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Dispositifs parasismiques : de quoi s’agit-il, types et avantages

Les dispositifs parasismiques servent à améliorer la réponse sismique des structures neuves ou existantes. Types, applications et avantages


Le principal objectif de la conception structurale est certainement la sécurité parasismique des ouvrages, surtout s’ils sont situés dans des zones à risque élevé.

Les dispositifs parasismiques jouent un rôle crucial dans la mitigation du risque sismique, car ils offrent une protection supplémentaire aux structures lors d’un séisme en absorbant, dissipant ou déviant l’énergie sismique afin de réduire l’amplitude des sollicitations transmises à la structure.

Voyons ensemble combien et quelles sont les types de dispositifs de protection sismique disponibles ! 

Qu’est-ce que les dispositifs parasismiques et quels avantages offrent-ils

Les dispositifs parasismiques sont des composants ou des systèmes conçus pour réduire les effets d’un séisme sur les bâtiments, les ponts et autres structures. Ces dispositifs exploitent des principes d’ingénierie pour absorber, dissiper ou dévier l’énergie sismique, réduisant ainsi les sollicitations transmises à la structure et améliorant sa résistance aux événements sismiques (ductilité structurelle).

Il existe 3 principales catégories de dispositifs parasismiques (isolateurs sismiques, dissipateurs sismiques, dispositifs de liaison temporaire), chacune avec des caractéristiques et des mécanismes de fonctionnement spécifiques.

Les dispositifs parasismiques offrent une série d’avantages significatifs qui contribuent à améliorer la sécurité et la résilience des structures lors d’un séisme. Examinons de plus près ces avantages : 

  • amélioration de la sécurité structurelle : le principal avantage des dispositifs parasismiques est l’amélioration de la sécurité structurelle. Ces dispositifs sont conçus pour absorber et dissiper l’énergie sismique, réduisant ainsi l’amplitude des sollicitations transmises à la structure. Cela réduit le risque de dommages structurels et d’effondrement du bâtiment, assurant la sécurité des occupants ;
  • réduction des dommages : en utilisant des dispositifs parasismiques, il est possible de réduire considérablement les dommages aux structures lors d’un séisme. Cela signifie que les bâtiments peuvent mieux résister aux forces sismiques sans subir de dommages structurels irréparables. Cela se traduit par des coûts de réparation et des temps d’arrêt post-sismique réduits ;
  • continuité opérationnelle : les structures équipées de dispositifs parasismiques ont plus de chances de maintenir leur fonctionnalité pendant et après un séisme. Cela est particulièrement important pour les infrastructures critiques telles que les hôpitaux, les centres de transport et les installations industrielles, qui doivent rester opérationnels même en cas d’urgence ;
  • prolongation de la durée de vie des structures : l’utilisation de dispositifs parasismiques contribue à prolonger la durée de vie des structures en réduisant l’usure et la détérioration causées par les séismes. Cela signifie que les structures peuvent maintenir leurs performances dans le temps, réduisant ainsi la nécessité de coûteuses réparations et rénovations.

Quels sont les principaux dispositifs de protection sismique ?

Les dispositifs de protection antisismique sont des systèmes technologiques dont l’objectif est de renforcer la réponse sismique d’un bâtiment en construction ou d’améliorer ou d’adapter celle-ci dans le cas d’une structure existante.

Les différentes techniques d’isolation sismique partagent le principe fondamental sur lequel elles reposent, qui consiste à introduire une discontinuité le long du développement vertical de la structure. L’introduction d’une discontinuité dans la structure permet de la diviser en différentes « sections » et ainsi de réduire la transmission des actions sismiques le long de son développement vertical.

Les techniques de protection sismique se distinguent en : 

  • techniques de contrôle passif : les dispositifs basés sur cette technique sont installés à la base de la structure – entre les fondations et la superstructure – permettant de désaccoupler la superstructure du bâtiment du mouvement du sol et de réduire la transmission de l’énergie sismique ;
  • techniques de contrôle actif : dans ce cas, le contrôle actif est assuré par des dispositifs contrôlés électriquement qui s’activent en cas de séisme d’une intensité supérieure à un certain seuil. En s’activant, ils appliquent à la structure des forces sismiques « dynamiques » de sens opposé à celles du séisme, contrant et minimisant ainsi les oscillations ;
  • techniques de contrôle hybrides (ou mixtes) : elles combinent le contrôle actif et passif en fonction des besoins de conception.

