Durant un séisme, une construction reposant sur le sol est entraînée par celui ci dans son mouvement : ceci est la cause des dégâts occasionnés aux étages supérieurs. Ainsi, si on parvenait à rendre imperméable la construction aux forces du sol, on pourrait garantir la stabilité du bâtiment. Or, ceci est impossible. Les forces provenant du sol sont trop considérables … on a donc tenté de palier à ce problème. La recherche a démontré que sans l'isoler totalement des forces, on pouvait y maîtriser la propagation des ondes horizontales grâce à des systèmes d'isolation spéciaux.

Ces systèmes sont ultra-modernes, ils sont principalement de 2 types : les appuis (ou isolateurs) et les amortisseurs parasismiques. Voyons comment ils fonctionnent.

Principe des appuis ou isolateurs parasismiques

Les appuis nécessitent une structure rigide . En effet, comme nous l'avons vu dans la partie concernant les forces, le bâtiment est déformé horizontalement suite au mouvement du sol par le principe d'inertie ; une structure flexible augmenterait l'oscillation de la construction.

Parmi ces appuis, on en distingue 3 grands types :

les appuis à déformation

Les appuis sont constitués de matériaux légèrement déformables appelés élastomères, naturels tels que le caoutchouc ou synthétiques comme le néoprène, eux-mêmes séparés par des plaques d'acier appelées frettes.

Ceux-ci sont les plus courants ils sont utilisés depuis les années 60. Ils permettent une flexibilité horizontale et ainsi un déplacement de la superstructure (cf schéma) en bloc dans le sens contraire au déplacement du sol. De ce fait il réduit considérable le déplacement relatif des étages.

Plus les élastomères sont élastiques/flexibles, moins les charges sismiques ressenties par le bâtiment sont importantes. Cependant une trop grande flexibilité des appuis diminue considérablement la stabilité de l'ouvrage en temps normal.

Ces appuis sont donc appelés à juste titre « à déformation » car ils se déforment pour diminuer les effets des secousses sur le bâtiment.

Les appuis à glissement

Ce système a un principe similaire à celui des appuis à déformation : il permet de diminuer les forces horizontales. Cependant la technique est sensiblement différente : il s'agit ici de deux blocs distincts qui glissent l'un par rapport à l'autre (la superstructure et la fondation + appuis).

Ce système comme l'autre n'est pas affecté par les forces verticales car ces forces ne font qu'augmenter ou diminuer le charge verticale du bâtiment (en clair, le poids du bâtiment diminue lorsque les forces « soulèvent » la superstructure et augmente lorsque les forces reviennent et écrasent en quelques sortes la superstructure vers le sol…). De ce fait, il n'y a pas de déplacement relatifs des étages comme pour les forces horizontales et donc ces ondes ne forment aucun risque d'effondrement.

Ces ondes pourrait comportées un risque uniquement si elles s'associaient avec les ondes horizontales : elles entreraient en résonance et augmenteraient la propagation et la forces des ondes dans le bâtiment. Cependant des études ont montré que les ondes verticales et horizontales crées par un séisme n'ont jamais la même période d'oscillation : les périodes des ondes verticales sont plus courtes que celles des ondes horizontales.

Les appuis à glissement se concentrent donc sur les forces horizontales. Le glissement permis par ses appuis ne doit néanmoins pas être trop important sous peine de mouvements trop brusques : on choisi donc les matériaux de frottement en fonction de leurs coefficients de frottements et de la masse du bâtiment. De plus la forme concave de la partie supérieure assure une protection optimale, car même si les forces sont très importantes il n'y a pas d'effet de butée du plot de glissement contre les plots de retenue, car la vitesse est fortement diminuée.

Heureusement le déplacement relatif maximal des plaques est limité : le bâtiment ne peut pas glisser indéfiniment vers un côté et ainsi se détruire. En effet, la recherche a prouvé que même lors de séisme de grandes intensité (VIII, IX ou plus sur l'échelle d'intensité M.S.K.) et avec des matériaux à coefficients de frottement élevé, le déplacement du bâtiment par rapport au sol ne dépassait pas plus de 25 %.Ceci est dû toujours à la nature des ondes lors d'un séisme : celles-ci provoquent toujours des mouvements symétriques (lorsqu'elles déplacent la superstructure de 1 m vers la gauche elles le déplacent ensuite de 1m vers la droite) et de courtes durée.

Ces appuis sont très efficaces, largement supérieur à la réglementation demandée en matière de protection sismique.

Il faut savoir qu'on peut également associer les deux précédents appuis pour une efficacité encore accrue ( ces systèmes sont alors tout simplement appelé « appuis à glissement et déformation »).

Les appuis à roulement : Il existe aussi d'autres systèmes appelés « appuis à roulement » qui fonctionne de manière similaire mais dans les deux directions… Plusieurs ont été proposé mais peu ont été utilisés en raison d'un inconvénient majeur : la bille centrale, lorsqu'elle reste trop longtemps au repos (années sans séismes), se grippe (et perd donc de sa capacité à rouler correctement lorsqu'un séisme survient).Ci-contre, un des modèles proposés.

Principe des amortisseurs parasismiques

Ces systèmes permettent de dissiper une quantité considérable d'énergie et de réduire ainsi l'amplitude d'oscillation des ondes et les charges sismiques, toutes deux cause des dégâts occasionnés à la construction.

Il sont utilisés en association avec les appuis mais aussi aux étages supérieurs dans la superstructure. On en distingue par ailleurs 3 types :

Les amortisseurs hystérétiques

Ces systèmes sont principalement constitués de matériaux très ductiles : plomb, acier, alliages ductiles, etc. Sachant qu'il n'ont pas de fonction porteuse, leur déformabilité peut être maximale (ne jouant pas le rôle de pilier, la masse de la superstructure n'agit pas dessus : ils n'ont pas besoin d'être rigide). Cette déformabilité est utilisée alors lors des séismes. En effet lors des secousses, ces amortisseurs permettent de limiter le déplacement de la superstructure.

Généralement, l'une des extrémités est fixée à la fondation, l'autre est libre (il exite un "jeu") dans une encoche de la superstructure. Ainsi, lors du déplacement relatif de la superstructure, la partie haute est guidée tout en opposant une certaine résistance.

Les amortisseurs visqueux

Ces systèmes sont constitués de tiges solidaires à la structure plongeant dans un matériau très dense mais déformable, comme le bitume de grande viscosité, le plomb (qui a la propriété de se recristalliser après déformation), l'huile de grande densité.

De même que les amortisseurs hystérétiques, ils se déforment tout en opposant une résistance assurant ainsi une plus grande stabilité du bâtiment. Le désavantage de ces amortisseurs est le besoin de maintenir une température pour le fluide : en effet celui peut avoir des propriétés différentes à -10°C ou à 35°C.

Les amortisseurs à frottement

Ces amortisseurs reposent sur le même principe que les appuis à glissement cités plus haut.

Cependant, à la différence ils sont disposés à divers endroits stratégiques de la superstructure et dissipent l'énergie par un frottement sec. Lors d'un tremblement de terre, il permet la déformation du bâtiment tout en la maîtrisant : son système mécanique coulissant fait qu'il reste toujours porteur. Ces amortisseurs se révèlent être les plus efficaces et les plus durables, puisqu'ils reprennent leur position initiale sans dommages.

Le schéma et la photo ci-contre, issus de Construire parasismique de Milan Zacek, présentent ce type d'amortisseurs.