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Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie civile

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La robustesse des structures devient une préoccupation particulière pour les bureaux
d’études. En effet, après l’effondrement du Ronan Point en 1968 et les attentats du 11 septembre en
2001, les codes modernes ont introduit, dans leurs recommandations, des demandes spécifiques en
termes d’intégrité structurale et de robustesse, pour certaines catégories de bâtiments soumis à un
évènement exceptionnel. Cependant, à l’heure actuelle, les outils permettant de répondre à ces
demandes spécifiques sont souvent absents des codes.
Pour répondre à ce besoin, plusieurs recherches dans le domaine ont été menées. À
l’Université de Liège, deux thèses ont été produites, l’une par J.-F. Demonceau, l’autre par L.N.N. Hai.
Dans ces thèses, le comportement de portiques plans est étudié lorsque ceux-ci sont soumis à la
perte d’une de leur colonne portante. Suite à la perte de cette colonne, les efforts dans la structure
se redistribuent, d’une manière qui n’avait pas été initialement prévue. L’objectif est de retrouver un
état final, certes très déformé, mais stable.
Ces deux thèses sont fondées sur des hypothèses simplificatrices. En particulier, la réponse
de la partie de la structure « non directement affectée » par la perte de la colonne (partie reprenant
l’ensemble des éléments structuraux ne se trouvant pas au-dessus de la colonne perdue) est
supposée être infiniment élastique. En simplifiant la théorie, le rôle de cette partie indirectement
affectée est de « retenir » latéralement la partie au-dessus de la colonne disparue, qui a tendance à
s’affaisser. Si la partie indirectement affectée est considérée comme infiniment élastique, cela
signifie qu’elle apporte une restreinte constante à la partie directement affectée, ce qui conduit à
sous-évaluer les déformations de la structure, puisqu’en réalité, cette partie indirectement affectée
est susceptible de perdre progressivement de sa raideur transversale au fur et à mesure de sa
plastification éventuelle.
Dans un premier temps, l’objectif de ce travail de fin d’études sera de vérifier les théories
déjà développées dans les deux thèses précitées, dans le cas où la partie indirectement affectée
reste indéfiniment élastique. Pour cela, le modèle développé dans la thèse de L.N.N. Hai sera étudié,
et ses faiblesses seront mises à jour. Une nouvelle méthode d’analyse de la partie indirectement
affectée infiniment élastique sera développée.
Dans un second temps, ce travail visera à prendre en compte la plastification progressive de
cette partie indirectement affectée. Une description générale des phénomènes sera réalisée, suivie
ensuite du développement d’une méthode analytique permettant de calculer l’évolution de la
raideur latérale de la partie indirectement affectée. Finalement, connaissant cette variation de
raideur, le but final sera d’obtenir les déplacements verticaux des points situés juste au dessus de la
colonne disparue, ces déplacements fixant les besoins en ductilité de la structure, dans le but
d’atteindre un état final déformé stable.

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Dans ce travail, nous procédons à l’analyse du cycle de vie de 6 alternatives d’un même
bâtiment (une maison unifamiliale à 2 niveaux), ces ACV étant réalisées avec l’outil « Building
Ecodesign Tool » mis au point par ArcelorMittal.
Les alternatives sont les suivantes :
o maison structure acier peau Trespa,
o maison structure acier peau acier,
o maison structure acier peau brique,
o maison structure mixte acier/maçonnerie peau brique,
o maison traditionnelle (maçonnerie, hourdis en béton et fermettes en bois),
o maison structure acier peau Trespa sans cloison en bauge.
L’unité fonctionnelle, pour toutes ces analyses, est la maison étudiée : sa surface de
plancher chauffé est de 115,2 ? ? , elle est située près de Liège, est habitée par une famille de
4 personnes et sa durée de vie est de 80 ans. De plus, cette maison respecte la certification
énergétique PEB en vigueur en Belgique.
Concernant la frontière du système étudié, nous prenons en compte dans les ACV les
phases de production (extraction des matières premières, fabrication des matériaux de
construction et transports internes), d’utilisation (transport des matériaux, consommations
pour l’électricité et le chauffage, et maintenance du bâtiment) et de fin de vie (transport et
traitement des matériaux).
Les indicateurs que nous étudions dans ces ACV sont le Global Warming Potential (GWP)
et le Cumulative Energy Demand (CED).
Le résultat de ces ACV est que, des 6 cas étudiés, c’est la maison avec structure portante
en acier et parement en brique qui produit le moins d’impacts environnementaux, suivie par
la maison acier peau acier pour le GWP et par la maison mixte acier/maçonnerie peau brique
pour le CED.
Concernant la maison traditionnelle, il apparaît donc qu’elle n’est pas la plus efficace
d’un point de vue environnemental. Ses valeurs élevées de GWP et CED que l’on obtient
semblent dues principalement à l’utilisation, pour le premier indicateur, de fermes en bois
plutôt qu’en acier, tandis que pour le second indicateur, cela serait plutôt dû à l’emploi de
polystyrène expansé à la place de laine de bois comme isolant principal.
Finalement, en analysant les résultats par phases du cycle de vie, il apparaît pour tous
les cas étudiés que c’est la phase d’utilisation du bâtiment qui induit la majorité des impacts
environnementaux, avec un pourcentage proche de 90 %.

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