasismique, se déclinant sur les diverses technologies :
béton armé, acier, bois, constructions en terre, ainsi que sur le second
œuvre.
FDKLHU
VLVPRORJLH
DSSOLTXpH
­/·86$*('(6$5&+,7(&7(6
(7,1*e1,(856
3$75,&,$%$/$1',(5
0DL
REMERCIEMENTS
Milan ZACEK
Christophe MARTIN
Pierre MOUROUX
Jean-François HEITZ
Jean-Marc MONPELAT
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 1 - Séisme de Pointe-à-Pitre en 1843. 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.
1
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
DONNEES DE SISMOLOGIE
APPLIQUEE POUR L'ARCHITECTE
ET L'INGENIEUR
1. INTRODUCTION, AVERTISSEMENT
2. LE PHÉNOMÈNE SISMIQUE
Page n°
7
9
2.1. Contrainte, déformation, rupture des roches
9
2.2. Les différents mécanismes des failles actives
11
2.3. Notion de cycle sismique d'une faille active
12
2.4. Caractérisation d'une source sismique
13
2.5 Loi d’échelle de séismes
16
2.6. Notion de Magnitude d'un séisme
18
3. CARACTÉRISATION DES PHÉNOMÈNES
TECTONIQUES
21
3.1. Types de séismes, études et prévention
21
3.2. Sismicité de la planète
22
3.3. Structure de la planète, une dynamique interne
génératrice de mouvements relatifs
23
3.4. Notion de dérive des continents
25
3.5. Tectonique des plaques et sismicité associée aux
différents types de limites entre plaques
3.5.1. Limites divergentes
3.5.2. Limites convergentes
3.5.3. Limites transformantes
3.5.4. Cas des séismes intraplaques
29
32
37
42
43
3.6. De la modélisation des déplacements relatifs des
plaques tectoniques à la définition des domaines
tectoniques
43
4. LA SECOUSSE SISMIQUE, CARACTÉRISATION
DES ONDES SISMIQUES
4.1. Les types d'ondes
4.1.1. Les ondes de volume
45
45
45
3
les grands ateliers
4.1.2. Les ondes de surface
4.2. Représentation dans le temps du mouvement
sismique enregistré en un site : sismogrammes,
accélérogrammes
47
4.3. Représentation du mouvement enregistré en un
site par son signal fréquentiel : le spectre de
réponse
51
5. LA PROPAGATION DES ONDES SISMIQUES
57
5.1. Utilisation des caractéristiques de propagation des
ondes sismiques
5.2. Vitesses de propagation, détermination de
l'épicentre
57
58
5.3. Lois d'atténuation
59
5.4. Réflexion, réfraction diffraction des ondes aux
interfaces des sols et sous-sols différents
60
5.5. Modification des ondes par les milieux traversés
61
5.6. Les conditions de modification locale du
mouvement fort
62
5.7. L'intensité locale
5.7.1. Définition
5.7.2. Échelles de mesure
5.7.3. Isoséistes
63
63
63
66
6. LES MOYENS DE CARACTÉRISATION DE
L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL
69
6.1. Problématique : établir des " modèles "
sismotectoniques
69
6.2. La sismicité instrumentale
69
6.3. La sismicité historique
70
6.4. L'archéo-sismicité
72
6.5. La paléo-sismicité
72
6.6. Les investigations géotechniques et sismologiques
74
7. L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL
7.1. Estimation du mouvement sismique possible " au
rocher horizontal " d'un site et de sa périodicité de
retour
4
46
75
75
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
7.2. Caractérisation des structures tectoniques
susceptibles de jouer
75
7.3. Lois de distribution fréquence-magnitude
75
7.4. Évaluation déterministe de l'aléa sismique régional
77
7.5. Évaluation probabiliste de l'aléa sismique régional
78
7.6. Zonage de l'aléa régional:
Echelle d'étude 1/1 000 000
80
8. L'ALÉA SISMIQUE LOCAL
8.1. Effets directs du séisme
8.1.1. Le mouvement " au rocher " (rappel)
8.1.2. Les bouleversements topographiques à
grande échelle
8.1.3. Le jeu d'une faille en surface
8.2. Effets de site : amplification localisée du signal
sismique
8.2.1. Topographies amplifiant l'action sismique:
butte, crête, bord de falaise
8.2.2. Discontinuité latérale de densité du sol
8.2.3. Sol alluvionnaire de forte épaisseur
amplifiant l'action sismique
8.3. Effets induits par les secousses sismiques sur les
sites
8.3.1. Glissements de terrains, chutes de pierres
(purge)
8.3.2. Liquéfaction des terrains granulaires saturés
d'eau
8.3.3. Subsidence sur cavités
8.3.4. Tsunamis
8.3.5. Effets d'origine anthropique, problèmes
urbains
8.4. Microzonage de l'aléa local :
Echelle d'étude 1/10 000
9. LES NOTIONS D'ALÉA, VULNÉRABILITÉ ET
RISQUE
81
82
82
82
84
85
86
87
87
92
92
93
95
96
96
97
101
9.1. Terminologie UNDRO pour les risques majeurs
101
9.2. Terminologie et concepts propres au risque
sismique
102
10. LA TRADUCTION RÉGLEMENTAIRE
DES ÉTUDES DE SISMOLOGIE
APPLIQUÉE: ARBITRAGES POLITIQUES
105
5
10.1. La politique de gestion des risques naturels majeurs
10.2. Le contexte légal et réglementaire français
10.2.1. Codes et Lois
10.2.2. Décrets
10.2.3. Arrêtés et circulaires
10.2.4. Et l'existant?
10.2.5. Les règles PS-92, plan du contenu
10.2.6. L'Eurocode 8, plan du contenu
11. BIBLIOGRAPHIE
105
107
107
114
123
136
137
139
141
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
1. INTRODUCTION, AVERTISSEMENT
Les sismologues et géophysiciens se livrent à des recherches toujours plus
poussées pour caractériser la sismicité du globe.
Les mécanismes sismiques sont étudiés de plus en plus finement pour
tenter d'établir des lois de comportement, des " modèles ", qui permettent
peu à peu de progresser dans la prévision des phénomènes et donc dans
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, et lui associer une probabilité de survenance, mais pas
encore dire quand.
Une partie des résultats de la recherche est directement utile à l'élaboration
de stratégies de " protection " contre les actions sismiques, c'est celle qui
intéresse les architectes et les ingénieurs, et en général les professionnels
impliqués dans la prévention.
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 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 d'introduction à la sismologie appliquée au bâtiment et à
l'aménagement du territoire rassemble quelques concepts dont la
compréhension est nécessaire à l'identification des connaissances sur
lesquelles repose toute la stratégie de la réglementation.
La nécessaire simplification de la prise en considération des phénomènes
aux fins d'arbitrages réglementaires ne doit pas dissimuler la complexité
des phénomènes étudiés et des recherches en cours. Les résultats de ces
recherches, permettent à l'architecte et à l'ingénieur, avec quelques
connaissances spécifiques, d'affiner la vérification de la pertinence de leur
projet, au delà de la stricte application des règles en vigueur.
Néanmoins, une réglementation applicable à chacun doit nécessairement
passer par une simplification forfaitaire dont la compréhension passe
également par la maîtrise des données suivantes.
Le présent document commence par des considérations générales, les
chapitres 2 et 3 décrivant les mécanismes sismiques et la tectonique des
plaques, qui peuvent sembler éloignées des préoccupations du
7
les grands ateliers
constructeur, mais dont la connaissance est nécessaire pour comprendre
les données directement exploitables pour la prévention, exposées aux
chapitres suivants.
8
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
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.
2.1. CONTRAINTE, DÉFORMATION, RUPTURE DES
ROCHES
Là où elle est soumise à des contraintes croissantes, la croûte terrestre se
déforme de façon sensible et irréversible. On peut définir simplement la
contrainte comme étant une force appliquée à une unité de surface. La
contrainte appliquée à un système donné (défini par ses matériaux, sa
géométrie), provoque un changement dans la forme et/ou le volume : une
déformation.
Comme n'importe quelle structure soumise à une contrainte croissante,
trois stades de déformation affectent la croûte terrestre: élastique
(réversible si on arrêtait la contrainte), plastique (irréversible même si on
arrêtait la contrainte) et cassante (la déformation viscoélastique qui
concerne certains solides et la déformation visqueuse des fluides ne seront
pas évoquées ici). Chaque système, pour un type de contrainte donné, a
une courbe " contrainte-déformation " caractéristique.
Ainsi, sous l'effet des contraintes dues le plus souvent au mouvements des
plaques tectoniques, la lithosphère accumule de l'énergie. Lorsqu'en
Figure 2 - Exemple de courbe contraintedéformation (Document Université de Laval Québec)
Figure 3 - Critères de déformation plastique et de
déformation cassante : rupture (Document
Université de Laval - Québec) Courbe
représentant l'influence des paramètres
température et pression
9
les grands ateliers
certains endroits, la limite d'élasticité est atteinte et que le matériau ne
peut pas plastifier (conditions physiques), il se produit une rupture sur un
plan de rupture (ou plan de faille) qui libère une partie de l'énergie
accumulée: le séisme.
DEFORMATION PLASTIQUE DES ROCHES
Ainsi, dans certains cas, les roches peuvent se déformer sans amorcer de
rupture fragile :
- Déplacement tectonique lent,
- Température et pression interne élevée, sont des facteurs de
plasticité.
Figure 4 - Représentations schématiques de la déformation plastique
des roches (Document Université de Laval - Québec))
Figure 5 - Représentations schématiques de la déformation cassante des
roche
(Document Université de Laval - Québec)
10
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
DEFORMATION CASSANTE DES ROCHES
Lorsque les conditions nécessaires (niveau de contrainte, vitesse de
déformation, relation température / pression) sont réunies, une rupture
fragile de la roche peut survenir selon un " plan de faille ". Le point
d'amorce de la rupture est le foyer du séisme.
La propagation de la rupture depuis le foyer sur le plan de faille
provoque des déformations tectoniques irréversibles et cassantes.
La propagation des ondes sismiques (tridirectionnelle) depuis le
foyer provoque des déformations du sol temporaires (oscillations, voir § 4
et 5) et éventuellement définitives (effets induits comme les tassements de
sol, voir §8).
2.2. LES DIFFÉRENTS MÉCANISMES DES FAILLES
ACTIVES
Ainsi, les déplacements relatifs entre les plaques tectoniques génèrent des
contraintes croissantes dans les roches (traction, compression,
cisaillement…). Au delà d'un certain niveau de contrainte il y a rupture du
sous-sol rocheux: le séisme. 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.
Les différents mécanismes des failles correspondent aux
différents types de contraintes. Or, la nature de la contrainte
conditionne (avec d'autres paramètres) les cycles sismiques et les
magnitudes possibles. En effet la roche résiste moins bien en traction qu'en
cisaillement et qu'en compression. Ainsi une même roche soumise à une
même vitesse d'élévation de la contrainte rompra pour un niveau de
contrainte plus ou moins élevé selon la nature de la contrainte. Ceci
conditionnera donc un cycle plus ou moins rapide (voir § 2.3) et des
magnitudes plus ou moins fortes (voir § 2.5).
L'identification des mécanismes des failles contribue à la
compréhension et à la qualification de leur activité. Ainsi les
arbitrages des politiques de prévention peuvent être pris pour
chaque région en fonction de la gravité de l'exposition au
phénomène sismique.
11
les grands ateliers
Faille normale
(Traction)
Faille inverse
(Compression)
Faille en décrochement (Cisaillement)
Figure 6 - Types de mécanismes des failles.
Les contraintes en traction ou en compression peuvent être associées à un cisaillement, on a alors un
mécanisme composé. Un décrochement est " dextre " si, face à la faille, le déplacement se fait vers la
droite (illustration), et " senestre " dans le cas contraire.
2.3. NOTION DE CYCLE SISMIQUE D'UNE FAILLE
ACTIVE
A l'origine de toute faille a été un niveau de contrainte trop élevé dans un
milieu rocheux plus ou moins homogène. Une première rupture s'est
propagée à partir d'un " point faible " en s'accompagnant d'une chute
brutale de contrainte. La faille ainsi créée constitue désormais un plan de
rupture privilégié, puisque de moindre résistance à cette contrainte qui
continue de progresser jusqu'à atteindre à nouveau le point de rupture. La
faille pourra s'allonger et se ramifier sous l'effet des séismes successifs, qui
concerneront alors successivement des segments de cette faille qui
rompront en fonction des niveaux de contraintes accumulées localement
et des forces de friction en présence.
En raison de ces 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. Dans une région soumise à un régime de contraintes donné,
des séismes se produiront à de façon récurrente sur les différents segments
d'une même faille.
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 fait partie des outils de la prévention.
Les régimes de contraintes d'origine tectonique évoluent à l'échelle des
temps géologiques, ainsi des nouvelles failles naissent et d'autres cessent
leur activité progressivement.
12
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
CYCLE SISMIQUE D'UNE FAILLE SISMOGENE:
Phases d'un cycle sismique sur une faille sismogène, processus en
trois étapes:
- Accumulation de contraintes.
- Déclenchement de la rupture au delà du seuil de résistance des
roches.
- Arrêt de la rupture sismique (quelques secondes plus tard).
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 7 - Représentation schématique du cycle sismique (Document BRGM pour EAML)
a - Situation au début du cycle,
b - Déformation peu de temps avant le séisme,
c - Situation après le séisme
2.4. CARACTÉRISATION D'UNE SOURCE SISMIQUE
Phénomène:
La chute de contrainte provoquée par la rupture brutale de la roche sur le
plan de faille libère de l'énergie, sous forme de chaleur et d'émission
d'ondes élastiques. Plus la surface de rupture et le déplacement sont
importants, plus la quantité d'énergie libérée l'est. La Magnitude
représente la quantité d'énergie libérée par le séisme.
13
les grands ateliers
Lorsqu'un séisme est déclenché, des trains d'ondes sismiques se propagent
dans la croûte terrestre. 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 8 - Axonométrie schématique d'une source sismique (Document Université de Laval -Québec)
Les paramètres suivants définissent la source sismique, qui est le
segment de la faille sismogène qui a rompu. Etablir les
caractéristiques des sources sismiques possibles sur les failles
identifiées fait partie des outils de la prévention.
Foyer ou hypocentre: Point de déclenchement de la rupture.
Azimut de la faille: Angle compris entre l'axe du méridien et celui de la
faille (orientation de la faille).
Pendage de la faille: Inclinaison de la faille.
Surface: Surface du plan de faille concernée par la rupture (Longueur x
hauteur).
Déplacement moyen: Longueur du glissement de la roche de part et
d'autre du plan de faille.
Magnitude: Mesure de l'énergie libérée, dépend du " moment sismique ",
donc de la rigidité du milieu, de la surface et du déplacement de la
rupture.
Vitesse de rupture: Vitesse de propagation de la rupture dans la roche,
dépend du type de roche.
Chute de contraintes: Différence entre l'état de contraintes dans la roche
avant et après le séisme.
14
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 9 - Représentations schématiques conventionnelles des mécanismes de rupture des failles
La polarité des ondes enregistrées par les différentes stations permet de caractériser le mécanisme au
foyer du séisme. Les sismologues utilisent une représentation conventionnelle des sources sismiques
sur les segments de failles. Ces représentations indiquent sur un seul schéma leur mécanisme, leur
azimut et leur pendage : à l'intérieur d'un cercle qui symbolise une vue à la verticale de la zone de
rupture, les secteurs comprimés lors du déplacement sont représentés en noir, et les zones dilatées en
blanc. Ainsi, la représentation de gauche peut être celle d'un décrochement dextre d'azimut Est et de
pendage nul. Les trois représentations de droite donnent, pour les trois mécanismes de rupture, des
exemples d'azimuts (orientation du déplacement générant la compression et la dilatation) et des
exemples de pendage (Les décentrements des axes d'azimut par rapport au centre du cercle indiquent
l'angle du pendage).
Domaines de recherches
Les chercheurs tentent de caractériser les " segments " de faille
maximum susceptibles de jouer en une fois pour leur associer une
magnitude (voir § 2.5).
L'azimut, le pendage et la profondeur des segments de failles étudiés vont
permettre d'établir le mode de radiation des séismes se produisant
sur les failles et d'en établir les " lois d'atténuation " (voir § 5.3).
" Directivité " de la source sismique. (Voir illustration ci-après)
Les trains d'ondes se propageant dans le sens de la rupture sont " plus
rapprochés " que dans le sens opposé, car " la source se rapproche " en
même temps qu'ils se propagent, ainsi leur amplitude est accrue sur les
sites situés dans la direction concernée, mais la durée du séisme est plus
courte. A l'inverse, lorsqu'on considère le sens de propagation opposé au
sens de la rupture, les ondes sont " moins rapprochées " en raison de
l'éloignement de la source, alors l'amplitude est moins importante mais la
15
les grands ateliers
durée du séisme est plus longue. L'étude de ce phénomène permettra de
progresser sur la pré-définition du séisme possible sur un site, mais l'état
actuel de la maîtrise du comportement en réponse aux séismes des
bâtiments n'atteint pas ce niveau de précision. Ce sont néanmoins des
pistes de connaissances qui concernent les constructeurs et seront peutêtre un jour utilisées avec profit pour la sécurité.
front d’ondes
station S1
station S2
faille
signal en S1
contribuisons
individuelles
signal en S2
signal global
Figure 10 - Effet de directivité des sources sismiques. (Document Catherine Berge-Thierry, IPSN)
La figure schématique du haut représente un segment de faille dont la rupture se propage de droite à
gauche. Le séisme enregistré à la station 1 est représenté de façon symbolique par le " signal en 1 "
pour lequel les trains d'ondes s'additionnent sur un laps de temps plus court puisque la rupture qui les
génère se rapproche. Ainsi leur amplitude est plus importante que celle du signal enregistré à la station
2 dont la propagation de la rupture s'éloigne, ce qui entraîne une arrivée " plus étalée dans le temps "
des trains d'ondes et une amplitude globale moindre, ce que représente le " signal en 2 ". On peut
également en déduire une incidence sur le domaine fréquentiel.
2.5. LOI D'ÉCHELLE DES SÉISMES
LOI D'ECHELLE
La " Loi d'Échelle " est issue de l'observation de nombreux séismes.
Elle établit une corrélation empirique entre la longueur de la
rupture et le moment du séisme, lui-même représentatif de la
magnitude du séisme.
16
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
La loi d'Échelle permet, pour un segment de faille sismogène donné une
évaluation de la magnitude du séisme maximum plausible à partir de
l'estimation de la longueur maximum possible de la rupture.
Le moment du séisme, couple de forces qui a provoqué le déplacement
de part et d'autre du plan de faille, dépend de la rigidité du milieu, de la
longueur du déplacement moyen et de l'importance de la surface de
rupture. L'évaluation du moment du séisme permet d'établir sa magnitude
(c'est-à-dire l'évaluation de la quantité d'énergie libérée).
o Le moment du séisme est déterminé par les études sismiques
o La longueur de la rupture par les études géologiques et la distribution
des répliques
Ordres de grandeur issus de la Loi d'échelle:
LONGUEUR
- 1 000 km
MOMENT
1024 Nm
-
100 km
1021 Nm
-
10 km
1 km
0,1 km
1018 Nm
1015 Nm
1012 Nm
TYPE DE SEISME
Les plus forts connus Magnitude de
l'ordre de 9
23 mai 1960: Chili
28 mars 1964 Alaska
Magnitude 8: nombreux dégâts-et
victimes
Magnitude 6: dégâts localisés
Magnitude 4: ressentis localement
Microséisme imperceptible
Profondeur (km)
M=8
0
M=5
M=4
M=7
M=6
15
30
Faille
Figure 11 - Relation entre la magnitude du séisme et la longueur de rupture (Représentation
schématique) (Document X)
17
les grands ateliers
Figure 12 - Exemple d'approche de l'aléa sismique par la similitude des failles. (Document USGS)
Connaître le fonctionnement de la faille nord-anatolienne donne des informations sur le
fonctionnement possible de la faille de San Andreas qui présente de nombreuses similitudes :
mécanismes, loi d'échelle…
2.6. NOTION DE MAGNITUDE D'UN SÉISME
La Magnitude d'un séisme (M, exprimée en chiffres arabes) est
une fonction logarithmique (donc pas une échelle à degrés)
représentative de la quantité d'énergie rayonnée par la source sous forme
d'ondes élastiques. Le tableau ci-après donne une corrélation entre les
ordres de grandeur de la rupture sismogène et la magnitude du séisme.
NBRE
MOYEN
SEISMES
ANNUEL
LONGUEUR
CARACTERISTIQUE
DE LA RUPTURE
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
4
1500
5000
3KM
1KM
5 cm
2 cm
1s
0,3 s
E x 33
E
MAGNITUDE
9
DEPLACEMENT DUREE DE
LA
SUR LE PLAN DE
RUPTURE
RUPTURE
ENERGIE
LIBEREE
QUAND ON PASSE D 'UN DEGRE DE MAGNITUDE A L 'AUTRE, ON
MULTIPLIE L 'ENERGIE PAR 33 ENVIRON, SOIT 1000 POUR 2 DEGRES
18
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Il n'y a qu'une seule valeur de magnitude pour un séisme donné
(ne pas confondre avec l'intensité locale, voir § 5.7). Puisqu'il s'agit
d'une fonction logarithmique, le second chiffre n'est pas une
décimale.
Il existe plusieurs méthodes d'évaluation de la magnitude d'un
séisme.
Richter a introduit la notion de magnitude en 1935. La magnitude peut
être calculée soit à partir de l'amplitude du signal enregistré (Ml, Ms, mb,
Mw), soit à partir de sa durée (Md). En principe on devrait obtenir les
mêmes résultats avec les différentes méthodes. Dans les faits, pour les
séismes majeurs les résultats diffèrent, seule la " magnitude de moment "
est précise (les autres méthodes " saturent " plus ou moins au delà de M =
7.5).
Figure 13 - Comparaison des validités des différentes méthodes de mesure de la magnitude. En
pointillés la magnitude de moment. Les autres courbes indiquent les résultats obtenus par les autres
méthodes de calcul et mettent en évidence la saturation au delà de 7,5, et les erreurs d'appréciation qui
en découlent.
DIFFERENTES METHODES D'EVALUATION DE LA MAGNITUDE
ML = Magnitude locale (définie par Richter en 1935)
ML = log Amax( ) - log Ao( )
Aujourd'hui, on utilise un calcul modifié du calcul originel de Richter. On
l'utilise pour des séismes proches dits séismes locaux. Elle est définie à
partir de l'amplitude maximale des ondes P. Elle est toujours moyennée sur
plusieurs stations en tenant compte des corrections locales.
MS = Magnitude des ondes de surface (ondes R)
MS = log Amax/T) + 1,66 log + 3,3
pour (25°< <90°; h<80km, T
environ 20s)
Elle est utilisée pour les séismes lointains, dits téléséismes, dont la
profondeur est inférieure à 80 km. Elle se calcule à partir de l'amplitude des
ondes de surface.
19
les grands ateliers
mb = Magnitude de volume (séismes profonds, ondes P)
mb = log (Amax/T) + Q( ,h)
Cette magnitude est utilisée pour tous les téléséismes et en particulier pour
les séismes profonds, car ceux-ci génèrent difficilement des ondes de
surface. Elle est calculée à partir de l'amplitude de l'onde P qui arrive au
début du sismogramme.
MD = Magnitude de durée (séismes faibles et proches)
MD = a + b log t + c log t2 + d
On l'utilise pour des séismes proches. Elle est définie à partir de la durée
du signal.
Mw = Magnitude de moment (ou de Kanamori)
Mw = (2/3) log mo - 6,0 (mo, en N.m = .S.D, où : rigidité du milieu,
S : déplacement moyen sur la faille, D : surface de la faille)
La seule utilisable pour les magnitudes élevées (voir graphique ci-dessous)
BILAN ENERGETIQUE D'UN SEISME
Lors de la rupture qui se propage à partir du foyer d'un tremblement de
terre, la plus grande partie de l'énergie se dissipe sous forme de chaleur
(frottements sur le plan de faille. Une partie seulement se propage au loin
sous forme d'ondes élastiques. Le rapport entre l'énergie des ondes et
l'énergie totale, appelé rendement sismique, est estimé entre 20 et 30 %.
