La maison préfabriquée peut-elle résister à un séisme de magnitude 8 ?

Comment les normes parasismiques influencent-elles la résilience des maisons préfabriquées

Exigences de l’IBC et de l’ASCE 7 pour les zones à forte sismicité (catégories de conception sismique D à F)

Les codes de construction antisismique les plus récents, tels que l’IBC et l’ASCE 7, établissent des normes assez strictes pour les bâtiments préfabriqués construits dans des zones sujettes aux séismes. Les bâtiments classés dans les catégories de conception sismique D à F doivent résister à des forces latérales allant de 1,5 à 2 fois supérieures à celles exigées dans les zones à moindre risque. Cela signifie que les équipes de construction doivent renforcer toutes les liaisons entre les composants, créer des chemins continus pour la transmission des charges dans toute la structure et utiliser des matériaux capables de se déformer sans se rompre. Selon l’ASCE 7-22, les structures implantées sur des sites relevant de la catégorie de conception sismique F doivent respecter des coefficients d’effort tranchant à la base compris entre 0,5g et 1,0g, ce qui explique pourquoi de nombreux ingénieurs intègrent désormais des systèmes de contreventement en acier ou des portiques rigides dans leurs conceptions. L’objectif global est de permettre à ces unités préfabriquées d’absorber les chocs par une déformation contrôlée plutôt que par une rupture brutale. Nous avons pu observer concrètement cette efficacité lors du puissant tremblement de terre survenu au Chili en 2010, mesurant 8,8 sur l’échelle de Richter. Les bâtiments modulaires conformes aux codes mis à jour ont subi, dans leur ensemble, moins de 10 % de dommages, démontrant ainsi l’efficacité réelle de ces exigences modernes lorsqu’elles sont correctement appliquées.

Pourquoi les conceptions modernes de maisons préfabriquées dépassent-elles souvent les exigences minimales des normes

Les principaux fabricants dépassent systématiquement les exigences sismiques de base — non seulement pour assurer la conformité, mais aussi pour renforcer la résilience, réduire les risques sur l’ensemble du cycle de vie et consolider leur positionnement sur le marché. Trois facteurs interconnectés expliquent cette tendance :

• Incitations liées à l'assurance avantages tarifaires : Les projets démontrant un dépassement de 25 % des exigences minimales du Code international du bâtiment (IBC) sont éligibles à des réductions de primes allant jusqu’à 30 %, conformément au document FEMA P-2078 (2023).
• Durabilité de la chaîne d’approvisionnement renforcement de la chaîne d’approvisionnement : Des murs de cisaillement redondants et des ancrages robustes entre fondations et structure minimisent les travaux de rénovation après sinistre, préservant ainsi le débit de production en usine et le respect des délais de livraison.
• Conception fondée sur la performance conception fondée sur la performance : La modélisation avancée permet une optimisation précise de la répartition des charges et du dimensionnement des assemblages — réduisant ainsi la quantité de matériaux utilisés tout en élargissant les marges de sécurité. En conséquence, les maisons préfabriquées au Japon atteignent désormais couramment 150 % des limites de déplacement imposées par la réglementation, ce qui permet une réoccupation rapide après de forts séismes.

Principaux systèmes structurels permettant aux maisons préfabriquées d’atteindre des performances élevées lors d’un séisme de magnitude 8

Charpente en acier, continuité des diaphragmes et chemins de charge redondants

Les performances élevées en matière de résistance aux séismes des maisons préfabriquées reposent sur trois systèmes principaux qui agissent conjointement : la charpente en acier, les diaphragmes continus et ces chemins de charge redondants dont on entend souvent parler. Les charpentes en acier possèdent une flexibilité intégrée qui leur permet de supporter des secousses très importantes. Elles peuvent effectivement subir un déplacement relatif d’environ 3 % entre étages sans s’effondrer lors de séismes majeurs. Ensuite, il y a ces diaphragmes continus qui transforment essentiellement les planchers et les toitures en de grandes surfaces planes. Ces surfaces répartissent les forces engendrées par les secousses afin qu’aucun point précis ne soit soumis à une contrainte excessive. Et n’oublions pas ces chemins de charge redondants : ils créent des itinéraires de secours permettant aux forces de circuler à travers la structure. Si un élément se rompt ou cède, les parties voisines prennent le relais. Lorsqu’ils sont comparés à des charpentes traditionnelles en bois, ces systèmes présentent une performance améliorée d’environ 40 % en ce qui concerne leur déplacement pendant les séismes, même face aux redoutables impulsions proches de la faille générées par des séismes de magnitude 8. Par ailleurs, comme tous les éléments sont fabriqués en usine plutôt que sur site, la variabilité de la qualité est considérablement réduite. Fini l’angoisse liée à une exécution incohérente due à des équipes différentes ou à des aléas météorologiques sur le chantier.

