Avantages et limites

4. LA DEMARCHE D’ETUDE DU PPRS
4.3.
Etude de la vulnérabilité des bâtiments
4.3.1. Introduction
La vulnérabilité sismique d’une construction est sa susceptibilité à subir un certain niveau de
dommages en cas de séisme. Le but de toute méthode d’évaluation de la vulnérabilité
sismique est de fournir une mesure de la propension d’un bâtiment (ou d’un groupe de
bâtiments) à subir des dommages en cas de séisme, à partir de l’analyse des caractéristiques
structurelles, géométriques ou technologiques susceptibles d’influencer son comportement.
Les approches pour l’évaluation de la vulnérabilité sont multiples et constituent un champ
d’expertise en plein développement. Le choix de l’une d’elles procède d’un compromis entre
coût de mise en oeuvre et précision de l’évaluation.
Le but de ce chapitre 4.3 du guide PPR « S » n’est pas d’inventorier de manière exhaustive
l’ensemble des méthodes existantes, ni a contrario de suggérer une ou plusieurs d’entre elles,
alors même que les meilleures approches sont souvent celles développées spécifiquement ou
en tout cas modulées pour un contexte (sismique, constructif, économique, etc.) particulier. Il
s’agit d’aider les services instructeurs à dimensionner les études de vulnérabilité puis à juger
de la pertinence d’une proposition technique, en exposant les principes généraux d’une
évaluation de la vulnérabilité du bâti, adaptée à la démarche et aux objectifs des PPR « S ».
Il convient de faire référence à la classification des bâtiments selon l’Eurocode 8 (EC8) qui a
vocation à se substituer au décret 91-461 du 14 mai 1991, en distinguant :
- les bâtiments courants de classe II, présents en très grand nombre et qui pourront faire
l’objet d’une étude de vulnérabilité sismique à grande échelle ;
- des enjeux spécifiquesles bâtiments à haut risque ou hautement stratégiques de classe
C et D qui doivent faire l’objet d’un diagnostic sismique plus détaillé dans la
perspective de leur mise en conformité avec la circulaire du 26 avril 2002 relative à la
prévention du risque sismique.
Il convient de distinguer :
- le bâti courant, organisé en secteurs territoriaux homogènes, qui pourra faire l’objet
d’une étude de vulnérabilité sismique à grande échelle ;
- des bâtiments présentant un enjeu spécifique, qui doivent faire l’objet d’un diagnostic
sismique plus détaillé dans la perspective de leur mise en conformité, en particulier
avec la circulaire du 26 avril 2002 relative à la prévention du risque sismique.
4.3.2. Bâti courant : étude à grande échelle
Les bâtiments de classe II selon l’Eurocode 8 (EC8), constituent l’essentiel du bâti courant
dans le périmètre du PPR. Le diagnostic sismique exhaustif, bâtiment par bâtiment, est
irréaliste dans le contexte du PPR. Une analyse à plus grande échelle est indiquée. D’une
précision limitée, elle doit permettre, pour un coût raisonnable, d’établir un état des lieux du
risque sismique dans la zone d’étude, avec deux objectifs principaux :
-
-
Estimer de manière globale ou localisée à l’échelle du quartier, les dommages
prévisibles aux personnes et aux biens dans un souci de connaissance et
d’appropriation du risque, de sensibilisation aux politiques de prévention,
d’optimisation des moyens de secours.
Identifier les zones urbanisées critiques présentant un risque globalement important,
par la conjonction d’un bâti vulnérable, d’un aléa fort et d’enjeux humains ou
économiques importants, de façon à planifier et organiser une politique de
renforcement progressif du bâti existant.
Les méthodes d’évaluation de la vulnérabilité, développées pour le calcul prédictif des
dommages à grande échelle, diffèrent par leur coût et leur précision. Elles restent dans tous les
cas de valeur essentiellement probabiliste et s’appliquent à un ensemble (plus ou moins
important) de bâtiments. Le choix de l’une d’elles dépend des objectifs fixés mais aussi de la
qualité des données et des compétences disponibles. Il faut donc trouver un compromis entre
le coût et la qualité de l’analyse, tout en gardant à l’esprit que la démarche la plus rationnelle
consiste sans doute à procéder par étapes successives, chacune d’elles contribuant à
l’amélioration de la suivante.
Les méthodes existantes sont nombreuses et en perpétuelle renouvellement. De classification
complexe, elles se basent sur les trois éléments objectifs de connaissance du risque sismique :
- le retour d’expérience post-sismique, c'est-à-dire l’observation statistique des
dommages après les séismes passés, qui fonde les approches dites « empiriques » ;
- le calcul de résistance, généralement très schématique et conventionnel, qui fonde les
approches dites « mécaniques » ;
- le jugement d’expert, souvent introduit pour moduler ou préciser les éléments
précédents.
La plupart des méthodes opérationnelles mêlent au moins deux de ces composants, avec un
dosage qui leur est propre. Il est hors de propos d’en faire l’inventaire exhaustif d’autant que
leur application est souvent spécifique à un contexte particulier. Nous proposons une
classification adaptée au contexte du PPRN « Sismique », correspondant à deux niveaux de
complexité et de précision croissante. Nous insistons sur les principes généraux qui assoient
ces approches et assurent cette progressivité.
