Influence de l’interaction sol-structure et des paramètres du mouvement du sol sur la vulnérabilité sismique des bâtiments en béton armé

Quand le sol et le bâtiment bougent ensemble

Les tremblements de terre ne secouent pas seulement les bâtiments ; ils secouent aussi le sol qui les soutient. Cette étude examine ce qui se passe lorsque le sol sous un immeuble moyen en béton est autorisé à se déplacer et à se déformer pendant un séisme, au lieu d’être traité comme une base parfaitement rigide. En explorant comment différents types de sols et différentes caractéristiques du mouvement sismique modifient la manière dont un bâtiment oscille et fissure, le travail aide à expliquer pourquoi certaines structures sont bien plus à risque que d’autres, même lorsqu’elles respectent les mêmes règles de conception.

Le rôle caché du sol sous nos pieds

De nombreux calculs de bâtiment supposent, sans le dire, que la fondation repose sur un substrat rocheux peu mobile. Cette simplification peut convenir sur des terrains très durs, mais elle devient inexacte sur des couches molles de sable et d’argile, fréquentes dans les zones urbaines du monde entier. Dans de tels contextes, le bâtiment et le sol se comportent comme un système couplé : lorsque la structure oscille, elle agit sur le sol ; le sol se déforme et réagit. Cet aller-retour, connu sous le nom d’interaction sol–structure, peut allonger la période propre du bâtiment et modifier l’amplitude de ses déplacements latéraux lors d’un séisme.

Un bâtiment virtuel sur des couches de sable et d’argile

Les auteurs ont construit un modèle numérique tridimensionnel détaillé d’un cadre en béton armé typique de cinq étages reposant sur des fondations superficielles. Le profil de sol sous l’ouvrage était composé d’une couche supérieure de sable dense et d’une couche inférieure plus épaisse d’argile molle reposant sur le substratum rocheux à environ 50 mètres de profondeur. Des modèles de sol sophistiqués ont été employés pour que le sable dense puisse se raidir ou s’assouplir de manière réaliste à faibles déformations, tandis que l’argile a été décrite par un modèle plus simple basé sur la résistance. Le modèle a d’abord été vérifié contre des essais connus sur semelles et poutres afin de s’assurer qu’il reproduisait des tassements, des flexions et une capacité portante du sol réalistes avant l’application des mouvements sismiques.

Comment le mouvement sismique varie selon le sol et la distance

Pour sonder le comportement sismique, les chercheurs ont fait passer des centaines de séismes simulés à travers le système sol–bâtiment. Ils ont sélectionné des mouvements réels enregistrés en champ lointain et très proche des failles. Les séismes lointains tendent à produire des secousses plus longues et arrondies, tandis que les événements proches de la faille peuvent générer des impulsions nettes qui poussent fortement le bâtiment dans une direction. Tous les mouvements ont été progressivement amplifiés en intensité, et pour chaque cas le modèle a suivi le déplacement latéral de chaque étage, indicateur direct de fissuration et de dommages potentiels.

Plus de souplesse, plus de déplacement, plus de risque de dommage

Lorsque le sol sous le bâtiment a été autorisé à se déformer, l’ensemble est devenu plus souple et sa période propre s’est allongée, surtout en présence d’argile molle. Cette souplesse supplémentaire a conduit à des déplacements latéraux et des dérives inter-étages plus importants que dans le cas idéalisé d’une « base fixe ». Sous charges verticales seules, le système sol–bâtiment s’est enfoncé environ trois fois plus que le modèle à base rigide. Sous chargement sismique, les dérives latérales dans le système interactif ont atteint cinq à sept fois celles de la base fixe, l’argile molle et des fondations flexibles amplifiant le mouvement le plus fortement. Lorsque l’équipe a converti ces dérives en dites courbes de fragilité — qui montrent la probabilité qu’une structure atteigne des états de dommage léger, modéré, important ou total pour un niveau de secousse donné — ils ont observé un schéma net : la combinaison de sol mou, de fondations flexibles et d’impulsions proches de la faille conduisait le bâtiment à des dommages graves à des intensités de secousse plus faibles que dans tout autre scénario.

Ce que cela implique pour des villes plus sûres

Pour un séisme de niveau de référence de conception, le bâtiment modélisé avait presque deux fois plus de chances de subir des dommages complets lorsque l’interaction sol–structure et les secousses proches de la faille étaient présentes, comparativement à un bâtiment similaire sur une base rigide frappé par des mouvements de champ lointain. Autrement dit, le sol n’est pas une plate-forme passive ; il façonne activement la réponse d’un bâtiment et la rapidité avec laquelle il peut céder. L’étude montre que le comportement réaliste du sol et les caractéristiques locales du séisme doivent être intégrés dans la conception parasismique moderne et les évaluations de risque, en particulier pour les bâtiments en béton de hauteur moyenne sur sols meubles proches de failles actives.

Citation: Debnath, P., Das, T. & Choudhury, D. Influence of soil-structure interaction and ground motion parameters on the seismic vulnerability of RC buildings. Sci Rep 16, 9400 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37898-w

Mots-clés: interaction sol-structure, vulnérabilité sismique, bâtiments en béton armé, séismes proches de la faille, courbes de fragilité