LA MAÎTRISE DES RISQUES

Missions d’expertise du CSTB à la suite d’un sinistre

Le CSTB intervient lorsqu’une crise survient, en phase de gestion de crise pour définir les mesures d’urgence pour limiter le sinistre, de diagnostic et analyse après la crise pour définir les travaux à réaliser et pour éviter, lorsque c’est possible, que certains sinistres ne se reproduisent. A ce titre, il a été mandaté par le gouvernement à Marseille et aux Antilles pour une expertise à la suite de sinistres qui ont frappé ces territoires

Effondrements de Marseille

Suite aux effondrements des immeubles de la rue d’Aubagne le lundi 5 novembre 2018, le ministre du Logement, Julien Denormandie a très rapidement demandé au CSTB d’apporter son expertise aux équipes des marins pompiers et de la ville pour sécuriser les lieux et prendre les mesures d’urgence.

Passée cette phase d’urgence et, face à la menace d’effondrement en domino d’autres immeubles et aux nombreux signalements de bâtiments à risque au sein de la ville, le CSTB a continué d’apporter son soutien à travers deux missions :

• la participation au collège d’experts de la ville de Marseille ;
• un accompagnement aux opérations de lever de doute et la rédaction d’un guide de retour d’expérience des désordres structurels rencontrés rue d’Aubagne pour la Direction Départementale des Territoires et de la Mer en lien étroit avec la DHUP.

Les principales missions du collège d’experts de la ville de Marseille étaient de fournir un appui technique dans le cadre des opérations de secours, de sécurisation des bâtiments mais aussi de récupération d'effets personnels de première nécessité, de déménagement et de réintégration définitive des habitants dans les logements évacués.

Ce collège d'experts regroupe des compétences pluridisciplinaires regroupant des Bureaux d'étude structure et géotechnique, un bureau de contrôle un architecte, un maître d’œuvre démolition la Brigade des Marins Pompiers de Marseille, des représentants de la ville de Marseille, ainsi que de l’État avec notamment le CSTB.

Les missions du collège d'experts ont évolué durant les semaines qui ont suivi le sinistre. De manière chronologique, les objectifs principaux ont été les suivants :

• Fournir une expertise technique de manière à éviter tout nouvel accident et pouvoir finaliser les opérations de recherche des victimes.
• Accompagner la ville dans le cadre de la sécurisation des bâtiments.
• Statuer sur la possibilité de permettre aux sinistrés de récupérer leurs effets personnels. Le cas échéant, définir les modalités de récupération de ceux-ci.
• Statuer sur la possibilité d’effectuer des déménagements. Le cas échéant, définir les modalités de récupération des biens dans les logements sinistrés.
• Statuer sur la possibilité de permettre aux sinistrés de réintégrer leurs logements et, le cas échéant, définir les conditions techniques préalables aux réintégrations.

Afin de permettre la récupération des effets personnels de première nécessité en toute sécurité, un diagnostic bâtimentaire a été réalisé. Une assistance d’experts en structures du CSTB a pu intervenir en urgence à la demande, pour mener des opérations de levée de doute concernant la stabilité des bâtiments faisant l’objet d’une alerte.

En parallèle, compte tenu du nombre important de bâtiments potentiellement concernés, un guide a été réalisé par le CSTB pour valoriser le retour d’expériences des diagnostics réalisés sur les immeubles de la rue d’Aubagne. Il est destiné à poser les bases communes et les principes devant prévaloir lors d’un diagnostic structural de bâtiment.

En accompagnement des pouvoirs publics, le CSTB a aussi et surtout mené un audit des bâtiments signalés comme étant à risque dans le centre-ville. Cette intervention visait à fournir à analyser les pathologies détectées afin d’accompagner les autorités compétentes dans leur prise de décisions des suites à donner. Cette mission a permis d’identifier des comportements structurels très variés avec des pathologies complexes réparties dans le centre de la ville.

En complément, pour répondre à l’engagement du ministre de l’Intérieur Christophe Castaner, et du ministre du Logement Julien Denormandie, de procéder à un diagnostic sur l’ensemble du centre de Marseille, le CSTB a proposé une méthode de travail pour permettre à un coût et dans des délais raisonnables de mener à bien cet audit global portant sur plusieurs milliers de logements. Cette démarche devrait être lancée par la métropole de Marseille dans le courant de l’été 2019.