Énergie libérée :
E = Ep1 - Ep2 = W + H
W = énergie rayonnée
H = chaleur
Rendement sismique : = W/ E (soit quelques %)
MAGNITUDE 6,0 - 6,4 6,5 - 6,9 7,0 - 7,4 7,5 -7,9 > ou = 8
Moyenne
annuelle
65
19
6
2,4
0,3
2
1,7
0,5
Ecart type
9
4
Total
92
13
Figure 14 - Tableau de dénombrement statistique des séismes majeurs annuels sur la planète.
20
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
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 :
Mécanisme au
foyer
Séismes naturels
Séismes artificiels
Jeu d'une faille
Séismes tectoniques: rupture soudaine
des roches
Séismes induits par l'activité humaine:
mise en eau d'un grand barrage,
exploitation de gaz…
Explosion
Séismes volcaniques: fracturation des
roches due à l'intrusion de magma,
dégazage, oscillation propre du réservoir
Tirs d'exploration sismique, tirs de mines
et carrières, essais nucléaires souterrains
Implosion
Séismes d'effondrement: effondrement de
cavités dans le gypse ou le calcaire,
effondrement lié à un grand glissement de
terrain
Effondrement d'anciennes mines
On retiendra que seuls les séismes d'origine tectonique, c'est-àdire liés aux déplacements relatifs des plaques terrestres peuvent
avoir des longueurs de ruptures suffisantes pour que leur
magnitude soit élevée et justifie d'une politique de prévention
visant la résistance aux oscillations.
On verra que les différents mécanismes tectoniques, les différentes
configurations géophysiques conditionnent les magnitudes et la
périodicité de retour des séismes majeurs (et des autres). Or les arbitrages
des politiques de prévention sont conditionnés par le niveau de " risque ",
lui-même dépendant des " enjeux ", de leur " vulnérabilité " et de " l'aléa ",
or, l'aléa sismique régional, défini comme la probabilité de récurrence d'un
séisme de magnitude M donnée, est la conséquence directe du type
d'activité sismique d'une région.
A ce titre, les études relatives à la " tectonique des plaques " (mouvements
de la surface du globe), en ce qu'elles permettent de prévoir l'ampleur et
la périodicité des séismes d'une région, sont indispensables pour arbitrer
économiquement et humainement les politiques de prévention. Ne pas
demander trop ni trop peu à une société dans sa démarche de protection
des vies humaines et des biens matériels dépend de la précision des
connaissances.
L'architecte et l'ingénieur amenés à exercer en zone sismique et à
contribuer à la mise en place et à l'application de ces politiques de
prévention (ne serait-ce que par sa responsabilité de fait dans la
construction de bâtiments résistants) doivent connaître les mécanismes
généraux de la tectonique des plaques en ce qu'ils conditionnent le niveau
de l'action sismique pris en considération pour chaque région.
21
les grands ateliers
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 arbitrées en fonction du niveau de risque identifié.
Figure 15 - Carte planisphère de sismicité. Une dizaine d'années de séismes moyens à forts sur la
planète
Figure 16 - Carte planisphère de corrélation entre la sismicité terrestre et les limites tectoniques
(Document Université de Laval -Québec)
22
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
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 dépendant de la composition chimique, de la
densité, de la température. Au centre, le noyau, qui représente 17% du
volume terrestre, et qui se divise en noyau interne solide et noyau externe
visqueux; puis le manteau, qui constitue l'essentiel du volume terrestre,
81%, et qui se divise en manteau inférieur solide et manteau supérieur
principalement plastique, mais dont la partie tout à fait supérieure est
solide; et enfin la croûte (ou écorce), qui compte pour moins de 2% en
volume et qui est solide.
Figure 17 - Coupes schématiques sur le globe terrestre (documents Université de Laval, Québec)
La lithosphère, couche solide externe qui comprend une partie du
manteau supérieur et la croûte terrestre, 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 plastique du manteau
supérieur.
La lithosphère se présente comme un ensemble rigide et par conséquent
fragile; la température et la pression, qui augmentent avec la profondeur,
modifient ce comportement, qui devient de plus en plus ductile, c'est-àdire capable de se déformer sans casser. Ce passage du domaine cassant
au domaine ductile marque la limite lithosphère-asthénosphère.
Ces courants de convection dans l'asthénosphère sont générés par la
forte chaleur du noyau.
23
les grands ateliers
On distingue deux types de croûte terrestre:
- la croûte océanique qui est formée de roches basaltiques de
densité 3,2 et qu'on nomme aussi SIMA (silicium-magnésium).
C'est un socle rocheux " éphémère " produit par l'arrivée sur les
dorsales océaniques de magma qui refroidit. Sous l'effet des
déplacements des plaques tectoniques océaniques elle " retourne "
fondre dans l'asthénosphère dont elle est issue (voir comment §
3.5).
- la croûte continentale, qui se situe au niveau des continents. Ce
sont des socles rocheux " originels " formés lors du refroidissement
de la planète. Elle est plus épaisse et de plus faible densité (roches
granitiques à intermédiaires de densité 2,7 à 3). On la nomme
SIAL (silicium-aluminium). C'est un socle rocheux persistant.
La couverture sédimentaire est une mince pellicule de sédiments
produits et redistribués à la surface de la croûte par les divers agents
d'érosion (eau, vent, glace) et qui compte pour très peu en volume.
Figure 18 - Tableau synoptique de la composition du globe terrestre (document Université de Laval Québec)
24
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 19 - Coupe sur le globe terrestre (Document USGS) Indications sur la composition chimique
et les températures des différents niveaux.
3.4. NOTION DE DÉRIVE DES CONTINENTS
La dérive des continents est une théorie proposée au début du siècle par
le physicien-météorologue Alfred Wegener.
Au 17ème siècle des observateurs comme Francis Bacon en 1620, ont été
étonnés par la similitude des tracés des côtes africaines et des côtes sudaméricaines. Quelques tentatives de modèles furent faites. C'est seulement
en 1915 qu'Alfred Wegener développa et argumenta l'idée du
déplacement des continents à la surface de la planète. Sa théorie était
étayée par la coïncidence des contours géologiques de part et d'autre de
l'Atlantique sud, la similitude des séquences de roches et les indicateurs
paléoclimatiques. Mais sa théorie fut d'abord rejetée par la communauté
des géophysiciens.
Dans les années quarante quelques géologues se sont peu à peu ralliés à
l'hypothèse d'un mouvement des continents. Les derniers doutes furent
levés en 1950, par les études sur le paléomagnétisme des fonds
océaniques. Le rôle des dorsales océaniques génératrices de matière sous
l'action des courants de convection dans le manteau fut expliqué, grâce à
l'étude des anomalies magnétiques décelées dans les planchers
océaniques. Ce qui permit de déduire le phénomène de création continue
de fonds océaniques.
25
les grands ateliers
Figure 20 - Dérive des continents, représentation de Antonio Snider-Pellegrini en 1858 (Document
Université de Berkeley - Californie)
Figure 21 - Alfred lothar
WEGENER " Inventeur " de la
théorie de la dérive des
continents (Document Alfred
Wegener Institute for Polar and
Marine Research ; Bremerhaven,
Allemagne)
Figure 22 - 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 dont il a reconstitué un modèle.
La tectonique des plaques aurait débuté vers - 900 millions d'années. A
cette époque, les premiers boucliers continentaux remontés par
convection de matériaux profonds du manteau étaient déjà présents. Ces
premiers continents se déplaçaient déjà sous l'effet des courants de
convection. 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.
La dynamique tectonique a abouti à l'aspect actuel de la planète.
26
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 23 - 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.
Figure 24 - Corrélation des fossiles retrouvés sur les différents continents issus de la dislocation de
la Pangée (Document USGS) On retrouve sur les continents actuels, une correspondance entre les
fossiles de plantes et d'animaux terrestres datant de 240 à 260 Ma. Avant la séparation de la Pangée.
27
les grands ateliers
Figure 25 - Les traces d'anciennes glaciations. (Document Université de Laval -Québec)
On observe, sur certaines portions des continents actuels, des marques de glaciation datant d'il y a 250
millions d'années, indiquant que ces portions de continents ont été recouvertes par une calotte
glaciaire.
Figure 26 - Glaciation sur la Pangée (Document Université de Laval -Québec) La reconstitution sur
la Pangée des marques de glaciation montre que le pôle Sud était recouvert d'une calotte glaciaire et
que l'écoulement de la glace se faisait en périphérie de la calotte.
LA CORRESPONDANCE DES STRUCTURES GÉOLOGIQUES.
On observe évidemment aussi une concordance entre les structures
géologiques des continents anciennement réunis.
LES CONTINENTS FLOTTENT SUR L'ASTHÉNOSPHÈRE
La croûte continentale est plus épaisse sous les chaînes de montagnes que
sous les plaines, cette situation répond au principe de l'isostasie qui veut
qu'il y ait un équilibre entre les divers compartiments de l'écorce terrestre,
en liaison avec les différences de densité.
Les croûtes océaniques, plus denses sont moins épaisses et sont " recyclées
" à terme dans l'asthénosphère (voir §3.52).
Alors que les continents, moins denses que l'asthénosphère, "flottent" à sa
surface et peuvent dériver les uns par rapport aux autres.
28
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 27 - Dérive des continents depuis 225 millions d'années (Document Université de Laval Québec)
3.5. TECTONIQUE DES PLAQUES ET SISMICITÉ
ASSOCIÉE AUX DIFFÉRENTS TYPES DE 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, ce qui facilite leur étude et la mise en place
de politiques de prévention pour les régions très exposées.
La tectonique est la partie de la géologie qui étudie la nature et les causes
des déformations des ensembles rocheux, plus spécifiquement à grande
échelle de la lithosphère terrestre. Une plaque est un volume rigide, peu
épais par rapport à sa surface.
1° approche caractéristique : selon la profondeur de la source
On peut en première approche classer les séismes selon la profondeur de
leur source, qui peut dépendre du type de frontière (voir explication des
phénomènes plus loin).
-les séismes superficiels qui se produisent en faible profondeur,
soit dans les premières dizaines de kilomètres, se retrouvent
autant aux frontières divergentes qu'aux frontières convergentes;
29
les grands ateliers
- les séismes intermédiaires qui se produisent entre quelques
dizaines et une centaine de kilomètres de profondeur se
concentrent uniquement au voisinage des limites convergentes;
- les séismes profonds qui se produisent à des profondeurs
pouvant atteindre plusieurs centaines de kilomètres par rupture
sous l'effet de la pesanteur des plaques " plongeant " vers la base
de l'asthénosphère. Ces séismes se trouvent exclusivement sur les
limites convergentes. Très amortis, ils ne provoquent pas de
désordres sur les constructions et communément, en matière de
définition de l'aléa sismique régional on appelle " séismes profond
" les séismes intermédiaires.
PLAQUES TECTONIQUES
Figure 28 - 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.
La tectonique des plaques est donc une théorie scientifique qui explique
que les déformations de la lithosphère sont les conséquences des forces
internes de la terre et que ces déformations se traduisent par le découpage
de la lithosphère en un certain nombre de plaques rigides (13) qui bougent
les unes par rapport aux autres en " glissant " sur l'asthénosphère.
2° approche caractéristique : le type de frontière entre les plaques
tectoniques
Une deuxième approche pour classer les séismes consiste à comprendre
leurs mécanismes, et le domaine tectonique qui leur est associé. 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 :
30
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
- les zones d'expansion océanique, dans lesquelles naît de la
croûte océanique,
- les zones de subduction, dans lesquelles disparaît du matériel
crustal,
- les zones transformantes, le long desquelles coulissent des
plaques ou des fragments de plaques sans création ni résorption
de croûte.
Figure 29 - Types de frontières entre plaques (Document Université de laval - Québec)
Les mouvements relatifs entre les plaques définissent trois types de frontières entre elles:
1) les frontières divergentes, là où les plaques s'éloignent l'une de l'autre et où il y a
production de nouvelle croûte océanique; ici, entre les plaques A et B, et D et E;
2) les frontières convergentes, là où deux plaques entrent en collision, conséquence de la
divergence; ici, entre les plaques B et C, et D et C;
3) les frontières transformantes, lorsque deux plaques glissent latéralement l'une contre
l'autre, le long de failles; ce type de limites permet d'accommoder des différences de
vitesses dans le déplacement de plaques les unes par rapport aux autres, comme ici entre
A et E, et entre B et D, ou même des inversions du sens du déplacement, comme ici entre
les plaques B et E.
La terre est une structure dont tous les éléments forment un
grand système mu par la thermodynamique.
31
les grands ateliers
Figure 30 - Coupe schématique sur la lithosphère et l'asthénosphère montrant plusieurs types de
frontières possibles entre les plaques (Document Université de Laval - Québec)
Il existe des grandes cellules de convection dans le manteau qui sont le résultat du flux de chaleur qui
va du centre vers l'extérieur de la terre, un flux de chaleur dû à la décomposition des éléments
radioactifs contenus dans les minéraux constitutifs de la terre. Ces cellules concentrent de la chaleur
dans leur partie ascendante, ce qui cause une fusion partielle du manteau supérieur et une expansion
des matériaux. C'est cette expansion qui produit une dorsale médio-océanique (Voir § 3.51).
Les mouvements de l'asthénosphère sous la lithosphère rigide entraînent cette dernière; ils provoquent
des tensions au niveau de la dorsale, causant la divergence et le magmatisme associé. Ainsi, il y a
formation continuelle de nouvelle lithosphère océanique au niveau de la dorsale et élargissement
progressif de l'océan. En contrepartie, puisque le globe terrestre n'est pas en expansion, il faut détruire
de la lithosphère, ce qui se fait par enfoncement de lithosphère océanique dans les zones de subduction
qui correspondent aux fosses océaniques profondes (Voir 3.521). Les dorsales sont recoupées par des
failles dites transformantes pour accommoder des différences de vitesses de divergence (Voir 3.53).
Les vitesses de divergence et de convergence ne sont pas identiques
partout. La divergence varie de 1,8 à 4,1 cm/an dans l'Atlantique et de 7,7
à plus de 18 cm/an dans le Pacifique. La convergence se fait à raison de
3,7 à 5,5 cm/an dans le Pacifique. Le déplacement transformant de la faille
de San Andreas est de l'ordre de 5,5 cm/an.
3.5.1. LIMITES DIVERGENTES
Le phénomène de divergence commence sur un continent par la formation
d'un fossé étroit ou rift accompagné d'un volcanisme basaltique. Le rift
s'élargit et s'approfondit. Il finit par être envahi par la mer. Le rift central
devient alors une dorsale médio-océanique, dont l'activité agrandit
progressivement la taille de l'océan.
Les schémas suivants illustrent le processus de création d'un rift
continental et son évolution vers une dorsale océanique sous
l'action du mouvement divergeant en partie supérieure des
cellules de convection de l'asthénosphère.
32
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 31 - Phase 1. (Document Université de Laval - Québec)
Lorsqu'une zone de convection se crée dans l'asthénosphère, l'accumulation de chaleur sous une plaque
continentale cause une dilatation de la matière qui conduit à un bombement de la lithosphère. Il
s'ensuit des forces de tension qui fracturent la lithosphère et amorcent le mouvement de divergence.
Le magma viendra s'infiltrer dans les fissures, ce qui causera par endroits du volcanisme continental;
les laves formeront des volcans ou s'écouleront le long des fissures. Un exemple de ce premier stade
précurseur de la formation d'un océan est la vallée du Rio Grande aux USA.
Figure 32 - Phase 2. (Document Université de Laval - Québec)
La poursuite des tensions produit un étirement de la lithosphère; il y aura alors effondrement en
escalier, ce qui produit une vallée appelée un rift continental. Il y aura des volcans et des épanchements
de laves le long des fractures. Le Grand Rift africain en Afrique orientale en est un exemple.
33
les grands ateliers
Figure 33 - Phase 3. (Document Université de Laval - Québec)
Avec la poursuite de l'étirement, le rift s'enfonce sous le niveau de la mer et les eaux marines
envahissent la vallée. Deux morceaux de lithosphère continentale se séparent et s'éloignent
progressivement l'un de l'autre. Le volcanisme sous-marin forme un premier plancher océanique
basaltique (croûte océanique) de part et d'autre d'une dorsale embryonnaire; c'est le stade de mer
linéaire, comme par exemple la Mer Rouge.
Figure 34 - Phase 4. (Document Université de Laval - Québec)
L'élargissement de la mer linéaire par l'étalement des fonds océaniques conduit à la formation d'un
océan de type Atlantique, avec sa dorsale bien individualisée, ses plaines abyssales et ses plateaux
continentaux correspondant à la marge de la croûte continentale.
N-B : Les dorsales océaniques constituent des zones importantes de
dissipation de la chaleur interne de la Terre.
34
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 35 - Coupe schématique du cycle des fonds océaniques (Document Université de Laval Québec) La convection dans l'asthénosphère provoque des concentrations de chaleur en certaines
zones où le matériel chauffé se dilate, ce qui explique le soulèvement correspondant à la dorsale
océanique. La convection produit, dans la lithosphère, des forces de tension qui font que deux plaques
divergent; elle est le moteur du " tapis roulant ", entraînant la lithosphère océanique de part et d'autre
de la dorsale. Entre les deux plaques divergentes, la venue de magma crée de la nouvelle croûte
océanique.
Figure 36 - Coupe schématique de détail d'une dorsale (Document Université de Laval - Québec)
L'étalement des fonds océaniques crée dans la zone de dorsale, des tensions qui se traduisent par des
failles d'effondrement et des fractures ouvertes, ce qui forme au milieu de la dorsale, un fossé
d'effondrement qu'on appelle un rift océanique. Le magma produit par la fusion partielle du manteau
s'introduit dans les failles et les fractures du rift. Une partie de ce magma cristallise dans la lithosphère,
alors qu'une autre est expulsée sur le fond océanique sous forme de lave et forme des volcans sousmarins. C'est ce magma cristallisé qui forme de la nouvelle croûte océanique à mesure de l'étalement
des fonds
C'est donc ainsi que se crée perpétuellement de la nouvelle lithosphère
océanique aux niveau des frontières divergentes, c'est-à-dire sur les
dorsales médio-océaniques. Ce processus explique comment se sont
formés les océans entre les continents.
Sur les zones de divergence des plaques océaniques, la lithosphère
océanique dépasse rarement 10-15 km d'épaisseur, les séismes sont donc
tous superficiels sur ces zones.
35
les grands ateliers
N-B : L'iconographie de la tectonique des plaques représente les dorsales
comme des " droites " sur un plan. En fait, la terre étant une sphère, le
parcours de la dorsale est " linéaire " sur la surface de cette sphère. On
représente aussi les cellules de convection en deux dimensions; il faut faire
un effort d'abstraction pour se les représenter en trois dimensions, à
l'intérieur de la sphère.
Inversion des champs magnétiques et datation du fond des
océans.
Les plaques océaniques divergent de part et d'autre de la dorsale
océanique. Ce phénomène est compensé par des apports de magma
basaltique qui se solidifie en forme de " coussins ". Ainsi la dorsale
océanique est le lieu de création de la croûte océanique. En se
refroidissant, les laves " fixent " l'orientation du champ magnétique du
moment1 .
Figure 37 - Faille de Pingvellir
en Islande, terres émergées sur
la dorsale Atlantique (Document
Yann Arthus-Bertrand)
On peut voir les déformations
superficielles dues au régime en
expansion de la zone.
Figure 38 - Cartographie
topographique de la dorsale
médio-océanique Atlantique
(Document USGS)
1 Le pôle magnétique de la planète est
périodiquement inversé (sur de longues
périodes). Il l'est pas toujours au nord. L'étude
des champs magnétiques des fonds océaniques
(qui sont liés à la période à laquelle le magma a
été émis et solidifié) a permis d'établir que le
champ magnétique terrestre avait subi des
inversions périodiques et de déterminer ces
périodes en fonction de la vitesse de
divergence.
36
Figure 39 - Datation des fonds océaniques par les inversions de polarité magnétique. (Document
USGS)
Les fonds marins ont la polarité magnétique qui correspond à celle des
pôles au moment où ils ont été créés par refroidissement du magma
sortant sur la dorsale. Les relevés de polarité des fonds sous-marins (que
l'on peut dater), permettent de situer les époques d'inversion de la polarité
du globe, donc de définir leur vitesse de progression. La vitesse
d'expansion des fonds océaniques varie de 1 à 2 cm par an pour les
dorsales lentes, et atteint jusqu'à 10 cm et plus pour les dorsales rapides.
Les dorsales lentes, telle la dorsale médio-atlantique, présentent dans leur
partie médiane, un rift, fossé profond de 2 000 m et large de 20 à 30 km,
alors que les dorsales rapides, comme la dorsale Est-Pacifique, en sont
dépourvues et ne présentent qu'un relief modéré. les chambres
magmatiques n'y sont qu'à quelques kilomètres de profondeur.
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
L'étude de ces champs magnétiques a mis en évidence la symétrie des
fonds, d'autant plus anciens qu'éloignés de la dorsale. Les fonds
océaniques les plus âgés avaient été formés pendant le jurassique ce qui
indique qu'ils " disparaissent " puisqu'il n'y a pas de croûte océanique aussi
âgée que les croûtes continentales. On observe cette " disparition " sur les
limites convergentes en subduction.
3.5.2. LIMITES CONVERGENTES
Aujourd'hui les géophysiciens sont d'accord pour dire que la terre n'est pas
en expansion. Si la surface de la terre est un espace fini, le fait qu'il y ait
création de matière aux frontières divergentes implique que de la
lithosphère est détruite ailleurs pour maintenir constante la surface
terrestre. Cette destruction se fait sur certaines frontières convergentes. La
destruction de plaque se fait par l'enfoncement dans l'asthénosphère d'une
plaque sous une autre plaque et par la fusion progressive de la portion de
plaque plongeant dans l'asthénosphère : le phénomène de subduction.
Les manifestations de cette convergence diffèrent selon la nature des
plaques (océaniques ou continentales) qui entrent en collision.
Lorsque le mouvement de convergence fait " s'affronter " deux continents,
donc deux plaques " légères ", le mécanisme de subduction d'une plaque
plus dense que l'autre ne peut s'amorcer " aisément ". On assiste à un
phénomène de surrection des continents : formation et croissance de
chaînes de montagnes.
3.5.2.1. SUBDUCTION DES PLAQUES OCÉANIQUES
Un premier type de collision résulte de la convergence entre deux
plaques océaniques. Dans ce genre de collision, une des deux plaques (la
plus dense, généralement la plus vieille) s'enfonce sous l'autre : c'est le
phénomène de subduction (littéralement: conduire en-dessous).
La ligne d'émergence du plan de subduction correspond à une fosse
océanique. L'inclinaison des plans de subduction varie de 20 à 45°. Sur la
bordure de la plaque chevauchante, s'accumulent des écailles tectoniques
constituées par les sédiments qui sont refoulés. Cet empilement constitue
le prisme d'accrétion tectonique. La plaque chevauchante peut être une
plaque continentale (voir plus loin) ou, parfois, une autre plaque
océanique. On y observe alors un archipel d'îles volcaniques séparé du
continent par un bassin marginal (Japon, Antilles).
37
les grands ateliers
Figure 40 - Subduction entre plaques océaniques (Document Université de Laval - Québec)
L'asthénosphère "digère" peu à peu la plaque lithosphérique subductée. Vers 100-150km de
profondeur les conditions (pression-température) provoquent la fusion partielle de cette plaque. Le
magma résultant (visqueux), moins dense que le milieu ambiant, monte vers la surface. Une grande
partie de ce magma reste emprisonnée dans la lithosphère, mais une partie est expulsée à la surface,
produisant des volcans sous la forme d'une série d'îles volcaniques (arc insulaire volcanique) sur le
plancher océanique. De bons exemples de cette situation se retrouvent dans le Pacifique-Ouest, avec
les grandes fosses des Mariannes, de Tonga, des Kouriles et des Aléoutiennes, chacune possédant leur
arc insulaire volcanique, ainsi que la fosse de Puerto Rico ayant donné naissance à l'arc des Antilles
bordant la mer des Caraïbes Atlantique.