4.3.2.1. Approche macrosismique de niveau 1
Principes fondamentaux
C’est une approche très globale utilisant directement les répartitions statistiques de dommages
des échelles d’intensité macrosismiques. Le concept de base est le suivant : si les échelles
macrosismiques sont construites pour mesurer l’intensité d’un séisme via l’observation des
dommages des bâtiments, alors, de façon inverse, il est possible de prévoir, pour une intensité
donnée dans une échelle macrosismique donnée, la distribution probable des dommages des
bâtiments en fonction de leur appartenance à l’une ou l’autre des typologies définies par
l’échelle macrosismique considérée (cf. Figure 1).
Figure 1 - Définition des typologies EMS98 et des classes de vulnérabilité associées
Le choix de l’échelle EMS-98 (Grünthal et al., 1998) s’impose dans le contexte français et
permet de fonder l’analyse de la vulnérabilité sur un standard européen. L’intensité est
estimée en observant les effets produits sur les personnes, sur l’environnement et en évaluant
les dommages (définis selon 5 niveaux D0 à D5, cf. Figure 2) subis par des bâtiments
différenciés selon 7 classes de vulnérabilité (de A à F). La classe A est celle qui représente le
comportement des bâtiments les plus vulnérables et la classe F celles des bâtiments construits
avec un haut niveau de conception parasismique.
Classification des dégâts aux bâtiments en maçonnerie
Degré 1: Dégâts négligeables à légers (aucun dégât
structural, légers dégâts non structuraux)
Fissures capillaires dans très peu de murs. Chute de petits
débris de plâtre uniquement. Dans de rares cas, chute de
pierres descellées provenant des parties supérieures des
bâtiments.
Degré 2: Dégâts modérés (dégâts structuraux légers,
dégâts non structuraux modérés)
Fissures dans de nombreux murs. Chutes de grands
morceaux de plâtre. Effondrement partiel des cheminées.
Degré 3: Dégâts sensibles à importants (dégâts
structuraux modérés, dégâts non structuraux
importants)
Fissures importantes dans la plupart des murs. Les tuiles des
toits se détachent. Fractures des cheminées à la jonction
avec le toit; défaillance d'éléments non structuraux séparés
(cloisons, murs pignons).
Degré 4: Dégâts très importants (dégâts structuraux
importants, dégâts non structuraux très importants)
Défaillance sérieuse des murs; défaillance structurale
partielle des toits et des planchers.
Degré 5: Destruction (dégâts structuraux très
importants)
Effondrement total ou presque total.
Classification des dégâts aux bâtiments en béton armé
Degré 1: Dégâts négligeables à légers (aucun dégât
structural, légers dégâts non structurels)
Fissures fines dans le plâtre sur les parties de l'ossature ou
sur les murs à la base. Fissures fines dans les cloisons et les
remplissages.
Degré 2: Dégâts modérés (dégâts structuraux légers,
dégâts non structuraux modérés)
Fissures dans les structures de types portiques (poteaux et
poutres) et dans structures avec murs. Fissures dans les
cloisons et les murs de remplissage; chute des revêtements
friables et du plâtre. Chute du mortier aux jonctions entre les
panneaux des murs.
Degré 3: Dégâts sensibles à importants (dégâts
structuraux modérés, dégâts non structuraux
importants)
Fissures dans les poteaux et dans les nœuds à la base de
l'ossature et aux extrémités des linteaux des murs avec des
ouvertures. Ecaillage du revêtement de béton, flambement
des barres d'armature longitudinale. Fissures importantes
dans les cloisons et les murs de remplissage, défaillance de
certains panneaux de remplissage.
Degré 4: Dégâts très importants (dégâts structuraux
importants, dégâts non structuraux très importants)
Fissures importantes dans les éléments structuraux avec
défaillance en compression du béton et rupture des barres à
haute adhérence; perte de l'adhérence barres-béton;
basculement des poteaux. Ecroulement de quelques poteaux
ou d'un étage supérieur.
Degré 5: Destruction (dégâts structuraux très
importants)
Effondrement total du rez-de-chaussée ou de parties de
bâtiments.
Figure 2 - Classification et description des dommages pour les bâtiments en béton, d’après EMS98
Pour chacune des classes de vulnérabilité, les dommages (D1 à D5) sont exprimés en fonction
des niveaux d’intensité (V à XII) sous la forme de matrices de probabilité de dommages
extraites de la définition des degrés d’intensité (cf. Tableau 1). La distribution des niveaux de
dommages affectant une classe de bâtiments est connu avec l’incertitude relative aux termes
« quelques », « nombreux » et « la plupart » qui traduisent le degré de précision atteignable
des enquêtes macrosismiques. Les intervalles aux bornes « floues » de la Figure 3 explicitent
de manière quantitative cette incertitude.
