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Un matin ensoleillé du mois dernier, un tremblement de terre a secoué le nord-est de San Diego. Quelques minutes plus tard, un autre tremblement a frappé, provoquant le balancement d'un bâtiment en bois de 10 étages.

Les tremblements de terre, cependant, ont été déclenchés par un ordinateur et les secousses ont été confinées à une plate-forme de 1 000 pieds carrés sur laquelle se trouvait le bâtiment – ​​un modèle de test grandeur nature.

La structure est la plus haute jamais soumise à des tremblements de terre simulés sur la plus grande "table vibrante" haute performance au monde, qui utilise des actionneurs hydrauliques pour pousser la plate-forme en acier à travers six degrés de mouvement pour reproduire la force sismique. Les essais de table vibrante dans une installation de l'Université de Californie à San Diego font partie du projet TallWood, une initiative visant à tester la résilience sismique des immeubles de grande hauteur en bois massif.

Matériau de construction en bois d'ingénierie, le bois massif est de plus en plus populaire comme alternative plus durable au béton et à l'acier à forte intensité de carbone.

La maquette a déjà été soumise à plus de 100 événements sismiques au cours de l'expérience de 3,7 millions de dollars et en subira davantage avant la fin de la période de test en août.

"Vous mettez un bâtiment à travers le nombre de tremblements de terre qu'il ne connaîtra jamais à moins qu'il ne soit là pendant 5 000 ans", déclare Thomas Robinson, directeur fondateur de Lever Architecture, une entreprise de Portland, Oregon, qui a aidé à concevoir la structure TallWood.

Les modifications récentes apportées aux codes du bâtiment aux États-Unis autorisent des bâtiments en bois massif pouvant atteindre 18 étages. Mais on ignore jusqu'à présent comment de tels gratte-ciel se comporteraient dans des régions du monde sujettes aux tremblements de terre comme la Californie.

Le premier jour des tests en mai, l'anticipation traverse une foule d'architectes, d'ingénieurs et de chercheurs à casque dur alors qu'ils se rassemblent à une distance de sécurité du bâtiment, qui se dresse sur la table vibrante comme une fusée déconstruite prête à décoller. Une banque de caméras vidéo est pointée vers la structure et un drone bourdonne au-dessus.

Les trois premiers étages du bâtiment de 112 pieds de haut sont recouverts de panneaux argentés et orange qui encadrent des fenêtres en verre. Le reste du bâtiment est en plein air, chaque étage contenant quatre "murs à bascule" conçus pour minimiser les dommages structurels causés par les tremblements de terre. Les ingénieurs ont également construit des murs intérieurs et des escaliers conçus pour résister à de fortes secousses et ont installé des capteurs dans tout le bâtiment.

Deux "tours de protection" en métal de couleur rouille de cinq étages flanquent le bâtiment d'un côté et des câbles l'attachent au sol de l'autre côté pour amortir sa chute si la structure s'effondre pendant les tests.

Ce matin, les ingénieurs ont programmé la table vibrante pour reproduire deux tremblements de terre dévastateurs. Le premier est le séisme de Northridge de magnitude 6,7 qui a frappé Los Angeles en 1994 et qui, en 20 secondes, a causé plus de 40 milliards de dollars de dégâts lors de l'effondrement de bâtiments et d'autoroutes, tuant 60 personnes. Plus de 2 400 personnes ont perdu la vie lors de la deuxième catastrophe, le séisme de Chi Chi d'une magnitude de 7,7 qui a frappé Taïwan en 1999 et détruit des immeubles de grande hauteur en béton et en acier.

Des haut-parleurs diffusent le compte à rebours jusqu'au premier tremblement de terre : "Northridge. Mouvement 3D. Mouvement Northridge 3D. Cinq, quatre, trois, deux, un." Le bâtiment commence à se balancer d'un côté à l'autre, grinçant et gémissant pendant la simulation d'une minute. Des applaudissements éclatent alors que le contrôle de mission annonce "Northridge terminé" et que le bâtiment s'immobilise.

Six minutes plus tard, un autre compte à rebours commence. La simulation de tremblement de terre Chi Chi beaucoup plus puissante secoue le bâtiment d'un côté à l'autre et d'avant en arrière. Les tests durent une minute, deux fois plus longtemps que le tremblement de terre réel qui a laissé 100 000 personnes sans abri et se classe comme le tremblement de terre le plus puissant à avoir frappé Taiwan au 20e siècle. C'est le type de tremblement de terre catastrophique que les Californiens appellent "le Big One".