Cyclone Irma

Le 6 septembre 2017, le cyclone Irma a frappé les Antilles avec une puissance rarement observée. Les îles françaises de Saint Martin et Saint Barthélémy ont été directement impactées ce qui a provoqué des dégâts de grande ampleur : 25 % des constructions partiellement ou totalement détruites, 85% des constructions présentant des désordres significatifs. Le CSTB a été mobilisé dès le 11 septembre pour une première évaluation de la situation.

L’ouragan a causé des dégâts considérables sur ces deux îles, et notamment sur leur bâti.

La légèreté des structures elle-même, le sous-dimensionnement des liaisons entre les éléments (fixation des toitures et des auvents, fixation des garde-corps, vitrage, etc.) sont les principales explications de l’ampleur des dégâts.

Les structures des bâtiments en béton ou en maçonnerie ont été moins impactées et les dégâts se sont limités aux toitures en tôles, aux vitrages et aux garde-corps.

Après la phase de diagnostic et de gestion de l’urgence, est venu le temps de la reconstruction, avec un objectif affirmé de renforcement de la résistance et de la résilience des bâtiments.

De janvier à mai 2018, le CSTB a coordonné la rédaction de guides de bonnes pratiques à destination des professionnels du bâtiment et des habitants pour favoriser une reconstruction en toute sécurité vis-à-vis des futurs aléas naturels qui sont à anticiper. Ces guides ont été élaborés en prenant en compte les spécificités locales notamment en matière de construction d’ouvrage. A cet effet, les experts se sont appuyés sur des acteurs locaux pour s’assurer que les guides répondraient exactement aux besoins.

Après la préparation de la reconstruction, les enseignements

Irma et José ont été des événements climatiques extrêmes. Le MTES a demandé au CSTB d’analyser les évènements climatiques passés tant sur l’Atlantique que l’océan indien afin de vérifier si les règles de dimensionnement restent pertinentes.

La première étape a consisté à réaliser une comparaison de la prise en compte des phénomènes extrêmes dans les réglementations des principaux développés soumis à de tels aléas (États-Unis, Japon, Australie et Europe). À cet effet, il a analysé les vitesses de référence et les charges maximales admissibles sur les bâtiments entre les différents codes de construction internationaux en zones cyclonique. Si les approches sont différentes, les charges appliquées aux structures sont très similaires dans les 4 codes considérés.

La seconde étape a consisté à comparer les vitesses de vent de référence prises en compte dans l’Eurocode avec les dernières données météorologiques disponibles.

Enfin dans, la dernière étape, proposera les éventuelles évolutions des normes de conception des bâtiments pour prendre en compte ces évènements extrêmes en analysant leurs conséquences techniques et économiques.

Le CSTB membre du consortium d’ingénierie
d’évacuation et de gestion des foules pour les JO 2024

Pionnier de la discipline en France, le CSTB a développé une méthodologie référente d’ingénierie d’évacuation et de gestion des foules et, à ce titre, est membre du consortium d’acteurs portant ces problématiques pour les futurs grands événements organisés en France, comme la Coupe du Monde de rugby 2023 et les Jeux Olympiques 2024.

L’ingénierie de l’évacuation a été mise en avant dans le Projet National de recherche et développement en Ingénierie de Sécurité Incendie (PN ISI) de 2005 à 2011 – auquel le CSTB a participé. Cette ingénierie y était décrite comme pouvant être opérationnelle à moyen terme.

À la suite du PN ISI, le CSTB a poursuivi ses recherches sur la compréhension des modèles et des méthodologies à développer afin de réaliser des études d’ingénierie d’évacuation. Il est en effet compliqué de modéliser très finement la réalité car le comportement humain présente des échelles de variations importantes sur les différents paramètres le caractérisant et parce que les résultats varient de manière non négligeable d’un outil à un autre, et d’un utilisateur à un autre.

Ce constat amène différentes questions sur lesquelles le CSTB travaille depuis 2015 dans le cadre d’une action de recherche. Les réponses sont et seront des éléments cruciaux dans la construction des futurs référentiels réglementaires encadrant la pratique de l’ingénierie de l’évacuation. A ce sujet, des premiers travaux de recherche ont été présentés fin 2016 lors de la conférence FEMTC à Malaga en Espagne, exposant les premiers éléments d’une méthodologie de traitement des résultats.

