Quelles constructions quand la terre tremble?

Comment rendre les constructions résistantes aux tremblements de terre? Le 13 novembre dernier, des enfants ont visité le laboratoire de recherche de l’EPFL où les ingénieurs en génie-civil étudient cette question. Ils ont aussi construit des tours en Lego™ et testé leur stabilité. Sont-elles restées debout ou bien se sont-elles écroulées?

Essais sur le béton à l'EPFL

Angelica Rosso explique aux enfants les expériences réalisées sur le béton au Laboratoire du génie parasismique et dynamique des structures à l’EPFL. (Image: SimplyScience.ch)

Tu as sans doute déjà vu des images à la télé d’immeubles ou de bretelles d’autoroute écroulés après un tremblement de terre. Bien sûr, si la terre tremblait comme ça en Suisse, tu n’aimerais pas habiter dans une tour très haute. Eh bien, ce n’est pas forcément l’endroit le plus dangereux.

Une haute construction peut être stable

Enregistrer des secousses

Souad Sellami montre comment on peut utiliser le téléphone portable comme sismographe pour enregistrer et analyser des secousses. (Image: SimplyScience.ch)

Mais d'abord, pourquoi elle tremble, la terre? Notre planète est formée de plusieurs couches (voir l’article «Voyage au centre de la Terre»). La croûte terrestre sur laquelle nous habitons est découpée en plaques - les fameuses plaques tectoniques - qui flottent sur des roches en partie fondues, un peu comme des morceaux de banquise sur la mer. Les plaques se rencontrent ou s’éloignent les unes des autres. Lorsque la poussée (ou l’étirement) est trop fort, la croûte se brise d’un coup. C’est le tremblement de terre. Les secousses sismiques qu’il provoque se propagent dans toutes les directions et jusqu’à la surface.

A présent, revenons-en à notre tour. La terre tremble avec différentes fréquences plus ou moins élevées. Une basse fréquence fera plutôt vibrer la tour la plus haute qui supportera très bien une fréquence plus élevée. Par contre, avec des fréquences plus hautes, ce sera un immeuble moins haut qui risquera de subir des dégâts. Bien sûr, la forme de l’immeuble joue aussi un rôle important dans sa stabilité. Il sera, par exemple, plus stable si sa masse se situe dans sa partie inférieure. Evidemment, c’est plus compliqué que cela, et les ingénieurs collaborent avec les sismologues pour étudier ces problèmes.

Après la théorie, place à la pratique!

Constructions en Lego

Les enfants ont placé leurs constructions sur le simulateur de tremblements de terre. Les ingénieurs ont ajouté le bâtiment avec la plaque bleue et rouge, plus lourde que les autres Lego. (Image: SimplyScience.ch)

Après avoir écouté les explications et observé les démonstrations de Souad Sellami, sismologue, les enfants ont reçu un sachet de briques Lego™. Leur mission? Construire un immeuble haut qui résiste aux tremblements de terre. Seuls ou par groupe, comme les ingénieurs qui travaillent généralement en équipe, ils se sont mis au travail. Le moment le plus excitant de l’après-midi est arrivé: placer les immeubles sur la plaque de simulation et les secouer comme si la terre tremblait!

Regarde la vidéo et constate les dégâts: certains immeubles ont tenu le coup et d’autres sont tombés. Nos ingénieurs en herbe ont ensuite bâti d’autres immeubles en essayant de corriger leurs erreurs avant de les tester de nouveau avec le simulateur.

Vidéo: Les tours bâties par les enfants à l’épreuve du simulateur de tremblements de terre...
(© SimplyScience.ch)

Et les ingénieurs, comment est-ce qu’ils s’y prennent?

Expérience avec le béton

Un chercheur au Laboratoire du génie parasismique et dynamique des structures à l’EPFL montre aux enfants un bloc de béton qui sert aux expériences. (Image: SimplyScience.ch)

Heureusement, l’immeuble dans lequel tu habites peut-être n’a pas été testé en modèle réduit Lego™ par les ingénieurs en génie civil. Avant de construire un bâtiment ou un pont par exemple, ils font des calculs. Comme le sol ne tremble pas partout de la même manière, ils ont aussi besoin de mesures sismiques du sol. Ils modifient leurs calculs en prenant en compte le sol sur lequel viendra la construction.

Mais parfois les calculs ne suffisent pas à garantir la stabilité de la construction, ou bien on désire essayer un nouveau matériau de construction. Dans ce cas, les ingénieurs doivent faire des tests avec des parties de murs ou des piliers en béton. C’est ce que font les chercheurs au Laboratoire du génie parasismique et dynamique des structures de l’EPFL. Angelica Rosso, doctorante dans ce laboratoire, a guidé les enfants dans l’immense halle servant aux essais et leur a expliqué quelques-unes des expériences en cours.

A la fin de l’après-midi, les garçons et les filles qui ont participé à cet atelier dans le cadre de la journée «Oser tous les métiers» sont repartis avec plein de choses à raconter et peut-être l’envie de devenir ingénieur-e en génie civil plus tard!