I
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
I
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
I
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Classe A
D1
D2
D3
D4
D5
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
La plupart
Classe C
D1
D2
D3
D4
D5
Quelques
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
La plupart
Classe E
D1
D2
D3
D4
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
Quelques
D5
I
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
I
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
I
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Classe B
D1
D2
D3
D4
D5
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
La plupart
Classe D
D1
D2
D3
D4
D5
Quelques
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
Quelques
Nombreux
Quelques
La plupart
Classe F
D1
D2
D3
Quelques
Nombreux
Quelques
Tableau 1 - Distribution des dommages pour différentes classes de vulnérabilité et différentes intensité
suivant l’échelle macrosismique européenne, EMS98
D4
D5
Figure 3 - Définition selon l’EMS98 des notions de quelques, nombreux et la plupart en pourcentage
La deuxième étape de l’approche macrosismique suppose d’inventorier le bâti du périmètre
d’étude selon les classes de vulnérabilité A à F. Une solution directe consiste à se référer à la
typologie définie par l’EMS-98 (Figure 1) selon laquelle est consigné l’essentiel du retour
d’expérience post-sismique européen. Cette typologie qui fait la distinction entre les
principaux matériaux de construction utilisés pour le système de contreventement, est affinée
par l’introduction de quelques caractéristiques de conception des structures (murs ou ossature,
nature des planchers, niveau de conception parasismique, etc.). L’EMS-98 fournit une
information sur la vulnérabilité de chaque type de construction en lui attribuant une classe de
vulnérabilité « la plus vraisemblable » correspondant à un comportement « moyen » et une
incertitude définie par une ou plusieurs classes de vulnérabilité « probables » et une ou
plusieurs classes de vulnérabilité « moins probables » correspondant aux cas extrêmes.
On note qu’une adaptation de la typologie EMS-98 au contexte français a été esquissée par les
experts de l’AFPS (AFPS, 2005).
Mise en œuvre opérationnelle
L’approche macrosismique comporte, comme on l’a vu, un certain nombre d’incertitudes en
particulier dans la distribution des dommages affectant une certaine classe de vulnérabilité
pour une intensité donnée (Figure 3 et Tableau 1), ainsi que dans l’attribution d’une classe de
vulnérabilité aux différents types de construction (Figure 1). Les méthodes développées sur
ces principes et utilisées en Europe se différencient essentiellement par leur manière
d’appréhender ces incertitudes. Certaines comme celle élaborée pour l’étude de la
vulnérabilité sismique de la ville d’Aigle en Suisse (Pelissier et Badoux, 2003), adoptent des
hypothèses dites optimistes ou pessimistes pour déterminer des scénarios présentant les
mêmes caractéristiques. D’autres méthodes, plus sophistiquées, proposent, dans l’esprit de la
méthode Risk-UE (RISK-UE, 2003. cf. Annexe 2), d’utiliser la logique floue afin de traiter
les incertitudes dans un cadre plus formel. Ces méthodes conduisent à définir, pour chaque
type de construction, un indice de vulnérabilité et son domaine de variation probable ou
possible qui facilitent la prise en compte des incertitudes.
L’inventaire du bâti du périmètre du PPR, c’est à dire son classement selon la typologie
retenue pour qualifier sa vulnérabilité, est une phase difficile et coûteuse à laquelle il n’est pas
possible de déroger. Il est d’un point de vue pratique impossible d’identifier individuellement
chacun des bâtiments. L’inventaire est nécessairement réalisé de manière statistique. La
totalité des sources d’information disponibles, redondantes et lacunaires, doivent être
exploitées : bases de l’INSEE relatives au recensement, données provenant du secteur privé
(notaires, compagnies d’assurance, etc.), données issues d’études de risque antérieures,
photographies aériennes, pages jaunes, etc. Bien que nombreuses, ces sources n’incluent pas
généralement les informations relatives aux caractéristiques constructives des bâtiments qui
permettraient leur identification directe dans la typologie structurelle retenue. Par conséquent,
des correspondances doivent être établies entre des critères plus généraux (tels que la date de
construction, le nombre d’étage, le type d’occupation, la localisation) et les typologies de
construction (matériaux employés, dispositions constructives, application d’un code
parasismique, etc.). Ces déductions devraient toujours en théorie être validées par des experts
disposant d’une connaissance approfondie de l’histoire locale de la construction. Quelques
enquêtes de terrain sont également indispensables afin de s’assurer que les caractéristiques
constructives régionales sont bien représentées.
Avantages et limites
On constate que cette approche est certes sommaire mais, dans le cas où une typologie
détaillée du bâti du périmètre du PPR est disponible, il est possible d’avoir une première
estimation de la vulnérabilité et des dommages. De plus, la précision spatiale de l’inventaire
du bâti peut être modulée, selon les données disponibles, afin de procéder à une localisation
plus ou moins fine des zones de constructions les plus vulnérables.
Les incertitudes importantes inhérentes à l’approche de niveau 0 constituent sa limite. Ces
incertitudes traduisent la dispersion observée du comportement des structures du même type
(au sens de l’EMS-98 par exemple). Il est possible de préciser l’analyse de la vulnérabilité en
intégrant des paramètres, autres que la typologie, tenant compte de spécificités structurelles
affectant le comportement des bâtiments. Ceci est l’esprit des méthodes de niveau 1.
