Protection contre les explosions : conception optimisée

Guido Lori, ingénieur spécialisé, explique en quoi les façades résistantes aux ondes de choc des explosifs constituent la nouvelle norme de sécurité et comment l'ingénierie de précision permet au groupe Permasteelisa d'intégrer une technologie de pointe en matière de résistance aux ondes de choc dans les façades de nouvelle génération, sans compromettre ni la vision architecturale ni les objectifs de réduction des émissions de carbone.

La géopolitique a fait naître des menaces imprévisibles pour la sécurité publique dans nos environnements bâtis, notamment une recrudescence des engins explosifs improvisés (EEI). Dans des centres-villes de plus en plus denses, une explosion met en danger tous les bâtiments environnants, et les façades résistantes aux ondes de choc, autrefois réservées aux sièges du gouvernement et aux ambassades, deviennent rapidement une exigence standard pour garantir la pérennité de tous les projets immobiliers emblématiques.

En cas d'explosion, la façade constitue la première ligne de défense du bâtiment. Elle doit absorber et dissiper l'énorme énergie de l'onde de choc par un mouvement rapide ou un flambage contrôlé afin de minimiser les dégâts globaux et, surtout, de protéger les vies à l'intérieur.

Le piège de la conformité

Lorsqu'il s'agit de réduire les risques liés aux explosions, de nombreux promoteurs et architectes se réfèrent systématiquement aux cadres réglementaires standard, tels que les directives de l'Autorité nationale de sécurité et de protection (NPSA). Bien que ces cadres fournissent des références essentielles, les suivre comme s'il s'agissait d'un manuel de conception peut entraîner une surdimensionnement coûteux des matériaux, impliquant davantage d'acier, du verre plus épais et des ossatures plus lourdes.

Optimisation : trouver le juste équilibre entre esthétique, durabilité et sécurité

Notre approche en matière de conception de murs-rideaux sur mesure résistants aux explosions repose sur des systèmes à degrés de liberté multiples (MDOF) : nous utilisons des calculs précis pour prédire le comportement réel de la façade. En nous appuyant sur des données techniques précises, nous pouvons concevoir des profilés plus fins et plus légers qui réduisent considérablement le carbone intrinsèque par rapport aux spécifications traditionnelles en matière de résistance aux explosions, tout en validant la capacité de la façade à gérer intelligemment des charges dynamiques extrêmes.

Cette approche technique axée sur la performance nous permet de trouver un équilibre essentiel entre l’envergure architecturale et les niveaux de protection, afin de rendre une façade renforcée contre les explosions compatible avec des éléments de conception tels que les ouvertures et les lamelles de verre. Par exemple, en contrôlant avec précision le sens d’ouverture, en limitant l’angle d’ouverture maximal, en déployant plusieurs couches de revêtement et en recourant à un renforcement localisé des ferrures, nous pouvons intégrer des ouvertures manœuvrables même dans une façade conçue pour faire face à une « menace maximale ».

Science des matériaux et composants dissipatifs

Une explosion libère de l'énergie chimique qui se propage de manière hémisphérique, et les matériaux se comportent de manière radicalement différente sous l'effet de ces vitesses de charge dynamiques extrêmes. Notre approche technique vise à trouver un équilibre entre trois facteurs : préserver l'intégrité structurelle des éléments de charpente, atténuer les risques liés aux projections de verre et minimiser la charge transmise à la structure principale du bâtiment. Pour y parvenir, il est toutefois nécessaire de modéliser simultanément tous les composants afin de rendre compte de leurs interactions mutuelles complexes.

Modélisation et essais à l'échelle du système complet

Afin d'aller au-delà des normes habituelles, qui traitent les éléments de manière isolée, notre plateforme interne Testudo prend en compte l'interaction dynamique entre le vitrage, l'ossature et les fixations comme un phénomène global et unifié à l'échelle de l'ensemble du système. Ce logiciel sur mesure s'appuie sur une méthodologie validée par des pairs et publiée dans plusieurs communications de congrès et revues universitaires.

