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Quatre ans après le 11 septembre, les causes de l'effondrement

© Cyberarchi 2017

La première pierre du centre de transports en commun du futur World Trade Center de New York a été posée mardi 6 septembre en présence de Santiago Calatrava, qui dirige le projet. Pour marquer cet anniversaire, l'architecte Christophe Hébert revient, pour CyberArchi, sur ce que l'on sait aujourd'hui des causes de l'effondrement des tours.

 
 
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Cela fait maintenant quatre ans que le skyline de New-York a perdu "ses piliers du ciel" comme les appelaient les New-yorkais. Officiellement, à ce jour, il n'y a pas de conclusion définitive sur l'effondrement des tours jumelles. On admet communément que l'acier s'est déformé du fait de l'intense fournaise, et que c'est l'incendie qui en serait fatalement la cause.

Il y a pourtant un fait qui semble contredire cette explication. La tour Nord, la première percutée, est restée stable deux fois plus longtemps que la Tour Sud : 102 minutes contre 56 minutes. On observe également que l'incendie a été plus intense dans la tour Nord. L'impact du crash n'a pas été le même. Trois boules de feu se sont formées sur trois façades adjacentes de la tour Sud. Sur la tour Nord, l'impact a été frontal, le feu traversant le noyau de service et l'une des banques d'ascenseurs express jusqu'au rez-de-chaussée.

Une ingénierie exceptionnelle

Les tours jumelles ont été conçues selon le principe du tube percé ou "bearing walls". Cette structure supportant les efforts du vent, est composée d'un réseau serré de colonnes d'acier, liaisonné par une épaisse tôle, d'une hauteur d'un mètre à chaque étage. Grâce à ce principe, les surcharges dues aux dommages structurels ont été transférées. Dans la tour Sud, les dommages ont été beaucoup plus graves sur la structure "tube percée", avec un impact important proche de l'angle de deux façades.

Il existait à l'intérieur de chaque tour une autre structure, d'une conception totalement différente, l'ossature du noyau de service. Prévue pour supporter essentiellement des charges verticales (60% des charges d'exploitation des plateaux), elles étaient composées d'un
réseau espacé de poteaux en acier.

De nombreux poteaux intérieurs ont été sectionnés le 11 septembre, notamment dans la tour Nord, causés par le choc frontal. Il est bien évident que les poteaux espacés (5 à 6 mètres) du noyau de service, constituent le point faible de la structure et auraient dû entraîner l'effondrement immédiat de tout l'édifice, puisque les charges ne pouvaient pas être transférées. C'est d'ailleurs de cette façon que les tours ont été conçues pour pouvoir être détruites un jour, proprement, par le dynamitage du noyau.

Il est très vraisemblable, que ces structures ont sauvé des dizaines de milliers de vies le 11 septembre en évitant un effondrement instantané. Les poteaux sectionnés du noyau ont dû travailler en traction au dessus de l'impact. Celui-ci a été particulièrement violent, puisque le train d'atterrissage du vol American Airline 11 a traversé la tour de part en part pour venir s'écraser dans une rue à quelques centaines de mètres. On peut estimer que sur un total de 48 poteaux, plus du tiers ont été endommagés, ainsi que les trois escaliers de secours.

L'effondrement de la tour Sud - Two WTC
(Impact à 9h02, effondrement 56 minutes plus tard à 9h59)

D'après les photos qui ont été prises au moment critique, il semble que la structure extérieure de type "tube percé" a cédé. Il est possible de voir la partie supérieure de la tour basculer sur l'angle adjacent des deux façades endommagées. Sur une des vidéos, on voit des poteaux extérieurs se déformer juste avant l'effondrement. La charpente métallique au sommet de la tour Sud a joué un rôle moins efficace, car les liaisons en diagonales entre les poteaux du noyau et le tube externe étaient moins présentes aux angles. L'effondrement plus rapide de la tour Sud semble avoir pour origine par un moins bon transfert des efforts sur une structure proche de l'état de rupture, aggravé par l'impact de l'avion localisé plus bas et à une vitesse supérieure.

L'effondrement de la tour Nord - One WTC
(Impact à 8h46, effondrement 102 minutes plus tard à 10h28)

Les pilotes d'un des hélicoptères ont observé une oscillation de l'antenne juste avant l'effondrement de la tour. Il semble que l'ossature fortement endommagée du noyau de service et la charpente "hat-truss" du sommet ont fini par céder. C'est l'explication la plus logique que semble confirmer l'aspect "propre", vertical de l'effondrement, telle que l'avaient prévu les ingénieurs (dynamitage du noyau).

Je pense que l'effondrement des tours est d'abord lié à des dommages structurels et à la limite des dispositifs qui ont permis aux concepteurs de qualifier ces tours comme étant à l'épreuve de l'impact d'un avion de ligne (l'hypothèse retenue était un accident). C'est un paradoxe semblable aux cloisons étanches du Titanic qui n'allaient pas plus haut que le pont E. Créer des cloisons étanches est resté une très bonne idée par la suite. Il faut travailler sur des structures dans lesquels les transferts de charges sont possibles par nature en cas de dommages structurels majeurs.

