Des années durant, les gouvernements et les scientifiques se préoccupent des aléas sismiques, notamment des dommages qu’ils peuvent causer aux différentes structures du génie civil.

Ce qui nous préoccupe aujourd’hui, ce sont les menaces que présentent les séismes sur les ponts existants, d’autant plus que la plupart de ces ouvrages ne sont pas toujours dimensionnés aux séismes d’une part et d’autre part parce qu’ils présentent des artères vitales lors de l’avènement d’un tremblement de terre. En outre leur rupture ou mise hors service impact considérablement l’économie et la société.

L’anticipation est de mise, lorsqu’il s’agit de sauver des vies humaines et de limiter les dégâts que peut produire un épisode sismique de forte intensité. Des stratégies de mitigation du risque sismique sont à mettre en place. Et la mise au point de méthodes pratiques et efficaces pour l’évaluation de la vulnérabilité sismique des ponts est primordiale.

Quel est le seuil des performances sismiques des ponts ?

Et comment peut-on évaluer leur vulnérabilité sismique ?

Classe des ponts

Les ponts sont classés comme des ouvrages importants ou des ouvrages ordinaires en fonction du niveau de performance sismique requit.

En ce qui concerne les ponts classés comme importants s’ils font partie des points critiques d’un plan d’urgence local ou s’ils sont nécessaires pour l’accès des moyens de secours ou s’ils provoquent lors de leur mise hors service un grand impact économique.

Dans les autres cas, les ponts sont classés comme ordinaires. On trouve les ponts ordinaires standards et non standards, ces derniers peuvent présenter une géométrie complexe (largeur variable, courbure est importante …), une distribution irrégulière des masses et/ou des sols de fondation souple, liquéfiable, proche d’une zone sismique.

Performance sismique

Lors d’un séisme important, il est primordial de limiter les dommages des éléments structuraux des ouvrages notamment les ponts et de minimiser les risques d’effondrement. Cette démarche va dans le sens de la sécurité du public.

Les répercussions socio-économiques des dégâts provoqués dans un pont lors d’un événement sismique, déterminent son niveau de performance minimal.

Le tableau ci-dessous précise les critères de performance sismique en fonction de la classe du pont ainsi que de l’importance de l’accélération sismique maximale (fonction de l’accélération de la pesanteur g).

	Pont important	Pont ordinaire non standard	Pont ordinaire standard
Amax ≤0,1g	Dégâts minimes/ ouvrages quasi-intact	Fonctionnalité d’urgence/ Réparabilité	Non effondrement/ protection des usagers
0,1g ≤Amax ≤0,2g	Fonctionnalité d’urgence/ Réparabilité	Non effondrement/ protection des usagers	Évaluation non requise
0,2g <Amax	Non effondrement/ protection des usagers	Évaluation non requise	Évaluation non requise

Tableau 1 : Critères de performance sismique en fonction de la classe du pont et de l’importance de l’accélération sismique maximale

Vulnérabilité sismique

Les méthodes d’évaluation de la vulnérabilité sismique ont pour objectif d’évaluer l’aléa sismique ainsi que la qualité sismique du pont.

A partir de cette évaluation, les dommages causés par un séisme peuvent être estimés et les ponts les plus vulnérables peuvent être identifier afin d’être renforcés.

La majorité des méthodes disponibles s’appuie sur des observations post-sismiques des niveaux de dommages occasionnés suivant la nature de l’ouvrage.

Concept de la vulnérabilité sismique

Le risque se caractérise par deux constituants :

• L’aléa, qui représente la probabilité de survenue d´un épisode sismique d’intensité, de magnitude, et de profondeur focale données dans une zone géographique donné ;
• Les personnes et les biens matériels et leur fragilité par rapport à l’événement sismique.

Risque sismique

L’aléa sismique : la possibilité pour une région d’être exposée à une secousse sismique de caractéristiques données

Les enjeux représentent la valeur attribuée aux éléments exposés (personne, bien, patrimoine..) à un aléa donné.

La vulnérabilité peut être exprimée par une courbe représentant les niveaux de dommages d’un type d’enjeux en fonction des niveaux d’agression sismique.