Depuis, le CSTB a poursuivi ses avancées, la méthodologie s’est développée et renforcée et donnera lieu à une nouvelle présentation en juin 2019, à Ottawa, lors de la conférence IFireSS.

Le Laboratoire Central de la Préfecture de Police de Paris a d’ailleurs appliqué les travaux du CSTB à ses propres outils de simulations. Cela donnera lieu à une présentation commune en juillet 2019 à Londres, lors de la conférence Interflam.
Une thèse soutenue conjointement par le LCPP et le CSTB sur le thème de l’évacuation est par ailleurs programmée pour la rentrée 2019.

En parallèle, le CSTB a accompagné les pouvoirs publics pour répondre aux interrogations sur l’évacuation des personnes lors des grands évènements, comme la Coupe du Monde de Rugby 2023 et les Jeux Olympiques 2024.

À l’occasion de ces deux rendez-vous très populaires, plusieurs millions de spectateurs sont attendus dans la capitale, en Ile-de-France et en province, sur les sites et stades olympiques, dans les fans zones, mais aussi les transports en commun. Pour faire face à l’éventualité d’une évacuation de foule, il est primordial de réaliser des simulations permettant d’établir si une évacuation garantissant la sécurité des individus est possible.

Dans cette optique, le LCPP a constitué en 2018 un consortium, dont le CSTB est membre, comprenant plusieurs acteurs (LM0 - Laboratoire Mathématiques de la Faculté des Sciences d'Orsay -, LCPP, CSTB…) du secteur de l’ingénierie de l’évacuation, afin de répondre aux interrogations de la Direction de l’Ordre Public et de la Circulation (DOPC) portant sur l’évacuation et la gestion des foules lors de grands événements sportifs à venir.

Les travaux donneront lieu, entre autres, à la création d’un guide de recommandations concernant les simulations d’évacuation. Ce guide sera l’un des premiers apports d’une évolution réglementaire permettant de recourir à l’ingénierie d’évacuation. Elle permettra au CSTB de développer de nouveaux services de haute technicité pour accompagner ses clients et la puissance publique.

Comment fonctionne l’ingénierie de l’évacuation ?

L’ingénierie de l’évacuation repose sur l’utilisation de modèles permettant de déterminer notamment le « temps nécessaire pour évacuer ». Ce dernier est comparé au « temps disponible pour évacuer », obtenu à la suite, par exemple, d’études de stabilité au feu ou d’études de désenfumage – le CSTB est laboratoire agréé en résistance et réaction au feu et fait partie des Organismes Reconnus Compétents, « ORC » par le Ministère de l’intérieur -, afin de déterminer si les occupants peuvent évacuer sans risque.

L’ingénierie du vent au service de la ville verticale

Face à une urbanisation croissante entraînant une rareté du sol, les constructions d’IGH, combinant plusieurs usages – logements, bureaux, hôtels, commerces, restaurants… – représentent aujourd’hui l’une des alternatives privilégiées par les aménageurs urbains. Construire toujours plus haut impose des exigences de sécurité et de confort accrues face aux sollicitations du vent. Le CSTB met son expertise d’ingénierie du vent au service des acteurs de la construction pour étudier la stabilité des futures tours dans leur environnement urbain et le confort des piétons et véhicules à proximité. En couplant approche aérodynamique expérimentale et simulation numérique, il a accompagné en 2018 trois projets à La Défense : la tour Hekla, la tour des Jardins de l’Arche et la tour The Link.

La tour Hekla imaginée par les Ateliers Jean Nouvel

Avec ses 220 m de hauteur, la tour Hekla s’inscrit dans l’aménagement du quartier de la Rose de Cherbourg à la Défense, en cours de construction. La maîtrise d’ouvrage Hines et AG Real Estate a confié au CSTB l’étude du dimensionnement et du confort au vent de l’IGH. La simulation numérique a permis : de caractériser les niveaux de confort des piétons sur le parvis mais aussi sur la terrasse au sommet de la tour, et en phase amont de la campagne expérimentale de pré-dimensionner les efforts au vent sur les façades et sur les brise-soleils. En complémentarité, l’étude expérimentale menée sur une maquette de la tour Hekla et son environnement, à l'échelle 1/200^ème a donné les résultats des efforts du vent sur la structure, et sur les façades avec une parfaite prise en compte de la turbulence et de l’instationnaire du vent dans l’environnement de la tour.

