1. Notions de risque
Cours postgrade de génie parasismique
Module 3 : Evaluation des structures existantes
Dr Vincent Pellissier
EPFL-VPPL-OPP
Station 5
CH-1015 Lausanne
vincent.pellissier@epfl.ch
Contenu de l’exposé
• Eléments juridiques
• Notion de risque
• La vulnérabilité du bâti helvétique
• Détermination de la vulnérabilité
• Outils de gestion du risque sismique
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -2-
1

2. Eléments juridiques
• Contexte légal – Responsabilité
– Illicéité (notion de règles de l’art)
– Faute
– Dommage
– Causalité
• Principes fondamentaux
– Principe de précaution
– Principe de proportionnalité
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -3-
Questions juridiques ouvertes
• Validité légale du cahier technique SIA 2018
• Conséquences juridiques en cas d’effondrement si les
principes du CT 2018 n’ont pas été respectés
• Responsabilité et conduite de l’ingénieur en cas de
refus du MO de faire un contrôle
• Délai raisonnable entre l’identification d’un bâtiment
avec sécurité largement insuffisante et son
assainissement
• Action à entreprendre au niveau de l’occupation d’un
bâtiment à sécurité largement insuffisante
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -4-
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3. Notions de risque – Rappels théoriques
• Dangers versus Risque
• Evolution et tendance
• Des événements rares mais catastrophiques
• Le risque sismique en Suisse
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -5-
Danger vs Risque
Danger Conséquences
Aléa Vulnérabilité x
(Intensité & Probabilité de Valeurs exposées au risque
survenance) considéré
Risque
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -6-
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4. Evolution et tendance
Demo
Sources [SwissRe]
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -7-
Des événements historiques rares mais
potentiellement catastrophiques
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -8-
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5. A quels risques la Suisse
est-elle confrontée ?
Source [KATARISK 03]
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -9-
Un risque sous-estimé en termes de
mesures prises par les autorités
Dépenses publiques pour les mesures de protection,
600 millions de francs par année Source [Bachmann 2002]
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -10-
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6. Quels sont les risques les plus
importants de Suisse ?
Avalanches en Suisse
20 morts par année
4 millions de francs par année
Séisme en Suisse
200 morts par siècle => 2 morts par année
20’000 millions de francs par siècle
=> 200 millions par année
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -11-
Sécurité parasismique à quel prix ?
Vaccinations
tiers monde
Ceinture
auto
? Désamiantage
USA
Coût pour
sauver une
Casque vie humaine
moto Mesures
parasismiques
en Suisse
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -12-
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7. La vulnérabilité du bâti helvétique
• Paramètres déterminant la vulnérabilité d’un
bâtiment
• Influence de la génération de norme sur le
comportement sismique
• Structure du bâti helvétique
• Particularités des sollicitations sismiques
• Nouvelles constructions versus bâtiments
existants
• Contexte d’application
• Critères de décision (faut-il renforcer un
bâtiment existant ?)
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -13-
Paramètres déterminants pour le
comportement sismique des structures
structure
• conception
• matériaux
éléments • normes
non-structuraux • détails
4
3
2
fondation
1
0
& sol
2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
-1
-2
sismicité-3
-4
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -14-
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8. Exemple de l’impact des normes
sur la tenue sismique des bâtiments
100%
pourcentages des bâtiments
80%
dommages légers / pas de d.
60% dommages moyens
dommages importants
40% effondrement
20%
0%
= 1971
jusqu’à 1971 1972 - -1981
1972 1981 = 1982
depuis 1982 statistiques de 2000 bâtiments
à Kobe (Japon) suite au
Années de construction, selon les générations de normes séisme de 1995
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -15-
Bâti existant suisse
h Age des bâtiments h Évolution des forces latérales
(immeubles d ’habitation, (normes SIA; Bâtiment type à Bâle)
bureaux, écoles et hôpitaux)
> 2003
45% 1989 - 2003
< 1947
1970 - 1989
1947 - 1975
21%
1976 - 1990 1956 - 1970 sollicitation latérale
(vent & séisme)
1990 - 1993
< 1956
6%
28%
=> Besoin d’évaluation parasismique
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -16-
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9. Vulnérabilité des bâtiments en Suisse ?
• Potentiellement considérable
• Mal connue
– peu d’études spécifiques
– pas de séismes « tests » récents
• Variable selon le type de bâtiment
– Villas individuelles (1 - 2 étages)
– Bâtiments multi-étages modernes (« engineered structures »)
béton armé, construction métallique
généralement des murs de refend
– Bâtiments multi-étages anciens (« non-engineered »)
maçonnerie de pierre ou de brique
par ex. peu de diaphragmes rigides
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -17-
Particularités
de la sollicitation sismique
• Accidentelle &
« no warning »
• Dynamique
• Composante horizontale
• Cyclique
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -18-
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10. Nouvelles constructions
vs Construction existantes
Construction existantes Nouvelles constructions
Modifications de la structures Améliorations sismiques + ou -
sont très chères ! « gratuites »
Basé sur la gestion du risque Basé sur les normes
→ actualiser les exigences et la → Actions et règles de
durée d’utilisation dimensionnement sont données
→ estimer le comportement → « du côté de la sécurité »
ultime effectif → calculs déterministes suffisent
→ Approche probabiliste?
Calculs non-linéaires souvent Calculs linéaires généralement
requis suffisant
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -19-
Réduction du risque sismique
dans les nouvelles constructions
• Limitation des pertes de vies humaines
Application des normes de construction est efficace dans la
réduction du risque
Coûts généralement très faibles lorsqu’on intervient tôt dans le
projet
• Limitation des dégâts matériels et des
pertes de fonctionnalité
Normes de construction ne suffisent souvent pas (éléments non-
structuraux, équipements ...)
Coûts variables en fonction de la limitation souhaitée
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -20-
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11. « The challenge of existing buildings »
• Défi pour la société
Développer la volonté et les outils politiques, légaux,
fiscaux et économiques pour réduire le risque
Rôle crucial des pouvoirs publics
– évènements rares et catastrophiques
Quid d’une assurance sismique ?
Graduées selon la vulnérabilité
Primes réalistes
Privée ou publique
• Défi pour les spécialistes
Développer et appliquer des outils d’évaluation
Développer et appliquer des techniques de renforcement
Réduire les coûts d’intervention
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -21-
Priorités dans l’évaluation
• Ouvrages prioritaires
Structures « life line »
Constructions essentielles à la vie publique et économique
Installations dangereuses (OPAM)
• Bâtiments anciens
« Non-engineered » buildings
• Bâtiments en rénovation
• Bâtiments vulnérables (maçonnerie)
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -22-
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12. Procédures d’inventaires cantonaux
Quels cantons inventorient la sécurité sismique de
leurs bâtiments publics importants et/ou de leurs
bâtiments de fonction critique
<Double-click here to enter title>
Kantone
Remarque: Procédures
Ueberprüfung von kantonalen Gebäudebestände plus ou moins poussées !
ja
nein Quelle: BPUK Umfrage 2006
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -23-
Contexte d’application
Qui exige explicitement une vérification de la
sécurité parasismique dans le cadre de projets
de transformation?
• Les cantons du Valais et de Bâle-Ville pour les ouvrages
publics et privés
• 18 cantons sur 26 pour leurs propres ouvrages publics
• La Confédération pour ses propres ouvrages (Weisungen)
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -24-
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13. Contexte d’application
Construction parasismique et/ou obligation légale
explicite d‘application des normes SIA ancrés dans
la loi sur les construction
<Double-click here to enter title>
Kantone
Verweis auf Normen oder spezifische Regelung im Gesetz oder Verordnungen
ja
Ergänzung vorgesehen
nein Quelle: BPUK Umfrage 2006
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -25-
Critères au niveau normatif
Sources
Neuf Normes SIA 260 et ss (2003)
Existant Norme SIA 469 (1997) chiffre 3 21 3
Directive SIA 462 (1994) chiffre 2 1
Directive SIA 162/5 (1997) chiffre 2 21
Cahier technique SIA 2018 annexe D
Bilan
- Plutôt trop, que trop peu, de règlements
- Pas coordonnés
- Toutes les formulations sont ouvertes (vagues)
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -26-
13