La différence entre les dispositifs sismiques passifs et actifs ?

Dans le paragraphe précédent, nous avons introduit les trois macro-groupes dans lesquels les techniques de protection sismique sont divisées. Voyons maintenant plus en détail en quoi les dispositifs sismiques passifs se distinguent des actifs et quelques exemples concrets des deux catégories.

Les dispositifs sismiques actifs sont des technologies intelligentes qui réagissent au séisme en s’activant uniquement en cas de secousses dépassant un certain seuil. Ces dispositifs développent une force modulée en fonction des accélérations, contrant et minimisant les oscillations. La caractéristique principale de ces dispositifs, qui les distingue des dispositifs à contrôle passif, est qu’ils présentent des coûts d’installation et de maintenance réduits, notamment parce qu’ils ne nécessitent pas d’interventions invasives pour être installés sur le bâtiment. Certains d’entre eux sont par exemple installés sur le toit du bâtiment et effectuent un contrôle automatique et périodique de leurs performances.

Les dispositifs sismiques passifs désaccouplent la superstructure du bâtiment du mouvement du sol, réduisant ainsi la transmission de l’énergie sismique. À l’intérieur des dispositifs sismiques à contrôle passif, on distingue deux autres macro-catégories : 

  1. isolateurs sismiques : ils sont appliqués à la base de la structure, caractérisés par une rigidité verticale élevée et une rigidité horizontale limitée. Une structure isolée sismiquement est plus flexible et, par conséquent, la période propre de la structure se déplace vers des valeurs plus élevées. Les principales catégories d’isolateurs sismiques sont : 
    • isolateurs élastomères ;
    • isolateurs à glissement, y compris ceux à pendule glissant.

  1. dissipateurs sismiques : ils ont pour fonction de dissiper l’énergie sismique absorbée. À l’intérieur de cette catégorie, on trouve plusieurs types (visqueux, hystérétiques et à masse accordée) ;
  2. dispositifs de liaison temporaire (à fusible ou de type dynamique) : ces dispositifs sont utilisés pour contraindre les mouvements dans une ou plusieurs directions selon des modalités différenciées en fonction du type et de l’ampleur de l’action. Ils entrent en fonctionnement et cessent d’agir lors de la survenue et de l’interruption des séismes.

Les dispositifs sismiques passifs et la modélisation de structures isolées sismiquement

Lors de la conception de nouvelles structures avec des dispositifs sismiques passifs, il est essentiel de prendre en compte plusieurs facteurs critiques afin de garantir l’efficacité et la sécurité de l’ensemble du système. Voici quelques considérations fondamentales à prendre en compte : 

  • type et caractéristiques des dispositifs sismiques : le choix du type dépend des caractéristiques spécifiques de la structure, y compris sa forme, sa masse, sa hauteur et sa localisation géographique ;
  • intégration avec d’autres éléments structurels : les dispositifs sismiques doivent être intégrés de manière harmonieuse avec les autres éléments structurels de la construction, tels que les poutres, les colonnes et les fondations. Il est important de prendre en compte les effets de la présence des dispositifs sismiques sur la réponse globale de la structure aux événements sismiques et de s’assurer qu’il n’y a pas d’interférences avec d’autres composants structurels ;
  • analyse et vérification structurelle : il est essentiel de mener une analyse structurelle approfondie pour évaluer l’impact du système de dissipation sismique sur l’ensemble de la structure. Des vérifications approfondies sont nécessaires pour garantir que la présence des dispositifs sismiques n’affecte pas l’intégrité structurelle ou la capacité portante de la construction.

La conception de structures nécessite une compréhension approfondie des dynamiques sismiques, des technologies de dissipation d’énergie et des réglementations du secteur. Il est essentiel d’adopter une approche intégrée qui tienne compte de tous les facteurs mentionnés ci-dessus afin de garantir la maximisation de l’efficacité et de la sécurité du système de dissipation sismique.

La conception structurale est évidemment très délicate et nécessite de grandes responsabilités et connaissances, surtout lorsqu’elle est réalisée dans des zones à risque sismique élevé. La conception parasismique exige, en effet, avant tout, la préservation de la vie humaine et, pour certaines constructions stratégiques telles que les hôpitaux ou les bâtiments destinés à la protection civile, il est nécessaire non seulement de garantir l’évacuation des personnes mais aussi de rester opérationnel immédiatement après le séisme.

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edilus
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