4.3.2.2. Approche macrosismique de niveau 1
Principes fondamentaux
Le comportement au séisme d’un bâtiment ne dépend pas seulement de son principe
constructif (représenté par son appartenance à un des éléments de la typologie de niveau 0),
mais est influencé également par de nombreux autres facteurs tels que la qualité de la
construction, la géométrie (hauteur, régularité en plan et en élévation), les interactions avec
les structures voisines, les conditions de sol et le système de fondation, l’entretien, etc.
L’analyse de vulnérabilité de niveau 1 doit permettre de prendre en compte parmi ces critères
structuraux aggravants ou atténuants, ceux qui sont identifiables par des moyens applicables à
grande échelle, de manière à préciser l’analyse de niveau 0.
Un jugement d’expert est nécessaire pour apprécier l’influence probable de ces facteurs sur le
comportement de la structure. Dans certaines méthodes, cet avis d’expert s’exerce directement
sur le choix de la classe de vulnérabilité attribuée aux bâtiments analysés, et de l’intervalle
d’incertitude associé. Dans d’autres méthodes plus formalisées, telles que la méthode RiskUE, les facteurs de vulnérabilité sont pris en compte sous forme de coefficients « partiels »
majorants ou minorants (Tableau 2) s’appliquant sur l’indice de vulnérabilité « moyen » (dit
de niveau 0). La méthode mise au point par le « Gruppo Nazionale per la Difesa dai
Terremoti » (GNDT, 1993) prend en compte les mêmes éléments de vulnérabilité avec une
pondération calée sur le retour d’expérience post-sismique en Italie méridionale. Une
adaptation de cette méthode au contexte français est proposée de manière succincte dans le
cahier technique n°25 de l’AFPS (AFPS, 2005), et plus détaillée dans le cadre du projet
VULNERALP (2004).
Mise en œuvre opérationnelle
L’échelle de détail de réalisation et de restitution de l’analyse doit être en rapport avec la
précision des informations recueillies sur le bâti. Il n’est pas réaliste de traiter de manière
exhaustive l’ensemble des bâtiments appartenant au périmètre du PPR. Il convient d’identifier
des zones de constructions homogènes du point de vue typologique (typiquement à la
dimension du quartier), puis d’estimer de manière statistique la distribution des coefficients
partiels de niveau 1 (dans le cas où une méthode utilisant des indices de vulnérabilité est
utilisée). La méthode des itinéraires, choisis aléatoirement dans un quartier préalablement
défini comme homogène, peut être utilisée pour caractériser la zone sur la base d’un
échantillon supposé statistiquement représentatif. Un travail de terrain important, en
complément du traitement des bases de données réalisées pour le niveau 0, est le prix à payer
pour améliorer la précision de l’étude.
Avantages et limites
Les spécificités constructives des différentes zones construites du périmètre d’étude sont
davantage prises en compte que dans l’approche de niveau 0. Ceci permet de réduire
l’incertitude sur les estimations de dommages et la localisation des zones les plus vulnérables.
Les approches de niveau 0 ou 1, bien adaptées aux problèmes à grande échelle (plusieurs
milliers de bâtiments), sont largement utilisées en Europe. Toutefois, elles comportent
plusieurs limitations.
D’une part, elle s’appuie sur l’expérience acquise dans les pays européens à forte
sismicité (Italie, Grèce, etc.) ; ainsi peut-on penser que certaines spécificités constructives
françaises sont mal prises en compte par l’approche macrosismique. L’intervention d’experts
pour adapter et moduler l’analyse en fonction du contexte local ne comble que partiellement
cette lacune, en l’absence d’observations post-sismiques significatives en France
métropolitaine.
Une autre insuffisance de l’approche de niveau 1 tient à ce que le paramètre d’entrée, requis
pour quantifier l’agression sismique, est une intensité. Certains phénomènes, éventuellement
prépondérants (les effets de site, le contenu fréquentiel de l’agression, les périodes propres
caractéristiques du bâti, etc.), seront mieux pris en considération s’il est tiré complètement
partie de la description mécanique de l’agression sismique (PGA, spectres) issue du
microzonage.
Les deux raisons qui viennent d’être évoquées motivent le développement d’une approche
« mécanique » dite de niveau 2.
.
4.3.2.3. Approche mécanique de niveau 2
Il n’existe pas, à notre connaissance et à la date de rédaction de ce guide, de méthode
mécanique opérationnelle applicable, en France et dans le cadre d’un PPR, au bâti courant.
Toutefois, il convient d’évoquer rapidement ce type d’approches qui pourraient à termes
constituer une alternative intéressante aux approches macrosismiques.
Principes fondamentaux
L’objectif de l’approche de niveau 2 est de fonder l’analyse de vulnérabilité sur une
modélisation mécanique de la réponse des bâtiments, tirant partie des progrès considérables
réalisés en sismologie et en dynamique des structures. Son application à grande échelle
requiert l’utilisation de modèles très simples, constitués de quelques paramètres seulement,
capables cependant de saisir l’essentiel du comportement des bâtiments.
