Isolation et renforcement

La protection passive d’une structure vis-à-vis du risque sismique peut être obtenue avec trois méthodes de conception différentes :

  • la structure est dotée d’une résistance suffisante pour qu’elle résiste au séisme tout en restant dans le domaine élastique linéaire ;
  • la structure est dotée d’une capacité de déformation post-linéaire suffisante (qu’on appelle souvent, par abus de langage, ductilité) pour résister à la sollicitation sismique en acceptant un certain niveau de dommage ;
  • l’excitation sismique est filtrée à des endroits précis à l’aide des dispositifs spécifiques. Il en résulte que les dommages dans la structure sont, pour le niveau sismique de dimensionnement, beaucoup plus faibles. Ce filtrage peut être effectué par déformation élastique ou inélastique. Il s’agit de l’isolation sismique à la base (par exemple patins à élastomère ou à frottement à la base de la structure) et de ces variantes (par exemple dispositifs métalliques plastifiant à des endroits stratégiques).

L’isolation sismique est actuellement une méthode en plein essor. Plus de 3000 bâtiments sur appuis parasismiques existent de par le monde, en particulier dans des zones à forte sismicité (Japon, Etats Unis d’Amérique, Europe du sud). Un grand nombre de ponts est également sismiquement isolé. En revanche, peu nombreuses sont à ce jour les applications de la méthode sur des ouvrages à risque spécial, comme les centrales nucléaires. A titre d’illustration, la Figure 1 montre le réacteur expérimental Jules Horowitz (Cadarache, France) construit sur appuis parasismiques.

Réacteur Jules Horowitz
Réacteur Jules Horowitz

Malgré le nombre croissant d’applications de la méthode de l’isolation sismique, un certain nombre de questions restent ouvertes. A titre indicatif et non exhaustif, ces questions concernent :

  • le comportement dynamique des appuis, qui peut être fortement non-linéaire, éventuellement couplé avec la thermique pour certains types d’appuis comme, par exemple, les dispositifs à mémoire de forme ou les appuis à élastomère avec noyau de plomb (Figure 2) ;
  • des aspects technologiques de conception, de mise en place, de remplacement des appuis ;
  • l’amplification des modes supérieurs et leur influence sur la réponse des équipements, notamment pour les installations industrielles, telles que les centrales nucléaires, ou pour des bâtiments à enjeu ou accueillant du public (par exemple les hôpitaux) ;
  • la sensibilité de ces systèmes, en particulier en cas d’excitations sismiques différentes de celles prévues pour leur dimensionnement ;
  • la conception et l’utilisation d’appuis ayant un effet isolant dans la direction verticale également.
Appuis à élastomère avec noyau de plomb
Appuis à élastomère avec noyau de plomb

En plus de l’isolation passive, des méthodes combinant des dispositifs passifs et semi-actifs sont apparues les deux dernières décennies, avec un certain nombre de réalisations lors de la dernière décennie, en particulier pour optimiser la réponse des structures au vent. Si les applications réelles de cette technique, pour l’amélioration de la réponse sismique des structures, sont timides, il n’en est pas de même pour les travaux de recherche sur ce sujet. En effet, l’utilisation de l’isolation mixte  pourrait remédier aux faiblesses de l’isolation passive et augmenter son efficacité. Néanmoins, plusieurs aspects technologiques, théoriques et numériques doivent être étudiés et approfondis pour une application efficace des techniques de ce type. Sans insister sur la problématique technologique, concernant le développement des dispositifs semi-actifs performants de grande capacité,  on peut citer, entre autres, les verrous scientifiques suivants :

  • l’identification et la modélisation des systèmes semi-actifs qui peuvent être fortement non-linéaires;
  • le développement d’algorithmes de contrôle pour des systèmes complexes qui soient efficaces, robustes et rapides puisqu’il il s’agit de contrôler les dispositifs semi-actifs en temps réel;
  • les difficultés dans la procédure du contrôle liées au bruit du « monde réel » ainsi qu’au nombre limité des mesures (utilisation/développement d’observateurs performants).

Etant donnés leur développement croissant et leur efficacité, l’isolation sismique passive et l’isolation mixte, ainsi que d’autres techniques d’atténuation de la réponse sismique des structures (comme par exemple les atténuateurs de vibration passifs ou semi-actifs) constituent un axe de recherche important pour l’Institut SEISM.