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septembre 2019

S'inspirer du rock 'n' roll pour accroître la résistance des immeubles aux tremblements de terre

Coup d'oeil
L'équipe

Soundarya Govindaraj de Chennai, en Inde, université partenaire, Institut national de technologie de Tiruchirappalli

Professeur Lydell Wiebe, professeur agrégé, Génie civil, Université McMaster

Le défi

Les matériaux de structure déterminent non seulement la façon dont un immeuble résiste à un tremblement de terre, mais aussi à quel point il peut être récupérable après coup. À l'heure actuelle, le Code du bâtiment exige que les édifices résistent à un tremblement de terre, mais pas qu'ils puissent continuer de jouer leur rôle après un tel événement.

La solution

Les édifices peuvent être conçus de façon économique et retrouver leur état normal. La recherche porte sur la mise à l'essai et la modélisation du bois comme matériau de construction afin de réduire au minimum les dommages et de s'assurer que les immeubles puissent être encore utilisés après un tremblement de terre.

Et ensuite

Ce projet peut être utilisé dans le cadre de futures recherches sur des matériaux nouveaux et novateurs. L'apprentissage et l'expérience pratique peuvent orienter de futurs projets grâce à la méthode de recherche appelée Corrélation d'images numériques.

C'est pourquoi le professeur Lydell Wiebe et une stagiaire de recherche Mitacs Globalink, Soundarya Govindaraj de l'université partenaire, l'Institut national de technologie de Tiruchirappalli, en Inde, effectuent de la recherche sur des matériaux de construction pouvant résister aux tremblements de terre. Le bois est le matériau qu'ils ont choisi.

En soumettant le bois à des essais sous contrainte, on améliore les chances de restauration après un désastre.

Si un tremblement de terre peut causer une dévastation en quelques secondes seulement, les travaux de restauration et de reconstruction peuvent s'échelonner sur plusieurs années. En 2011, après le tremblement de terre de Christchurch, en Nouvelle‑Zélande, seulement deux immeubles importants se sont effondrés, mais 70 pour cent des édifices du centre‑ville de l'endroit ont dû être démolis parce qu'ils ont été jugés inhabitables. Les travaux de restauration ont duré cinq ans. Les frais de remise en état après un tremblement de terre sont énormes. Selon une étude réalisée par le Bureau d'assurance du Canada, un tremblement de terre en Colombie‑Britannique ou au Québec coûterait près de dix fois plus cher que les incendies de Fort McMurray, dont les coûts ont dépassé les 8 milliards de dollars.

C'est pourquoi le professeur Lydell Wiebe et une stagiaire de recherche Mitacs Globalink, Soundarya Govindaraj de l'université partenaire, l'Institut national de technologie de Tiruchirappalli, en Inde, effectuent de la recherche sur des matériaux de construction pouvant résister aux tremblements de terre. Le bois est le matériau qu'ils ont choisi.

 

Construire pour vaciller, et non pour casser

Le Code national du bâtiment du Canada exige que les édifices protègent leurs occupants lors d'un tremblement de terre. Mais on s'attend à ce que la durée de vie d'un édifice prenne fin lors d'un tel événement. Son utilisation serait par la suite non sécuritaire en raison des dommages subis.

Cependant, grâce à des percées récentes dans le domaine de la conception, les édifices peuvent être restaurés et ramenés rapidement à leur état normal de manière économique.

Soundarya étudie le rôle que pourraient jouer des murs en bois de charpente, leur façon de réagir à des secousses sismiques et leur résistance à des charges sismiques sans s'effondrer ou subir d'importants dommages structuraux. Elle effectue de la modélisation par ordinateur pour mettre à l'essai des systèmes afin de mieux comprendre leurs comportements dans différentes circonstances.

« Lorsqu'une personne conçoit un édifice, elle ne peut pas en faire un prototype », affirme le professeur Wiebe. Les outils de modélisation avec lesquels travaille Soundarya permettent aux personnes qui construisent de grandes structures en bois de calculer ce qui est sécuritaire, fiable et économique.

Soundarya met l'accent sur les ondes de choc qui secouent les édifices afin qu'ils demeurent intacts et qu'il ne soit pas nécessaire de les démolir.

« Ces systèmes réagissent à une charge sismique grâce à un soulèvement partiel des fondations, ce qui dissipe l'énergie grâce à des vacillements et d'autres éléments d'énergie. »

Ils mettent à l'essai le bois comme matériau de construction pour que la structure vacille, et non s'effondre, sous la pression sismique. Ces travaux de recherche s'appuient sur une modélisation numérique pour déterminer les principaux aspects exigeant une étude expérimentale. Plus particulièrement, Soundarya étudie le vacillement contrôlé dans le cadre d'une recherche visant à mettre au point des murs en bois de charpente qui résistent aux charges sismiques sans subir d'importants dommages structuraux.

Une recherche qui améliorera les futures études

« Soundarya met à l'essai une série de panneaux lamellés‑croisés (CLT) de grande dimension, hauts de deux étages, pour voir ce qui se passe lorsque nous simulons la charge créée lors d'un tremblement de terre à la contrainte maximale. Elle travaille sur des instruments de mesure », souligne le professeur Wiebe. « Grâce à elle, il est possible d'aller de l'avant avec les essais, et elle nous remettra un rapport afin que nous puissions effectuer les essais. Sa façon de réunir les ressources nécessaires nous sera utile dans bon nombre de futurs projets. »

Pour Soundarya, chaque étape accomplie chaque jour est passionnante et nouvelle, qu'il s'agisse de l'étiquette au travail, des pratiques de sécurité, de la manutention de l'équipement, de la recherche de solutions à des problèmes techniques qui surgissent à des moments imprévus, de la gestion de l'échéancier du projet, de l'éthique de la recherche, des communications professionnelles et de l'échange d'idées.

« Toutes ces activités étaient complètement nouvelles pour moi, car c'était ma première expérience de travail à l'échelle internationale », explique‑t‑elle. « En plus de l'immense avantage d'acquérir des connaissances sur le sujet, la culture et les gens facilitent l'établissement de liens et les interactions, ce qui rend mon séjour encore plus agréable et m'offre aussi de futures possibilités. »

Le professeur Wiebe est un ardent défenseur du programme SRG. « Je présente une demande de stage pour un étudiant de Mitacs chaque année », déclare‑t‑il. « Vous gagnez à coup sûr. Tous les étudiants de Mitacs apportent une contribution substantielle; l'un d'eux a lancé une entreprise en démarrage en Inde, un autre poursuit ses études aux États‑Unis, et un autre revient travailler avec moi. »

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Remerciements du programme Globalink – été 2019

Mitacs tient à remercier le gouvernement du Canada, ainsi que le gouvernement de l’Alberta, le gouvernement de la Colombie-Britannique, Research Manitoba et le gouvernement du Québec pour leur soutien au programme Stage de recherche Mitacs Globalink. De plus, Mitacs a le plaisir de travailler avec les partenaires internationaux suivants pour soutenir Globalink : Universities Australia; China Scholarship Council, Campus France, le service d’échange universitaire allemand, le secrétariat d’éducation publique du Mexique, Tecnológico de Monterrey et l’Université nationale autonome du Mexique, le ministère de l’Éducation de l’Arabie saou dite et le ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche scientifique de la Tunisie et Mission universitaire de Tunisie en Amérique du Nord.