LA ZONE DE SUBDUCTION DE L'ATLANTIQUE SOUS LA CARAÏBE
100
Arc insulaire
Zone de
concentration
des foyers
peu profonds
0
Prisme d'accretion
B
A
PLAQUE CARAIBE
fosse océanique
Coupe n°11
Martinique
C
PLAQUE AMERIQUE
D
Zone de
concentration
des foyers
profonds
100
200 km
Profondeur (en km)
0
0
-40
Séisme du 8/06/1999
-80
E
-120
200
A : Sources intraplaques caraïbe en faille normale
-160
B : Sources intraplaques caraïbe intermédiaire
C : Sources interplaques, plan de subduction
D, E : Sources intraplaques Amérique subductée
300
-200
-58.80°;15.26°
-61.43°;14.63°
0
40
80
120
160
200
240
280
profondeur
(km)
Figure 41 - 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 (les surfaces de ruptures les plus importantes). En A et B les séismes générés par les
contraintes en bordure de la plaque Caraïbe, de magnitudes possibles moins élevées (dimensions des failles moins importantes), mais pouvant être (zone A)
très proches des constructions et in fine aussi violents (mais aux effets plus localisés) 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).
A droite une coupe sur les épicentres localisés : on reconnaît les différents domaines auxquels s'ajoutent les séismes dus aux contraintes sur la plaque Amérique
(zone de croûte océanique de l'Atlantique) à proximité du plan de subduction.
38
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Un second type de collision avec subduction est le résultat de la
convergence entre une plaque océanique et une plaque continentale. Dans
ce type de collision, la plaque océanique plus dense s'enfonce sous la
plaque continentale.
Figure 42 - Subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale (Document Université
de Laval - Québec)
Les basaltes de la plaque océanique et les sédiments du plancher océanique s'enfoncent dans du
matériel de plus en plus dense. Rendue à une profondeur excédant les 100 km, la plaque est
partiellement fondue. Comme dans le cas précédent, la plus grande partie du magma restera
emprisonnée dans la lithosphère (ici continentale); le magma qui aura réussi à se frayer un chemin
jusqu'à la surface formera une chaîne de volcans sur les continents (arc volcanique continental). De
bons exemples de cette situation se retrouvent à la marge du Pacifique-Est, comme les volcans de la
Chaîne des Cascades (Cascade Range) aux USA (incluant le Mont St. Helens) résultat de la subduction
dans la fosse de Juan de Fuca et ceux de la Cordillères des Andes en Amérique du Sud reliés à la fosse
du Pérou-Chili. Dans une phase avancée de la collision, le matériel sédimentaire qui se trouve sur les
fonds océaniques et qui est transporté par le tapis roulant vient se concentrer au niveau de la zone de
subduction pour former un prisme d'accrétion.
Cas particulier de l'obduction
L'obduction est le chevauchement de la croûte continentale par de
la croûte océanique. Elle peut être la conséquence d'une évolution
particulière: transformation d'une dorsale océanique en zone de
convergence (subduction), résorption du domaine océanique,
l'affrontement du continent et de la zone de subduction provoquant
l'expulsion du fond océanique sur le continent (c'est le cas de la NouvelleCalédonie).
Ce phénomène suscite un grand intérêt chez les géologues. En effet, il
permet d'observer aisément en trois dimensions un fragment de croûte
océanique. Dans le Sultanat d'Oman on trouve une zone d'obduction d'une
étendue longue de 500 km et large de 100 km.
39
les grands ateliers
3.5.2.2. SURRECTION DES PLAQUES CONTINENTALES
Un troisième type de collision implique la convergence de deux plaques
continentales, elle s'accompagne de leur surrection. Les illustrations
suivantes décrivent le phénomène.
Figure 43 - Phase 1 (Document Université de Laval)
L'espace océanique se refermant au fur et à mesure du rapprochement des deux plaques continentales,
le matériel sédimentaire du plancher océanique, plus abondant près des continents, et celui du prisme
d'accrétion se concentrent de plus en plus; le prisme croît.
Lorsque les deux plaques entrent en collision, le mécanisme se coince: le
moteur du déplacement (la convection dans le manteau supérieur) n'est
pas assez fort pour enfoncer une des deux plaques dans l'asthénosphère à
cause de la trop faible densité de la lithosphère continentale par rapport à
celle de l'asthénosphère. Tout le matériel sédimentaire est comprimé et se
soulève pour former une chaîne de montagnes où les roches sont plissées
et faillées. Des lambeaux de la croûte océanique peuvent même être
coincés dans des failles. Les deux plaques continentales se soudent pour
n'en former qu'une seule qui s'épaissit en altitude et en profondeur.
40
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 44 - Phase 2 (Document Université de Laval - Québec)
Toute les grandes chaînes de montagnes plissées ont été formées par ce mécanisme. Un bon exemple
récent de cette situation, c'est la soudure de l'Inde au continent asiatique, il y a à peine quelques millions
d'années, avec la formation de l'Himalaya.
SURRECTION DE L'HIMALAYA
Figures 45 - (Documents USGS - Photographie Gimmy Park Li.)
Les coupes ci-dessus représentent de déplacement d'un point théorique pendant la surrection du
massif himalayen. La carte montre la progression de la plaque indienne au cours des 70 millions
d'années passés.
41
les grands ateliers
3.5.3. LIMITES TRANSFORMANTES
Les frontières transformantes correspondent à de grandes fractures qui
affectent toute l'épaisseur de la lithosphère; on utilise plus souvent le
terme de failles transformantes.
Ces failles permettent d'accommoder des différences dans les
vitesses de déplacement ou même des mouvements opposés
entre les plaques, ou de faire le relais entre des limites divergentes
et convergentes (ces failles transforment le mouvement entre divergence
et convergence, d'où leur nom de failles transformantes).
Elles se trouvent le plus souvent, mais pas exclusivement, dans la
lithosphère océanique où elles compensent les différences de vitesses
d'expansion sur les dorsales. Dans ce cas elle sont sensiblement
perpendiculaires à celles-ci.
La faille de San Andreas en Californie est un autre bon exemple de limite
transformante: elle assure le relais du mouvement entre la limite
divergente de la dorsale du Pacifique-Est, la limite convergente des plaques
Juan de Fuca-Amérique du Nord et la limite divergente de la dorsale de
Juan de Fuca.
Figures 46 - Faille de San Andreas (Documents USGS)
La faille de San Andreas concerne à la fois la lithosphère océanique et la lithosphère continentale. Elle
constitue la limite entre trois plaques: plaque de Juan de Fuca, plaque de l'Amérique du Nord et plaque
du Pacifique. Elle est très étudiée car elle concerne des millions de personnes. Au rythme actuel du
déplacement (~ 5,5 cm/an), la ville de Los Angeles sera au droit de San Francisco dans 10 Ma.
La route qui traverse la faille donne l'échelle des reliefs associés au travail de ce décrochement sur les
roches.
42
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
3.5.4. CAS DES SÉISMES INTRAPLAQUES
Même si la grande majorité des séismes se situe aux frontières de plaques,
il existe une activité sismique intraplaque, c'est à dire à l'intérieur même des
plaques lithosphériques, loin des zones de contraintes identifiables à
proximité de leurs frontières. Les séismes intraplaques continentaux sont
plus difficile à expliquer, mais surtout à " prévoir " et localiser.
Malheureusement ces séismes peuvent être très violents.
N-B : Les sismologues appellent " séismes intraplaques " les séismes proches
d'une frontière tectonique comme un plan de subduction, mais hors de ce
plan. En termes de politique de prévention on dénomme plutôt ainsi les
séismes éloignés des frontières tectoniques.
3.6. DE LA MODÉLISATION DES DÉPLACEMENTS
RELATIFS DES PLAQUES TECTONIQUES À LA
DÉFINITION DES DOMAINES TECTONIQUES
Figure 47 - Représentation schématique des mouvements tectoniques à la surface de la planète
(Document X)
La modélisation de l'activité tectonique de la planète a permis de mieux
caractériser l'activité sismique de chaque région. Cependant, le régime
global associé à chaque limite (convergeant, expansif ou transformant) ne
signifie pas que tous les domaines sismotectoniques de la zone ont des
mécanismes directement représentatifs de ces déplacements. Ainsi on a
des domaines de failles normales (expansion) à proximité des plans de
subduction (convergence) en raison de l'interaction entre les plaques et des
modes de déformation locale. La cartographie des différents domaines
tectoniques, comme ci-dessous en Italie permet de définir l'aléa sismique
régional (voir § 6 et 7).
43
les grands ateliers
Figure 48 - Carte des domaines sismotectoniques de l'Italie (Document GNDT)
Chaque domaine dont l'activité est étudiée pour établir le zonage sismique réglementaire de l'Italie est
repéré par un numéro. Chaque domaine correspond à un mécanisme et une activité distincte du
domaine voisin. L'ensemble de ces domaines suit bien les frontières tectoniques qui bordent
l'Adriatique et sont à l'origine du plissement de l'Arc Alpin.
La sismicité associée à chaque domaine permet de définir l'aléa régional déterministe ou probabiliste,
et d'arbitrer le niveau de l'action sismique pour les ouvrages à risque normal par une carte de zonage
réglementaire
.
44
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
4. LA SECOUSSE SISMIQUE,
CARACTÉRISATION DES ONDES
SISMIQUES
4.1. LES TYPES D'ONDES
Libérées par la rupture sur la faille, des ondes élastiques 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 modes de propagation permet de comprendre leur
action sur une structure donnée en fonction du site géologique et
de sa distance au foyer.
4.1.1. LES ONDES DE VOLUME
Elles se propagent dans la masse terrestre depuis la source, elles sont
réfléchies et/ou réfractées par les limites de couches de sol de densités
différentes et par la surface (Voir § 5.4). Ce sont les ondes de volume qui
provoquent les déformations des constructions courantes sous l'effet des
forces d'inertie (leurs fréquences d'oscillation sont proches de celles des
constructions qu'elles peuvent mettre en résonance).
- Les ondes P (Primaires) qui progressent en animant les sols
traversés en compression/dilatation comme les spires d'un ressort.
Les ondes P sont des ondes de compression assimilables aux ondes
sonores et qui se propagent dans tous les états de la matière (gazeux,
liquide et solide). Les ondes P se déplacent en créant successivement des
zones de compression et des zones de dilatation. Les particules se
déplacent localement selon un mouvement " avant-arrière " dans la
direction de la propagation de l'onde (Voir figure 49).
o Vitesse : de l'ordre de 4 à 6 km/s (beaucoup moins selon la nature des roches
tendres et des sols plus ou moins raides traversés près de la surface). Plus
rapides que les ondes S, ce sont les premières enregistrées par les appareils,
d'où leur dénomination.
o Périodes: de l'ordre de la seconde (de la fraction de seconde à quelques
secondes)
o Longueur d'onde: de l'ordre de 4 à 6 km
- Les ondes S (Secondaires) qui progressent en cisaillant le sol
perpendiculairement à leur sens de cheminement
Les ondes S sont des ondes de cisaillement qui ne se propagent que dans
les solides. Les particules oscillent localement dans un plan perpendiculaire
à la direction de propagation de l'onde (Voir figure 49).
45
les grands ateliers
o Vitesse : 60% de celle des ondes P
o Périodes: de l'ordre de la seconde (de la fraction de seconde à quelques
secondes)
o Longueur d'onde: de l'ordre de 4 à 6 km
N-B : La vitesse de propagation des ondes sismiques est proportionnelle à
la densité du matériel dans lequel elles se propagent.
Figure 49 - 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 Love et de Rayleigh ont un
contenu fréquentiel qui concerne certaines structures, mais leur influence
sur les constructions courantes est négligeable :
o Vitesse : de l'ordre de 1 à 2 km/s
o Périodes: de l'ordre de 20 s
o Longueur d'onde: de l'ordre de 20 à 40 km
Les ondes de Love ou ondes L sont des ondes de cisaillement, comme
les ondes S, mais qui oscillent dans un plan horizontal. Elles impriment au
sol un mouvement de vibration latéral.
Les ondes de Rayleigh ou ondes R sont assimilables à une vague; les
particules du sol se déplacent selon une ellipse rétrograde, créant une
véritable vague qui affecte le sol lors des grands tremblements de terre.
46
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 50 - Représentation schématique du mouvement des ondes L et R (Document X)
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 du sol. Des
caractéristiques du mouvement ondulatoire dépend l'action possible des
ondes sismiques sur les constructions.
La fréquence (F, en Hz) est l'inverse de la période (T, en s).
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 est fondamentale pour la compréhension du
comportement dynamique des structures.
L'amplitude du mouvement ondulatoire est d'autant plus importante que
celui-ci est énergétique.
47
les grands ateliers
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, dépendant 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 un phénomène de résonance qui
peut 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 8.2), 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 de la possible 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.
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.
48
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 51 - Principes schématiques des enregistrements dans les plans horizontaux et vertical 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 52 - Exemple d'accélérogramme (en cm/s2)
En abscisse, le temps en secondes, et en ordonnée, les accélérations en cm/s2. Sur cet enregistrement
une accélération maximale du sol (ou pic) de 4,6 m/s2 ((0,46g) est repérée à t = 6 secondes.
49
les grands ateliers
Vitesse (exprimée en m/s)
On mesure les vitesses du sol dans les trois directions en fonction du
temps. La vitesse " en réponse " au séisme est un paramètre du
comportement dynamique des structures.
La vitesse à laquelle se font les déformations dans une structure
conditionne l'amortissement de l'énergie dynamique sous forme
de chaleur (Forces amorties = Coefficient(s) propre(s) au(x)
matériau(x) x Vitesse(s) ). Cette dissipation de l'énergie dynamique
réduit le niveau de contraintes dans la structure, donc ses déformations
(voir ci-dessous). Ainsi, pour les matériaux à coefficient d'amortissement
non négligeable, l'équation du séisme en fonction du temps introduit le
paramètre de la vitesse.
Figure 53 - Exemple de vélocigramme vertical
En abscisse le temps en secondes, en ordonnée la vitesse en m/s.
Déplacement (exprimé en m)
On mesure les déplacements du sol dans les trois directions en fonction du
temps. Une structure flexible peut subir des niveaux d'accélérations et des
forces d'inertie acceptables au regard de son dimensionnement, mais ses
déformations peuvent être trop importantes à différents égards (pérennité
de la structure, compatibilité avec les éléments secondaires et
équipements.
Les déplacements (déformations de la structure " en réponse " au
séisme) éventuellement importants sur les structures flexibles
doivent être évalués et équilibrés par les forces de rappel (Forces
de rappel = coefficient(s) de raideur de la structure x
déplacement). Il faut raidir (ou amortir, voir ci-dessus) les structures dont
la flexibilité provoquerait des déformations inacceptables.
50
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 54 - Sismogramme Est-Ouest du séisme ligure de 1887.
Les premiers sismomètres enregistraient des déplacements. Les oscillations mécaniques du bras autour
d'un axe vertical donnaient une "ordonnée courbe". Visiblement l'appareil s'est déréglé vers l'Est
pendant le séisme.
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 (ou des)
" période(s) propre(s) 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 ".2
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)
Ainsi, chaque site, caractérisé par ses données physiques (matériaux,
géométrie des accidents topographiques et/ou géométrie des couches de
sol meuble sur le substratum), est 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 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
2 Un système simple ou oscillateur simple a
une seule période d'oscillation. Un système
plus complexe comme un bâtiment a une
période fondamentale qui correspond à une
déformation globale régulière, mais aussi pour
chaque autre mode de déformation une
période propre caractéristique (plus courte que
le période fondamentale).
51
les grands ateliers
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.
On doit donc distinguer (voir ci-après):
- Le spectre de réponse d'un site à un séisme donné,
- Le spectre de réponse d'un site aux différents séismes régionaux
possibles
- Le spectre de réponse réglementaire associé à une famille de sites
comparables.
Spectre de réponse des structures pour un site donné et un séisme
donné
Le " spectre de réponse " des structures en fonction de leur période(s)
propre(s) sur un site pour un séisme identifie les périodes du signal de ce
séisme que ce site a amplifié (ou atténué) parmi celles qui sont parvenues
au sol rocheux sous-jacent (mouvement de référence), et ainsi celles qui
ont pu " exciter " les structures de période(s) propre(s) concordante(s) qui
y sont implantées.
Le " spectre de réponse " des structures, se présente sous la forme d'un "
graphique " sur lequel on va lire le " coefficient " d'amplification (par
mise en résonance) ou de dé-amplification (par non concordance des
périodes sol-bâtiment) des paramètres du mouvement sismique
(déplacement, vitesse, accélération), mesurés au sol, par les différentes
structures. Ainsi, on lira sur le spectre de réponse, la réponse de la
structure au signal du site en fonction de sa " période propre d'oscillation
" et de son taux d'amortissement.
Le spectre de réponse est établi par analyse du contenu
fréquentiel du signal enregistré sur le site. Il est une
représentation non temporelle, mais fréquentielle du séisme.
Exemples de spectres de réponse pour un site et un séisme donné.
52
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 55 - Spectres de réponse en accélération, vitesse et déplacement d'un site donné pour le séisme
de Ceyhan-Misis. Quatre " courbes " pour chaque paramètre, correspondant à quatre taux
d'amortissement du mouvement par la structure différents (Turquie, 1998)
On repère sur l'abcisse la période propre d'oscillations libres de l'oscillateur étudié (structure s'il s'agit
de constructions) et on lit en ordonnée le niveau de réponse de cet oscillateur. Dans le cas présent, les
structures de période propre 0,7 seconde ont amplifié fortement les accélérations reçues, les structures
de période propre inférieure à 0,3 seconde et supérieure à une seconde ont eu des niveaux
d'accélération faibles, ce qui a été constaté sur le terrain par les différents niveaux de désordres sur les
différents types de structures selon leurs périodes propres. Les structures de période 1,2 seconde ont
eu des réponses en déplacement élevées, ce qui peut expliquer la dislocation de minarets de pierre qui
n'ont pas supporté les déformations qu'ils subissaient.
- Pour un même séisme, on constatera des amplifications
importantes des oscillations de périodes courtes sur les sites
rocheux, et de périodes longues sur les sols meubles de grande
épaisseur.
- Pour un même site, les amplifications concerneront les périodes
plus longues, mais à des niveaux plus faibles pour les séismes
lointains que pour les séismes proches (les fréquences élevées sont
plus amorties avec la distance).
Exemple de spectre de réponse pour un site donné et différentes
sources sismiques
En termes de prévention, la connaissance du spectre de réponse d'un site
pour un seul séisme n'est pas suffisante. En effet, les domaines fréquentiels
des signaux parvenant d'une source proche ou lointaine ne sont pas les
mêmes, on produira donc des spectres qui tiennent compte des différents
signaux pouvant arriver sur le site.
53
les grands ateliers
Le spectre de réponse des sites est un des outils issus des
recherches en sismologie sans lesquels on ne peut pas faire de
construction parasismique " démocratique ". Il permet de calculer
avec des méthodes assez simples l'action d'un séisme sur les
constructions courantes (domaine élastique) avec une bonne
fiabilité (spectre propre au site) ou une assez bonne fiabilité pour
les sols assez raides (spectre standard de la réglementation, voir
plus loin).
Figure 56 - Exemples de spectres enveloppes lissés pour un site (à El Centro, USA)
A partir des spectres de réponse sur un site pour plusieurs séismes de sources différentes (signaux
différents) on détermine des spectres de calcul qui " enveloppent ", en les lissant, les différents pics des
spectres réels. On peut alors les utiliser pour le calcul des structures en lisant sur l'ordonnée un niveau
d'amplification qui est peut être surestimé, mais en principe pas trop sous-estimé.
Le spectre en accélération est d'abord " calé ", pour une période de 0 seconde (structure infiniment
rigide se déplaçant avec le sol sans se déformer), au niveau d'accélération du sol vraisemblable sur le
site (Issu des études d'aléa régional, voir § 7). Sur l'exemple ci-dessus il est calé à 3 m/s2. La réponse
des structures qui s'y trouvent (définies par leur période propre) correspond au niveau d'amplification
de cette accélération " régionale " par la structure. C'est celle que l'on lira sur le spectre. Sur l'exemple
ci-dessus ; une structure de période = 0,4s ayant un taux d'amortissement de 2%, sera calculée pour
une accélération en réponse de 7 m/s2.
Exemple de spectres de réponse réglementaires
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 l'enveloppe des 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.
54
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
En France, les règles PS-92 (qui concernent tous les bâtiments courants
situés en zone sismique) classent les sites selon quatre types S0, S1, S2 et
S3 (du plus raide -rocher ou assimilé- au plus meuble) qui sont censés
représenter tous les cas de figures.
Les méthodes de calcul des " ouvrages à risque normal " concernés par les
règles PS-92, calcul modal spectral, utilisent 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 dans les structures bien supérieurs à ceux donnés par le spectre de
site S3, 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. Il est néanmoins
souhaitable de procéder à des vérifications supplémentaires en cas de
grandes épaisseurs de sol meuble (vallées alluvionnaires, mangroves…)
Figure 57 - Exemple de spectre réglementaire en accélération (Règles PS-92)
On constate, ce qui est logique, que le spectre S3 (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 seront mises en résonance.
Que faire face aux marges d'erreurs des spectres réglementaires?
La conception parasismique en amont du calcul réglementaire de l'action
sismique (qui utilise des données éventuellement sur ou sous-évaluées), a
pour objet de réduire les effets des erreurs sur les hypothèses de calcul en
maîtrisant le comportement du bâtiment en cours d'endommagement afin
de lui éviter la ruine en cas de sous-évaluation, et en lui donnant une
période propre la plus éloignée possible des domaines fréquentiels
suspectés pour le site à partir de l'interprétation des sondages (Voir §
8.23).
55
les grands ateliers
En ce qui concerne les grands enjeux, la définition du mouvement sismique
et les méthodes de calcul qui leur sont applicables sont plus précises que
celles des règles PS-92 (voir § 10.2).
Par ailleurs, des spectres de réponse plus précis que ceux des PS-92 sont
en cours d'élaboration pour les microzonages des PPR des grandes
agglomérations situées en zone sismique (voir § 8.4).
56
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
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. UTILISATION DES CARACTÉRISTIQUES
DE PROPAGATION DES ONDES SISMIQUES
Les différentes ondes sismiques ne se propagent pas de la même manière,
ni à la même vitesse dans tous les milieux traversés. Cette propriété est
utilisée entre autres pour comprendre la nature physique du globe et pour
déterminer les épicentres des séismes.
Figure 58 - Les graphiques ci-dessus représentent les différences de vitesse de propagation des ondes
P et S dans les différentes strates du globe terrestre. (Document Université de Laval - Québec)
Des enregistrements en différents points du globe des ondes P et des ondes S provenant des différents
séismes majeurs à des vitesses différentes ont permis de déterminer sur leurs trajets (en ligne directe
entre l'épicentre et l'observatoire où se fait l'enregistrement en un point quelconque de la surface du
globe) des variations de densité, et la présence de milieux " liquides " dans lesquels les ondes S ne se
propagent pas. Ainsi la géométrie et la nature des différentes strates de la planète ont pu être
déterminées.
57
les grands ateliers
5.2. VITESSES DE PROPAGATION, DÉTERMINATION
DE L'ÉPICENTRE
Moins d'une heure après un tremblement de terre, on localise son
épicentre. Comment arrive-t-on à localiser aussi rapidement et avec autant
de précision un séisme?
Les ondes P se propagent plus rapidement que les ondes S. Cette propriété
permet de localiser le séisme car les ondes sismiques sont enregistrées en
plusieurs endroits du globe.
La détermination rapide des épicentres fait partie des outils de prévention
des pays développés, elle permet de lancer les alertes dans les meilleurs
délais. Ainsi la mise en réseau des observatoires et de leurs enregistrements
est-elle réalisée pour permettre la surveillance nationale et internationale
24h/24.
Figure 59 - Décalage d'arrivée des ondes S par rapport aux ondes P : mesure de la distance épicentrale
(Documents Université de Laval - Québec)
En un lieu donné, comme les ondes P arrivent en premier, il y a sur l'enregistrement un décalage entre
le début d'enregistrement des deux types d'ondes; ici par exemple, il y a un retard de 6 minutes des
ondes S par rapport aux ondes P. Le graphique suivant nous dit, par exemple, que pour franchir une
distance de 2000 kilomètres, l'onde P mettra 4,5 minutes, alors que l'onde S mettra 7,5 minutes pour
parcourir la même distance; il y a un décalage de 3 minutes. Pour un séisme donné, il s'agit de trouver
à quelle distance sur ce graphique correspond le décalage obtenu sur l'enregistrement; on obtient alors
la distance entre le séisme et le point d'enregistrement.