Après une demi-heure, les inspecteurs jugent que le bâtiment peut entrer en toute sécurité. Au troisième étage, Shiling Pei, chercheur principal du projet TallWood, examine les murs et le sol. "C'est exactement les résultats que nous recherchons, c'est-à-dire aucun dommage structurel", déclare Pei, professeur agrégé de génie civil et environnemental à la Colorado School of Mines. "Cela signifie que le bâtiment pourrait être réoccupé rapidement."

Éviter les réparations structurelles coûteuses et remettre rapidement les bâtiments en service réduit les impacts économiques et sociaux d'un tremblement de terre, selon Robinson, qui a noté que les murs extérieurs du bâtiment TallWood sont restés alignés malgré les secousses intenses. "C'est généralement là où les coins se rejoignent que vous subissez de gros dégâts", dit-il.

Le fait qu'il y ait eu un impact minimal sur les parties non structurelles du bâtiment, telles que les escaliers et les façades, est également significatif, selon Pei. "Vous voyez que le système non structurel s'est un peu ouvert", dit-il en désignant un mur intérieur. "Mais réparer cela ne coûtera pas si cher, juste réparer les cloisons sèches."

Les chercheurs testent quatre assemblages de façades de bâtiments différents. Trois sont des cadres en acier recouverts de cloisons sèches avec des panneaux composites en aluminium comme finition extérieure, chacun fixé au bâtiment d'une manière différente. La quatrième façade est un mur-rideau de verre. L'un des panneaux d'aluminium est sorti lors des tests sismiques, mais les façades sont toutes restées attachées au bâtiment.

La capacité du bâtiment TallWood à résister à des tremblements de terre simulés consécutifs témoigne de la flexibilité naturelle de la construction en bois et des systèmes architecturaux conçus pour renforcer la structure, tels que les murs à bascule. Les murs à bascule nord-sud sont construits à partir de panneaux de contreplaqué massif fabriqués à partir d'épicéa, de pin et de sapin tandis que les murs est-ouest sont en bois lamellé-croisé de sapin de Douglas. Des tiges d'acier ancrent les murs à la fondation. Lorsqu'un tremblement de terre frappe, les murs oscillent d'avant en arrière pour dissiper l'énergie sismique et lorsque la secousse s'arrête, les tiges d'acier ramènent le bâtiment au centre.

Une grande partie du bois massif de la structure provenait des plantations d'arbres de Boise Cascade Co. dans l'Oregon. "Avec les récents changements apportés au code du bâtiment, nous voyons cela comme un excellent marché", déclare Daniel Cheney, directeur de l'ingénierie à l'entreprise de produits du bois. "Jusqu'à ce moment-là, c'était encore du béton pour les bâtiments commerciaux. Maintenant, il y a beaucoup plus d'opportunités."

Ne vous attendez pas à voir des bâtiments en bois massif très hauts. Pei et Robinson disent qu'au-dessus de 18 étages, une structure en bois massif n'a pas la rigidité nécessaire pour résister aux vents qui secouent les hautes tours.

TallWood (officiellement, le projet TallWood d'infrastructure de recherche en ingénierie des risques naturels) est géré par un consortium d'universités et a reçu un financement de la National Science Foundation et du US Forest Service ainsi que d'entreprises privées de l'industrie du bâtiment.

Une fois les essais de tremblement de terre terminés, la structure sera démantelée et des parties de celle-ci recyclées pour construire d'autres bâtiments d'essai. Les chercheurs prévoient que les résultats des tests de secousse stimuleront la construction d'un plus grand nombre d'immeubles en bois massif de grande hauteur en assurant aux architectes, aux constructeurs et aux représentants du gouvernement leur durabilité.

"Je pense que le bois massif est une excellente solution pour la durabilité, pour l'économie", déclare Keri Ryan, professeur d'ingénierie à l'Université du Nevada, Reno, qui a dirigé l'équipe qui a développé les parties non structurelles du bâtiment TallWood. "J'espère donc que cela aidera vraiment les gens à se réjouir que nous ayons un système de bois massif résistant qui fonctionne."

Tremblement de terre / bâtiment en bois / TallWood