Une sécurité déplorable en matière de prévention incendie

Les dispositions en matière de sécurité incendie sont déconcertantes aux Etats Unis et relèvent plus des pays en voie de développement. Au World Trade Center c'était pire. Le code de la construction varie d'un Etat à l'autre. La construction du World Trade Center ne dépendait pas de l'Etat de New York, mais de l'Autorité Portuaire, c'est à dire le promoteur, d'où un conflit
d'intérêt évident.

En 1975, les pompiers ont protesté avec virulence à la suite d'un incendie majeur au 11ème étage de la tour Nord. Un feu couvait à l'intérieur. Les détecteurs de fumée avaient été installés à l'intérieur de gaines de climatisation. Ils n'ont été d'aucune efficacité car la climatisation était hors fonction en dehors des heures de bureau. A l'origine, il n'y avait pas de sprinklers. C'est un agent d'entretien qui a donné l'alerte. L'incendie a finalement été maîtrisé mais a révélé des défauts de constructions, notamment sur des pénétrations de gaines et de plomberie... des débuts d'incendie ont éclaté ailleurs qu'au onzième étage. De plus, il apparaissait difficile de maîtriser un incendie sur un plateau de plus de 3.500m² en open-space, sans aucune division coupe-feu. Ces recommandations ont été peu suivies, certains locataires importants ont même réalisé des escaliers privés pour relier deux étages.

Lors des événements du 11 septembre, l'essentiel du carburant des avions s'est consumé à l'instant des impacts. Ils ont cependant provoqué des débuts d'incendie sur une dizaine d'étages, impossibles à maîtriser, et dégageant une chaleur, au point que les revêtements
se détachaient et que des occupants prisonniers des étages supérieurs se sont réfugiés en grimpant sur le mobilier.

Dans la tour Nord, les trois escaliers groupés à moins de 10 mètres les uns des autres ont été détruits lors de l'impact. La situation était différente dans la tour Sud, deux des escaliers étaient dévoyés pour contourner la machinerie des ascenseurs express et le skylobby
du 78ème étage. L'un d'entre eux est resté libre. Une quinzaine de personnes, essentiellement des survivants parmi les deux-cent qui se trouvaient à l'intérieur du skylobby, l'ont emprunté. D'autres, en l'absence d'informations, se sont précipités vers le sommet et ont trouvé porte close.

Les escaliers de secours ne comportaient pas de sas et n'étaient pas pressurisés comme c'est souvent le cas aux Etats Unis, lorsque un immeuble est équipé de sprinklers (il n'y en avait pas à l'origine, ils ont été installés plus tard). Dans les années soixante, sous la pression du lobbying de l'acier, le code de la construction a été revu à la baisse. Pour comparaison, les escaliers de l'Empire State building, construit dans les années trente, comportent un sas et une gaine de ventilation.

Les planchers des tours jumelles étaient complexes et extrêmement légers et performants avec un poids propre de 50 kg au m² pour une charge d'exploitation de 500kg. Ces structures rappellent un peu le procédé GEAI de Marcel Lods. Pour atteindre un tel niveau de performance, les concepteurs ont mis en oeuvre des structures réticulées pré-assemblées en ateliers et montées par sections entières au moyen de grues.

Des familles de victimes ont découvert un courrier entre le Port Authority et les architectes à l'époque de la construction, sur la difficulté de respecter la tenue au feu exigée. Les barres de
liaisons entre cornières, formant une poutre réticulées, sont d'un faible diamètre : 2,8 cm. L'efficacité de l'application d'une protection anti-feu semble discutable sur des éléments aussi fins et ne parait pas avoir fait l'objet d'essais. Par ailleurs, un amortisseur était réalisé sous chaque appui des poutres contre la façade. Ce dispositif destiné à réduire les effets dynamiques du vent, au nombre de 10.000 liaisons, comportait peut-être un point faible de protection anti-incendie au niveau des plaques visco- élastiques.

Jusqu'au 11 septembre, au fur et à mesure des déménagements des locataires, le Port Authority avait entrepris de renforcer la protection incendie des planchers. Cela avait été quasiment achevé à l'endroit du crash dans la tour Nord, mais pas dans la tour Sud.

La conception des planchers est sujette à controverse sur leur rôle supposé dans l'effondrement des tours.

La légèreté des planchers et la faible résistance de la structure extérieure à l'impact des avions, semblent avoir joué un rôle positif en limitant les effets dynamiques. Le sommet de chaque tour ne s'est déplacé que de 8 mètres pour une masse de 190 tonnes à une vitesse comprise entre 750 et 950 km/h, constituant une force considérable. Concevoir des structures relativement légères, se déformant, avec des transferts de charges possibles lors d'un dommage majeur, est peut-être la réponse à apporter au 11 septembre.


Quatre ans après le 11 septembre, les causes de l'effondrement
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