58
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 60 - Détermination de l'épicentre (document Université de Laval - Québec)
Un enregistrement ne nous donne cependant pas le lieu du séisme à la surface du globe. Pour connaître
ce point, il nous faut au moins trois enregistrements.
Dans cet exemple, considérons les enregistrements d'un séisme en trois points: Halifax, Vancouver et
Miami. Les enregistrements indiquent que le séisme se situe dans un rayon de 560 km d'Halifax, un
rayon de 3900 km de Vancouver et un rayon de 2500 km de Miami. On situe donc le séisme au point
d'intersection des trois cercles, soit à La Malbaie. En pratique, on utilise évidemment plus que trois
points.
5.3. 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).
Les lois d'atténuation sont dépendantes du type de séisme et de sa
profondeur. Or en général on utilise des lois établies suite à de gros
séismes (Japon, Californie). Leur validité n'est pas absolue dans des
contextes sismiques et géologiques très différents. La recherche travaille
entre autres à l'établissement de modèles numériques.
Les lois d'atténuation prennent en considération :
- l'atténuation radiale : la propagation des trains d'ondes est
sphérique autour de la source et la surface de la sphère augmente
avec la distance, ainsi, la quantité d'énergie unitaire décroît assez
rapidement avec la distance ;
- l'amortissement : une partie de l'énergie ondulatoire est
transformée en chaleur dans les sols traversés, ce qui contribue
également à réduire l'intensité des secousses avec 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 " (voir
§ 7) et des milieux traversés.
59
les grands ateliers
Figure 61 - 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 ce n'est pas systématique et qu'on peut avoir des amplifications locales à des distances
très importantes de l'épicentre
.
5.4. RÉFLEXION, RÉFRACTION, DIFFRACTION DES
ONDES AUX INTERFACES DES SOLS ET
SOUS-SOLS DIFFÉRENTS
3 Réflexion : Changement de direction d'une
onde (lumineuse, acoustique, radioélectrique)
causé par un obstacle. (Lois de la réflexion,
énoncées par Descartes. "Le rayon réfléchi est
dans le plan du rayon incident et de la normale
à la surface de réflexion au point d'incidence.
L'angle de réflexion est égal à l'angle
d'incidence.")
4 Réfraction : Déviation d'un rayon qui passe
d'un milieu à un autre. L'Indice de réfraction
dépend des différences d'impédance entre les
milieux.
5 Diffraction : Modification de la direction de
propagation d'une onde au voisinage d'un
obstacle.
60
Le contraste d'impédance (dépendante de la densité des sols et de la
vitesse de propagation des ondes S dans le matériau) entre les différents
milieux traversés par les ondes sismiques modifie les champs d'ondes par
réflexion3 , réfraction4 , diffraction5 .
Ainsi, 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. 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.
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 62 - 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
.
5.5. MODIFICATION DES ONDES PAR LE SITE
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 va répondre (et devra résister) et pas à une
quantité d'énergie dépendant de la magnitude du séisme et décroissant
régulièrement avec la distance épicentrale. Exemple :
61
les grands ateliers
Figure 63 - Enregistrements d'un même séisme en des points différents (Document USGS)
Ce document met en évidence plusieurs phénomènes : plus on s'éloigne de l'épicentre, plus l'arrivée
des ondes est tardive, ce qui est logique, mais par ailleurs la distance ne s'accompagne pas toujours de
la réduction des accélérations ou de la durée du séisme. Ainsi, malgré l'atténuation du signal " au rocher
horizontal " par la distance, ce sont les conditions de site qui vont modifier le signal local en cas de
conditions particulières : buttes, sols meubles, etc. (Si on établissait les spectres de réponse de ces
enregistrements sur les différents sites on verrait aussi que les pics fréquentiels ne sont pas les mêmes).
Ce phénomène, appelé " effet de site " est décrit sommairement au § 8.2. Les politiques de prévention
nécessitent l'identification des sites de comportements différents et leur caractérisation par des spectres
de réponse spécifiques.
5.6. LES CONDITIONS DE MODIFICATION LOCALE
DU MOUVEMENT FORT
Non linéarité
Le comportement des sols meubles est qualifié de " non linéaire ", c'est à
dire qu'il est différent selon la violence des secousses qui y parviennent.
Ainsi les caractéristiques de comportement établies pour des mouvements
faibles ne sont pas toujours valables pour des mouvements forts. En effet,
les sols meubles filtrent les hautes fréquences et amortissent davantage les
mouvements forts que les mouvements faibles, ce qui est plutôt une
bonne nouvelle en termes de sécurité (les spectres et leurs niveaux
d'amplification sont souvent établis sur mouvements faibles, donc a priori
surestimés), mais devrait être étudié en termes d'économies (pourquoi
construire en fonction d'une réponse plus élevée que la réponse réelle ?).
La non-linéarité (l'amortissement) augmente avec le niveau des
sollicitations sismiques.
La recherche travaille à caractériser les sols fortement non linéaires. Pour ce
faire, disposer d'enregistrements sur différents sols d'un séisme de
référence et de séries de répliques de magnitudes variables est nécessaire.
On sait déjà que les sols peu consolidés, sous fortes accélérations,
augmentent avec le niveau de sollicitation sismique leur taux d'atténuation
62
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
anélastique des ondes (sans modification macroscopique définitive de la
structure du matériau) et diminuent leur module de cisaillement (sous
l'action des ondes S).
Ainsi on a un décalage de la fréquence fondamentale du sol vers les basses
fréquences et une diminution générale de l'amplitude des ondes. On
pourrait considérer que ce phénomène est globalement favorable, mais le
niveau de sollicitation peut rester assez important pour que certaines
structures soient mises en résonance par les périodes d'oscillation qui sont
donc plus longues sous séisme fort.
Ces phénomènes sont encore trop mal identifiés pour être pris en
considération par les règles de construction PS-92. Mais ils posent des
interrogations pour l'établissement des spectres de microzonage des PPR à
partir des enregistrements de mouvements faibles.
La recherche a établi que la non-linéarité commence sur les sols sableux
pour des accélérations supérieures à 0,1 - 0,2g, et sur les autres sols
meubles pour des accélérations supérieures à 0,3 - 0,4g.
Effets de site
La topographie et la nature des couches de sol superficiel conditionnent
fortement le mouvement sismique local. Ce phénomène est pris en
considération de façon forfaitaire par les règles de construction PS-92. La
compréhension et la maîtrise des phénomènes au delà de la stricte
application des règles fait partie des objectifs de la conception
parasismique, c'est pourquoi ils seront détaillé au § 8.2.
5.7. L'INTENSITÉ LOCALE
5.7.1. DÉFINITION
Mesure en un lieu des effets du séisme, en termes de perception par la
population (II à VI), désordres sur les constructions (VI à X),
bouleversements sur l'environnement (X à XII). Elle s'écrit en chiffres
romains quelle que soit l'échelle utilisée.
5.7.2. 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 discrète fermée de 12 degrés (de I à XII).
L'intensité est déterminée pour chaque site d'observation par l'ampleur des
dégâts causés par un séisme et par la perception qu'a eu la population du
séisme. Il s'agit d'une évaluation qui fait appel à une certaine subjectivité.
Mais, à l'époque, on ne possédait pas les moyens d'établir une échelle
objective comme la mesure de l'énergie à la source (Magnitude) et
l'enregistrement des accélérations sur les sites.
63
les grands ateliers
Intensité de
l'échelle de
Mercalli
64
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 fenêtre s, 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 tableaux bougent, les petits objets se déplacent, les
arbres oscillent, les li quides 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 b âtiments 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 do mmages 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 b âtiments
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 constru ctions 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.
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Ce type d'observations post-sismiques a toujours un intérêt. Elle permet,
sur les sites non équipés d'appareils d'enregistrement, d'évaluer les
accélérations par corrélations, et d'établir à rebours la magnitude d'un
séisme passé bien décrit à partir des isoséistes (voir § 5.7.3) et des lois
d'atténuation.
L'échelle de Mercalli a été précisée et détaillée par la suite pour chaque
type de construction, notamment par Medvedev, Sponheuer et Karnik en
1964 (Echelle MSK), puis par l'European Macroseismic Scale (EMS),
actuellement utilisée en Europe. L'évolution des techniques de
construction, une meilleure connaissance des comportements des
matériaux et structures différentes et la volonté d'établir une corrélation
plus fine entre les niveaux d'accélération observés et les intensités ont
abouti à ces modifications (Il existe d'autres échelles que les trois citées).
Figure 64 - Echelle des intensités et prévention (Document BRGM)
Dans la réalité le détail des observations en fonction du type de construction est beaucoup plus précis
que sur ce tableau synthétique. Ce qu'il faut retenir de ce tableau c'est l'objectif des règles de
construction : des bâtiments bien conçus et bien réalisés, visant le non-effondrement jusqu'à une
intensité locale de X, même au prix de dommages graves nécessitant la reconstruction. Alors que ce
que l'on observe sur le patrimoine existant, c'est que pour certains bâtiments, les dommages graves
commencent dès I = VII ! C'est ce qui est détaillé par les différentes échelles d'intensité récentes,
matériau par matériau.
En présence d'appareils de mesure sur les sites on peut évaluer l'impact
local du séisme de façon plus précise en termes d'accélérations du sol.
Le tableau suivant propose des équivalences approximatives entre les
accélérations du sol et les intensités observées. Mais il ne peut s'agir que
d'approximations, puisque le niveau de désordres dépend de la réponse
des structures présentes sur le site, donc des domaines fréquentiels
respectifs des sols et des constructions et pas seulement des accélérations
du sol.
65
les grands ateliers
Intensité
VII
VII VII-VIII VIII VIII+ VIII-IX IXIX
Accélération nominale 0,10g 0,15g 0,20g 0,25g 0,30g 0,35g 0,40g 0,45g
5.7.3. ISOSÉISTES
Après un séisme on établit les courbes isoséistes : courbes d'égale intensité
ou égale accélération.
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.
Figures 65 - Il n'y a pas de corrélation absolue entre la distance épicentrale et les isoséistes (documents
USGS)
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 (à droite) ont
davantage été conditionnées par l'orientation du massif montagneux que par l'azimut de la faille (à
gauche).
En raison de la propagation radiale des ondes, la profondeur du
séisme est un des paramètres de l'espacement des isoséistes, donc
de l'étendue du territoire concerné par le séisme.
66
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 66 - Isoséistes de séismes de magnitudes comparables mais de profondeurs différentes
(Documents Milan Zacek)
Le séisme de Vrancea, profondeur 100 km, M=7.2, a eu une intensité à l'épicentre de VII-VIII, moins
élevée que celle du séisme d'El Asnam, profondeur 12 km, M=7.3, qui était de IX+. En revanche il a
été ressenti (isoséiste III) sur un territoire beaucoup plus important.
67
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
6. LES MOYENS DE CARACTÉRISATION
DE L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL
6.1. PROBLÉMATIQUE : ÉTABLIR DES " MODÈLES "
SISMOTECTONIQUES
Dans les régions du monde où la sismicité est modérée (période de retour
des séismes majeurs proche ou supérieure à 100 ans), comme en France
métropolitaine ou dans les départements antillais, l'évaluation de l'aléa
sismique régional passe par la caractérisation des failles : localisation,
géométrie, mécanisme, etc., de façon à pouvoir leur associer une
magnitude maximum (pour déterminer l'aléa sismique déterministe) et des
magnitudes possibles pour des périodes déterminées (pour déterminer
l'aléa sismique probabiliste), on étudie donc le cycle sismique des failles, ce
qui nécessite une collecte de données par différents moyens.
Cette collecte de données passe entre autres par l'observation de la
microsismicité actuelle (microsismicité en l'absence de séisme fort) et par
des recherches sur les indices de la sismicité passée.
Jusqu'à l'arrivée d'un séisme majeur on ne dispose pas d'enregistrements de
mouvements forts pour établir les spectres de réponse précis des sites et
les spectres réglementaires du microzonage des PPR le cas échéant.
On peut néanmoins utiliser des spectres établis sur les enregistrements de
la micro-sismicité pour les différents types de sites. Ils indiquent assez bien
les pics, sauf sur sol meuble, mais pas les niveaux d'amplifications qui sont
" surestimés " : l'amortissement par les sols traversés est moins important
lors de mouvements forts (Voir § 5.6).
6.2. LA SISMICITÉ INSTRUMENTALE
On désigne par sismicité instrumentale, l'enregistrement des séismes (en
général micro-séismes). Elle permet d'établir les spectres de réponse types
à partir des sites instrumentés qui sont choisis à cet effet pour leurs
caractéristiques de sol et de topographie. En outre, la localisation des
épicentres des micro-séismes contribue à la détection d'éventuelles failles
sismogènes.
69
les grands ateliers
Figure 67 - Epicentres localisés pour un an d'enregistrements en Guadeloupe (1994). (Document
IPGP)
On voit se dessiner une faille au nord-ouest de la Grande-Terre. Après plusieurs années ou décennies
d'enregistrements une cartographie plus précise de l'activité sismique peut être établie.
6.3. LA SISMICITÉ HISTORIQUE
La localisation des épicentres des séismes passés, à partir de la
reconstitution des isoséistes, des lois d'atténuation et des connaissances
actuelles sur les plans de faille donne également des informations
intéressantes sur les cycles sismiques et les éventuelles zones de " lacune "
sismique, zones susceptibles de traduire une accumulation de contraintes
sur une durée importante, laissant présager une catastrophe plus ou moins
proche, comme ici sur la zone de subduction à l'est de la Guadeloupe et
de la Dominique.
70
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 68 - Sismicité historique de l'Est Caraïbe. (Document Géo-Ter) Séismes forts
Figure 69 - Sismicité historique de l'arc des Petites Antilles - (Document Géo-Ter, Fichier MidasIPGH 1650 - 1999)
Les données de la sismicité instrumentale viennent compléter celles de la sismicité historique pour
donner une représentation de l'activité sismique régionale.
71
les grands ateliers
6.4. L'ARCHÉO-SISMICITÉ
Dans les régions du monde où les vestiges archéologiques sont nombreux,
on peut, en étudiant les déformations qu'ils ont subi, par exemple :
- des déplacements sur une mosaïque de sol qui traduirait un jeu de
faille en surface ;
- des déplacements relatif entre les pierres d'une structure non
effondrée qui traduirait un dommage post-sismique ;
détecter des indices de séismes passés qui complètent, confirment et
précisent, les chroniques écrites historiques. Ce type d'études se
développe. Les tentatives d'interprétation tendent à identifier le nombre
d'événements sismiques subis par l'ouvrage et à évaluer l'action sismique
compte tenu des déplacements observés pour y associer un niveau
d'accélération.
En Égypte, en Chine, en Grèce ou en Italie on dispose, à ce titre,
d'informations sur un passé beaucoup plus ancien qu'en Amérique par
exemple.
6.5. LA PALÉO-SISMICITÉ
L'observation des déformations régionales et locales (suivie d'études
géotechniques) permet de détecter la présence de failles ayant joué en
surface dans un passé lointain et dont le cycle serait trop long pour que les
données actuelles et même historiques suffisent à leur étude. Elle permet
en outre de mesurer les déplacements sur une faille séisme par séisme et
de déterminer le cycle d'une faille.
Figure 70 - Exemple schématique de déformations régionales. (Document GNDT - Italie.)
Les déformations régionales se traduisent par une évolution dans le temps des niveaux relatifs, par
exemple ici, le niveau de la vallée s'abaisse par rapport au niveau de la montagne. Les déformations
locales peuvent être comme ici la formation d'un talus sur la zone d'émergence du plan de faille.
72
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 72 - Les gradins
apparents dans ce paysage
traduisent 2-3000 ans de séismes
et un affaissement total proche
de 50m. (Document GNDT Italie)
Figure 71 - Exemple schématique d'évolution de paysage (Document GNDT - Italie)
Lorsque de longues périodes se sont écoulées depuis le dernier jeu de la faille, la présence
d'éboulements superficiels rend nécessaire la réalisation des sondages de part et d'autre de l'accident
topographique avant interprétation.
Figure 73 Les études topographiques permettent de détecter les accidents de sol d'origine tectonique.
Les études géologiques complémentaires permettent de les caractériser. (Document GNDT - Italie)
Parmi les moyens d'investigation possibles il faut noter que l'observation
des stalactites en zone sismique peut permettre de dater les séismes très
anciens : connaissant la vitesse de croissance d'un stalactite, en repérant
une rupture ancienne et en mesurant la croissance après cette rupture, on
peut dater l'événement. Ou une série d'événements.
73
les grands ateliers
6.6. LES INVESTIGATIONS GÉOTECHNIQUES ET
SISMOLOGIQUES
Pour préciser l'activité d'une faille identifiée, et la localiser de façon précise
si elle est susceptible de jouer en surface, on précise les études précédentes
par des investigations géotechniques et sismologiques, comme l'étude de
tranchées ou la sismique-réfraction.
Figure 74 - Tranchée
d'observations paléosismiques
dans les Abruzzes: étude de la
stratigraphie et des
déformations. (Document
GNDT)
Figure 75 - Géologues
travaillant sur une tranchée pour
étudier une ramification de la
faille de San Andreas
(Document USGS)
74
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
7. L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL
7.1. ESTIMATION DU MOUVEMENT SISMIQUE
POSSIBLE " AU ROCHER HORIZONTAL " POUR
UN SITE OU UNE RÉGION ET DE SA
PÉRIODICITÉ DE RETOUR
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 déterminé de façon probabiliste ou
déterministe pour une région ou un site donné. Il 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).
7.2. CARACTÉRISATION DES STRUCTURES
TECTONIQUES SUSCEPTIBLES DE JOUER
Il faut donc, par l'exploitation des données (enregistrements, historique et
études sur le terrain estimer pour chaque faille ou réseaux de fracturation
identifiés:
- sa loi d'échelle (voir § 2.5)
- sa loi de fréquence-magnitude (voir ci-après)
7.3. LOIS DE DISTRIBUTION FRÉQUENCE-MAGNITUDE
L'établissement d'un diagramme du nombre de séismes enregistrés sur une
faille pour chaque magnitude, pour une durée donnée fait apparaître une
répartition régulière (nombre décroissant avec l'augmentation de la
magnitude) pour une faille donnée.
La droite ainsi établie caractérise l'activité de la faille, son cycle. Elle permet
de déterminer la magnitude maximum plausible en prolongeant la droite
(en complément des données de la loi d'échelle).
75
les grands ateliers
Figure 76 - Loi de fréquence-magnitude (ou Gutenberg-Richter) pour le fossé rhénan supérieur. Elle
a été établie sur la base des enregistrements de 1971 à 1979 en retenant sur le diagramme les nombreux
points alignés (repassés en noir). Les quelques points non alignés ont un écart faible.
NOMBRE ANNUEL DE SEISMES > Mw
(période 1650-1999)
Source : GEO-TER (1999)
MATINIQUE (80 km)
Période de retour
DONNEES DE SISMICITE (ARC)
MARTINIQUE - SEISMES H>15 km
M≥4
Sources
Proches
Subduction
5 ans
4 mois
MARTINIQUE - SOURCES SUPERFICIELLES (H<16 km)
1E+3
Nombre annuel de séismes de magnitude supérieure à Mw
Mw
1E+2
M≥5
M≥6
M≥7
? (50-75)
-
5 ans
25 ans
150 ans
d
10
1
0.1
0.01
1E-3
2
4
6
8
Magnitude Mw
Figure 77 - Lois de fréquence-magnitude pour les différentes sources sismiques de la Martinique.
(Document Géo-Ter) Les lois des différentes failles étant régulièrement dégressives, la somme de
l'activité de plusieurs failles est également régulièrement dégressive.
76
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
7.4. 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 sismotectonique de la région
- Détermination des différentes unités sismotectoniques (Failles,
domaines de failles)
- Identification du séisme maximum connu pour chaque domaine,
du Séisme Maximum Historiquement Vraisemblable (SMHV) et de
ses paramètres (M, profondeur focale…)
- Rapprochement du séisme maximum de chaque domaine sur le
point du domaine le plus proche du site étudié.
- Application des lois d'atténuation pour chacun de ces séismes
possibles.
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 on 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).
77
les grands ateliers
Figures 78 - Cartographie du zonage sismique déterministe en France métropolitaine et aux Antilles
(Documents BRGM)
Les études poussées des domaines sismotectoniques ont permis d'établir les cartes d'aléa régional "
déterministe " ci-dessus. Ce zonage est beaucoup plus précis que celui qui est actuellement utilisé pour
l'application des règles PS-92 qui est lui-même sous-tendu par une approche historique des séismes
maximum connus. L'approche sismotectonique déterministe permet de faire des distinctions entre les
différentes zones des deux départements antillais par exemple (voir carte réglementaire au § 9). Ceci
par localisation et évaluation précise des sources potentielles et application des lois d'atténuation selon
la distance de ces sources.
Sur la carte antillaise, on observe dans l'encadré de droite les spectres de réponse établis pour les
différentes zones pour les séismes lointains (en rouge, ceux de la zone de subduction) et pour les
séismes proches (en vert).
Il faut préciser que les spectres présentés ne tiennent pas compte du taux d'amortissement des
structures et des différents sites.
L'évolution de ces connaissances locales aboutiront un jour à une traduction réglementaire à l'occasion
d'un changement des règles de construction parasismiques : Il y aura un nouvel arbitrage entre une
augmentation du niveau de sécurité et l'effort qui peut être consenti par la société à ce moment là.
Néanmoins, pour les ouvrages à risque normal la future réglementation européenne (EC8) va plutôt
vers l'évaluation probabiliste de l'aléa sismique régional (voir ci-après).
7.5. ÉVALUATION PROBABILISTE DE L'ALÉA
SISMIQUE RÉGIONAL
Pour les ouvrages à risque normal, 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 ". 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.
78
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
L'arbitrage politico-économique définira quel est le laps de temps retenu
pour la réglementation.
L'approche est la suivante :
- Connaissance historique de la macro-sismicité (à défaut d'études
disponibles sur les unités sismotectoniques), dans ce cas tout
repose sur la valeur de l'échantillonnage
- Etablissement de lois de distribution fréquence-magnitude.
- Le séisme 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 on retient une période plus
longue, on prend en considération des magnitudes plus élevées dont la
récurrence est moindre, par conséquence l'action sismique de calcul sera
plus élevée et le coût de la construction plus élevé.
Figure 79 - 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.
79
les grands ateliers
7.6. 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 80 - 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. (Voir § 10.2112)
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 et de la classe des bâtiments :
l'accélération nominale aN. (Voir § 10.231)
80
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
8. 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, jeu 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:
- déclenchement d'un phénomène latent par la mise en action
des sols (chutes de pierres, glissements de terrain, éboulis,
subsidence…)
- génèse d'un phénomène lié au caractère ondulatoire du
mouvement (liquéfaction des sols, tsunamis, seiches).
Figure 81 - 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 dizaines de
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
81
les grands ateliers
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 local.
8.1. EFFETS DIRECTS DU SÉISME
8.1.1. 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.
Faute de mieux, on retiendra les valeurs réglementaires qui en tout état de
cause sont les valeurs légales, même si les études montrent qu'elles sont
souvent surestimées (ceci compense en général la possible sous-estimation
des amplifications locales par des spectres de réponse réglementaires).
8.1.2. 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).
82
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 82 - Séisme d'Alaska en 1964. (Document X)
Sur une étendue concernant des centaines de kilomètres une partie des terres a subi une surrection
culminant à +8m, une autre une subsidence allant jusqu'à -2m.
Le problème se pose pour les grandes agglomérations et ouvrages
importants situés sur des sites tectoniques associés à ce type de conditions.
Figure 83 - Séisme de Messine (1908) (Document GNDT) Ici, les points de levée figurant en rose
sont remontés (jusqu'à 13 cm), et ceux en bleu sont descendus (parfois de plus de 50 cm)
83
les grands ateliers
Figure 85 - Séisme d'Izmit,
Zone de subsidence à Gölcük
(document BRGM)
Figure 84 - 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.
8.1.3. LE JEU D'UNE FAILLE EN SURFACE
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 structure par conséquence) 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
84
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
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 87 - Séisme d'Izmit
(Turquie, 1999), décrochement
en surface de 3,70m à cet
endroit (Document AFPS)
Figure 86 - Séisme de Taiwan, 1999, rejet de faille de près de trois mètres de haut dans un bâtiment
(Document USGS)
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 PER6 ; 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.