14. Existant – Critères au niveau normatif
SIA 469 (chiffre 3 21 3):
La vérification est indispensable si la surveillance fait présumer
une sécurité insuffisante, ou si une opération de remise en état, de
rénovation ou de transformation, est envisagée. Il est nécessaire
aussi lorsqu’un important changement d’utilisation doit avoir lieu.
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -27-
Existant – Critères au niveau normatif
SIA 462 (chiffre 2 1):
Un contrôle de la sécurité structurale d'un ouvrage existant se justifie
dans les cas suivants:
- lors de changement d'utilisation (actions modifiées, risques modifiés)
- lors d'interventions sur la structure (modification du système porteur,
création d'ouvertures)
- lors de dégâts à la structure (fissuration prononcée, grandes
déformations, éclatements, corrosion)
- lors d'importants mouvements du soI de fondation (tassement,
glissement, affouillement)
- suite à une action accidentelle (choc, déraillement, incendie,
explosion, séisme important)
- lorsque des connaissances nouvelles en font apparaître l'opportunité.
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -28-
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15. Existant – Critères au niveau normatif
SIA 162/5 (chiffre 2 21):
Une vérification doit être effectuée lorsque des dégâts ou des
défauts significatifs sont constatés lors de la surveillance ou
lorsqu’une modification de l’ouvrage est envisagée. De même, elle
peut être effectuée lors de changements d’utilisation ou après des
actions accidentelles.
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -29-
Existant – Critères au niveau normatif
SIA 2018 (annexe informative D: établissement de priorités pour le
contrôle sismique de bâtiments):
• Bénéficier de la synergie lors de travaux importants
de transformation et d’assainissement
• Éviter les contrôles dans des situations où
l’implémentation de mesures n’est pas
raisonnablement possible ou exigible
• Contrôler systématiquement les ouvrages dont la
fonction est critique
• Contrôler sur la base de typologies de bâtiments à
priori très mauvais
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -30-
15

