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Conséquences du séisme de novembre 2007 en Martinique (Martinique, 2007). © BRGM - Samuel Auclair

Développement de surfaces de fragilité pour des éléments de bâti antillais

07.10.2014
Ce projet, cofinancé par la Direction Générale de la Prévention des Risques (DGPR) du Ministère de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie, s’attache à quantifier la vulnérabilité de bâtiments individuels dont le mode constructif est caractéristique des Antilles : il s’agit généralement de constructions mixtes, avec cadres en béton armé ou pilotis au rez-de-chaussée et maçonnerie chaînée au second niveau.

Quatre modèles structuraux répondant à ces critères ont été développés et soumis à une série de signaux sismiques, afin d’en mesurer la réponse et la performance. Un traitement statistique des résultats permet de construire des surfaces de fragilité, qui expriment, pour chaque bâtiment étudié, la probabilité d’atteindre un certain niveau d’endommagement en fonction d’une série de paramètres représentant l’intensité sismique. Les résultats ont mis en évidence l’influence du type de source sismique (séismes superficiels ou de subduction), ainsi que du type de sol.

Contexte de réalisation

Alors que la récente évolution de la réglementation parasismique et l’application des règles de construction des Eurocodes 8 permettent une protection accrue des constructions neuves contre les secousses sismiques, le cas du bâti courant existant reste problématique dans la mesure où une estimation précise de sa vulnérabilité est sujette à de nombreuses incertitudes (respect ou non des règles parasismiques, qualité variable de la maîtrise d’œuvre, disparités dans les typologies…). Dans ce contexte, il apparaît essentiel de porter les efforts sur une meilleure connaissance des bâtiments d’habitation courante en France et sur le développement de méthodes permettant d’évaluer avec une précision suffisante la vulnérabilité de ces structures existantes. Le développement récent de fonctions de fragilité exprimant la probabilité d’endommagement en fonction de plusieurs paramètres sismiques (i.e. surfaces de fragilité) constitue à ce titre une approche intéressante pour réduire les incertitudes liées à la représentation de l’agression sismique.

Représentation schématique des 4 modèles structuraux considérés

Représentation schématique des 4 modèles structuraux considérés. © BRGM

Objectifs

Dans le cadre de cette étude, il a donc été proposé de développer l’approche par surfaces de fragilité via des analyses dynamiques non-linéaires sur des modèles numériques de bâtiments. La typologie étudiée cible des bâtiments particulièrement vulnérables qui sont caractéristiques des constructions antillaises, à savoir des villas "en dur", le plus souvent réalisées en auto-construction. L’originalité de l’étude repose essentiellement sur la prise en compte du contexte sismique et des types de sol spécifiques à la Martinique et à la Guadeloupe.

Il est attendu que les fonctions de fragilité obtenues permettent d’améliorer la connaissance de la vulnérabilité de tels modes constructifs, qui ont été peu étudiés pour l’instant. Ces outils quantitatifs d’estimation de la vulnérabilité des constructions peuvent alors être utilisés pour obtenir une meilleure image du risque subi par la population. Enfin, l’analyse de la réponse des modèles structuraux peut aussi fournir de précieux enseignements sur les éventuelles mesures de mitigation et de renforcement parasismique à mettre en œuvre.

Exemple de surfaces de fragilite pour le modèle 3 et le sol 1 (mangroves)

Exemple de surfaces de fragilite pour le modèle 3 et le sol 1 (mangroves). © BRGM

Programme des travaux

Le développement des surfaces de fragilité adaptées au contexte antillais s’est décomposé en plusieurs phases :

  • identification et modélisation de 4 structures-types (modèles 1 à 4), représentant des villas individuelles réalisées en auto-construction (généralement constructions mixtes avec cadres en béton armé ou pilotis au rez-de-chaussée et maçonnerie chaînée au second niveau) ;
  • sélection/génération d’accélérogrammes, correspondant à la désagrégation des sources sismiques principales pour 2 sites virtuels (Pointe-à-Pitre et Fort-de-France), et amplification des signaux au rocher par 3 types de colonnes de sol génériques (mangroves, vases et altérites), à l’aide de l’outil CyberQuake© ;
  • analyse dynamique non linéaire sur les modèles structuraux avec le jeu d’accélérogrammes précédemment sélection-nés ;
  • pour chaque type de source sismique (séismes superficiels ou de subduction) et chaque type de sol, études des paramètres du signal sismique (accélération maximale, contenu en fréquence ou en énergie, durée du signal) ayant le plus d’influence sur la réponse des modèles structuraux ;
  • dérivation des surfaces de fragilité pour chaque combinaison de bâtiments, de sources sismiques et de types de sol.

Résultats obtenus

Les résultats finaux ont été présentés sous la forme de surfaces de fragilité correspondant à chacune des configurations étudiées.

Plusieurs conclusions ont pu en être tirées :

  • forte vulnérabilité globale de ce type de constructions, avec l’apparition des premiers dommages légers aux alentours d’un PGA (Peak Ground Acceleration) de 0.5 m/s² (i.e. 50% de probabilité) et des risques de ruine totale à partir d’une accélération de quelques m/s² à peine ;
  • confirmation du caractère pénalisant de la construction sur terrain en pente (i.e. pilotis avec poteaux courts) ou du rajout de parois de remplissage au niveau du rez-de-chaussée. Les calculs ont finalement montré un meilleur comportement relatif des modèles présentant uniquement des pilotis au rez-de-chaussée dans une configuration régulière ;
  • incapacité du PGA, s’il est pris comme mesure d’intensité, à prendre en compte les effets des séismes superficiels par rapport aux séismes de subduction (interface ou intraplaque). L’utilisation d’un paramètre d’accélération spectrale, généralement à la période d’intérêt, devrait être systématiquement préférée ;
  • intérêt de développer des courbes/surfaces de fragilité spécifiques en fonction du type de sol : cette distinction permet en effet de capter les effets particuliers de certains sols.

PARTENAIRE

  • DGPR (MEDDE)

RAPPORTS PUBLICS

  • BRGM/RP-61425-FR - Développement de surfaces de fragilité pour des éléments de bâti antillais - Phase 1. Rapport final - Télécharger le rapport
  • BRGM/RP-62652-FR - Développement de surfaces de fragilité pour les éléments de bâti antillais - Phase 2. Rapport final - Télécharger le rapport
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