8.2. EFFETS DE SITE : AMPLIFICATION LOCALISÉE
DU SIGNAL SISMIQUE
Chaque site, même à équidistance du foyer sismique, a une " réponse " aux
différents séismes qui lui est propre et il modifie les ondes qui parviennent
au rocher sous-jacent.
Le rocher peut être affleurant, et dans ce cas c'est la morphologie du site,
s'il n'est pas sensiblement plan qui conditionnera l'amplification éventuelle
de certaines composantes fréquentielles des ondes sismiques.
Mais le plus souvent, c'est une épaisseur, plus ou moins importante, de sol
plus ou moins meuble qui va agir comme un " filtre " et qui va amplifier
certaines composantes fréquentielles du signal ou dé-amplifier certaines
autres.
C'est ce qu'on appelle un " effet de site ". 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
6 Actuellement Plans de Prévention des
Risques (un PER approuvé vaut un PPR)
85
les grands ateliers
aux mouvements locaux et à l'ingénieur de calculer l'action sismique propre
au " couple sol-structure ".
Figure 88 - 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. Outre l'arrivée plus ou moins tardive du séisme en fonction de la
distance à l'épicentre, on voit que la valeur des accélérations est très sensiblement différente d'un site
à l'autre, ainsi que la durée du séisme. On peut même sur certains signaux identifier de sols dont le
signal se situe plutôt dans les basses fréquences.
8.2.1. TOPOGRAPHIES AMPLIFIANT L'ACTION SISMIQUE:
BUTTE, CRÊTE, BORD DE FALAISE
Figure 89 - 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.
Il faut noter pour le cas des
buttes, la possible insuffisance
du coefficient topographique des
PS-92 (maximum 1,4).
86
La réflexion des ondes sismiques à l'intérieur de ces reliefs peut amplifier
les secousses qui y parviennent, et plus particulièrement les composantes
vibratoires correspondant aux caractéristiques géométriques propres du
site (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 si le spectre de réponse
de la colline a été établi) et/ou des dispositions constructives appropriées
(résistance mécanique accrue, isolateurs, amortisseurs…)
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
8.2.2. DISCONTINUITÉ LATÉRALE DE DENSITÉ DU SOL
Les phénomènes de réflexion des ondes sur ces zones en raison des fortes
variations d'impédance entre les différents milieux (par exemple vallées
rocheuses partiellement remplies d'alluvions) génèrent également des
phénomènes d'amplification locale des ondes sismiques par aggravation
du phénomène décrit ci-après.
8.2.3. 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 certaines composantes des secousses sismiques
qui y parviennent (en fonction de la période propre du système qui dépend
de la nature physique du sol et des sa géométrie). Ces composantes
peuvent être très sous-estimées par les spectres des sols S3 de la
réglementation.
En outre, ce type de sols permet une bonne propagation des ondes de
surface (période longue) et prolonge notablement la durée de l'action
sismique, alors que les méthodes de calcul " modal-spectral " des PS-92 ne
tiennent pas compte de la durée du séisme.
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 si concordance entre les périodes
propres du sol et celles du bâtiment, augmentation de l'amplitude des
déplacements différentiels sur les fondations, prolongation de la
sollicitation…
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
d'amortisseur pour éviter l'amplification), et de prendre toutes les
dispositions constructives liées à ce site sensible, notamment des
fondations descendues au bon sol. Il faut noter que les spectres
réglementaires ne permettent pas de prendre en compte un effet de site
important sur sol meuble.
Figure 90 -Séisme de Lambesc,
1909 (Document X) 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 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.
87
les grands ateliers
Figure 91 - Séisme de Mexico (Document BRGM)
Exemple remarquable de l'amplification du mouvement sismique pour une période T proche de 2
secondes dans cette cuvette alluvionnaire située à 350 km de l'épicentre. Les accélérations atténuées par
la distance à un niveau de 0,035g au rocher ont été amplifiées par la mise en résonance du sol à 0,17g
pour cette période qui est celle de la cuvette définie par son matériau (limons) et sa géométrie (H = 50
m). Les constructions qui avaient elles-mêmes une période de 2s se sont mises en résonance avec le sol
et ont subi des graves dommages ou l'effondrement, car leurs accélérations en réponse ont atteint 0,7g.
Figure 92 - Mexico 1985. (Document EQIIS USA) Coup de fouet sur les étages supérieurs
par mise en résonance du bâtiment et du sol.
88
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
EFFETS DE SITE ET REGLEMENTATION FRANCAISE POUR LES
OUVRAGES A RISQUE NORMAL
Règles PS-92,
article 5.2. DEFINITION DE L'ACTION SISMIQUE
Le mouvement sismique de calcul est défini par les paramètres suivants :
- L'accélération nominale aN déjà définie au 3.3.
- L'ordonnée du spectre de dimensionnement normalisé dépendant
des formations géologiques du site et de la période T, appelée
RD(T),
- Un coefficient lié à la topographie ,
- Un coefficient correctif d'amortissement ,
On désigne par la suite le produit de ces paramètres par R(T)
R(T) = aN.RD(T). p.t )
La définition des spectres de dimensionnement normalisés repose sur les
classifications des articles 5.21 et 5.22
article 5.21. Classification des sols
En vue de la définition des sites types, les sols sont classés en quatre
groupes, en fonction de leurs propriétés mécaniques, comme indiqué ciaprès :
- Rocher sain ;
- Groupe a : sols de résistance bonne à très bonne (par exemple
sables et graviers compacts, marnes ou argiles raides ou fortement
consolidées)
- 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).
Figure 93 - 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.
89
les grands ateliers
article 5.22. Classification des sites
Il est considéré quatre types de sites correspondant aux descriptions
suivantes :
Sites S0
- 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 S2
- sols du groupe b en épaisseur comprise entre 15m et 50m
- sols du groupe c en épaisseur inférieure à 10m
Sites S3
- 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 du groupe c en épaisseur
supérieure à 100m, il convient de procéder à une étude particulière en vue
de la détermination d'un spectre spécifique.
Ces descriptions supposent que les sols en cause sont disposés en
formations à peu près régulières. Dans le cas de formations irrégulières ou
lenticulaires, ou en cas d'ambiguïté, il convient de procéder à l'assimilation
qui, compte-tenu de la forme des spectres ci-après et des périodes propres
de la structure, conduit au degré de conservation immédiatement
supérieur.
article 5.24. Coefficient d'amplification topographique
Il est tenu compte d'un coefficient multiplicateur
dit d'amplification
topographique pour les ouvrages situés en rebord de crête.
Si on considère une arête C délimitant un versant aval de pente I (tangente
de l'angle de pente) et un versant amont de pente i, et si :
- H > ou = 10m (H étant la hauteur de l'arête au dessus de la base du
relief)
- i < ou = I/3
Le coefficient t
- prend la valeur:
t= 1
pour I-i <ou= 0,40
t= 1 + 0,8 (I -i -0,4) pour 0,4 <ou= I-i <ou= 0,9
t= 1,4
pour I-i >ou= 0,9
I et i sont pris en valeur algébrique
Sur le tronçon CB du versant amont défini pour la largeur b de sa
projection horizontale (exprimée en mètres) :
B = minimum de 20I et (H+10)/4
- fait l'objet d'un raccordement linéaire entre les valeurs I et t le long des
deux tronçons AC et BD, de longueur :
a = AC = H/3
b = BD = H/4
- prend la valeur 1 à l'aval du point A et à l'amont du point D.
90
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Le problème est posé des spectres de réponse réglementaires qui ne
permettent pas de prendre en compte les effets de site importants sur sols
meubles.
On peut, de manière empirique avoir une première indication de la période
fondamentale d'oscillation d'un sol dont on aura détecté par carottage un
fort contraste d'impédance avec le substratum rocheux, par sa nature et sa
hauteur.
Connaissant l'épaisseur H de la couche et sa nature, on peut lire dans le
tableau de classement des sols des PS-92 la vitesse de propagation des
ondes S dans le type de sol.
Par la formule 4H/VS on a un ordre d'idée assez fiable de la période (par
exemple à Mexico, H=50 m de sol meuble, VS environ 100m/s, donc T =
2s).
Par des méthodes aussi empiriques on peut avoir une approximation de la
période fondamentale d'une construction. Si les ordres de grandeur entre
Tsol et Tbât sont proches, il conviendra de se livrer à des études plus
approfondies que la simple application des règles… ou de changer
l'architecture pour modifier la période du bâtiment ou lui conférer un
amortissement très élevé… En tout état de cause, ne pas se contenter
aveuglément de l'application des accélérations réglementaires de calcul sur
les sols meubles.
PARAMETRES DETERMINANT LE MOUVEMENT VIBRATOIRE
1- La source
Taille du séisme : Magnitude
Contenu spectral
Chute de contrainte
Effets de directivité
(géométrie récepteur / sens de propagation de la rupture,
+ champ proche)
Basses et Hautes fréquences
91
les grands ateliers
Hétérogénéités du processus de rupture
Hautes fréquences
2- Propagation (1) : crustale (dans la croûte)
Facteur de qualité / Amortissement Structure profonde
Profondeur
Décroissance spatiale et radiale
2- Propagation (2) : Conditions locales
Rigidité
Piégeage et résonance : fi , Ai
Géométrie
Relief de surface
Focalisation + ? ?
Interfaces (vallées, bassins, irrégularités)
Diffraction, réflexion
Amplification et prolongation
Non-linéarités de comportement
Diminution de la rigidité et augmentation de
l'amortissement
Réduction, voire élimination ( ?), des effets
d'amplification
8.3. EFFETS INDUITS PAR LES SECOUSSES
SISMIQUES SUR LES SITES
8.3.1. GLISSEMENTS DE TERRAINS, CHUTES DE PIERRES
(PURGE)
Les paramètres de suspicion d'une instabilité de terrain en pente sont
géométriques (influence du % de pente par exemple), géologiques et
géotechniques (influence de la cohésion des sols), hydrauliques (influence
des circulations et présence d'eaux) et climatiques. On retient des facteurs
d'aggravation du décrochement possible du sol en fonction des
caractéristiques des séismes prévisibles dans la région.
Dans certains cas, comme au Salvador (2001) à Santa Tecla, on soupçonne
qu'un effet de site (mise en résonance d'une colline) ait aggravé la
sollicitation sur les versants instables.
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
Figure 94 - 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.
92
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.
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
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 déblaisremblais).
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 aisé par manque de modèles fiables.
8.3.2. 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 2mm) 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 95 - Séisme du Salvador,
2001 (Document Associated
Press)
Glissement de terrain à Santa
Tecla ayant entraîné la perte
totale d'un quartier (300
constructions 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.
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 à la 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 96 - 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, sans séisme… 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.
93
les grands ateliers
Figure 97 - 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.
Figure 98 - 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.
Figure 99 - Séisme d'Izmit 1999
(Document BRGM)
Cône de liquéfaction en ville : un
jet d'eau et de sable est sorti sous
pression à cet endroit là pendant
le séisme.
94
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Mouvement de terrain dû à la liquéfaction du sol sous-jacent d'un
talus
Lorsque la couche de sol liquéfiée se trouve sous un talus, un glissement
de terrain induit peut s'en suivre. Ce cas de figure concerne
particulièrement les rivages.
Figure 100 - Séisme de Kobe
1995 (Document AFPS)
Les désordres consécutifs au
phénomène de liquéfaction
concernent aussi largement les
VRD que les structures.
Figure 101 - Coupe schématique d'un glissement de talus sur sol liquéfié (Document BRGM)
Règles PS-92, article 4.12. Zones suspectes de liquéfaction
Les couches de sol présentant les caractéristiques décrites dans l'article
9.12 doivent être a priori considérées comme susceptibles de donner lieu
à des phénomènes de liquéfaction.
L'évaluation du risque de liquéfaction doit être faite suivant les dispositions
des articles 9.12 à 9.15 ; les mesures à prendre lorsque la sécurité apparaît
insuffisante vis-à-vis de ce risque sont précisées à l'article 9.16).
Ces caractéristiques des sols liquéfiables, définies par les règles PS-92 ont
été vérifiées à maintes reprises sur les séismes majeurs. Or, elles n'ont en
général pas été vérifiées pour la cartographie des Atlas communaux et des
PPR français qui mentionnent une suspicion de liquéfaction pour des zones
sur les seuls critères de présence d'eau et de sables ou limons. La
vérification de ces critères sur les zones urbanisées et à urbaniser serait
souhaitable pour des raisons économiques, car elle permettrait de lever la
suspicion sur nombre d'entre elles.
Figure 102 - Séisme
d'Anchorage 1964 (Document
X) Illustration dramatique d'un
glissement de talus de grande
ampleur sur une zone liquéfiée.
8.3.3. 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 en cas de rupture de la voûte naturelle ou artificielle sous 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
95
les grands ateliers
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.
8.3.4. 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 103 - 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.
8.3.5. EFFETS D'ORIGINE ANTHROPIQUE, PROBLÈMES
URBAINS
D'autres effets induits par la secousse sismique sont susceptibles de
provoquer des désordres ou 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
anthropiques. Cependant une discipline d'observation du site,
d'investigations sur documents, et d'études géologiques ou géotechniques
96
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
en rapport avec les enjeux de la construction en projet … et la prise de
décisions politiques permet 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.
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.
8.4. MICROZONAGE DE L'ALÉA LOCAL : ECHELLE
D'ÉTUDE 1/10 000
Figure 104 - 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.
Les études de microzonage sismique, réalisées par des sismologues, et des
géotechniciens sont désormais généralisées dans les régions sismiques très
peuplées… des pays riches. Rappelons pour mémoire les différents aspects
de l'aléa sismique qu'il convient d'identifier et de cartographier en vue de
l'évaluation de la vulnérabilité des éléments à risque.
- Mouvement de référence " régional " au rocher horizontal après
localisation et étude des mécanismes des failles actives
susceptibles de rejouer et de leurs magnitudes associées et lois
d'atténuation.
- Localisation des failles actives susceptibles de jouer en surface.
- Identification et cartographie des sites susceptibles d'amplifier
certaines composantes des mouvements sismiques attendus
(séismes lointains, séismes proches), évaluation de cette
amplification traduite par les spectres de réponse des sites
cartographiés.
- Identification et évaluation des possibles effets induits
(glissements de terrain, chute de blocs, subsidence, liquéfaction,
tsunamis…)
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…
97
les grands ateliers
Figure 105 - Cartographie de plusieurs aléas induits par le séisme à Fort-de-France (Document
BRGM)
Figure 106 - Cartographie de l'amplification topographique et de la bande de neutralisation de faille
de Dillon à Fort-de-France (Document BRGM)
98
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 107 - 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 108 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.
99
les grands ateliers
LES REGLES PS-92 ET LES PROBLEMES DE SITES ET SOLS
D'IMPLANTATION
Le chapitre 4, qui définit les règles générales de conception accorde une
part importante aux:
- Choix du site
- Reconnaissances de sol
- Prise en compte du sol pour le choix des fondations
4. REGLES GENERALES DE CONCEPTION
4.1. Choix du site
4.2. Reconnaissances et études de sol
4.3. Fondations
4.4. Structures
Le chapitre 9, qui précise les règles propres aux fondations définit:
- Les critères de liquéfaction, de stabilité des pentes
- Les dispositions propres aux différents types de fondations
- La vérification de la portance des sols naturels et remblayés
9. FONDATIONS
9.1. Liquéfaction des sols
9.2. Stabilité des pentes
9.3. Dispositions techniques concernant les ouvrages de
fondation
9.4. Calcul des fondations profondes
9.5. Vérification de la force portante
9.6. Fondations sur sols substitués compactés
9.7. (non) Prise en compte de l'interaction sol-structure
Le chapitre 10 est consacré aux problèmes de soutènement des pentes et
présente les critères de vérification de leur stabilité.
10. PAROIS D 'INFRASTRUCTURE ET OUVRAGES DE SOUTENEMENT
10.1. Règles générales
10.2. Méthodes de calcul simplifiée
10.3. Vérification de stabilité
10.4. Vérification de résistance
10.5. Murs de soutènement isolés
100
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
9. LES NOTIONS D'ALÉA,
VULNÉRABILITÉ ET RISQUE
9.1. TERMINOLOGIE UNDRO POUR LES RISQUES
MAJEURS
Les différents concepts relatifs à la gestion des risques majeurs font l'objet
d'une terminologie internationale adoptée par les Nations Unies (UNDRO)
ALEA NATUREL ( Natural Hazard): Probabilité d'occurrence, dans une
région et au cours d'une période donnée, d'un phénomène naturel
susceptible de causer des dommages.
VULNERABILITE (Vulnerability): Degré de perte ou d'endommagement
d'un élément donné exposé au risque (ou d'un ensemble d'éléments),
résultant de l'occurrence d'un phénomène naturel de magnitude donnée
et s'exprimant sur une échelle de 0 (absence de dommages) à 1 (perte
totale).
RISQUE SPECIFIQUE (Specific Risk): Estimation du niveau des pertes
pouvant être attendues suite à un phénomène naturel particulier, exprimé
par une fonction de l'aléa et de la vulnérabilité.
ELEMENTS A RISQUE (Elements at Risk): Populations, constructions,
activités civiles, services publics, installations et infrastructures, etc.,
exposés au risque dans une région donnée.
RISQUE (Risk): Estimation quantifiée des pertes en vies humaines, des
blessés, des dommages aux biens, et des perturbations de l'activité
économique pouvant être attendus suite à un phénomène naturel
particulier, soit le produit du risque spécifique et des éléments à risque.
RISQUE ACCEPTABLE (Acceptable Risk): Niveau des pertes humaines et
matérielles perçues par la communauté ou les autorités compétentes
comme tolérable, dans le cadre des actions visant à minimiser le risque de
catastrophe.
CATASTROPHE (Disaster): Grave interruption du fonctionnement d'une
société engendrant de larges pertes humaines, matérielles ou
environnementales qui dépassent les capacités de la société à faire face
avec ses seules ressources propres. Les catastrophes sont souvent classées
selon leur mode d'occurrence (brusque ou progressif) ou selon leur origine
(naturelle ou anthropique)
PREVENTION (Prevention): Ensemble des actions destinées à fournir une
protection permanente contre les catastrophes. Comprend les mesures
pratiques de protection " physique " et relevant de l'ingénierie, comme les
mesures législatives contrôlant l'aménagement du territoire et la
planification urbaine. (Voir " préparation ")
101
les grands ateliers
PREPARATION (Preparedness): Actions destinées à minimiser les pertes en
vies humaines et les dommages, à organiser l'évacuation temporaire des
populations et des biens d'un lieu menacé et à faciliter les opérations
opportunes et espaces de sauvetage, secours et réhabilitation.
PREVISION (Forecast): Etat ou estimation statistique de l'occurrence d'un
événement futur. Le sens de ce terme varie selon son emploi dans
différentes disciplines, de même que celui de " prédiction ".
PREDICTION (Prediction): État de la date, du lieu et de la magnitude
attendus d'un événement futur (pour les séismes et éruptions volcaniques).
9.2. TERMINOLOGIE ET CONCEPTS PROPRES AU
RISQUE SISMIQUE
ALEA SISMIQUE (Seismic Hazard): Ai, en un site donné, probabilité qu'au
cours d'une période de référence (ex: probabilité annuelle), une secousse
sismique atteigne ou dépasse en ce site une certaine intensité (I, Amax,
Vmax).
EVALUER L'ALEA SISMIQUE D'UN SITE = calculer la fonction de
répartition du paramètre choisi lors d'un séisme dont l'occurrence suit une
loi de distribution connue.
La VULNERABILITE V (Vulnerability) au sens commun, concerne le milieu
construit (Vulnérabilité structurale).
La vulnérabilité d'une construction ou d'une catégorie de constructions
représente la perte proportionnelle (en%) exprimant le rapport du coût des
dommages subis à la valeur de la construction. Elle dépend de l'intensité
locale de la secousse subie:
- Sensiblement nulle pour I inférieur ou égal à VI
- Proche de 100% pour I supérieur ou égal à XI
Évaluer la vulnérabilité d'une construction = calculer une FONCTION
D'ENDOMMAGEMENT en fonction de l'intensité de la secousse et estimer
le coût de la reconstruction.
Le RISQUE SISMIQUE SPECIFIQUE Ri (Seismic specific risk) définit la
probabilité de pertes, rapportée à une construction (ou une catégorie de
constructions) de valeur unité, au cours d'une période de référence.
Évaluer le RISQUE SISMIQUE SPECIFIQUE = convoluer les deux
fonctions: aléa sismique et vulnérabilité
Ri = Ai x V
Le RISQUE SISMIQUE R (Seismic risk) est la probabilité de pertes au cours
d'une période de référence et dans la région considérée.
- Proportionnelle au nombre de vies humaines et à la valeur des biens
exposés.
- Dépend de l'occupation humaine de la région considérée.
102
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
EVALUER LE RISQUE SISMIQUE DANS UNE REGION = multiplier les
risques sismiques spécifiques Ri, pour les divers sites de la région, par la
valeur (coût Ci) des biens existants (ou projetés) sur chaque site et sommer
tous les risques.
103
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
10. LA TRADUCTION RÉGLEMENTAIRE
DES ÉTUDES DE SISMOLOGIE
APPLIQUÉE: ARBITRAGES
POLITIQUES
10.1. LA POLITIQUE DE GESTION DES RISQUES
NATURELS MAJEURS
PROBLEMATIQUE SOCIO-POLITIQUE DE LA CATASTROPHE
Les sociétés concernées par la possibilité d'occurrence de catastrophes
d'origine sismique doivent organiser une politique de mitigation du risque
sismique selon ses différents aspects :
MITIGATION DU RISQUE (ACTIONS PREALABLES)
o Prévention
- Recherche scientifique et technique
- Formation des professionnels acteurs de la mitigation du risque
- Évaluation de l'aléa et de la vulnérabilité
- Réduction de le vulnérabilité des constructions à venir
" Législation
" Réglementation
" Financements
o Préparation
- Information du public
- Réhabilitation parasismique de l'existant
- Plans d'urgence
CRISE (ACTIONS D'URGENCE)
o Organisation des secours
REPONSE A LA CRISE (ACTIONS EN VUE DU RETOUR A LA
NORMALE)
o Reconstruction
o Réhabilitation
o Politiques d'indemnisation
ENJEUX DE SOCIETES
Les arbitrages politiques déterminant le niveau d'exigence légal pour la
protection des biens et des personnes dépendent du niveau de sensibilité
de la société au problème et se font en considération des facteurs :
Humains
Economiques (directs et indirects)
Définition des enjeux : notion de valeur économique et
patrimoniale (artistique, historique, culturelles…) des biens.
105
les grands ateliers
Figure 109 - Séisme d'Izmit,
1999. (Document EERI - USA)
La perte d'une raffinerie de
pétrole a un impact sur
l'économie d'une région qui est
infiniment plus important que la
valeur des installations. Il faut y
ajouter une atteinte à
l'environnement.
Figure 110 - Séisme de Taiwan,
1999. (Document EQE - USA)
Il en va de même pour la perte
d'un grand barrage. A ce titre,
ces constructions font l'objet de
procédures de construction plus
complexes, celles des Ouvrages à
Risque Spécial.
Un bien de vulnérabilité donnée, soumis à un aléa donné, représente un
enjeu dont la valeur dépend de paramètres plus ou moins aisés à définir.
Ces paramètres dépendent de la société. On peut citer notamment :
- pertes humaines potentielles par effondrement (morts, blessés),
directes ou indirectes,
- pertes matérielles potentielles par ruine, directes (le bien luimême) ou indirectes (pertes d'exploitation, atteinte à d'autres
biens),
- atteintes à l'environnement (pollutions par exemple)
- pertes patrimoniales (monuments, objets d'art…) qui n'ont pas
une valeur matérielle en soi, mais une valeur de mémoire pour la
société,
- pertes sociologiques (déstructuration temporaire ou durable d'une
société), la crise sismique est un traumatisme dont la société qui
en est victime ne sort pas indemne.
ARBITRAGES
Il doivent être faits entre :
- Incidence économique de la prévention sur le neuf et sur l'existant
- Incidence économique de la catastrophe, ramenée à sa probabilité
d'occurrence.
