Protéger les bâtiments, les centrales électriques et les ponts avec des métamatériaux
Nous savons que les tremblements de terre, causés par des perturbations qui se produisent en profondeur sous l’effet du mouvement des plaques tectoniques, peuvent provoquer d’immenses dégâts à la surface. Mais les vibrations transmises par le sol peuvent également provenir d’autres sources, notamment du passage des voitures et des trains, ainsi que des opérations de construction et d’exploitation minière. «En fonction de l’intensité, des caractéristiques de résonance et de la proximité de la source, ces vibrations peuvent avoir des répercussions importantes sur l’environnement bâti», explique Marianna Loli, coordinatrice du projet INSPIRE, du Grid Engineers en Grèce. «Ces répercussions peuvent aller de simples nuisances sonores à l’effondrement de bâtiments et d’infrastructures mettant en danger la vie des personnes, avec de lourdes conséquences pour la société et l’économie.»
Solutions innovantes utilisant les métamatériaux
L’objectif principal du projet INSPIRE, coordonné par l’Université technique nationale d’Athènes en Grèce et soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, était de concevoir des solutions innovantes qui permettent de mieux protéger l’environnement bâti contre les vibrations dangereuses du sol. Ces solutions ont été développées à l’aide de métamatériaux. «Les métamatériaux sont des matériaux artificiels qui n’existent pas dans la nature mais qui peuvent être fabriqués pour présenter des propriétés exceptionnelles», explique Marianna Loli. «Ils peuvent notamment rediriger les ondes sismiques afin d’atténuer les secousses structurelles.» Le projet s’appuie sur des preuves scientifiques de plus en plus nombreuses qui suggèrent que les métamatériaux peuvent améliorer la résistance des bâtiments, des ponts et d’autres infrastructures essentielles en cas de tremblement de terre. Ils pourraient également apporter des capacités supérieures d’isolation du bruit, et ainsi améliorer les conditions de vie en milieu urbain.
Faire appel à des technologies de pointe
De nouveaux concepts ont été élaborés dans le cadre d’un programme de formation novateur qui réunit huit universités européennes et onze leaders du secteur. Au total, 15 chercheurs doctorants ont été sélectionnés parmi plus de 100 candidats du monde entier, à l’issue d’un processus très compétitif. «Les chercheurs ont étudié un large éventail de concepts de métamatériaux anti-vibration dans le cadre de leurs trois années de doctorat», fait remarquer Marianna Loli. «Il s’agit notamment de constructions souterraines qui agissent comme des boucliers dotés de propriétés de dispersion, de filtrage et de guidage des ondes, de nouveaux dispositifs d’amortissement et d’absorption passive des vibrations, ainsi que de matériaux à base de graviers synthétique pour la protection les pipelines.» Les chercheurs ont également étudié d’autres innovations dont des dispositifs personnalisés de contrôle des vibrations pour optimiser la réponse sismique des ponts, et des solutions d’ingénierie ferroviaire destinées à contrôler les vibrations induites par les trains afin de minimiser le bruit dans les zones urbaines. Un autre chercheur s’est intéressé aux surfaces acoustiques et aux absorbeurs de vibrations dynamiques, adaptés à l’isolation des sons de basse fréquence. Pour développer leurs idées, les chercheurs ont eu recours à des technologies de pointe telles que l’impression 3D, ainsi qu’à des simulations numériques avancées optimisées par des superordinateurs. Ces technologies ont permis d’optimiser les conceptions et de démontrer l’efficacité des solutions proposées.
Sécurité et l’habitabilité de l’environnement bâti
Le projet INSPIRE a démontré avec succès que les métamatériaux peuvent être utilisés pour améliorer la sécurité et l’habitabilité de l’environnement bâti. «Des simulations analytiques avancées et des campagnes expérimentales à petite échelle ont permis de démontrer la faisabilité des conceptions proposées», souligne Marianna Loli. Le projet a également contribué à créer un ensemble d’algorithmes, de méthodes numériques et d’outils de traitement, qui pourront être utilisés à l’avenir par les chercheurs qui participent à des projets similaires. Des essais pilotes à grande échelle et une optimisation plus poussée des conceptions constitueront les prochaines étapes avant la mise sur le marché des solutions. «Le marché de l’isolation sismique, les entreprises qui encouragent la R&D dans le domaine de la protection structurelle, les services du secteur public et les entreprises de construction sont autant d’utilisateurs finaux potentiels», explique Marianna Loli. «Nous pensons que les résultats d’INSPIRE peuvent également contribuer à l’amélioration des lignes directrices professionnelles en matière de conception sismique.»
Mots‑clés
INSPIRE, métamatériaux, sismique, tremblements de terre, impression 3D, tectonique