Afin d’évaluer et de réduire un risque sismique, des scénarios événementiels sont mis en place.Dans le cadre d’un scénario, le niveau de dommage des ouvrages peut être déterminé aussi bien que l’impact sur les personnes en plus des pertes économiques causées.

On commence par l’évaluation de l’aléa et de la vulnérabilité ce qui permet d’évaluer le risque, ensuite de définir le scénario du risque.

 Comment peut-on évaluer la vulnérabilité sismique ?

L’intérêt de se prémunir contre les effets destructeurs des séismes est croissant ces deux dernières décennies et en particulier vis-à-vis des constructions existantes.

Un ensemble d’approches existe, je citerai le programme HAZUS (1997 et 1999), NYDOT (New York Department of Transportation) et Risk-UE (2003), Méthode de l’Office fédéral Suisse des routes.

Ces programmes se basent sur deux approches différentes, soit l’approche empirique qui se base sur les comportements des ponts vis-à-vis des séismes passés et la détermination des zones les plus risquées soit l’approche qui se base sur les comportements dynamiques des ponts. Cette approche utilise des modélisations, en considérant des scénarios potentiels de catastrophes afin d’estimer des dommages et des dégâts sur les structures et les infrastructures.

La probabilité qu’un dommage dépasse un seuil, selon la sévérité d’un séisme est évaluée à partir des courbes d’endommagement.

1)  Méthode du NYDOT

Le New York Department of Transportation a développé une méthode intitulé NYDOT

Un algorithme est mis au point pour permettre de classer en groupes les ponts suivant leurs systèmes structuraux, par exemple les ponts à travées simples ou à travées multiples, les ponts biais, le type de fondation, le type d’appui…

Pour chaque groupe de pont, une classe de vulnérabilité sismique est désignée ce qui permet de déterminer le niveau de priorité d’intervention.

La méthode classe les ponts en quatre classes de vulnérabilité : la classe 1 correspond à un niveau de priorité d’intervention très élevé ; la classe 2 à un niveau modéré à élever ; la classe 3 à un niveau faible à modérer et enfin la classe 4 correspond à un niveau de priorité d’intervention faible.

2)  Méthode de l’Office fédéral Suisse des routes

L’office fédéral suisse des routes propose une méthode en deux étapes afin de procéder à la vérification parasismique des ponts routes existants.

La première étape consiste à dresser une liste des contrôles avec schéma de déroulement. En se basant sur un nombre de critères suffisants, les ponts plus au moins sûr vis-à-vis du séisme sont distingués. Dans cette étape, il faut collecter les plans du pont, les études géotechniques du sol et les détails des fondations de l’ouvrage.

La deuxième étape s’attelle à la vérification approfondie de la sécurité parasismique.

Dans cette étape, les ponts les moins sûrs sont évalués vis à vis de la sécurité sismique de façon plus approfondie. Plus le pont est de conception compliquée plus cette étape est fastidieuse.

Finalement, les ponts les plus vulnérables sont catégorisés comme suit : première catégorie : mesures urgentes attribuer aux cas exceptionnels et dangereux, la deuxième catégorie : priorité 1 selon le degré d’insuffisance quantitative et qualitative et la troisième catégorie : priorité 2.

3) La méthode de HAZUS

C’est un système d’information géographique SIG développé dans le but d’évaluer le risque des aléas naturels et estimer les dégâts dus aux catastrophes naturelles notamment aux tremblements des terres. Cette méthode est développée en collaboration avec « the National Institute of Building Sciences » et distribué librement par « the United States Federal Emergency Management Agency (FEMA) ».

Les structures étudiées sont représentées par une typologie, puis cette typologie est modélisée par une courbe de capacité reliant la force appliquée aux déplacements de la structure. Ces courbes comportent une zone élastique puis à partir d’un point de plastification une zone ductile qui permet de grande déformation jusqu’à la ruine.

Conclusion

La mise en pratique des méthodes d’évaluation de la vulnérabilité sismique, nécessite une méthodologie précise pour la caractérisation de l’aléa, comprenant un micro zonage sismique et il faut se procurer les plans géologiques à grandes échelles puis introduire toutes ces données dans un système d’information géographique qui présente la base des programmes de l’évaluation de la vulnérabilité sismique des ponts.