Détail avancé des assemblages : boulons, soudures et joints résistant aux moments

La manière dont les assemblages sont conçus joue un rôle critique dans la capacité des bâtiments préfabriqués à résister aux séismes. Des boulons haute résistance associés à des rondelles Belleville permettent de maintenir l’ensemble solidement connecté, même après plusieurs secousses sismiques. Les assemblages en acier soudés en travers complet réduisent le risque d’apparition soudaine de fissures lorsque les contraintes s’accumulent. Les cadres contreventés résistants aux moments (ou « MRF ») comportent des assemblages spécifiquement conçus à cet effet, souvent dotés d’éléments destinés à céder intentionnellement lors des secousses. Ces assemblages spéciaux absorbent les chocs en se déformant de façon contrôlée, plutôt que de se rompre complètement. Les protocoles d’essai exigent que ces assemblages résistent à plus de vingt cycles avec un déplacement relatif entre étages d’environ 2,5 %. L’observation des conséquences du puissant séisme survenu au Chili en 2010 fournit également une preuve concrète issue du monde réel : les bâtiments construits selon ces techniques avancées d’assemblage ont enregistré 85 % moins d’assemblages endommagés que les constructions classiques situées à proximité. Une conception soignée des assemblages transforme des structures rigides, qui auraient autrement tendance à s’opposer aux forces sismiques et à s’effondrer sous pression, en structures capables de se déplacer en phase avec ces forces.

Preuves issues de la pratique clinique réelle : ce que révèlent les études sur le terrain menées après les séismes de magnitude supérieure à 8 concernant la résistance des maisons préfabriquées

Études de cas comparant des unités de maisons préfabriquées intactes et endommagées au Japon et au Chili

Observer ce qui se produit concrètement après de puissants séismes de magnitude supérieure à 8 met en évidence à quel point la conception des bâtiments est déterminante lorsqu’il s’agit de sauver des vies. Prenons l’exemple du grand séisme survenu au Chili en 2010 (magnitude 8,8) : les bâtiments en acier conçus avec des chemins de transmission des charges appropriés ont enregistré moins de 18 % de défaillances globales. En revanche, les bâtiments dotés de liaisons défectueuses ou de diaphragmes rompus se sont effondrés trois fois plus fréquemment. La même tendance s’est observée au Japon lors du gigantesque séisme de Tohoku en 2011 (magnitude 9,0) : les bâtiments munis de joints robustes ont conservé leur fonctionnalité, tandis que ceux comportant des soudures fragiles se sont partiellement effondrés. Quelle a donc été la différence décisive ? La capacité de ces structures à absorber et à répartir l’énergie générée par les secousses. Les bâtiments construits avec des matériaux flexibles et des joints spécifiquement conçus pour supporter les contraintes se sont tout simplement mieux comportés que leurs homologues rigides lors de ces deux catastrophes.

Modèles de dommages non structurels et leur incidence sur la reprise de l’occupation

La capacité de rebondir après une catastrophe dépend tout autant des performances des éléments non structurels que de la solidité des bâtiments. L’analyse des données issues de logements préfabriqués après des séismes de magnitude 8 révèle un fait intéressant : environ 70 % des habitations jugées temporairement inhabitables ne présentaient en réalité aucun problème structurel sérieux. Qu’est-ce qui les rendait dangereuses ? Principalement des cloisons qui se sont déplacées (environ 42 cas), des conduites techniques endommagées traversant les murs (observées dans environ un tiers des cas) et des meubles tombés des étagères (environ 25 cas). Lorsque les constructeurs ont intégré des dispositifs spécifiques de retenue antisismique pour les tuyauteries, les conduits de ventilation, les faux plafonds et même les placards intégrés, les occupants ont pu réintégrer leurs logements 65 % plus rapidement que d’habitude. Cela paraît logique. Une attention appropriée portée à l’ensemble de ces petits systèmes situés derrière les parois permet parfois de réduire le délai d’attente après un séisme de près d’un mois. Plutôt que de se contenter de respecter les normes minimales, cette approche transforme des bâtiments simplement conformes en lieux où les habitants peuvent de nouveau vivre quelques jours seulement après le séisme, au lieu de devoir attendre plusieurs semaines.