Why do buildings fall in earthquakes? - Vicki V. May

Pourquoi les bâtiments s'écroulent-ils lors des séismes ? - Vicki V. May

Traducteur: Céline Divay Relecteur: Nhu PHAM

Les tremblements de terre sont depuis toujours des phénomènes terrifiants,

Earthquakes have always been a terrifying phenomenon,

and they've become more deadly as our cities have grown,

plus meurtriers au fur et à mesure de l’accroissement des villes,

with collapsing buildings posing one of the largest risks.

l'effondrement de bâtiments représentant le risque majeur.

Why do buildings collapse in an earthquake,

Pourquoi les immeubles s'écroulent-ils

and how can it be prevented?

et quels sont les moyens de prévention ?

If you've watched a lot of disaster films,

En regardant des films catastrophes, vous pouvez penser que

you might have the idea

that building collapse is caused directly by the ground beneath them

la cause de l'effondrement d'un bâtiment provient du sol

shaking violently, or even splitting apart.

qui se met à trembler violemment ou même à se fendre.

But that's not really how it works.

Mais cela n'est pas tout à fait vrai.

For one thing, most buildings are not located right on a fault line,

D'abord, la plupart des immeubles ne sont pas situés sur une ligne de faille

and the shifting tectonic plates go much deeper than building foundations.

et la tectonique des plaques se situe bien plus bas que le niveau des fondations.

So what's actually going on?

Alors que se passe-t-il exactement ?

In fact, the reality of earthquakes and their effect on buildings

La cause des tremblements de terre et ses conséquences sur les bâtiments

is a bit more complicated.

est un peu plus compliquée.

To make sense of it, architects and engineers use models,

Pour illustrer cela, les architectes et ingénieurs utilisent

like a two-dimensional array of lines representing columns and beams,

des maquettes comme des portiques en 2 D

or a single line lollipop with circles representing the building's mass.

ou des tiges surmontées de boules représentant la masse de l'immeuble.

Even when simplified to this degree, these models can be quite useful,

Même aussi simplistes, ces maquettes peuvent se révéler très utiles,

as predicting a building's response to an earthquake

car prédire la réaction d'un immeuble lors d'un séisme

is primarily a matter of physics.

est avant tout une question de physique.

Most collapses that occur during earthquakes

La plupart des effondrements

aren't actually caused by the earthquake itself.

ne sont pas dus au séisme en soi.

Instead, when the ground moves beneath a building,

Quand le sol bouge sous un immeuble,

it displaces the foundation and lower levels,

cela impacte les fondations et les premiers étages,

sending shock waves through the rest of the structure

des ondes de choc parcourent toute la construction,

and causing it to vibrate back and forth.

la faisant osciller d'avant en arrière.

The strength of this oscillation depends on two main factors:

La force de l'oscillation dépend de deux principaux facteurs :

the building's mass, which is concentrated at the bottom,

la masse de la construction, concentrée à la base,

and its stiffness,

et sa rigidité,

which is the force required to cause a certain amount of displacement.

qui va causer un certain nombre de déformations.

Along with the building's material type and the shape of its columns,

En plus des matériaux de construction et du type de pilier,

stiffness is largely a matter of height.

la rigidité est surtout fonction de la hauteur.

Shorter buildings tend to be stiffer and shift less,

De petits immeubles seront plus rigides et oscilleront moins,

while taller buildings are more flexible.

alors que les grands immeubles seront plus flexibles.

You might think that the solution is to build shorter buildlings

Suffirait-il alors de construire des immeubles plus petits

so that they shift as little as possible.

pour limiter au maximum les vibrations ?

But the 1985 Mexico City earthquake is a good example of why that's not the case.

Le tremblement de terre de 1985 à Mexico est la preuve du contraire.

During the quake,

Durant le séisme,

many buildings between six and fifteen stories tall collapsed.

de nombreux immeubles entre 6 et 15 étages se sont écroulés.