Plusieurs méthodes de ce type ont été utilisées à travers le monde. L’exigence de simplicité
limite généralement leur domaine d’application à un type de structure particulier (maçonnerie,
béton armé, etc.). On peut citer les méthodes basées sur l’identification des modes de rupture
probables des structures en maçonnerie non armée (D’Ayala, 1997 ; Bernardini, 1999), et le
calcul des seuils d’accélération (PGA) activant ces mécanismes.
Les développements les plus récents privilégient, lorsqu’un spectre de réponse est disponible
pour quantifier l’aléa, les méthodes en déplacement (méthode du spectre de capacité).
L’application à grande échelle de ces méthodes a priori sophistiquées est réalisée à travers 3
types d’approches, de précision et de difficulté variables :
- la réalisation d’abaques, à partir de l’étude de quelques structures types (Risk-UE,
2003) et de l’estimation de la dispersion des comportements ;
- le développement d’une procédure de calcul simplifiée, analytique, applicable dans un
délai raisonnable à quelques structures choisies pour leur représentativité au sein d’un
quartier (Lang, 2002) ;
- la mise en évidence de correspondances entre les caractéristiques de la courbe de
capacité et des facteurs plus généraux, faciles à identifier, tels que le niveau du code
appliqué, la hauteur, etc. (Hazus, Fema, 1999 ; Giovinazzi, 2005).
Ce type d’approches n’est pertinent que si l’on dispose d’une connaissance précise de l’aléa
sous la forme d’un spectre de réponse.
Avantages et limites
Le calcul des dommages prévisibles ainsi réalisé présente l’avantage d’intégrer des
paramètres physiques importants de l’agression sismique et de la réponse du bâtiment tels que
le contenu fréquentiel, l’accélération et le déplacement maximums, la ductilité de la structure,
le contreventement, etc.
Plus la méthode est simple, plus les hypothèses sont fortes et dépendantes du contexte pour
lesquelles elles ont été formulées. Dans tous les cas, leur application à une région et un bâti
différents doit être opérée avec circonspection. En outre ces méthodes numériques n’ont pas
la robustesse des méthodes de type macrosismique. Elles doivent être maniées avec
précaution par un personnel hautement qualifié.
4.3.3. Enjeux spécifiques : détecter les bâtiments à renforcer
Ces enjeux spécifiques englobent en particulier les bâtiments de classe III ou IV selon la
terminologie de l’Eurocode 8 (EC8), et tous les bâtiments dont la défaillance présente un
risque humain ou socio-économique élevé, ou dont le fonctionnement est primordial lors de la
phase post-sismique.
La circulaire du 26 avril 2002 relative à la prévention du risque sismique, engage le diagnostic
et si nécessaire le renforcement, de l’ensemble des bâtiments de classe C et D (correspondant
aux classes III et IV dans l’Eurocode 8) appartenant à l’Etat. En outre, elle suggère d’utiliser
les possibilités juridiques des PPR pour inciter les maîtres d’ouvrage autres que l’Etat à suivre
la même démarche.
Cet objectif ne peut être atteint par l’une des méthodes, à valeur purement statistique,
conseillées pour l’étude de la vulnérabilité du bâti courant de classe B. Les impératifs de
sécurité, aussi bien que le coût d’un éventuel renforcement, exigent qu’un diagnostic fiable
puisse être posé pour chaque structure prise de manière isolée. Il n’est cependant pas réaliste,
eu égard aux moyens mobilisables (coûts, temps, compétences), de projeter d’analyser
l’ensemble des bâtiments de classe C et D avec les méthodes les plus précises et les plus
sophistiquées. Il y a lieu de procéder par étapes successives de manière à établir des priorités
dans le renforcement. Un diagnostic complet, incluant, le cas échéant, la conception du
confortement, ne peut être réalisé qu’à l’attention d’un nombre restreint d’ouvrages
particulièrement menacés.
Ce guide suggère une démarche en 3 étapes : sélection, diagnostic préliminaire, puis
diagnostic complet. Les principes et objectifs qui sous-tendent chaque étape sont explicités
dans les paragraphes suivants.
Il n’existe pas, à ce jour, de normes dans le domaine de l’analyse de vulnérabilité et du
confortement du bâti existant ; les méthodes, évoquées ici à titre d’exemple non limitatif,
n’excluent aucune méthode alternative pourvu qu’elle soit rationnelle et basée sur les
principes fondamentaux du génie parasismique.
4.3.3.1. Etape 1 : sélection des bâtiments en vue de leur évaluation sismique
Principe et objectif
Il s’agit de sélectionner, parmi tous les bâtiments de classe C et D, ceux qui présentent, a
priori, un risque inacceptable et doivent faire l’objet, en priorité, d’un diagnostic plus poussé
(étape 2). La décision se base sur l’appréciation du système de contreventement (rigidité,
ductilité), modulée de l’influence des facteurs de vulnérabilité identifiés (résonance sol
structure, irrégularités structurelles et géométriques, etc.). Elle doit nécessairement tenir
compte du niveau d’aléa local, et du niveau de performance requis, soit en toute
vraisemblance :
- le non effondrement pour les bâtiments de classe C
- le maintient de la fonctionnalité pour les bâtiments de classe D.