Un pari à faire ? Les arbitrages nécessitent une bonne connaissance de la
sismologie, de l'aléa, de la vulnérabilité. L'arbitrage politique peut
éventuellement être réévalué à la hausse par choix du maître d'ouvrage.
En général :
Le séisme est considéré comme une action accidentelle, ajoutée aux
charges permanentes des structures, pour laquelle on établit une
probabilité d'occurrence et estime le risque.
La politique de mitigation du risque sismique est probabiliste.
Pour les ouvrages à risque normal, elle vise à sauver les vies humaines, elle
admet les dégâts et un pourcentage d'échecs décroissant avec l'importance
de l'enjeu. Pour les ouvrages à risque spécial elle vise l'absence de nuisances
indirectes.
Le niveau de protection décidé par la puissance publique est
forfaitaire.
- Les critères sont physiques (aléa, vulnérabilité, risque)
- Économiques (coût selon le niveau de réduction du risque)
- Politiques (degré de sensibilisation de la société)
DOMAINES D'ACTION
À l’échelle urbaine
- PPR
- Urbanisme (PLU, RNU)
- Renforcement de l’existant
(incitations)
106
Au niveau des constructions
- Règles parasismiques (pour les
constructions neuves)
En prévision de la crise
Au niveau des acteurs
- Plans de secours
- Formation
- Information
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
COUT REEL DES POLITIQUES DE PREVENTION
Réduction de la vulnérabilité du bien exposé à l'aléa
On doit mettre en relation la valeur des enjeux (selon les différents
paramètres de l'enjeu) avec:
- Le coût de la démarche parasismique préventive pour le neuf et
pour le renforcement de l'existant (coût absolu et coût relatif à
l'aléa).
- Le coût de la réparation ou de la reconstruction après séisme.
(coût absolu et coût relatif à l'aléa).
Pour ce faire il faut les rapporter à la notion de risque sismique (Aléa x
vulnérabilité x Enjeux) et à une durée d'amortissement rapportée à la
période de récurrence des événements de gravité plus ou moins élevée.
10.2. LE CONTEXTE LÉGAL ET RÉGLEMENTAIRE
FRANÇAIS
Les textes législatifs et réglementaires suivants encadrent 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.
10.2.1. CODES ET LOIS
10.2.1.1. LOI N° 87-565 DU 22 JUILLET 1987
Cette Loi est la première à encadrer la notion de " prévention des risques
majeurs " et le droit du citoyen à l'information sur son exposition aux
risques.
(Loi codifiée en 2000.)
Le Titre I° définit l'organisation de la sécurité civile
- Plans ORSEC
- Services d'incendie et de secours
Le Titre II concerne la protection de la forêt et la prévention des
risques majeurs
- Son article 21 précisait le droit du citoyen à l'information sur son
exposition aux risques. Cet article a été abrogé par ordonnance le
18 septembre 2000 et remplacé par des dispositions du code de
l'environnement (voir § 10.213)
- Ses articles 40-1 à 45 encadraient la prévention des risques
naturels. Ces articles ont été modifiés par la Loi Barnier (voir ciaprès), puis abrogés par ordonnance le 18 septembre 2000 et
remplacés par ceux du code le l'environnement et du décret du 13
septembre 2000 (Voir § 10.223).
- Son article 41 prévoyait la sortie des décrets concernant le
zonage sismique, les classes d'ouvrages à risque normal et la
définition de l'action sismique réglementaire en fonction de la
zone sismique et de la classe des ouvrages (voir ces décrets §
10.22).
107
les grands ateliers
Equivalences entre la Loi du 22 juillet 1987 et le Code de
l'environnement (via la Loi Barnier)
Les articles 562-1 à 562-7 du Code reprennent les articles 40-1 à 40-7 de
la Loi
L'article 563-1 du Code reprend l'article 41 de la Loi
10.2.1.2. LOI N° 95-101 DU 2 FÉVRIER 1995 (LOI BARNIER)
Relative au renforcement de la Loi de 1987 dont elle précise certains
articles, elle substitue les PPR aux PER.
(Loi codifiée en 2000.)
Son Titre I° encadre la participation du public et des associations
en matière d'environnement
Son Titre II encadre les dispositions relatives à la prévention des
risques naturels.
CHAPITRE Ier Des mesures de sauvegarde des populations
menacées par certains risques
- Ses articles (11 à 15) ont été codifiés (Voir § 10.213).
CHAPITRE II Des plans de prévention des risques naturels prévisibles
- Son article 16 (portant modification de la Loi de 1987), a été
codifié (Voir § 10.213).
- Ses articles 17 à 19 modifient le Code des assurances et la Loi sur
l'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles (Voir
encadré ci-après)
Ses autres articles et titres traitent d'inondations, de protection de
l'environnement et des pollutions.
Loi Barnier : Extrait relatif à l'indemnisation des victimes:
TITRE II DISPOSITIONS RELATIVES A LA PREVENTION DES RISQUES
NATURELS
CHAPITRE Ier Des mesures de sauvegarde des populations menacées par
certains risques naturels majeurs
Art. 17. Il est inséré, dans le code des assurances, un article L. 121- 16 ainsi
rédigé :
"Art. L. 121-16. - Toute clause des contrats d'assurance tendant à
subordonner le versement d'une indemnité en réparation d'un
dommage causé par une catastrophe naturelle au sens de l'article L. 1251 à un immeuble bâti à sa reconstruction sur place est réputée non
écrite dès lors que l'espace est soumis à un plan de prévention
des risques naturels prévisibles."
Art. 18. Le I de l'article 5 et l'article 5-1 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982 relative
à l'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles sont abrogés.
108
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Art. 19. L'article L. 125-6 du code des assurances est ainsi modifié :
I. - Au premier alinéa, les mots : "plan d'exposition aux risques
naturels prévisibles, défini par le premier alinéa de l'article 5-1 de la loi
n 82-600 du 13 juillet 1982" sont remplacés par les mots : "plan de
prévention des risques naturels prévisibles approuvé dans les
conditions prévues par la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à
l'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre
l'incendie et à la prévention des risques majeurs".
II. - Au quatrième alinéa, les mots : "plan d'exposition" sont remplacés par
les mots : "plan de prévention des risques".
III. - Au quatrième alinéa, les mots : "prescriptions visées par le premier
alinéa du I de l'article 5 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982 relative à
l'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles" sont remplacés par
les mots : "mesures visées au 4 de l'article 40-1 de la loi n 87-565 du 22
juillet 1987 précitée".
Art. 20. - I. L'article 16 de la loi n 92-3 du 3 janvier 1992 sur l'eau est ainsi rédigé :
"Art. 16. - Dans les parties submersibles des vallées et dans les autres zones
inondables, les plans de prévention des risques naturels prévisibles
institués par la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de
la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à la
prévention des risques majeurs définissent en tant que de besoin les
interdictions et les prescriptions techniques à respecter afin d'assurer le
libre écoulement des eaux et la conservation, la restauration ou l'extension
des champs d'inondation".
II. - Les articles 48 à 54 du code du domaine public fluvial et de la
navigation intérieure sont abrogés.
III. - Au I de l'article 46 de la loi n 92-3 du 3 janvier 1992 précitée, la
mention des articles 48 à 54 du code du domaine public fluvial et de la
navigation intérieure est supprimée.
Art. 21. L'article 21 de la loi n 91-5 du 3 janvier 1991 modifiant diverses
dispositions intéressant l'agriculture et la forêt est ainsi rédigé : "Art. 21. Afin de définir les mesures de prévention à mettre en oeuvre dans les
zones sensibles aux incendies de forêt, le préfet élabore, en concertation
avec les conseils régionaux et conseils généraux intéressés, un plan de
prévention des risques naturels prévisibles institué par la loi n 87-565 du
22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile, à la protection
de la forêt contre l'incendie et à la prévention des risques majeurs."
Art. 22. A l'article L. 443-2 du code de l'urbanisme7 , il est inséré, avant le dernier
alinéa, un alinéa ainsi rédigé :
"Si l'une des zones visées au présent article est couverte par un
plan de prévention des risques naturels prévisibles établi en
application de la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de
la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à la
prévention des risques majeurs, les prescriptions fixées en application du
présent article doivent être compatibles avec celles définies par ce
plan."
7 POS, actuellement PLU
109
les grands ateliers
10.2.1.3. 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 I
Mesures de sauvegarde des populations menacées par certains
risques naturels majeurs
Art. L. 561-1. - Sans préjudice des dispositions prévues au 5o de l'article
L. 2212-2 et à l'article L. 2212-4 du code général des collectivités
territoriales, lorsqu'un risque prévisible de mouvements de terrain,
d'avalanches ou de crues torrentielles menace gravement des vies
humaines, les biens exposés à ce risque peuvent être expropriés
par l'Etat dans les conditions prévues par le code de l'expropriation pour
cause d'utilité publique et sous réserve que les moyens de sauvegarde et de
protection des populations s'avèrent plus coûteux que les indemnités
d'expropriation.
La procédure prévue par les articles L. 15-6 à L. 15-8 du code de
l'expropriation pour cause d'utilité publique est applicable lorsque l'extrême
urgence rend nécessaire l'exécution immédiate de mesures de sauvegarde.
Toutefois, pour la détermination du montant des indemnités qui doit
permettre le remplacement des biens expropriés, il n'est pas tenu compte
de l'existence du risque.
Art. L. 561-2. - Sans préjudice des dispositions de l'article L. 13-14 du
code de l'expropriation pour cause d'utilité publique, les acquisitions
d'immeubles peuvent ne donner lieu à aucune indemnité ou qu'à une
indemnité réduite si, en raison de l'époque à laquelle elles ont eu lieu, il
apparaît qu'elles ont été faites dans le but d'obtenir une indemnité
supérieure au prix d'achat.
Sont présumées faites dans ce but, sauf preuve contraire, les acquisitions
postérieures à l'ouverture de l'enquête publique préalable à l'approbation
d'un plan de prévention des risques naturels prévisibles rendant
inconstructible la zone concernée ou, en l'absence d'un tel plan,
postérieures à l'ouverture de l'enquête publique préalable à l'expropriation.
Art. L. 561-3. - Le fonds de prévention des risques naturels majeurs est
chargé de financer, dans la limite de ses ressources, les indemnités allouées
en vertu des dispositions de l'article L. 561-1 ainsi que les dépenses liées à
la limitation de l'accès et à la démolition éventuelle des biens
exposés afin d'en empêcher toute occupation future. En outre, il
finance, dans les mêmes limites, les dépenses de prévention liées aux
évacuations temporaires et au relogement des personnes exposées.
Ce fonds est alimenté par un prélèvement sur le produit des primes ou
cotisations additionnelles relatives à la garantie contre le risque de
catastrophes naturelles, prévues à l'article L. 125-2 du code des assurances.
110
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Il est versé par les entreprises d'assurances ou leur représentant fiscal visé
à l'article 1004 bis du code général des impôts.
Le taux de ce prélèvement est fixé à 2 %. Le prélèvement est recouvré
suivant les mêmes règles, sous les mêmes garanties et les mêmes sanctions
que la taxe sur les conventions d'assurance prévue aux articles 991 et
suivants du code général des impôts.
En outre, le fonds peut recevoir des avances de l'Etat.
La gestion comptable et financière du fonds est assurée par la caisse
centrale de réassurance dans un compte distinct de ceux qui retracent les
autres opérations pratiquées par cet établissement. Les frais exposés par la
caisse centrale de réassurance pour cette gestion sont imputés sur le
fonds.
Art. L. 561-4. - A compter de la publication de l'arrêté d'ouverture de
l'enquête publique préalable à l'expropriation réalisée en application de
l'article L. 561-1, aucun permis de construire ni aucune autorisation
administrative susceptible d'augmenter la valeur des biens à exproprier ne
peut être délivré jusqu'à la conclusion de la procédure d'expropriation dans
un délai maximal de cinq ans, si l'avis du Conseil d'Etat n'est pas intervenu
dans ce délai.
La personne morale de droit public au nom de laquelle un permis
de construire ou une autorisation administrative a été délivré en
méconnaissance des dispositions du premier alinéa ci-dessus, ou
en contradiction avec les dispositions d'un plan de prévention des
risques naturels prévisibles rendues opposables, est tenue de
rembourser au fonds mentionné à l'article L. 561-3 le coût de
l'expropriation des biens ayant fait l'objet de ce permis ou de
cette autorisation.
Art. L. 561-5. - Le Gouvernement présente au Parlement, en annexe à la
loi de finances de l'année, un rapport sur la gestion du fonds de prévention
des risques naturels majeurs.
Un décret en Conseil d'Etat précise les modalités d'application du présent
chapitre.
Chapitre II
Plans de prévention des risques naturels prévisibles
Art. L. 562-1. I. - L'Etat élabore et met en application des plans de prévention
des risques naturels prévisibles tels que les inondations, les
mouvements de terrain, les avalanches, les incendies de forêt, les
séismes, les éruptions volcaniques, les tempêtes ou les cyclones.
II. - Ces plans ont pour objet, en tant que de besoin :
1o De délimiter les zones exposées aux risques en tenant compte
de la nature et de l'intensité du risque encouru, d'y interdire tout
type de construction, d'ouvrage, d'aménagement ou d'exploitation
agricole, forestière, artisanale, commerciale ou industrielle ou, dans le cas
où des constructions, ouvrages, aménagements ou exploitations agricoles,
forestières, artisanales, commerciales ou industrielles pourraient y être
autorisés, prescrire les conditions dans lesquelles ils doivent être
réalisés, utilisés ou exploités ;
2o De délimiter les zones qui ne sont pas directement exposées aux
111
les grands ateliers
risques mais où des constructions, des ouvrages, des aménagements ou
des exploitations agricoles, forestières, artisanales, commerciales ou
industrielles pourraient aggraver des risques ou en provoquer de
nouveaux et y prévoir des mesures d'interdiction ou des prescriptions
telles que prévues au 1o ;
3o De définir les mesures de prévention, de protection et de
sauvegarde qui doivent être prises, dans les zones mentionnées
au 1o et au 2o, par les collectivités publiques dans le cadre de
leurs compétences, ainsi que celles qui peuvent incomber aux
particuliers ;
4o De définir, dans les zones mentionnées au 1o et au 2o, les
mesures relatives à l'aménagement, l'utilisation ou l'exploitation
des constructions, des ouvrages, des espaces mis en culture ou
plantés existants à la date de l'approbation du plan qui doivent être prises
par les propriétaires, exploitants ou utilisateurs.
III. - La réalisation des mesures prévues aux 3o et 4o du II peut être
rendue obligatoire en fonction de la nature et de l'intensité du
risque dans un délai de cinq ans, pouvant être réduit en cas
d'urgence. A défaut de mise en conformité dans le délai prescrit, le préfet
peut, après mise en demeure non suivie d'effet, ordonner la réalisation de
ces mesures aux frais du propriétaire, de l'exploitant ou de l'utilisateur.
IV. - Les mesures de prévention prévues aux 3o et 4o du II, concernant les
terrains boisés, lorsqu'elles imposent des règles de gestion et d'exploitation
forestière ou la réalisation de travaux de prévention concernant les espaces
boisés mis à la charge des propriétaires et exploitants forestiers, publics ou
privés, sont prises conformément aux dispositions du titre II du livre III et
du livre IV du code forestier.
V. - Les travaux de prévention imposés en application du 4o du II à des
biens construits ou aménagés conformément aux dispositions du code de
l'urbanisme avant l'approbation du plan et mis à la charge des
propriétaires, exploitants ou utilisateurs ne peuvent porter que sur des
aménagements limités.
Art. L. 562-2. - Lorsqu'un projet de plan de prévention des risques
naturels prévisibles contient certaines des dispositions mentionnées au 1o
et au 2o du II de l'article L. 562-1 et que l'urgence le justifie, le préfet peut,
après consultation des maires concernés, les rendre immédiatement
opposables à toute personne publique ou privée par une décision rendue
publique.
Ces dispositions cessent d'être opposables si elles ne sont pas reprises dans
le plan approuvé ou si le plan n'est pas approuvé dans un délai de trois ans.
Art. L. 562-3. - Après enquête publique, et après avis des conseils
municipaux des communes sur le territoire desquelles il doit s'appliquer, le
plan de prévention des risques naturels prévisibles est approuvé par arrêté
préfectoral.
Art. L. 562-4. - Le plan de prévention des risques naturels
prévisibles approuvé vaut servitude d'utilité publique. Il est
annexé au plan d'occupation des sols, conformément à l'article L.
126-1 du code de l'urbanisme.
112
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Le plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé fait l'objet
d'un affichage en mairie et d'une publicité par voie de presse locale en vue
d'informer les populations concernées.
Art. L. 562-5. I. - Le fait de construire ou d'aménager un terrain dans une zone interdite
par un plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé ou de
ne pas respecter les conditions de réalisation, d'utilisation ou d'exploitation
prescrites par ce plan est puni des peines prévues à l'article L. 480-4 du
code de l'urbanisme.
II. - Les dispositions des articles L. 460-1, L. 480-1, L. 480-2, L. 480-3, L.
480-5 à L. 480-9 et L. 480-12 du code de l'urbanisme sont également
applicables aux infractions visées au I du présent article, sous la seule
réserve des conditions suivantes :
1o Les infractions sont constatées, en outre, par les fonctionnaires et
agents commissionnés à cet effet par l'autorité administrative compétente
et assermentés ;
2o Pour l'application de l'article L. 480-5 du code de l'urbanisme, le
tribunal statue au vu des observations écrites ou après audition du maire
ou du fonctionnaire compétent, même en l'absence d'avis de ces derniers,
soit sur la mise en conformité des lieux ou des ouvrages avec les
dispositions du plan, soit sur leur rétablissement dans l'état antérieur ;
3o Le droit de visite prévu à l'article L. 460-1 du code de l'urbanisme est
ouvert aux représentants de l'autorité administrative compétente.
Art. L. 562-6. - Les plans d'exposition aux risques naturels
prévisibles approuvés en application du I de l'article 5 de la loi no 82600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes de
catastrophes naturelles valent plan de prévention des risques
naturels prévisibles. Il en est de même des plans de surfaces
submersibles établis en application des articles 48 à 54 du code du
domaine public fluvial et de la navigation intérieure, des périmètres de
risques institués en application de l'article R. 111-3 du code de l'urbanisme,
ainsi que des plans de zones sensibles aux incendies de forêt établis en
application de l'article 21 de la loi no 91-5 du 3 janvier 1991 modifiant
diverses dispositions intéressant l'agriculture et la forêt. Leur modification
ou leur révision est soumise aux dispositions du présent chapitre.
Les plans ou périmètres visés à l'alinéa précédent en cours d'élaboration au
2 février 1995 sont considérés comme des projets de plans de prévention
des risques naturels, sans qu'il soit besoin de procéder aux consultations
ou enquêtes publiques déjà organisées en application des procédures
antérieures propres à ces documents.
Art. L. 562-7. - Un décret en Conseil d'Etat précise les conditions
d'application des articles L. 562-1 à L. 562-6. Il définit notamment les
éléments constitutifs et la procédure d'élaboration et de révision des plans
de prévention des risques naturels prévisibles, ainsi que les conditions dans
lesquelles sont prises les mesures prévues aux 3o et 4o du II de l'article L.
562-1.
Art. L. 562-8. - Dans les parties submersibles des vallées et dans les autres
zones inondables, les plans de prévention des risques naturels prévisibles
définissent, en tant que de besoin, les interdictions et les prescriptions
113
les grands ateliers
techniques à respecter afin d'assurer le libre écoulement des eaux et la
conservation, la restauration ou l'extension des champs d'inondation.
Art. L. 562-9. - Afin de définir les mesures de prévention à mettre en
œuvre dans les zones sensibles aux incendies de forêt, le préfet élabore,
en concertation avec les conseils régionaux et conseils généraux intéressés,
un plan 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.
Art. L. 563-2. - Dans les zones de montagne, en l'absence de plan de
prévention des risques naturels prévisibles, les documents d'urbanisme
ainsi que les projets de travaux, constructions ou installations soumis à une
demande d'autorisation ou à une décision de prise en considération
tiennent compte des risques naturels spécifiques à ces zones, qu'il s'agisse
de risques préexistants connus ou de ceux qui pourraient résulter des
modifications de milieu envisagées.
Cette prise en compte s'apprécie en fonction des informations dont peut
disposer l'autorité compétente.
Sans préjudice des dispositions des deux alinéas ci-dessus, le représentant
de l'Etat visé à l'article L. 145-11 du code de l'urbanisme pour les unités
touristiques nouvelles et à l'article L. 445-1 du même code pour les
remontées mécaniques tient compte des risques naturels pour la
délivrance des autorisations correspondantes.
10.2.2. DÉCRETS
10.2.2.1. 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 10.231)
- Les Ouvrages à Risque Spécial (dont la ruine provoque des
atteintes à l'environnement sur des étendues importantes). (Voir
10.232)
114
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
DECRET 91 461 du 14 MAI 1991
Art. 1er. - Les dispositions mentionnées à l'article 41 de la loi n° 87-565
du 22 juillet 1987 susvisée destinées à la mise en œuvre de la prévention
du risque sismique et applicables aux bâtiments, équipements et
installations nouveaux sont définies par le présent décret.
Art. 2. - Pour la prise en compte du risque sismique, les bâtiments,
les équipements et les installations sont répartis en deux
catégories, respectivement dites "à risque normal" et "à risque
spécial".
Art. 3. - La catégorie dite "à risque normal" comprend les bâtiments,
équipements et installations pour lesquels les conséquences d'un séisme
demeurent circonscrites à leurs occupants et leur voisinage immédiat.
Ces bâtiments, équipements et installations sont répartis en quatre classes
- classe A : ceux dont la défaillance ne présente qu'un risque minime pour
les personnes ou l'activité économique ;
- classe B : ceux dont la défaillance présente un risque dit moyen pour les
personnes;
- classe C : ceux dont la défaillance présente un risque élevé pour les
personnes et ceux présentant le même risque en raison de leur importance
socio-économique.
En outre la catégorie "à risque normal" comporte une classe D regroupant
les bâtiments, les équipements et les installations dont le fonctionnement
est primordial pour la sécurité civile, pour la défense ou pour le maintien
de l'ordre public.
Art. 4. - Pour l'application des mesures de prévention du risque sismique
aux bâtiments, équipements et installations de la catégorie dite et "à risque
normal", le territoire national est divisé en cinq zones de sismicité
croissante :
- zone 0 ;
- zone I a ;
- zone I b ;
- zone II ;
- zone III.
La répartition des départements, des arrondissements et des cantons entre
ces zones est définie par l'annexe au présent décret.
Art. 5. - Des mesures préventives et notamment des règles de
construction, d'aménagement et d'exploitation parasismiques sont
appliquées aux bâtiments, aux équipements et aux installations de la
catégorie dite "à risque normal", appartenant aux classes B, C et D
situés dans les zones de sismicité I a, I b, II et III, respectivement définies
aux articles 3 et 4 du présent décret.
Pour l'application de ces mesures, des arrêtés pris conjointement par le
ministre chargé de la prévention des risques majeurs et les ministres
concernés définissent la nature et les caractéristiques des bâtiments, des
équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi
que les valeurs caractérisant les actions des séismes à prendre en
compte.
Art. 6. - La catégorie dite "à risque spécial" comprend les bâtiments,
115
les grands ateliers
les équipements et les installations pour lesquels les effets sur les
personnes, les biens et l'environnement de dommages même mineurs
résultant d'un séisme peuvent ne pas être circonscrits au voisinage
immédiat desdits bâtiments, équipements et installations.
Art. 7. - Des mesures préventives et notamment des règles de
construction, d'aménagement et d'exploitation parasismiques sont
appliquées aux bâtiments, aux équipements et aux installations de la
catégorie dite "à risque spécial".
Pour l'application de ces mesures, des arrêtés pris conjointement par le
ministre chargé de la prévention des risques majeurs et les ministres
concernés définissent la nature et les caractéristiques des bâtiments, des
équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi
que les valeurs caractérisant les actions des séismes à prendre en
compte.
Art. 8. - Le 2° de l'article 2 du décret du 11 octobre 1990 susvisé est ainsi
rédigé :
"2° Situées dans les zones de sismicité I a, I b, II et III définies par le décret
n° 91-461 du 14 mai 1991."
Annexe : Liste des cantons de chacune des 4 zones concernées par
la réglementation
N-B : Le zonage sismique réglementaire actuel de la France, issu d'études
de la sismicité nationale, est utilisé pour application de l'arrêté du 29 mai
1997 (voir § 10.231) 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.