Le CSTB offre la possibilité de coupler les résultats des modélisations physiques obtenus en soufflerie, aux résultats de simulation numérique. Grâce à l’application CSTB Xperience, développée par le CSTB, les résultats ont été présentés aux bureaux d’études en réalité augmentée. Une façon pédagogique de visualiser concrètement et à distance les essais menés en soufflerie. La CFD (Computational Fluid Dynamics) apporte alors aux bureaux d’études une aide précieuse à la compréhension des champs de pression.

La tour des Jardins de l'Arche de l’agence d’architecture Ateliers

Le CSTB a piloté pour la filiale du groupe VINCI, ADIM Paris Ile-de-France, les tests de dimensionnement au vent des façades et de la structure de Tour des Jardins de l’Arche. Ces tests ont été réalisés sur la maquette physique imprimée en 3D élaborée à partir de la maquette numérique du projet par les équipes du CSTB. Équipé de plus de 500 capteurs, le modèle réduit, échelle 1/250^ème a été soumis aux pressions du vent dans la soufflerie atmosphérique à Nantes. Ces essais ont été essentiels pour optimiser la conception de la tour, et notamment sa partie haute (espace hôteliers), afin de la rendre agréable à vivre même en cas de grand vent.

La tour The Link dessinée par l’agence Philippe Chiambaretta Architecte

En fin de travaux prévue en 2021, The Link battra le record de hauteur en France avec 244 m de hauteur. Développé par Groupama, elle accueillera le nouveau siège de Total.

Deux études complémentaires ont été effectuées par les équipes du CSTB : le prédimensionnement au vent en simulation numérique pour donner des ordres de grandeur et permettre la préparation des essais en soufflerie réalisés ensuite.

Chaque étude de dimensionnement et confort au vent d’ouvrages implique une analyse spécifique par le CSTB pour répondre aux cahiers des charges des bureaux d’études. Les résultats obtenus permettent ainsi de faire des propositions pour optimiser les projets et donner des orientations de choix constructifs pour le maître d’ouvrage et le maître d’œuvre.

En savoir plus :

• La soufflerie atmosphérique du CSTB

• La soufflerie climatique Jules Verne

• L'offre Grands Ouvrages du CSTB

Les Grands Magasins de la Samaritaine font peau neuve

Lancés en 2015 par LVMH, les travaux de rénovation et de réhabilitation de la Samaritaine, bâtiment historique, donneront accès in fine à 29 000 m² de commerces, un hôtel de luxe, des bureaux mais également des logements sociaux et une crèche. L’agence d‘architecture japonaise SANAA a conçu l’ouvrage en plaçant l’esthétisme au service du confort et de la performance énergétique. Au total, ce sont 7 ATEx qui ont été délivrées pour les différents ouvrages notamment les façades de la nouvelle Samaritaine pour le compte des entreprises FRENER & REIFER, Viry et Vulcain.

Le CSTB a accompagné l’entreprise FRENER & REIFER, responsable des études, de la fabrication et du montage de la façade triple peaux, dont la façade ondulée du magasin situé rue de Rivoli, mais aussi des verrières contemporaines des patios intérieurs des magasins Rivoli et Seine et de la passerelle qui reliera trois niveaux de ces deux bâtiments. Le caractère exceptionnel de l’ouvrage réside en grande partie dans la façade triple peau, constituée d’une double peau intérieure pour assurer l’isolation thermique et acoustique des lieux, mais aussi d’une peau ondulée pour un rendu esthétique unique.
Le façadier italien a obtenu 5 ATEx.

L’entreprise Viry a quant à elle obtenu une ATEx sur la mise en œuvre du verre électrochrome pour la rénovation de la grande verrière historique surplombant l’atrium, d’une surface d’environ 1150m2 . Ce procédé très spécifique permet de moduler la transmission lumineuse et son facteur solaire en fonction d’un courant électrique qui modifie l’opacité de la couche. Chaque vitrage est alimenté par un courant continu via un câble et un connecteur qui passe dans le joint de scellement du vitrage isolant. Le vitrage change de couleur et la transmission lumineuse permet de faire varier le facteur solaire.
Le confort thermique des lieux est donc assuré grâce à des capteurs de luminosité placés en des points stratégiques de la verrière.