Mise en œuvre
Le temps nécessaire pour réaliser cette présélection est de l’ordre d’une demi-journée par
bâtiment. Une visite sur le terrain ainsi que la consultation des plans de structure s’imposent.
Seul un expert, disposant d’une expérience significative des analyses de vulnérabilité
sismique, est en mesure d’effectuer le diagnostic. A noter que certains pays, tels que les USA,
le Canada, la Suisse ou l’Italie, disposent de grilles d’évaluation normalisées grâce auxquelles
un grand nombre de bâtiments peuvent subir, à moindre frais, une première évaluation par des
personnes disposant d’un niveau d’expertise plus faible. L’utilisation de ces grilles pour cette
étape est délicate ; d’une part parce qu’elles utilisent des coefficients calibrés par des experts
dans le contexte spécifique (sismique, constructif, réglementaire) pour lequel elles ont été
créées ; d’autre part parce que leur précision limitée les destine d’avantage à l’inventaire du
bâti courant.
Toutefois, certaines catégories d’enjeux, vraisemblablement de classe C (établissements
scolaires, certains ERP, etc.), peuvent présenter des effectifs peu compatibles avec les
exigences d’un diagnostic fiable. Dans ce cas, et en particulier dans les zones de sismicité
faible ou modérée (France métropolitaine) ou pour une catégorie de bâtiments présentant une
certaine redondance du point de vue constructif (établissements scolaires, logements sociaux,
etc.), il peut s’avérer judicieux d’adopter une démarche permettant une meilleure
rationalisation des dépenses :
- On procède tout d’abord à l’inventaire des enjeux en les classant selon leur fonction
(écoles, logements sociaux, etc.).
- Pour chaque catégorie de bâtiments, une sélection de bâtiments représentatifs des
différentes typologies observées est opérée par un agent disposant de connaissances
suffisantes en bâtiment. Celui-ci est idéalement dépositaire d’une certaine mémoire du
passé constructif local.
- Le diagnostic rapide de la présomption de vulnérabilité est ensuite réalisé par un
expert sur chaque bâtiment représentatif sélectionné, et le niveau de vulnérabilité
estimé est extrapolé à la catégorie d’enjeux dans son ensemble.
Les résultats conduisent à définir des niveaux de vulnérabilité ou des niveaux de dommages
pour chaque type de chaque catégorie de bâtiments, et permettent de définir les priorités pour
la réalisation de diagnostics précis de vulnérabilité aux séismes.
4.3.3.2. Etape 2 : analyse détaillée quantitative
Question : est-ce que ces diagnostics détaillés ne sont pas du domaine de la
recommandation/prescription ? faut-il détailler les méthodes.
Une analyse plus détaillée est prescrite pour les bâtiments diagnostiqués comme a priori
vulnérables à l’issue de la sélection réalisée à l’étape 1.
Les bâtiments sélectionnés comme a priori vulnérables à l’étape 1 sont analysés de manière
plus détaillée à l’aide de calculs d’ingénieur relativement simples. Il s’agit de vérifier les
critères de conformité du système de contreventement avec le niveau de performance exigé,
compte tenu de l’aléa sismique local.
Par souci de cohérence, les facteurs de vulnérabilité mis en évidence à l’étape 1 doivent être
considérés dans le calcul, à moins que des mesures correctives simples ne soient prévues pour
les écarter.
L’EC8-3, bientôt complété des Annexes Nationales, offre un cadre normatif adéquat pour
réaliser cette évaluation. Les méthodes développées sont les mêmes que pour la construction
neuve, moyennant quelques adaptations partout où une divergence entre les activités de
contrôle par rapport aux activités de conception le justifie.
Ces méthodes forfaitaires, volontairement simplifiées, sont fondamentalement conservatives
et peuvent conduire à des renforcements onéreux et injustifiés. Pour les ouvrages existants, il
peut s’avérer judicieux et économique de réduire ces marges de sécurité implicites. Par
ailleurs, certaines structures existantes ne remplissent pas les conditions minimales requises
(régularité, dispositions constructives, etc.) pour être analysées avec une approche forfaitaire ;
dans ce cas l’étape 2 ne peut fournir qu’un résultat indicatif, tandis qu’une analyse plus
détaillée s’impose pour établir un diagnostic définitif. Ces deux constats peuvent justifier dans
certains cas l’utilisation de procédures de calcul plus longues pour modéliser au plus près le
comportement réel de la structure.
.
4.3.3.3. Etape 3 : analyse approfondie
Cette étape recouvre l’emploi de méthodes de calcul avancées nécessitant des compétences
élevées en dynamique des structures. Ce recours à des méthodes plus générales et moins
conservatives s’impose :
- pour les bâtiments déclarés non conformes à l’étape 2 dont on pense qu’ils possèdent
des réserves de ductilité cachées ;
- pour les bâtiments pour lesquels les méthodes simplifiées de l’étape 2 sont jugées
inapplicables.