Testudo permet à nos équipes de concevoir des solutions de protection contre les explosions très réalistes et rentables pour diverses typologies, notamment les façades modulaires, les systèmes à ossature, les structures câblées et les systèmes de façades à cavité fermée (CCF). Chaque système est conçu sur mesure et adaptable à des profils de menace moyens, élevés ou extrêmes, et testé sur demande pour répondre aux normes reconnues en matière de résistance aux explosions. Nous calibrons en permanence nos modèles numériques à l'aide de données physiques, allant des essais de matériaux au niveau des composants jusqu'aux essais d'explosion à grande échelle sur des unités de façade complètes.

Nouveaux composants

Afin d’éviter que les vitrages ou les dalles de béton principales ne subissent le plus gros de l’impact, nous avons également mis au point un « support dissipatif » breveté, un composant innovant qui reste rigide sous les charges de vent quotidiennes, mais qui est conçu pour « céder » sous l’impulsion extrême d’une onde de choc. En permettant au support d’absorber et de dissiper l’énergie grâce à une déformation contrôlée, il atténue la transmission vers la structure principale du bâtiment et évite une rupture catastrophique des vitrages.

Partenariats en matière de R&D

Outre nos ingénieurs spécialisés internes qui travaillent dans ce domaine et contribuent directement à nos projets, nous entretenons des partenariats à long terme avec des universités du monde entier afin de garantir que nos conceptions s'appuient sur les recherches universitaires et les avancées en science des matériaux les plus récentes. Cela inclut notamment :

• Imperial College London (Royaume-Uni) : Étude des propriétés des couches intermédiaires et des matériaux de structure soumis à des contraintes élevées.
• Université HafenCity de Hambourg (Allemagne) : Approfondissement des connaissances sur la résistance de conception du verre et les essais sur les supports dissipatifs
  Université de Melbourne (Australie) : Étude du comportement du verre après fissuration, des interactions structure-milieu (amortissement aéroélastique) et des modes de rupture du verre feuilleté.
• Université de Cranfield (Royaume-Uni) : Étude de la relaxation de cisaillement intercouche sous des charges extrêmes.
• Université de technologie de Sydney (Australie): Analyse des profilés à rupture thermique.
• Université technique de Dresde (Allemagne) : Étude de l'interaction entre la façade et la structure du bâtiment sous l'effet de charges d'explosion.

L'analyse de rentabilité

Une façade optimisée et résistante aux explosions constitue une stratégie commerciale à long terme qui génère de la valeur tout au long du cycle de vie d'un bien immobilier. La conception d'un bâtiment capable d'absorber de manière dynamique l'énergie d'une explosion réduit considérablement son profil de risque, ce qui est directement pris en compte par les assureurs sous la forme d'une baisse des primes à long terme.

Lors des attentats à la bombe qui ont frappé le quartier financier britannique dans les années 1990, les pertes financières les plus importantes ont résulté de l’interruption des activités plutôt que de l’effondrement des structures. Une façade optimisée limite les dommages structurels en cas d’incident, protégeant ainsi le bien immobilier et, surtout, les vies humaines. Elle permet également de reprendre efficacement les activités.

Les leaders mondiaux

Grâce à notre technologie de pointe, nous avons à ce jour conçu, fabriqué et installé avec succès plus de 50 grandes façades résistantes aux explosions à travers le monde, parmi lesquelles figurent certains des monuments architecturaux les plus emblématiques et les plus sécurisés, notamment :

• New York : One Vanderbilt, Hearst Tower, Hudson Yards, 3 World Trade Center, l'aéroport LaGuardia et One Bryant Park.
• Londres : Salisbury Square, London Wall Place, le siège de Bloomberg, 99 Bishopsgate, 52 Lime Street (The Scalpel) et 8 Canada Square.
• Monuments emblématiques à travers le monde : KL118 (Kuala Lumpur), Lex 2000 (Bruxelles), le Palais de Justice de Paris (Paris), l'ambassade des États-Unis (Pékin), l'aéroport international O'Hare (Chicago), les tribunaux du Commonwealth (Melbourne) et les bureaux du gouvernement central (Hong Kong).

Pour en savoir plus sur la manière d'aller au-delà de la simple conformité et d'évoluer vers une ingénierie intelligente et optimisée, n'hésitez pas à nous contacter à l'adresse g.lori@permasteelisagroup.com.