16. Critères au niveau cantonal
• Canton du Valais:
Pour les projets de transformation qui doivent être
soumis au canton pour d’autres raisons et pour
lesquels:
- Le bâtiment a plus de 2 étages et
- Il y a augmentation de la surface ou
- Il y a atteinte à la structure porteuse ou
- Il y a changement d’affectation.
Le détail de la procédure sera présentée plus loin
dans ce cours.
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -31-
Critères au niveau cantonal
• Canton de Bâle Ville:
Uniquement pour les infrastructures critiques et les
bâtiments à fort taux d’occupation dans le contexte de
projets de transformation ou d’assainissement
importants
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -32-
16

17. Critères au niveau cantonal
• Autres cantons pour leurs ouvrages propres
Nota : Critères non relevés systématiquement à ce jour.
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -33-
Critères pour les projets fédéraux
Infrastructure critique ou investissement > 5 Mio.- OUI
Valeur < 1 Mio.- ou investissement < 0.1 Mio.-
et pas de fonction critique et ≤ 3 étages -> NON
Nuisance Etendue (%surf.) Investissement/Valeur
Haute 3 > 50% 5 > 50% 5
Moyenne 1 > 10% 2 > 10% 2
Basse 0 < 10% 0 < 10% 0
Total de points 7+ OUI < 3 NON entre deux avis
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -34-
17

18. Détermination de la vulnérabilité
• Pour un gestionnaire de portefeuille
immobilier
• Pour un assureur
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -35-
Pour un gestionnaire de portefeuille :
Exemple des bâtiments de l’EPFL
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -36-
18

19. Niveaux d’évaluation
• Évaluation statistique
– Objectif est d’évaluer la vulnérabilité d’une population de bâtiments
« fragility analysis and curves »
• Évaluation préliminaire (triage)
– Objectif est d’identifier des « bâtiments à risque »
– Rapide, visuel & selon des critères simples
• Évaluation détaillée (structure individuelle)
– Objectif est de donner une réponse technique à la question: faut-il
prendre des mesures parasismiques?
– Vérification de la structure afin de déterminer sa vulnérabilité
sismique
Diverses méthodes d’analyse
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -37-
Méthodologie retenue à l’EPFL
1. Nouvelles constructions
2. Bâtiments existants
• Phase 1 - Microzonage
• Phase 2 – Vulnérabilité => Risque
• Phase 3 – CT SIA 2018
• Phase 4 – Mesures techniques
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -38-
19

20. Nouvelles constructions
1. Formation sur les formulaires ad hoc
2. Mise en œuvre du processus de
contrôle
3. RPP demandés sur les nouvelles
constructions (RLC, SV, CCE, PSE,…)
4. RPP demandés pour les
transformations lourdes (BPH)
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -39-
Bâtiments existants
Microzonage spectral – Zonage
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -40-
20

21. Microzonage spectral – Spectres
Tiré du rapport Résonance SA
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -41-
Cadastrage du risque
http://plan-dii.epfl.ch
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -42-
21

22. Pour un assureur : Calcul de la prime
d’assurance pour la ville d’Aigle
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -43-
Population de bâtiments
Pourquoi la ville d’Aigle ?
Sismicité intéressante
Taille de la ville
Diversité du bâti Moëllons
30.0
Maç. Mod
"Wandbaute"
25.0
"Skelettbaute"
Cadres BA
20.0
Bois
% par rapport au Cadres Acier
nombre total de 15.0
Pierres taillées
bâtiments
10.0
Eglises
Eglises ?
Cadres Acier
5.0
Cadres BA Catégories
0.0 "Wandbaute" sismiques
1 - 2.5 3 - 3.5 Moëllons
4 - 4.5 5 - 5.5
6 - 6.5
7 et +
Nombre d'étages
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -44-
22