Les façades non porteuses à ossature bois, produites par l’entreprise Vulcain, aux dimensions exceptionnelles sont composées de plus d’une centaine de modules de 4 mètres de longueur pour 3.34 mètres de hauteur. Chaque module est constitué d’un cadre bois dans lequel est inséré un châssis vitré accompagné d’un store extérieur motorisé. Le châssis est composé de 2 ouvrants et d’une partie centrale fixe. Les modules sont suspendus en partie haute par deux fixations qui reprennent le poids et les efforts de vent et une fixation qui reprend uniquement les efforts de vent. Les 3 attaches en partie basse reprennent les efforts de vent.

Ventilation naturelle pour
l’aéroport Saint Denis-Roland Garros :
nouveaux défis de confort et de sécurité

L’extension de l’aéroport Saint Denis-Roland Garros de l’île de La Réunion promet de devenir une référence d’Établissement recevant du Public (ERP), haute qualité environnementale dans les zones tropicales. Avec un procédé de ventilation naturelle placé au cœur des choix architecturaux, les problématiques de confort des usagers mais aussi de tenue au vent cyclonique et de sécurité incendie sont renforcées. Le CSTB choisi en 2018 pour accompagner le groupe AIA Life Designers, maître d’œuvre de l’opération, a mené une étude d’optimisation aéraulique de l’ouvrage, complétée d’une étude de dimensionnement au vent, données qui ont ensuite permis d’étudier les enjeux de désenfumage. Avec une mise en service prévue en 2022, l’aéroport de Saint Denis-Roland Garros pourra accueillir 3,2 millions de passagers par an et sera bioclimatique.

La gestion du vent, clé de réussite du projet

L’emplacement de l’aéroport soumis aux vents forts et fréquents offrait les conditions favorables pour la mise en œuvre d’une ventilation naturelle au sein de l’ouvrage. L’expertise du CSTB a été sollicitée pour valider et optimiser le principe de ventilation par une approche expérimentale en soufflerie. Une maquette de l’extension à échelle 1/150ème a été intégrée dans la topographie du site pour tester les systèmes de ventilation, les écoulements d’air et plus globalement le rafraichissement thermique selon plusieurs configurations de vent. La maquette a également été mise à l’épreuve des conditions cycloniques, soit un vent à plus de 250 km/h pour évaluer les champs de pression sur l’ouvrage, et ainsi déterminer les efforts locaux et globaux de la structure. Les résultats de l’étude ont démontré l’intérêt de nouveaux aménagements architecturaux pour assurer un confort des usagers dans l’ensemble des espaces tout au long de l’année.

La maîtrise de la sécurité incendie challengée

La réglementation incendie est très stricte dans le domaine des ERP. Les moyens de désenfumage mis en œuvre doivent garantir une évacuation des personnes dans de bonnes conditions en cas d’incendie mais aussi limiter la propagation du feu et faciliter l’intervention des secours. Le CSTB, organisme indépendant et reconnu pour ses compétences dans le domaine, a étudié le dispositif de désenfumage de l’extension de l’aéroport. Avec une ouverture aux 4 vents, une toiture et des façades composées de multiples ventelles et une prise en compte de l’environnement de l’ouvrage, les caractéristiques de l’étude sont complexes. Sur la base d’un modèle réalisé en simulation numérique couvrant plusieurs centaines de mètres autour du bâtiment, validé à l’aide des mesures en soufflerie, les experts ont observé et analysé le développement du feu et le fonctionnement du désenfumage selon 7 scénarios d’incendie, avec 3 directions de vent et différentes configurations d’ouverture des ventelles.

Après analyse d’une grande quantité de données, les résultats ont été concluants et ont permis notamment d’identifier les ventelles, nombre et localisation, dédiées au désenfumage.

En savoir plus :

• L’offre Grands ouvrages du CSTB
• L’expertise Sécurité Incendie du CSTB
• L’expertise Aérodynamique du CSTB