Séisme et bois

La ductilité sous sollicitation cyclique est, avec la résistance ultime, le paramètre le plus important du comportement sismique des structures. Par ductilité, on entend la capacité de déformation plastique caractérisée par des déformations irréversibles et une dissipation d’énergie. Pour obtenir un comportement sismique satisfaisant pour un séisme de référence donné, on peut choisir soit une résistance ultime élevée avec une faible ductilité, soit une résistance ultime faible avec une ductilité élevée, soit encore une résistance ultime moyenne avec une ductilité moyenne (figure 1). En cas de séisme s’écartant des conditions normatives, la configuration avec une ductilité élevée ne conduit pas à une augmentation des efforts au sein du système favorisant ainsi la robustesse de l’ouvrage.

Une structure porteuse avec une capacité de déformation plastique élevée ne nécessitant qu’une faible résistance est recommandée en cas de sollicitations sismiques déterminantes par rapport à celle du vent. La ductilité globale se rapporte aux déformations de l’ensemble de la structure porteuse (à ne pas confondre avec la ductilité locale d’une liaison). Elle sert de base à la définition du coefficient de comportement q. 

Cette distinction importante peut être illustrée à l’exemple de la chaîne ductile (cf. figure 2).

En cas de séisme, le bois présente les avantages suivants : 

• Les constructions en bois possèdent un très bon rapport entre leur poids propre et leur résistance. Le faible poids propre induit, indépendamment de la rigidité, des forces d’inertie plus faibles que dans les constructions en maçonnerie et en béton. En raison de leur rigidité horizontale relativement faible, les constructions en bois peuvent présenter une période de vibration fondamentale plus longue, ce qui peut entrainer des actions sismiques plus faibles en fonction de la hauteur ou de l’élancement de l’ouvrage.
• Le bois et les matériaux à base de bois présentent une résistance plus élevée pour une durée d’action courte (en cas de séisme par exemple) que pour une durée d’action plus longue. C’est pourquoi la norme SIA 265 autorise, au chiffre 2.2.6 , pour la vérification de la sécurité parasismique, une augmentation des valeurs de dimensionnement des résistances et des résistances ultimes par le facteur nt = 1,4.
• Le bois et les matériaux à base de bois présentent un amortissement élevé comparé à d’autres matériaux. La figure 3 présente pour un panneau trois plis, un amortissement nettement plus élevé par rapport à l’acier, ce qui a également été observé pour l’OSB et pour le bois massif. Cet amortissement plus élevé entraine, dans les constructions bois, une réduction de l’amplitude lors d’une oscillation forcée et, par conséquent, une réduction des actions sismiques.

Selon le résumé de la présentation conjointe de 102.2 et JPF-Ducret au Séminaire Innovation forêt-bois lors des Journées du Bois Suisse 2025

La diminution du risque sismique passe par la réalisation d’un concept parasismique qui nécessite une étude approfondie par un bureau d’études qualifié. Dans le cas de l’étude du projet de construction d’un centre de distribution à Plan-les-Ouates, le bureau d’ingénierie civile spécialisé en construction bois 102,2mètres a œuvré pour proposer une structure bois performante dans un contexte sismique sensible. En effet, le projet est en zone sismique Z1B avec beaucoup de charges de stockage, ce qui en fait un vrai défi pour la conception parasismique. En phase d'étude, le projet a évolué vers une reprise des sollicitations sismiques non pas par le noyau béton excentré mais par l’agencement en façade, d’une structure bois en treillis et le recours à un joint parasismique. En effet, ces solutions privilégient la symétrie en plan des plans de contreventement verticaux en limitant les effets de torsions et permettent de ne pas concentrer les charges sismiques sur le noyau rigide en béton. Cette solution permet également de faire travailler localement et de manière rationnelle, des zones d’assemblages ductiles de la structure bois afin de dissiper l’énergie en cas de séisme. 

Pour répondre au cahier des charges, notamment aux exigences des zones ductiles des assemblages des plans de contreventement, l’entreprise adjudicataire JPF-Ducret a su convaincre et a pu mettre à profit la recherche et le développement des assemblages par tige dont elle a le brevet Ferwood(®). Ainsi, en déterminant une longueur d’ancrage optimum des tiges dans le bois, on obtient une ductilité suffisante allant jusqu’à la rupture des tiges et non du bois après allongement de ces dernières. Cette ductilité permet la dissipation de l’énergie. Des tests en laboratoire, ont permis d’adapter le concept initial par broche prévu en soumission par l’ingénieur du projet, pour réaliser des assemblages par tiges scellées tout en conservant un coefficient de comportement q à 2,5.

Les expérimentations comme celle de l’Institut de la construction bois, des structures et de l’architecture IHTA de la Haute école spécialisée bernoise avec un essai de destruction sur une construction en bois de douze mètres de haut et de quatre étages et l’état de la technique actuelle ont révélé les performances de la constructions bois actuelle vis-à-vis du séisme. Le bois dispose même d’un avantage certain sur les matériaux plus traditionnels tels que le béton. En effet, l’ennemi principal en situation de séisme est la masse du bâtiment. Avec une masse relativement faible, la structure d’un bâtiment bois sera soumise à des efforts nettement inférieurs à ceux subis par un bâtiment béton de même dimension.

La combinaison de l’élasticité du bois et de la plastification des assemblages permet d’absorber l’énergie sismique. Cette capacité d’absorption d’énergie sismique contribue à réduire les contraintes sur la structure, ce qui peut éviter les défaillances structurelles assurant ainsi la sécurité des utilisateurs. 

Texte : Lucie Mérigeaux et Denis Pflug, service technique, Cedotec - Office romand de Lignum

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