Les séismes et les bâtiments parasismiques

TPE : Comment les structures parasismiques résistent-elles aux séismes (exemple du Japon) ?

Le Japon : les séismes et les bâtiments parasismiques (INTRO)

Le japon se trouve à la frontière de 4 plaques : la plaque pacifique, la plaque nord-américaine, la plaque eurasienne et la plaque philippine. On y trouve en majorité des zones de subduction, qui sont le siège de lignes de séismes plus violents.

Au Japon, 300 séismes par an en moyenne (1/5ème des séismes d’une magnitude égale ou supérieure à 6 sont au Japon)

Le Japon a perfectionné ses constructions résistantes aux séismes, notamment depuis le tremblement de terre de Kobe, en 1995.

Il est le pays le mieux préparé pour résister à ce genre de catastrophe.

2008 : 245 foyers, 1 261 personnes touchées par des tremblements de terre, 22 décédées ou disparu.

L'origine des séismes / tremblements de terre (I)

(=Mouvement sur une faille qui engendre des secousses plus ou moins violentes à la surface du sol)

Plaque lithosphérique: parties de la lithosphère terrestre – 12 plaques majeures et 40 plaques mineures

Lithosphère : elle correspond à la croûte terrestre et à la partie supérieure du manteau supérieur. Elle correspond en fait aux plaques rigides de la tectonique des plaques.

Asthénosphère : Elle correspond à la partie plus visqueuse en dessous de la lithosphère.

Croûte terrestre : c'est la partie supérieure de la lithosphère, caractérisée par sa solidité. On a deux types de croûtes terrestres : la croûte continentale (+++ granit, épaisseur moyenne de 30 km) et la croûte océanique (+++ basaltes et gabbros issus de l’activité volcanique – épaisseur moyenne de 6 km => densité plus élevée, se génère  au niveau des dorsales océaniques (mouvements de divergence permettant l’accumulation et la remontée de magma, issu de la fusion partielle des roches mantelliques)

Manteau : partie entre le noyau et la croûte terrestre

Faille : Lieu où lithosphère est fissurée, généralement à la frontière entre les plaques lithosphériques. Les failles sont donc dues aux mouvements constants des plaques les unes par rapport aux autres dans des sens différents (cellules de convection). Les écarts de vitesse au sein d’une même plaque créent également ces failles (failles décrochantes).

Mouvements des plaques les unes par rapport aux autres (tectonique des plaques, initiée par Wegener en 1912):

• Rapprochement (convergence) -> au niveau des fosses – failles inverses (disparition de la croûte océanique)
• Eloignement (divergence) -> au niveau des dorsales – failles normales (création de la croûte océanique → expansion)
• Coulissement -> failles décrochantes

Le foyer (ou hypocentre) est le point précis dans le sol où se produit la rupture alors que son épicentre correspond à sa projection à la verticale.

La magnitude est une grandeur mesurant l’énergie libérée lors d’un séisme (échelle de Richter).

L’amplitude des ondes sismiques décroît avec la distance au foyer. C’est pourquoi l’intensité décroît si on s’éloigne de l’épicentre, ou si le séisme est plus profond.

L’intensité est une grandeur qui permet d’évaluer les effets ressentis en surface (dégâts…).

Les répliques sont des séismes de moindre importance (amplitude décroissante) succédant au séisme principal. Ces répliques sont parfois meurtrières.

Lorsque le seuil de rupture des roches est atteint, l’énergie est libérée spontanément de deux manières : sous forme d’ondes élastiques se propageant partout dans le sol (vibrations) ainsi que sous forme de chaleur. Ces ondes obéissent aux lois de physique concernant la réfraction et la réflexion (Lois de Snell-Descartes). Il existe deux types d'ondes : les ondes P, les plus rapides  qui se propagent dans tous les milieux, les ondes S, qui sont deux fois moins rapides et qui ne se propagent pas dans l'eau (dans le noyau externe), et les ondes de surface, les plus dévastatrices (amplitude plus forte).  

A l'aide d'appareils tels que le sismomètre, on peut enregistrer les ondes sismiques et ainsi connaître l'emplacement du foyer, ou la magnitude du séisme.

Les bâtiments parasismiques (II)

Le rôle d’une construction parasismique est de résister à un certain niveau d’agression sismique défini réglementairement.

Une étude du sol a lieu, ce qui permet de connaître les caractéristiques du terrain et les possibles conséquences d’un séisme à cet endroit (liquéfaction des sols, glissements de terrain…).

 Les modes de déformation des futurs bâtiments peuvent ainsi être estimés (torsions, compression…).

Généralement, on évite ainsi d’édifier des bâtiments sur des sols saturés en eau, ou encore sur des sols meubles, qui ont tendance à amplifier les effets des ondes sismiques.

En fonction de la nature du sol, différents types de matériaux de construction pourront être choisis. Dans le cas où la nature du sol ne convient pas, il existe de profondes fondations cherchant ainsi à atteindre des sols plus fermes.

 On tient également compte des séismes de référence. Plus la période du sol d’implantation et la période de la structure se rapprochent, plus celle-ci entre en résonance, et plus son amplitude est élevée. C’est pourquoi on essaie dans la plupart des cas d’éloigner la période propre des structures de celles des sols, et ainsi d’implanter les grandes tours (grandes périodes) sur des sols fermes (petites périodes).

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