What's strange is that while shorter buildings nearby did keep standing,

Alors que des immeubles voisins plus petits sont restés debout,

buildings taller than fifteen stories were also less damaged,

et que des immeubles de plus de 15 étages furent eux aussi moins endommagés.

and the midsized buildings that collapsed

Les oscillations de ceux qui se sont

were observed shaking far more violently than the earthquake itself.

écroulés étaient plus violentes que le séisme en lui-même.

How is that possible?

Comment est-ce possible ?

The answer has to do with something known as natural frequency.

Il faut chercher du côté de la fréquence de résonance.

In an oscillating system,

Dans un système d'oscillation,

the frequency is how many back and forth movement cycles occur within a second.

la fréquence est le nombre de cycles d'oscillations en une seconde.

This is the inverse of the period,

C'est l'inverse d'une période,

which is how many seconds it takes to complete one cycle.

qui est la durée en secondes d'un cycle d'oscillation.

And a building's natural frequency, determined by its mass and stiffness,

La fréquence naturelle d'un immeuble, déterminée par sa masse et sa rigidité,

is the frequency that its vibrations will tend to cluster around.

est la fréquence à laquelle les vibrations vont se concentrer.

Increasing a building's mass slows down the rate at which it naturally vibrates,

Augmenter la masse d'une construction réduit sa vitesse naturelle de vibration,

while increasing stiffness makes it vibrate faster.

alors qu’augmenter sa rigidité la fera osciller plus rapidement.

So in the equation representing their relationship,

Dans l'équation prenant en compte ces 2 éléments,

stiffness and natural frequency are proportional to one another,

la fréquence naturelle est proportionnelle à la rigidité,

while mass and natural frequency are inversely proportional.

alors qu'elle est inversement proportionnelle à la masse.

What happened in Mexico City was an effect called resonance,

Ce qui s'est passé à Mexico est ce qu'on appelle un effet de résonance,

where the frequency of the earthquake's seismic waves

où la fréquence des ondes sismiques

happen to match the natural frequency of the midsized buildings.

correspondaient à la fréquence naturelle des immeubles de taille moyenne.

Like a well-timed push on a swingset,

Comme une poussée au bon moment sur une balançoire,

each additional seismic wave amplified the building's vibration

chaque nouvelle onde sismique amplifiait la vibration de l'immeuble

in its current direction,

dans le même sens,

causing it to swing even further back, and so on,

le poussant un peu plus loin et encore un peu plus loin,

eventually reaching a far greater extent than the initial displacement.

et même davantage que le déplacement initial.

Aujourd'hui, les ingénieurs travaillent

Today, engineers work with geologists and seismologists

avec des géologues et des sismologues pour mesurer

to predict the frequency of earthquake motions at building sites

les mouvements de terrain lors de séismes,

in order to prevent resonance-induced collapses,

afin d'éviter les effondrements dus aux problèmes de résonance,

taking into account factors such as soil type and fault type,

prenant en compte des facteurs comme le type de sol et de défaillance,

as well as data from previous quakes.

ainsi que les données provenant de précédents séismes.

Low frequencies of motion will cause more damage to taller

Des fréquences de mouvement lentes causeront moins de dégâts

and more flexible buildings,

aux immeubles hauts et souples,

while high frequencies of motion pose more threat

alors que des fréquences plus rapides seront plus dangereuses

to structures that are shorter and stiffer.

pour les constructions petites et rigides.

Engineers have also devised ways to abosrb shocks

Les ingénieurs ont trouvé des moyens d'absorber les chocs

and limit deformation using innovative systems.

et de limiter les déformations au moyen de systèmes innovants.

Base isolation uses flexible layers

On utilise des isolateurs flexibles

to isolate the foundation's displacement from the rest of the building,

dans les fondations pour isoler et limiter les déformations,

while tuned mass damper systems cancel out resonance

et des amortisseurs de vibrations pour annuler la résonance

by oscillating out of phase with the natural frequency

en oscillant à l'inverse des fréquences naturelles

to reduce vibrations.

afin de réduire les vibrations.

In the end, it's not the sturdiest buildings that will remain standing

Au final, ce ne sont pas les immeubles les plus robustes qui résisteront

but the smartest ones.

mais les mieux conçus.