Les méthodes en déplacement (méthode du spectre de capacité etc.), s’inspirant des travaux
de l’ATC 40 (ATC 40, 1996), semblent particulièrement indiquées dans le premier cas. Dans
le second cas, il peut s’avérer nécessaire de faire appel à une simulation dynamique nonlinéaire, très délicate à effectuer.
4.3.3.4. Remarque :
Une fois les bâtiments C et D les plus vulnérables analysés, il paraît souhaitable de renouveler
ce processus en trois étapes plusieurs fois, sur le stock des bâtiments n’ayant pas fait l’objet
de confortements lors d’une phase précédente, en durcissant progressivement les critères.
Cette démarche aurait l’avantage d’étaler le coût de la mise en conformité sismique sur
plusieurs années, et de tirer profit de l’évolution rapide de l’état des connaissances.
Bibliographie
AFPS, 2005. Cahier technique AFPS n°25. Vulnérabilité sismique du bâti existant : approche
d’ensemble.
ATC 40, 1996. Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings. Applied technology
council. Redwood, California.
Bernardini A., 1999. Seismic Damage to Masonry Buildings: Proceedings of the International
Workshop, Monselice, Padova, Italy, 25-26 June 1998.
D’Ayala D., Spence R., Oliveira C., Pomonis A., 1997. Earthquake loss estimation for
Europe’s historic town centres. Earthquake Spectra, 13(4), 773-792.
Giovinazzi S., 2005. The vulnerability assessment and the damage scenario in seismic risk
analysis. Thèse de doctorat, Department of civil engineering, university of Florence.
Grünthal G., Musson R. M. W., Schwarz J., Stucchi M., 1998. European Macroseismic Scale
1998 (EMS-98). Cahiers du centre européen de géodynamique et de séismologie, volume 15,
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Federal Emergency Management Agency with the National Institute of Building Sciences.
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Ottawa : Institut de recherche en construction – Conseil national de recherche Canada.
Lang K., 2002. Seismic vulnerability of existing buildings. Thèse de doctorat, Swiss Federal
Institute of Technology, Zurich.
Pelissier V., Badoux M., 2003. Vulnérabilité et risqué sismique de la ville d’Aigle. Rapport de
l’école polytechnique fédérale de Lausanne, Faculté environnement naturel, architectural et
construit.
RISK-UE, 2003. An advanced approach to earthquake risk scenarios with application to
different european towns. Projet européen, EVK4-CT-2000-00014.
VULERALP, 2004. Projet d’évaluation de la vulnérabilité sismique à Grenoble.
http://www-lgit.obs.ujf-grenoble.fr/~pgueg/VULNERALP/
Annexe 1 – Classe des bâtiments
La définition des bâtiments est basée sur l’article 3 du décret 91-461 du 14 mai 1991 et sur
l’article 2 de l’Arrêté du 29 mai 1997 relatif à la prévention du risque sismique.
Article 3 du décret du 14 mai 1991
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 à
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.
 classe D : ceux dont le fonctionnement est primordial pour la sécurité civile, pour la
défense ou pour le maintien de l'ordre public.
Article 2 de l’Arrêté du 29 mai 1997 donnant des précisons sur ces bâtiments de classe D.






Bâtiments dont la protection est primordiale pour les besoins de la sécurité civile et
de la défense nationale ainsi que pour le maintien de l'ordre public et comprenant
notamment:
o Les bâtiments abritant les moyens de secours en personnels et matériels et
présentant un caractère opérationnel;
o Les bâtiments définis par le ministre chargé de la défense, abritant le
personnel et le matériel de la défense et présentant un caractère opérationnel;
o Les bâtiments contribuant au maintien des communications, et comprenant
notamment ceux:
 des centres principaux vitaux des réseaux de télécommunications
ouverts au public;
 des centres de diffusion et de réception de l'information;
 des tours hertziennes stratégiques;
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 4 C, 4 D et 4 E suivant
l'organisation de l'aviation civile internationale (OACI);
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
affections graves pendant leur phase aiguë en médecine, chirurgie et obstétrique;
Bâtiments de production ou de stockage d'eau potable;
Bâtiments des centres de distribution publique de l'énergie;
Bâtiments des centres météorologiques.
Annexe 2 – RISK-UE
Le projet RISK-UE avait pour objectif de traiter la vulnérabilité sismique de 7 villes
européennes. Cette étude a permis d’une part l’élaboration d’une typologie européenne plus
détaillée que celle de l’EMS-98 et d’autre part la mise en place d’une méthode d’évaluation
de la vulnérabilité. Différents partenaires étaient impliqués dans ce projet dont le BRGM qui
appliqua cette méthode à la ville de Nice.
Comme exposé précédemment dans le guide, cette méthode présente plusieurs niveaux
d’analyse de vulnérabilité. Les valeurs représentatives des Indices de Vulnérabilité (IV) sont
récapitulées dans le Tableau 2 ci-dessous.