Les ouvrages à risque spécial (ORS), c'est à dire ceux dont la ruine peut
nuire à l'environnement (en général risque industriel) font l'objet de règles
beaucoup plus exigeantes (Voir § 10.232).
116
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Figure 111 - Zonage sismique réglementaire de la France
Ce zonage établi il y a quelques années sur la base de connaissances historiques présente quelques
similitudes avec le zonage déterministe. Il sera remplacé un jour, au vu de l'évolution des connaissances
(Voir 7.4 et 7.5).
10.2.2.2. DÉCRET N° 95-1089 DU 5 OCTOBRE 1995
Définit les modalités relatives aux PPR en application de la Loi Barnier.
DECRET 95-1089 du 5 octobre 1995
Article 1
L'établissement des plans de prévention des risques naturels
prévisibles mentionnés aux articles 40-1 à 40-7 de la loi du 22 juillet
1987 susvisée est prescrit par arrêté du préfet. Lorsque le périmètre
mis à l'étude s'étend sur plusieurs départements, l'arrêté est pris
conjointement par les préfets de ces départements et précise celui des
préfets qui est chargé de conduire la procédure.
Article 2
L'arrêté prescrivant l'établissement d'un plan de prévention des risques
naturels prévisibles détermine le périmètre mis à l'étude et la nature
des risques pris en compte ; il désigne le service déconcentré de
l'Etat qui sera chargé d'instruire le projet. L'arrêté est notifié aux
maires des communes dont le territoire est inclus dans le périmètre ; il est
publié au Recueil des actes administratifs de l'Etat dans le département.
117
les grands ateliers
Article 3
Le projet de plan comprend :
1° Une note de présentation indiquant le secteur géographique
concerné, la nature des phénomènes naturels pris en compte et leurs
conséquences possibles compte tenu de l'état des connaissances ;
2° Un ou plusieurs documents graphiques délimitant les zones
mentionnées aux 1° et 2° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée
;
3° Un règlement précisant en tant que de besoin :
- les mesures d'interdiction et les prescriptions applicables dans
chacune de ces zones en vertu du 1° et du 2° de l'article 40-1 de la
loi du 22 juillet 1987 susvisée ;
- les mesures de prévention, de protection et de sauvegarde
mentionnées au 3° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987
susvisée et les mesures relatives à l'aménagement, l'utilisation ou
l'exploitation des constructions, des ouvrages, des espaces mis en
culture ou plantés existants à la date de l'approbation du plan,
mentionnées au 4° du même article. Le règlement mentionne, le
cas échéant, celles de ces mesures dont la mise en oeuvre est
obligatoire et le délai fixé pour leur mise en oeuvre.
Article 4
En application du 3° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, le
plan peut notamment :
- définir des règles relatives aux réseaux et infrastructures
publics desservant son secteur d'application et visant à faciliter
les éventuelles mesures d'évacuation ou l'intervention des
secours ;
- prescrire aux particuliers ou à leurs groupements la réalisation
de travaux contribuant à la prévention des risques et leur confier
la gestion de dispositifs de prévention des risques ou
d'intervention en cas de survenance des phénomènes considérés ;
- subordonner la réalisation de constructions ou d'aménagements
nouveaux à la constitution d'associations syndicales chargées de
certains travaux nécessaires à la prévention des risques, notamment
l'entretien des espaces et, le cas échéant, la réalisation ou
l'acquisition, la gestion et le maintien en condition d'ouvrages ou de
matériels.
Le plan indique si la réalisation de ces mesures est rendue obligatoire et, si
oui, dans quel délai.
Article 5
En application du 4° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée,
pour les constructions, ouvrages, espaces mis en culture ou plantés,
existants à la date d'approbation du plan, le plan peut définir des mesures
de prévention, de protection et de sauvegarde. Ces mesures peuvent être
rendues obligatoires dans un délai de cinq ans, pouvant être réduit en cas
d'urgence.
Toutefois, le plan ne peut pas interdire les travaux d'entretien et de gestion
courants des bâtiments implantés antérieurement à l'approbation du plan
ou, le cas échéant, à la publication de l'arrêté mentionné à l'article 6 cidessous, notamment les aménagements internes, les traitements de façade
et la réfection des toitures, sauf s'ils augmentent les risques ou en créent de
nouveaux, ou conduisent à une augmentation de la population exposée.
118
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
En outre, les travaux de prévention imposés à des biens construits ou
aménagés conformément aux dispositions du code de l'urbanisme avant
l'approbation du plan et mis à la charge des propriétaires, exploitants ou
utilisateurs ne peuvent porter que sur des aménagements limités
dont le coût est inférieur à 10 p 100 de la valeur vénale ou estimée
du bien à la date d'approbation du plan.
Article 6
Lorsque, en application de l'article 40-2 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée,
le préfet a l'intention de rendre immédiatement opposables certaines des
prescriptions d'un projet de plan relatives aux constructions, ouvrages,
aménagements ou exploitations nouveaux, il en informe le maire de la ou
des communes sur le territoire desquelles ces prescriptions seront
applicables. Ces maires disposent d'un délai d'un mois pour faire part de
leurs observations.
A l'issue de ce délai, ou plus tôt s'il dispose de l'avis des maires, le préfet rend
opposables ces prescriptions, éventuellement modifiées, par un arrêté qui
fait l'objet d'une mention au Recueil des actes administratifs de l'Etat dans le
département et dont une copie est affichée dans chaque mairie concernée
pendant un mois au minimum.
Les documents relatifs aux prescriptions rendues ainsi opposables
dans une commune sont tenus à la disposition du public en
préfecture et en mairie. Mention de cette mesure de publicité est faite
avec l'insertion au Recueil des actes administratifs et avec l'affichage prévus
à l'alinéa précédent.
L'arrêté mentionné au deuxième alinéa du présent article rappelle les
conditions dans lesquelles les prescriptions cesseraient d'être opposables
conformément aux dispositions de l'article 40-2 de la loi du 22 juillet 1987
susvisée.
Article 7
Le projet de plan de prévention des risques naturels prévisibles est soumis à
l'avis des conseils municipaux des communes sur le territoire desquelles le
plan sera applicable.
Si le projet de plan contient des dispositions de prévention des incendies de
forêt ou de leurs effets, ces dispositions sont aussi soumises à l'avis des
conseils généraux et régionaux concernés.
Si le projet de plan concerne des terrains agricoles ou forestiers, les
dispositions relatives à ces terrains sont soumises à l'avis de la chambre
d'agriculture et du centre régional de la propriété forestière.
Tout avis demandé en application des trois alinéas ci-dessus qui n'est pas
rendu dans un délai de deux mois est réputé favorable.
Le projet de plan est soumis par le préfet à une enquête publique dans les
formes prévues par les articles R 11-4 à R 11-14 du code de l'expropriation
pour cause d'utilité publique.
A l'issue de ces consultations, le plan, éventuellement modifié pour tenir
compte des avis recueillis, est approuvé par arrêté préfectoral. Cet arrêté fait
l'objet d'une mention au Recueil des actes administratifs de l'Etat dans le
département ainsi que dans deux journaux régionaux ou locaux diffusés
dans le département.
Une copie de l'arrêté est affichée dans chaque mairie sur le territoire de
laquelle le plan est applicable pendant un mois au minimum.
Le plan approuvé est tenu à la disposition du public en préfecture et dans
chaque mairie concernée. Cette mesure de publicité fait l'objet d'une
119
les grands ateliers
mention avec les publications et l'affichage prévus aux deux alinéas
précédents.
Article 8
Un plan de prévention des risques naturels prévisibles peut être modifié
selon la procédure décrite aux articles 1er à 7 ci-dessus. Toutefois, lorsque la
modification n'est que partielle, les consultations et l'enquête publique
mentionnées à l'article 7 ne sont effectuées que dans les communes sur le
territoire desquelles les modifications proposées seront applicables. Les
documents soumis à consultation ou enquête publique comprennent alors
:
1° Une note synthétique présentant l'objet des modifications envisagées ;
2° Un exemplaire du plan tel qu'il serait après modification avec l'indication,
dans le document graphique et le règlement, des dispositions faisant l'objet
d'une modification et le rappel, le cas échéant, de la disposition
précédemment en vigueur.
L'approbation du nouveau plan emporte abrogation des dispositions
correspondantes de l'ancien plan.
10.2.2.3. 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
120
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
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. "
Art. 3. - Le ministre de l'intérieur, le ministre de l'équipement, des transports
et du logement, la ministre de l'aménagement du territoire et de
l'environnement, le secrétaire d'Etat à l'outre-mer et le secrétaire d'Etat au
logement sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du
présent décret, qui sera publié au Journal officiel de la République française.
Fait à Paris, le 13 septembre 2000.
10.2.2.4. DÉCRET N° 2001-116 DU 05 FÉVRIER 2001
Décret portant création du comité interministériel de prévention des risques
naturels majeurs.
DECRET n° 2001-116 du 05 Février 2001
Article 1
Il est institué un comité interministériel de prévention des risques
naturels majeurs présidé par le Premier ministre ou, par délégation, par le
ministre chargé de l'environnement.
Article 2
Le comité interministériel comprend les ministres chargés de la défense, de
l'éducation nationale, de la recherche, de l'intérieur, de l'équipement, des
transports, du logement, de l'urbanisme, de l'agriculture, de l'outre-mer, des
finances et de l'environnement.
Les autres ministres intéressés par les questions inscrites à l'ordre du jour
sont invités à siéger au comité interministériel.
Article 3
Le comité interministériel contribue à définir la politique conduite par le
Gouvernement en matière de prévention des risques naturels majeurs. Plus
particulièrement, le comité interministériel fixe les orientations dans
les domaines suivants :
1° L'amélioration de la connaissance des risques, le renforcement
de leur surveillance et de leur prévision, ainsi que le
développement de l'information préventive sur ces risques ;
2° Le renforcement de la prise en compte des risques dans
l'utilisation des sols et dans la construction ainsi que la réduction
de la vulnérabilité des personnes et des biens aux aléas,
121
les grands ateliers
notamment par le développement des plans et des travaux de
prévention des risques naturels;
3° Le développement des méthodes d'analyse et d'expertise dans le
domaine du risque naturel, notamment par l'amélioration des
méthodes de retour d'expérience pour tirer les leçons des
catastrophes occasionnées par la survenance des aléas et le
renforcement des recherches dans le domaine de la prévention des
risques naturels majeurs.
Article 4
Le comité interministériel se réunit au moins une fois par an. Le délégué aux
risques majeurs assure le secrétariat permanent du comité interministériel.
Article 5
Le comité interministériel s'appuie sur un conseil d'orientation chargé de lui
donner des avis et de lui faire des propositions en matière de prévention des
risques naturels.
Le conseil d'orientation peut proposer à l'Office parlementaire d'évaluation
des choix scientifiques et technologiques de s'associer à ses travaux.
Article 6
Le conseil d'orientation comprend :
1° Un représentant de chacun des ministres membres de droit du comité ;
2° Le secrétaire général de la défense nationale ou son représentant ;
3° Dix personnalités qualifiées, dont deux représentants des compagnies
d'assurance désignés par le ministre chargé des finances, une personnalité
désignée par le ministre chargé de l'équipement, une personnalité désignée
par le ministre chargé du logement, deux experts scientifiques désignés par
le ministre chargé de la recherche, et quatre personnalités désignées par le
ministre chargé de l'environnement
4° Douze élus :
- trois députés désignés par l'Assemblée nationale ;
- trois sénateurs désignés par le Sénat ;
- six titulaires de mandats locaux désignés par le ministre chargé
des collectivités locales.
Le président du conseil d'orientation est désigné par le ministre chargé de
l'environnement. Le secrétariat du conseil est assuré par le délégué aux
risques majeurs.
Le conseil se réunit sur convocation de son président en tant que de besoin,
et au moins une fois par an.
La durée des mandats des membres du conseil mentionnés au 3° de l'article
6 du présent décret est de trois années.
La qualité de membre se perd avec la cessation des fonctions en
considération desquelles l'intéressé a été désigné. Un nouveau titulaire est
alors désigné dans les mêmes conditions, pour la période de mandat restant
à courir.
Article 7
Le rapport sur la prévention des risques naturels majeurs, élaboré chaque
année par le délégué aux risques majeurs, est soumis pour avis au conseil
d'orientation puis au comité interministériel.
122
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
10.2.3. ARRÊTÉS ET CIRCULAIRES
10.2.3.1. 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 PS-69/82 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 :
er
Art. 1 - 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 4e et 5e 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
123
les grands ateliers
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 1ère, 2ème et 3ème
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 :
obâtiments d'habitation collective ;
obâtiments à usage de bureaux ;
"les autres bâtiments pouvant accueillir simultanément plus de 300
personnes appartenant notamment aux biens suivants :
- les bâtiments à usage de bureaux, non classés établisse
ments recevant du public au sens de l'article R. 123-2 du
code de la construction et de l'habitation ;
- les bâtiments destinés à l'exercice d'une activité indus
trielle ;
"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 per
sonnels et matériels et présentant un caractère opéra
tionnel ;
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 télécom
munications ouverts au public ;
o des centres de diffusion et de réception de l'information
;
o des tours hertziennes stratégiques ;
" 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'aviation civile internationale (OACI) ;
124
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
" 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.
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.
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 06013, 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 aN 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,
125
les grands ateliers
à laquelle appartient le bâtiment.
Les valeurs minimales de ces accélérations, exprimées en mètres
par seconde au carré, sont données par le tableau suivant :
II. - Pour les bâtiments appartenant à la classe B définis au paragraphe 1.1
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
(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
126
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
10.2.3.2. 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.
ARRETE du 10 mai 1993 fixant les règles parasismiques applicables
aux installations soumises à la législation sur les installations
classées (JO du 17 juillet 1993)
Article 1er
Sont visées par le présent arrêté :
Les installations énumérées à la nomenclature des installations classées
pour la protection de l'environnement sous la mention " servitudes d'utilité
publique ", à l'exception des installations dont l'étude des dangers montre
qu'elles ne présentent pas, en cas de séisme, des dangers d'incendie,
d'explosion ou d'émanation de produits nocifs susceptibles de porter
atteinte aux intérêts visés à l'article 1er de la loi du 19 juillet 1976 susvisée
en aggravant notablement les conséquences premières du séisme ;
Les installations classées non visées ci-dessus pour lesquelles le préfet, après
avis du conseil départemental d'hygiène, constate qu'elles présentent en cas
de séisme des dangers d'incendie, d'explosion ou d'émanation de produits
nocifs susceptibles de porter atteinte aux intérêts visés à l'article 1er de la loi
du 19 juillet 1976 susvisée en aggravant notablement les conséquences
premières du séisme. Dans ce cas, les mesures prévues au présent arrêté
sont prescrites par un arrêté préfectoral pris dans les formes prévues à
l'article 17 ou 18 du décret du 21 septembre 1977 susvisé.
Article 2
L'exploitant d'une installation visée à l'article 1er évalue le ou les "
séismes maximaux historiquement vraisemblables " (S.M.H.V.) à
partir des données historiques et géologiques.
Le S.M.H.V. est défini de manière déterministe, en supposant que des
séismes analogues aux séismes historiquement connus sont susceptibles de
se produire dans l'avenir avec une position d'épicentre qui soit la plus
pénalisante quant à ses effets en terme d'intensité sur le site, sous réserve
que cette position reste compatible avec les données géologiques et
sismiques.
Article 3
Pour chaque séisme maximum historiquement vraisemblable ainsi
déterminé, est défini le " séisme majoré de sécurité " (S.M.S.) déduit du
S.M.H.V. sur le site par la relation suivante (exprimée en unité d'intensité
M.S.K.) : intensité S.M.S. = intensité S.M.H.V. + 1, sous réserve que
cette majoration reste compatible avec les données géologiques et
sismiques.
Chaque S.M.S. est caractérisé par un spectre de réponse, c'est-à-dire
la courbe représentant l'amplitude maximale de la réponse d'un oscillateur
simple en fonction de sa fréquence. Ce spectre est représentatif du
mouvement dans une direction d'un point à la surface du sol.
127
les grands ateliers
Article 4
Pour les installations situées dans les zones de sismicité 0 et I a,
telles que définies par l'article 4 du décret n° 91-461 du 14 mai 1991 susvisé
et son annexe, l'exploitant peut substituer aux dispositions prévues aux
articles 2 et 3 ci-dessus la définition a priori d'un séisme majoré de sécurité.
Ce dernier est alors caractérisé par le spectre de réponse, en accélération
horizontale, obtenu en multipliant les ordonnées du spectre de référence,
défini par l'annexe au présent arrêté, par une accélération de calage au
moins égale à 1,5 m/s2 pour la zone de sismicité 0 et a 2,0 m/s2 pour la
zone de sismicité I a.
Lorsque le préfet dispose de résultats d'études locales mettant en évidence
des différences notables entre les séismes majorés obtenus par les méthodes
définies à l'alinéa précèdent et aux articles 2 et 3, il peut imposer à
l'exploitant d'avoir recours aux dispositions des articles 2 et 3, sans possibilité
d'y déroger dans les conditions définies à l'alinéa précèdent.
Article 5
L'exploitant établit, en tenant compte de l'étude de danger, la liste des
éléments qui sont importants pour la sûreté aussi bien pour prévenir les
causes d'un accident que pour en limiter les conséquences.
Cette liste doit comprendre les équipements principaux ou accessoires ainsi
que les éléments de supportage et les structures dont la défaillance,
éventuellement combinée, entraînerait un danger défini à l'article 1er, de
même que les éléments qui sont appelés à intervenir pour pallier les effets
dangereux de la défaillance d'un autre matériel.
Article 6
Les éléments importants pour la sûreté définis à l'article 5 doivent
continuer à assurer leur fonction de sûreté pour chacun des
séismes majorés de sécurité définis à l'article 3 ou, lorsqu'il en est fait
usage, à l'article 4. L'exploitant établit les justifications nécessaires en
étudiant la réponse de ces équipements à des actions sismiques au moins
égales à celles correspondant au spectre de réponse défini à l'article 3 ou,
lorsqu'il en est fait usage, à l'article 4. Pour celles-ci l'exploitant pourra
prendre en compte la possibilité d'incursion dans le domaine plastique soit
par la prise en compte de coefficients de comportement, soit par l'utilisation
de critères traduisant le comportement élastoplastique. Ces coefficients et
critères doivent être compatibles avec la fonction de sûreté de l'équipement
considéré.
Article 7
Les évaluations, inventaire, justification et définition prévus respectivement
aux articles 2, 3, 5 et 6 seront transmis a l'inspection des installations
classées.
Article 8
Les dispositions du présent arrêté sont applicables à toute installation dont
le dépôt de la demande d'autorisation d'exploiter au titre de la législation des
installations classées pour la protection de l'environnement intervient plus
d'un an après la date de publication du présent arrêté ; elles pourront être
rendues applicables en tout ou partie aux installations existantes dans les
conditions prévues à l'article 18 du décret n° 77-1133 du 21 septembre
1977.
128
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Ces dispositions ne font pas obstacle aux mesures qui peuvent être
prescrites compte tenu des particularités des sites concernés, dans le cadre
des arrêtés réglementant leur fonctionnement.
Article 9
Le directeur de la prévention des pollutions et des risques et les préfets de
département sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du
présent arrêté, qui sera publié au Journal officiel de la République française.
10.2.3.3. CIRCULAIRE DU 27 MAI 1994 (ORS)
Circulaire DPPR/SEI du 27 mai 1994 relative à l'arrêté du 10 mai
1993 fixant les règles parasismiques applicables aux installations
classées pour la protection de l'environnement
Le ministre de l'Environnement à Mmes et MM. les préfets, M. le préfet de
police.
Bien que la France soit rarement affectée par les séismes, les risques induits
par de tels phénomènes existent.
L'article 41 de la loi du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité
civile et son décret d'application du 14 mai 1991 définissent les principes
généraux des mesures de protection à mettre en oeuvre. Le décret distingue
deux types d'approche préventive selon que les bâtiments, équipements et
installations concernés appartiennent à la catégorie dite "à risque normal" ou
à celle dite "à risque spécial".
La 1ère catégorie comprend les bâtiments, équipements et installations pour
lesquels les conséquences d'un séisme demeurent circonscrites à leurs
occupants et à leur voisinage immédiat et la seconde ceux pour lesquels des
dommages même mineurs à ces ouvrages résultant d'un séisme peuvent
avoir un effet au-delà de ce voisinage immédiat.
Pour les ouvrages de la 1ère catégorie dite "à risque normal", la sécurité
parasismique est assurée selon une approche normative.
Les installations dites "à risque spécial" au sens de l'article 6 du décret
précité comprennent les installations classées définies à l'article 1er de
l'arrêté du 10 mai 1993. Pour ces installations, la prévention du risque
sismique fait l'objet d'une étude au cas par cas.
L'examen du risque sismique relatif à une installation classée s'intègre dans
l'étude de danger, au même titre que celui des autres risques naturels.
Les dispositions de l'arrêté du 10 mai 1993 se fondent notamment sur
l'expérience acquise lors de l'étude parasismique d'une part des installations
nucléaires de base et d'autre part, au cours des dernières années, de
certaines installations classées. Cette expérience permet d'apporter les
commentaires et précisions utiles à l'application de ce texte.
L'arrêté définit dans un premier temps une méthode d'évaluation de l'aléa
sismique à prendre en compte (article 2 à 4). Il demande ensuite
l'élaboration d'une liste des installations ou équipements devant faire l'objet
de mesures de protection (article 5) puis les objectifs en matière de sécurité
que les dispositions de protection doivent permettre de satisfaire (article 6).
129
les grands ateliers
Article 1er
La détermination du champ d'application de l'arrêté ne nécessite pas une
connaissance particulière sur la sismicité de la zone géographique
concernée. La capacité d'une installation à créer, en cas de séisme,
des accidents aggravant notablement les conséquences premières
du séisme pourra s'évaluer au vu des scénarios d'accidents
développés dans l'étude des dangers de l'installation. On pourra en
particulier examiner les conséquences de scénarios de fuites importantes sur
des réservoirs de produits inflammables, explosifs ou toxiques; scénarios
probables en cas de séisme.
Article 2
En l'état actuel des connaissances des processus géologiques engendrant
une rupture brutale des roches, notamment dans les zones à sismicité
modérée (cas de l'essentiel du territoire national), la prédiction précise dans
l'espace et dans le temps de l'occurrence d'un séisme et a fortiori de son
"agressivité" est impossible.
Aussi la prévention sismique se fonde sur le postulat selon lequel un séisme
passé peut se reproduire dans le futur sur le même accident
géologiquement actif [accident sismogène (*)] et cela avec une "puissance"
comparable.
C'est ce que traduit la notion de SMHV introduite dans l'article 2. Elle
provient de la pratique adoptée pour les installations nucléaires de base
(règle fondamentale de sûreté n° 1.2.c). Il convient de remarquer que pour
un site donné, il peut y avoir plusieurs SMHV à considérer; par exemple : un
séisme de magnitude (*) relativement faible mais situé près du site, et un
séisme plus fort mais plus lointain, les deux produisant la même intensité (*)
sur le site.
Concrètement, la détermination du ou des SMHV s'appuie sur un
ensemble de données sismologiques et géologiques à rechercher
dans des documents et banques de données spécialisés et servant
de base à une analyse sismotectonique (voir annexe). Cette recherche
documentaire doit être complétée par un recueil complémentaire
d'information et par un travail d'interprétation.
L'analyse de ces données doit permettre d'identifier :
- les domaines sismotectoniques (*) pertinents, c'est-à-dire les régions dont
les caractéristiques tectoniques (type et niveau des déformations, champs de
contraintes) sont suffisamment homogènes pour qu'on puisse envisager
l'occurrence d'un séisme analogue à un séisme historiquement connu, en
n'importe quel point du domaine;
- les accidents (ou structures) sismogènes pertinents, c'est-à-dire les failles ou
systèmes de failles, dont les mouvements peuvent avoir été ou être à
l'origine de séismes;
- pour ces 2 types "d'unités sismotectoniques", les séismes historiques les plus
importants dans la région du site, caractérisés de manière aussi précise que
possible, compte tenu des données disponibles en termes de distribution
des intensités, de localisation de l'épicentre et de profondeur de foyer et, le
cas échéant, de données instrumentales.