23. Modèle physique d’évaluation
du risque sismique
Vulnérabilité
Valeurs
exposées
Aléa Financières
Contractuelles
Législatives
Acteurs
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -45-
Détermination de l’aléa
- Aléa local
- Aléa régional
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -46-
23

24. Les bâtiments sont classés en
catégories sismiques
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -47-
Ces bâtiments sont ensuites classés en
clases de vulnérabilité
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -48-
24

25. Détermination de la vulnérabilité
Courbes de vulnérabilité
1.0
% de bâtiments endommagés
0.8
DG 1
0.6
DG 2
DG 3
0.4 DG 4
DG 5
0.2
0.0
VI VII VIII IX X XI
intensité MSK
Demo
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -49-
Conséquences par scénarios
Dommages
Dommages mobiliers
Scénarios Morts immobiliers
[millions de Frs.]
[millions de Frs.]
VII [0–4–7] [61–82–103] [9–12–14]
VIII [12–17–22] [206–252–301] [32–39–46]
IX [25–57–78] [442–524–606] [68 – 81 – 94]
SMP 220 941 156
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -50-
25

26. Outils de gestion du risque
• Panel de mesures
• 2 familles de méthodes de calcul
• Par où commencer ?
• Des questions ouvertes
• Conclusion
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -51-
Arsenal de mesures de gestion
du risque
Demo
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -52-
26

27. « Amélioration technique sismique »
• Courant dans certains pays, rare en Suisse
– En Suisse: surtout lors de la rénovation lourde d’un bâtiment
• Généralement pour sauver des vies humaines
– i.e. prévention d’un effondrement partiel ou total
Exceptionnellement pour limiter les dégâts
– i. e. maintenir la fonctionnalité ou prévenir un disfonctionnement
dangereux
• Généralement coûteux
– Souvent péjorant pour l’utilisation pendant la construction
– Parfois péjoration pour l’apparence ou la fonctionnalité du bâtiment
• Grande variété de techniques
– Correspond à la diversité des insuffisances sismiques
– Rôle croissant des matériaux composites
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -53-
2 familles de méthodes de calcul
• Méthodes basées sur • Méthodes basées sur les
les forces (MBF) déplacements (MBD)
calcul linéaire calcul non-linéaire
base des normes de compatible avec « performance
dimensionnement based design » et avec le
simples, éprouvées et établies « capacity design »
prise en compte très effort de calcul plus important
approximative du comportement manque d’outils de calcul
non-linéaire prédiction des déformations et du
mode de rupture
plus « réaliste »
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -54-
27

28. Prédiction des dégâts passe par
le calcul des déformations
Efforts
latéraux
large change in
deformation level
small change in
force level
Joe’s Joe’s
Beer! Beer!
Food! Food!
Déformation latérale
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -55-
« Findings »
• Comparaison difficile
- Critères de comparaison sont différents
- Critères de décision sont différents
- Evaluations sismiques chargées d’incertitudes
• Méthodes complémentaires
débuter par MBF,
et selon résultats et type de structure
compléter par MBD
pour développer une compréhension plus large du
comportement sismique probable
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -56-
28

29. Calculs parasismiques -
Méthodes d’analyse
• Statique linéaire
Forces de remplacement
• Dynamique linéaire
Spectre de réponse
• Statique non-
linéaire
analyse « push-over »
• Dynamique non-
linéaire
« Zeitverlaufverfahren »
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -57-
Questions ouvertes
• Valeur légale du CT ?
• Vulnérabilité réel des bâtiments et
Film
infrastructures ?
• Qu’en est-il de la vulnérabilité des systèmes
complexes ?
Systèmes de transports (ponts, murs de soutènement, …)
Démo
Systèmes énergétiques, télécommunication, ….
• Efficacité des mesures techniques sur la
vulnérabilité ?
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -58-
29

30. Conclusion
• La réduction du risque sismique passe par
– l’application des règles de l’art du génie parasismique à la
construction de nouvelles structures et infrastructures
problème « politique » et économique
– une réduction de la vulnérabilité du bâti existant
problème économique, « politique » et technique
• Défi interdisciplinaire qui doit être relever
dans le contexte d’une gestion intégrée des
risques naturels (… et techniques)
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -59-
Merci de votre attention
Module 3 – Notions de risque
Vincent Pellissier, EPFL -60-
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