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Structures Résistantes aux Explosions

29-07-2021

Les défis de société sans cesse croissants et les changements et événements imprévus nous obligent à nous préparer à des choses qui n’étaient même pas envisagées il y a quelques années. L’explosion de Beyrouth qui a eu lieu l’an dernier et les risques terroristes qui se sont accrus au cours du siècle XXI, nous obligent à réfléchir aux moyens de protéger les personnes et les espaces non seulement pour les actions et les événements d’aujourd’hui, mais aussi pour tout ce qui pourrait se produire dans les cent prochaines années. Explosions comme à Beyrouth en 2020 ou comme dans certains scénarios terroristes, ce sont des événements qui, pour de nombreux lieux et pour de nombreuses personnes, nous devons être protégés et il est donc de plus en plus nécessaire de prévoir des lieux capables de supporter ce type d’événements en toute sécurité.

Une explosion est une expansion rapide des gaz chauds et de la matière qui s’étend pour occuper l’espace disponible. Lors d’une explosion, l’onde de propagation se déplace à une vitesse supérieure à celle du son. Les pressions induites par l'onde de choc ont un comportement logarithmique avec la première pression censée être la valeur maximale, mais par la suite cette pression descend rapidement et devient aspiration. Les valeurs absolues de pression dépendent de la chaleur de détonation du matériel, mais pas seulement. L’onde de choc sur son trajet est reflétée à la fois par d’autres particules et par les surfaces et donc la pression maximale que l’on peut sentir est bien supérieure à celle provenant de la seule explosion, pouvant être 2 à 8 fois plus grande. Dans le cas d’explosions qui sont déclenchées près du sol, comme c’est le cas de la grande majorité des explosions terroristes, le sol est le premier élément amplificateur de l’onde de choc et peut augmenter la pression d’impact de plus de 50%.

Lorsque l’onde de choc provenant de l’explosion se propage, l’air derrière l’onde de choc se propage également dans la même direction, mais avec une vitesse inférieure. Cet air va occuper l’espace laissé par l’onde de choc et produit une pression sur les surfaces appelées pression dynamique. Contrairement à la pression de l’onde de choc et de sa réflexion agissant pendant des millisecondes, la pression dynamique agit pendant quelques secondes et donc son effet sur les surfaces et les structures est complètement différent, contribuant ainsi à des déformations et à un comportement dynamique de celle-ci.

Pour déterminer une action d’explosion sur une structure ou une surface, il y a quelques étapes qui doivent être décrites comme :

  • Déterminer la chaleur de détonation en fonction de la quantité et des matériaux explosifs. Cette chaleur de détonation doit être convertie en charge équivalente en TNT pour obtenir les paramètres de l’explosion ;

  • Les distances relatives d’explosion permettant d’obtenir les pressions de crête doivent être déterminées et reflétées ainsi que les durées associées à celles-ci ;

  • A l’aide de quelques équations et graphiques existants, il faut construire le diagramme de pressions en fonction du temps pour chaque partie de la structure et pour chaque scénario d’explosion. À l’issue de cette phase, des informations relatives à la pression et à l’aspiration seront déjà disponibles pour la structure concernée ;

  • Les pressions déterminées doivent être appliquées conformément aux réglementations nationales applicables et en fonction du type et de l’importance de la structure, des analyses dynamiques et non linéaires peuvent être utilisées.

 

À titre d’exemple et de manière à obtenir une référence de valeurs de pression, dans le cas d’une explosion d’une tonne de TNT à 15 mètres d’un bâtiment de 20 mètres de haut, nous avons des valeurs différentes de pression le long de la façade du bâtiment. La pression incidente peut atteindre 530kPa dans les zones les plus proches de la façade, mais la pression réfléchie dépasse 2300kPa. Malgré les valeurs de pression élevées, celles-ci n’agissent que pendant environ 20 ms et, en tant que telles, cette courte durée doit être prise en compte dans l’analyse effectuée.

 

L’évaluation et la résistance des bâtiments et des structures face à des phénomènes accidentels extrêmes, tels que les explosions, sont de plus en plus importantes au XXIème siècle, en particulier dans les abris ou les bâtiments de grande importance. Une analyse correcte des objectifs et des scénarios permet d’assurer une plus grande sécurité aux utilisateurs, quelque chose de plus en plus important à notre époque.

 

Source: Vasilis KARLOS, George SOLOMOS, “Calculation of Blast Loads”, JRC Technical Reports
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