A partir de ces éléments, la détermination du ou des SMHV découle
de l'application des règles déterministes suivantes :
a) Les séismes historiques du domaine sismotectonique auquel
appartient le site, à l'exception de ceux pour lesquels l'appartenance à un
accident sismogène précis peut être justifiée, sont considérés comme
130
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
pouvant se produire au droit du site.
b) Ceux des séismes appartenant à un domaine sismotectonique
voisin et non liés à un accident sismogène (*) précis, sont considérés
comme pouvant se produire au point de ce domaine le plus proche
du site.
c) Les séismes appartenant à un accident sismogène précis sont considérés
comme pouvant se produire au point de l'accident le plus proche du site.
L'aléa sismique ainsi paramétré permettant d'estimer les effets les plus
importants sur le site est constitué par le ou les séismes maximaux
historiquement vraisemblables.
Article 3
La règle de majoration de un degré d'intensité, qui fait passer du
SMHV au SMS vise à s'assurer, avec un bon niveau de confiance, que
l'installation ne subira pas, au cours de son existence, des actions plus
agressives que celles pour lesquelles elle aura été dimensionnée.
Cette règle de majoration est celle utilisée par la sûreté nucléaire,
dans le contexte sismotectonique de la France métropolitaine, caractérisé
par :
- un niveau faible ou moyen de sismicité;
- une connaissance généralement bonne de la sismicité historique (sur une
période d'au moins 500 ans);
- une connaissance incomplète des structures sismogènes actives dans une
zone intraplaque
Cette règle de majoration peut s'avérer inapplicable, car
aboutissant à des incohérences de nature sismologique et/ou
géotechnique dans un certain nombre de cas pour lesquels il peut
être admis, sous réserve de justifications, d'y déroger ou d'en modifier les
modalités d'application ; ces cas sont les suivants :
a) SMHV correspondant à un séisme interplaque (*) de grande
magnitude (*). (cas de la zone de subduction proche des Antilles
françaises). La majoration de un degré d'intensité peut alors conduire à
envisager une dimension irréaliste pour la source sismique (magnitude); il
convient alors de tenir compte des dimensions maximales
plausibles pour la source, pour fixer la magnitude à considérer.
b) SMHV correspondant à un séisme intraplaque de magnitude
voisine du maximum admis pour la région considérée et dont le foyer
est à grande distance du site; comme en a) ci-dessus, la majoration de un
degré d'intensité sur le site peut correspondre à une majoration irréaliste des
effets du séisme dans la zone épicentrale; la majoration pour passer du
SMHV au SMS doit alors être prise en intensité épicentrale et écrêtée à la
valeur maximale la plus plausible compte tenu de l'extension de l'accident
sismogène correspondant; l'intensité sur le site découle alors de
l'utilisation d'une loi d'atténuation appropriée.
c) SMHV correspondant à un séisme de faible magnitude dont le
foyer est proche du site et qui est associé à un accident sismogène
localisé et de faible extension ; la majoration de un degré d'intensité peut
alors correspondre (par exemple si l'on passe d'une intensité SMHV VIII à une
intensité SMS IX) à une extension de la zone source incompatible avec les
dimensions estimées pour l'accident sismogène; dans un tel cas, il convient,
soit de procéder à des études spéciales, soit, à défaut, d'utiliser les
règles forfaitaires de détermination des mouvements décrites à
l'article 2.4 de la règle fondamentale de sûreté I.2.c.
d) Sites dont la nature des terrains et/ou la topographie sont telles
131
les grands ateliers
qu'elles peuvent avoir une très forte influence sur les mouvements sismiques
en surface ; la majoration en termes d'intensité sur le site n'a alors plus guère
de signification. La majoration doit alors être prise en termes de magnitude
à la source, avec un niveau qui correspondrait à une majoration d'intensité
de un degré sur un site normal et les mouvements sur le site doivent être
calculés au moyen d'une étude particulière prenant en compte la
structure, la lithologie et la topographie du site.
Les spectres de réponse définis au deuxième alinéa de l'article 3 constituent
la donnée de base pour toute étude de comportement des structures et des
équipements de l'installation considérée, pour ce qui concerne les effets des
forces d'inertie. Pour certains autres effets (liquéfaction des sols,
déformations imposées aux conduites souterraines), il peut être
nécessaire de compléter cette définition du mouvement
(indications sur la durée du mouvement, le nombre équivalent de
cycles, les longueurs d'ondes et les vitesses particulaires); ces
données complémentaires doivent être compatibles avec le niveau de
mouvement associé aux spectres, les caractéristiques physiques du séisme et
les propriétés géotechniques des terrains du site. Par ailleurs, l'amplitude de
mouvement de la composante verticale peut être prise égale aux deux tiers
de celle des composantes horizontales, auxquelles correspond la définition
des spectres.
Les procédures de calcul de spectre doivent suivre les procédures
de corrélation actuellement en vigueur, par exemple celles utilisées
par le génie nucléaire.
Néanmoins, lorsqu'elles existent, d'autres méthodes d'évaluation de spectres
pourront être utilisées, à des fins de comparaison; on s'assurera que les
paramètres physiques de la source sismique sont compatibles avec les
données de sismicité historique.
Les études nécessaires pour aboutir à cette détermination des
SMHV, des SMS et des spectres de réponse associés doivent être
confiées à des équipes de spécialistes confirmés, ayant notamment
l'expérience de l'application pratique de la méthodologie précitée.
Article 4
Il convient de remarquer que la plus grande partie du territoire métropolitain
est située en zone de sismicité 0 (qui ne signifie pas que le risque sismique
est nul) ou Ia.
Article 5
Sur la base de l'étude de danger d'une installation concernée, l'exploitant
détermine les ensembles, sous-ensembles ou éléments dont la défaillance
serait de nature à aggraver notablement les conséquences premières du
séisme définies par l'article 1, et donc de nature à créer un suraccident.
Cela concerne donc les événements susceptibles d'avoir des effets
importants hors site, c'est-à-dire essentiellement :
- les émissions aériennes importantes de produits toxiques;
- les BLEVE;
- les déflagrations de nuages de gaz inflammables;
- les pollutions très graves de ressources en eau potable.
Dès lors qu'un suraccident a été identifié, l'exploitant étudie les causes
susceptibles d'y conduire, en tenant compte en outre des défaillances
spécifiques de celles induites par les séismes (chute éventuelle de structures
ou d'autres équipements, mouvements de terrains...).
A partir de chaque cause, on étudiera les scénarios qui en découlent pour
132
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
vérifier si les conséquences sont celles redoutées. Si tel est le cas, l'étude
définira les remèdes possibles pour supprimer chaque cause ou en réduire
les effets.
Cette étude aboutira à la liste des éléments et aux exigences de
comportement associées telles que précisées pour l'application de l'article 6.
Article 6
Il s'agit de définir les vérifications à effectuer sur les éléments définis à
l'article 5 pour assurer leur tenue au séisme.
A l'issue de l'étude mentionnée à l'article 5, les éléments sont classés selon
l'une des exigences de comportement suivantes :
- stabilité, imposée aux éléments pour lesquels il suffit de prévenir le risque
d'effondrement, ou de chute de certaines parties pour éviter d'endommager
des équipements ou structures adjacentes;
- intégrité, imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines fonctions
passives (par exemple l'étanchéité d'une paroi);
- capacité fonctionnelle pour les éléments mécaniques statiques traversés
par un fluide et pour lesquels une limitation de déformation doit être
assurée afin de garantir qu'il n'y a pas, par exemple, de réduction de débit
ou, plus généralement, de gêne à l'accomplissement de la fonction de
sécurité;
- opérabilité , imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines
fonctions actives (par exemple la capacité de fermeture d'une vanne).
La définition des vérifications consiste, alors, dans les deux étapes suivantes
et inséparables :
- choix de la méthode de vérification : calcul dynamique spectral ou
temporel, calcul statique, essai... ;
- définition des critères pour assurer le bon comportement.
Le choix des critères doit tenir compte de la méthode de vérification choisie,
de la vulnérabilité réelle mise en évidence par le retour d'expérience
sismique, ainsi que de l'exigence de comportement demandée à l'élément.
La protection visée, pour le niveau de séisme pris en compte, peut, dans la
plupart des cas, autoriser des incursions dans le domaine plastique.
Ceci résulte du fait que les sollicitations sismiques sont essentiellement du
type déformation imposée ce qui entraîne que le mode de ruine est
généralement associé à une limite de déformation plutôt qu'à une limite de
contrainte. La plupart des matériaux présentant une capacité importante de
déformation plastique avant rupture, il est donc possible d'obtenir une
sécurité acceptable en autorisant des incursions significatives dans le
domaine plastique, sous réserve que la configuration de l'équipement et sa
réponse sismique permettent la mobilisation effective de ces capacités de
déformation.
Toutefois, il est en général difficile de vérifier l'obtention de ces capacités de
déformation par le calcul, notamment en raison de l'incertitude sur les
critères à utiliser. C'est pourquoi on utilise une méthode simple, fournissant
une approximation assez bonne, qui consiste à représenter ces
comportements élasto-plastiques par le biais d'un coefficient diviseur des
efforts calculés sur un modèle élastique, dit coefficient de comportement
supérieur ou égal à 1. Ces coefficients dépendent de la nature du matériau
(plus ou moins grande ductilité) de la fréquence fondamentale de l'élément
et de son mode de ruine (dans lequel l'apparition des déformations
plastiques d'ensemble doit précéder les phénomènes d'instabilité tels que le
flambage ou la déchirure). Leurs valeurs numériques sont pour l'essentiel
133
les grands ateliers
tirées des constatations faites à l'occasion de séismes réels.
L'approche par coefficients de comportement s'applique bien lorsque la
stabilité, l'intégrité ou même la capacité fonctionnelle sont recherchées.
D'une manière générale, les critères d'intégrité suffisent à assurer la capacité
fonctionnelle.
Pour le cas de l'opérabilité, où l'on recherche à limiter les déformations et
déplacements lors du séisme, on impose à l'équipement de rester dans le
domaine élastique. Pour certains matériels, comme les relais ou contacteurs,
machines tournantes..., il peut être nécessaire d'avoir recours à des essais sur
table vibrante, pour démontrer l'opérabilité.
La complexité du signal sismique, de son comportement et de ses effets sur
les structures limite considérablement les possibilités de modélisation.
La méthodologie ainsi décrite fait souvent référence à l'expérience acquise
soit à la suite de séismes réels soit aux termes d'expérimentation. Les
résultats valident d'ailleurs cette approche. Pour la prolonger de façon
pratique, mes services élaborent actuellement des fiches guides relatives au
dimensionnement sismique de quelques structures type. Elles seront tenues
à jour et diffusées.
Article 8
En ce qui concerne les installations existantes, compte tenu du
nombre limité d'experts compétents dans ce domaine, de la
nécessité d'affiner les méthodologies, vous vous attacherez
prioritairement aux installations visées à la nomenclature des
installations classées sous la mention : "Servitudes d'utilité
publique" en ne retenant pour les premières années que celles
pour lesquelles le facteur aggravant en cas de séisme est très
important.
Vous voudrez bien me faire connaître les références de l'installation (ou des
installations) que vous envisagez de retenir et les échéances
correspondantes afin d'apprécier au niveau national l'adéquation de
l'ensemble du programme avec la capacité d'expertise existante.
Pour ces installations existantes, les mesures prises pour atteindre le ou les
objectifs décrits à l'article 6 ne peuvent pas entraîner de modifications
importantes touchant le gros oeuvre de l'installation et elles doivent être
techniquement et économiquement réalisables (article 37, alinéa 3, et 17,
alinéa 2 du décret du 21 septembre 1977)
Je vous saurais gré de bien vouloir me faire part des difficultés qui pourraient
apparaître dans l'application du présent arrêté.
(*) Voir glossaire.
134
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
Glossaire
Intensité : Cotation sur une échelle conventionnelle (échelle
macrosismique) des effets d'une secousse sismique en un site donné, sur
l'homme, ses oeuvres et son environnement (mesure de la force destructrice
ou de l'agressivité d'un séisme en un site donné).
Echelle macrosismique d'intensité : Echelle conventionnelle de cotation
des effets macrosismiques. Il existe plusieurs échelles macrosismiques. En
France et en Europe, on utilise l'échelle MSK comportant 12 degrés
discontinus.
Magnitude : Mesure de l'énergie émise par une source sismique sous
forme d'ondes. Elle est utilisée comme une mesure de la "grandeur" ou
"puissance" du séisme.
Echelle de Richter : "Echelle" de mesure de la magnitude des séismes. Elle
n'a pas, de par sa définition, de limite théorique supérieure (ni inférieure).
Sur des critères physiques liés à la taille maximale d'une source sismique et
à l'énergie correspondante qui peut être rayonnée, on estime cependant
qu'une valeur limite doit exister (la magnitude des plus forts séismes connus
à ce jour ne dépasse pas 9,2).
Domaine sismotectonique : Cette expression résulte de l'évolution des
méthodes d'analyse et d'interprétation des phénomènes sismiques. Elle
reprend la notion de domaine tectonique figurant dans la règle
fondamentale.
Accident sismogène : Discontinuité géologique (faille) constituant
ensemble des lieux d'origine (foyers) des séismes passés et
vraisemblablement futurs. Une faille active n'est pas nécessairement
sismogène.
Intraplaque/interplaque : Qui est situé à l'intérieur/en bordure des
plaques (cf . théorie de la tectonique des plaques).
Annexe : Banques de données sismologiques
Il existe actuellement en France deux banques de données dont les
informations peuvent être mises à la disposition des maîtres d'oeuvre
d'études parasismiques dans les conditions indiquées ci-après :
1° Banque de données SIRENE gérée par le Bureau de recherches
géologiques et minières (BRGM) pour son propre compte ainsi que pour
l'Institut de protection et de sûreté nucléaire (IPSN) et Electricité de France
(EDF).
Cette banque rassemble les informations macrosismiques brutes concernant
les séismes survenus pendant la période historique sur le territoire
métropolitain ou à proximité. Une demande de consultation doit être
présentée à l'un des trois organismes propriétaires. Il est néanmoins conseillé
de demander au moins une mise en forme pratique des données. Cette mise
en forme ne constitue pas une exploitation des données et ne suffit pas à la
détermination du SMHV (nécessité d'une analyse sismotectonique).
2° Banque de données des mouvements forts (sismothèque) constituée par
l'IPSN. L'utilisation de cette banque nécessitant un minimum de
135
les grands ateliers
connaissances en sismologie, son interrogation directe est déconseillée.
L'Institut peut fournir les données spectrales et les accélérogrammes
appropriés correspondant aux SMS du site concerné.
Les prestations minimales de ces organismes correspondent à quelques jours
d'ingénieur et sont actuellement facturées sur la base d'un forfait ou des
tarifs en vigueur.
Les adresses des services à contacter sont les suivantes :
- BRGM (Groupe risques naturels et géoprospective) 117, avenue du Luminy,
BP 167, 13276 Marseille Cedex 09.
- EDF, département TEGG, 905, avenue du Camp-de-Menthe, BP 605,
13093 Aix-en-Provence Cedex 02.
- IPSN, DPEI/BERSSIN, BP 6, 92265 Fontenay-aux-Roses.
10.2.3.4. ARRÊTÉ DU 15 SEPTEMBRE 1995 (PONTS À
RISQUE NORMAL)
Relatif à la classification et aux règles de construction parasismiques
applicables aux ponts de la catégorie dite à risque normal (prescrit
notamment l'application du " Guide AFPS 1992 pour la protection
parasismique des ponts" ou du DAN de l'EUROCODE 8, partie 2).
10.2.4. ET L'EXISTANT ?
Commentaire de Philippe Bisch8 , 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 Conférence annuelle des Grands Ateliers de
l'Isle d'Abeau, Lyon, novembre 1998
136
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
10.2.5. 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
contenu
2. Détermination de la sécurité
actions et situations sismiques
objectifs de comportement
vérifications de sécurité
3. Niveau minimal réglementaire de protection - valeurs de an
zones de sismicité
classes de protection des ouvrages
valeurs de an
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
137
les grands ateliers
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
généralités
éléments structuraux
éléments non structuraux
éléments divers
13. Construction métallique
symboles utilisés
principes généraux
types de structures métalliques
coefficient de comportement des structures dissipatives
exigences relatives à la classe des sections
assemblages situés au voisinage des zones dissipatives
vérification des barres dans les zones dissipatives
14. Constructions en bois
principes généraux
assemblages
règles particulières des structures en bois
coefficients de comportement
vérifications
15. Façades légères
généralités
actions
règles de vérification
méthodes de calcul
dispositions constructives
16. Compléments relatifs aux composants préfabriqués en béton et aux
structures utilisant ces composants
domaine d'application
terminologie
coefficient de comportement
dispositions relatives aux composants linéaires principaux
dispositions relatives aux planchers
dispositions relatives aux toitures des bâtiments industriels
dispositions relatives aux éléments de fondations
138
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
10.2.6. L'EUROCODE 8, PLAN DU CONTENU
N° Partie Titre
Partie 1-1
Règles générales : actions sismiques et exigences générales pour la
conception
Partie 1-2
Règles générales : règles générales pour les bâtiments
Partie 1-3
Règles générales : règles spécifiques pour divers éléments et matériaux
Partie 1-4
Règles générales : renforcement et réparation des constructions
Partie 2
Ponts
Partie 3
Tours, mâts et cheminées
Partie 3
Silos, réservoirs et pipeli nes
Partie 5
Fondations, ouvrages de soutènement et aspects géotechniques
139
Patricia BALANDIER
sismologie appliquee
introduction à la sismologie appliquée à
l’usage des architectes et ingénieurs
11. QUELQUES SITES INTERNET DE
VULGARISATION EN SISMOLOGIE
APPLIQUÉE
Université de Laval - Québec (Cours de Pierre-André Bourque)
www.ggl.ulaval.ca/planete_terre.html
Servizio Sismico Nazionale (Italie):
http://www.dstn.it/ssn/index.html
Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti (CNR) (Italie):
http://emidius.itim.mi.cnr.it/GNDT/home.html
NOAA - National Geophysical Data Center - Earthquake Data (USA)
http://www.ngdc.noaa.gov/seg/hazard/earthqk.html
USGS National Earthquake Information Center (NEIC) (USA):
http://neic.usgs.gov
Reseau National de Surveillance Sismique, France (ReNaSS):
http://renass.u-strasbg.fr
141
Collection des cahiers parasismiques
Cahier 1, Conception parasismique niveau avant-projet, Milan Zacek,
Le cahier 1 porte sur la conception parasismique des bâtiments neufs, et montre
l’importance de la prise en compte du phénomène sismique par l’architecte et
l’ingénieur dès le début de la conception, et de l’adoption de dispositions
architecturales et de principes de construction appropriés.
Cahier 2, Vulnérabilité et renforcement, Milan Zacek,
Le cahier 2 présente différentes méthodes de diagnostic de vulnérabilité aux
séismes des bâtiments existants, et propose des stratégies de réhabilitation
parasismique, ainsi que les techniques de renforcement des structures en béton
armé.
Il est complété par le cahier 2-a qui propose une méthode d’évaluation de
présomption de vulnérabilité, ou « pré-diagnostic » se déclinant selon la complexité
de l’édifice.
Cahier 2-a, Guide d’évaluation de la présomption de vulnérabilité aux
séismes des bâtiments existants – Cas des constructions en maçonnerie et
béton armé, Milan Zacek,
Le cahier 2-a, annexé au cahier 2, présente différentes méthodes de diagnostic de
vulnérabilité aux séismes des bâtiments existants en béton armé et maçonnerie, et
propose des stratégies de réhabilitation parasismique, ainsi que les techniques de
renforcement des structures.
Il propose une méthode d’évaluation de présomption de vulnérabilité, ou « prédiagnostic » se déclinant selon la complexité de l’édifice, une telle étude pouvant
être réalisée par un architecte sans formation parasismique particulière, complétée,
en ce qui concerne les sols et effets de site, par l’avis d’un géotechnicien.
Cahier 3, Urbanisme et aménagement territorial en zone sismique,
objectifs et problématique, Patricia Balandier,
Le cahier 3 examine les dispositions en matière d’urbanisme et d’aménagement,
généralement inappropriées, et propose des actions et des recommandations pour
réduire le bilan des catastrophes et améliorer la préparation de la société à leur
éventualité.
Résultant des observations réalisées à l’occasion de missions post-sismiques, et de
l’examen de très nombreux rapports ou dépêches après séismes, ces propositions
sont en grande partie généralisables pour se préparer à d’autres types de risques
majeurs, naturels ou technologiques.
Cahier 4, Sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieurs,
Patricia Balandier,
Le cahier 4 décrit les mécanismes de la tectonique des plaques et les phénomènes
sismiques, qui provoquent les différents types de séismes, leurs caractéristiques et
leurs modes de propagation. La connaissance de ces phénomènes est nécessaire au
constructeur pour comprendre leurs effets sur les constructions, et aborder les
questions de politique de prévention. L’ouvrage aborde enfin comment la
traduction réglementaire de ces études de sismologie, qui simplifie nécessairement
la prise en considération des phénomènes étudiés plus haut, ne doit pas dissimuler
leur complexité, mais permettre de mieux comprendre les arbitrages qui président à
la mise en œuvre de la politique de mitigation du risque sismique.
%28/(9$5''(9,//()217$,1(
%39,//()217$,1(&('(;
)5$1&(
7pO
)D[
ZZZOHVJUDQGVDWHOLHUVIU
'$16/$&2//(&7,21
&21&(37,213$5$6,60,48(
6·DGUHVVDQW DX[ DUFKLWHFWHV HW LQJpQLHXUV
HQVHLJQDQWVHWSURIHVVLRQQHOVODFROOHFWLRQ
GHV FDKLHUV SDUDVLVPLTXHV FRQVWLWXH XQ
HQVHPEOH GH UpIpUHQFH GHV FRQQDLVVDQFHV
QpFHVVDLUHVjODFRQFHSWLRQODFRQVWUXFWLRQ
HW OD SURWHFWLRQ GHV pGLILFHV HW GHV YLOOHV
FRQWUHOHSKpQRPqQHVLVPLTXH
FDKLHU
&21&(37,213$5$6,60,48(
1,9($8$9$17352-(7
0,/$1=$&(.
FDKLHU
/HSUpVHQWFDKLHUGpFULWOHVPpFDQLVPHVGH
ODWHFWRQLTXHGHVSODTXHVHWOHVSKpQRPqQHV
VLVPLTXHVTXLSURYRTXHQWOHVGLIIpUHQWVW\SHV
GH VpLVPHV OHXUV FDUDFWpULVWLTXHV HW OHXUV
PRGHV GH SURSDJDWLRQ /D FRQQDLVVDQFH
GH FHV SKpQRPqQHV HVW QpFHVVDLUH DX[
FRQVWUXFWHXUV SRXU FRPSUHQGUH OHXUV
HIIHWV VXU OHV FRQVWUXFWLRQV HW DERUGHU
OHV TXHVWLRQV GH SROLWLTXH GH SUpYHQWLRQ
/·RXYUDJH DERUGH HQILQ FRPPHQW OD
WUDGXFWLRQ UpJOHPHQWDLUH GH FHV pWXGHV GH
VLVPRORJLH TXL VLPSOLILHQW QpFHVVDLUHPHQW
OD SULVH HQ FRQVLGpUDWLRQ GHV SKpQRPqQHV
pWXGLpV SOXV KDXW QH GRLW SDV GLVVLPXOHU
OHXUFRPSOH[LWpPDLVSHUPHWWUHGHPLHX[
FRPSUHQGUH OHV DUELWUDJHV TXL SUpVLGHQW
j OD PLVH HQ RHXYUH GH OD SROLWLTXH GH
PLWLJDWLRQGXULVTXHVLVPLTXH
,6%1913962-04-1
98/1e5$%,/,7e
(75(1)25&(0(17
0,/$1=$&(.
FDKLHUD
e9$/8$7,21'(/$35e62037,21
'(98/1e5$%,/,7e$8;6(,60(6
'(6%Ç7,0(176(;,67$176
0,/$1=$&(.
FDKLHU
85%$1,60(
(7$0e1$*(0(17
3$75,&,$%$/$1',(5
FDKLHU
6,602/2*,(
$33/,48e(
3$75,&,$%$/$1',(5