Béton Armé
Maçonnerie
Typologie RISK-UE
Acier
Bois
Valeur représentatives des IV
IVmin
IVIV
IV+
IVmax
M1
Moellons
0.620
0.810 0.873 0.980 1.020
M2
Adobe
0.620
0.687 0.840 0.980 1.020
M3
Pierre appareillées
0.460
0.650 0.740 0.830 1.020
M4
Pierre de taille
0.300
0.490 0.616 0.793 0.860
M5
Maçonnerie non armée
0.460
0.650 0.740 0.830 1.020
M6
Maçonnerie non armée (Plancher béton armé)
0.300
0.490 0.616 0.790 0.860
M4
Maçonnerie armée ou confinée
0.140
0.330 0.451 0.633 0.700
RC1 Poteaux/poutres (sans conception PS)
0.300
0.490 0.644 0.800 1.020
RC2 Poteaux/poutres (conception PS moyenne)
0.140
0.330 0.484 0.640 0.860
RC3 Poteaux/poutres (avec conception PS)
-0.020 0.170 0.324 0.480 0.700
RC4 Murs de contreventement (sans conception PS)
0.300
0.367 0.544 0.670 0.860
RC5 Murs de contreventement (conception PS moyenne)
0.140
0.210 0.384 0.510 0.700
RC6 Murs de contreventement (avec conception PS)
-0.020 0.047 0.224 0.350 0.540
S1
Structure en acier
-0.020 0.170 0.324 0.480 0.700
W
Structure en bois
0.140
0.207 0.447 0.640 0.860
Tableau 2 – Typologie RISK-EU et valeurs représentatives des indices de vulnérabilité
Cette méthode offre aussi la possibilité d’affecter des modificateurs de vulnérabilité liés aux
critères structuraux propre à chaque structure. Ces modificateurs de vulnérabilité sont
présentés pour les constructions en béton armé dans le Tableau 3. La même démarche à été
effectuée pour les constructions en maçonnerie avec des critères différents.
Facteurs de Vulnérabilité
Nb d’étages
Forme L, C
Irrégularité en plan
Protubérance
Saillie
Irrégularité en élévation
Retrait
Joints insuffisants
Poteaux courts
Règles PS
Bas (1,2 ou 3)
Moyen (4,5 ou 6)
Haut (7 ou plus)
Oui
Non
Oui
Non
Oui
Non
Oui
Non
Oui
Non
Oui
Non
Avant PS92
Après PS92
Code bas
-0.04
0
+0.08
+0.02
0
+0.02
0
+0.02
0
+0.02
0
+0.04
0
+0.04
0
+0.16
Code haut
-0.04
0
+0.06
+0.01
0
+0.01
0
+0.01
0
+0.01
0
0
0
+0.01
0
0
Tableau 3 – Critère structuraux de vulnérabilité et modificateurs associés pour les bâtiments en béton
armé
La somme des modificateurs de vulnérabilité ΔVm est ajoutée à l’indice de base IV. Pour
prendre un compte la variabilité du comportement, la méthode RISK-UE introduit un dernier
modulateur ΔVf (= 0.04) qui donne les bornes inférieures et supérieures de l’indice de
vulnérabilité final.
IVsup = IV + ΔVm + ΔVf
IVinf = IV + ΔVm – ΔVf
Lors du Projet RISK-UE, une méthode originale fut appliquée à la ville de Nice par le BRGM.
Elle consista à diviser la ville en quartier structurellement homogènes sur les bases de
données historiques et urbanistiques. Ensuite, des itinéraires aléatoires furent réalisés le long
desquels des facteurs de vulnérabilité étaient repérés pour un certain nombre de bâtiments.
Ces itinéraires étaient ensuite considérés comme représentatifs de l’ensemble du quartier et
par conséquent, il était possible de caractériser la répartition des indices de vulnérabilité par
quartier.
Les courbes de fragilité sont obtenues via la formule suivante :
p k  P (k  1)  P (k )
Avec :
(t )
( x  a) q 1 (b  x) t q 1
(t )  (t  q)
(b  a) t 1
, a xb
3
2
Où : a = 0, b = 6, q  t (0.007 D  0.0525 D  0.2875 D ) et  la fonction gamma. « t » influe
sur la dispersion de la loi. Si t = 8, la loi Bêta ressemble fortement à la loi binomiale.
P ( x) 
Elle exprime la probabilité de se trouver dans un niveau de dommage donnée Dk de l’échelle
EMS98.
Le taux de dommage moyen  D s’exprime de la façon suivante :

 I  6.25IV  13.1 
 D  2.51  tanh 

2.3



« I » étant l’intensité du séisme et IV l’indice de vulnérabilité calculé via la matrice de
typologie et les critères de modifications.
Au final, le projet RISK-UE propose de représenter la distribution des dommages par des
courbes de vulnérabilité donnant la probabilité d’atteindre ou de dépasser un niveau de
dommage Dk de l’échelle EMS98.
P( D  Dk )  1  P (k )