208 - Structures sous charges extrêmes, face aux changements climatiques

Accueil des participants et ouverture du colloque

Accueil des participants et mot d'ouverture

Aléas et structures sous charges climatiques

Cette session de communications orales est consacrée aux aléas naturels et aux comportement des structures sous les charges climatiques extrêmes

• Communication orale 09 h 00
  Aléas naturels: Modélisation et évaluation pour les besoins du génie des structures
  Luc Chouinard (Université McGill)
• Communication orale 09 h 25
  Modélisation du risque d'incendie de forêt pour les bâtiments dans les zones périurbaines
  Ahmad Abo El Ezz (ÉTS - École de technologie supérieure)
• Communication orale 09 h 50
  Impacts des crues et de la glace sur les infrastructures : Avancées en modélisation et en prévision
  Clément Billy (Polytechnique Montréal), Huang Can (Polytchnique Montréal), Julien Lafon (Polytechnique Montréal), Ahmad Shakibaeinia (Polytechnique Montréal)

  Les crues et les phénomènes liés à la glace comptent parmi les forces les plus complexes et destructrices affectant les infrastructures, nécessitant des approches robustes, précises et efficaces pour leur prévision et leur atténuation. Les méthodes de modélisation traditionnelles peinent souvent à reproduire les interactions dynamiques entre les crues, la rupture des glaces et le transport des débris, en particulier dans des conditions extrêmes. Dans cette présentation, nous explorerons les avancées récentes en modélisation numérique sans maillage, basée sur des particules, et renforcée par le calcul haute performance (HPC) et des techniques d’intelligence artificielle. Ces innovations permettent une quantification plus précise des impacts des crues et de la glace sur les structures, ouvrant ainsi la voie à une meilleure évaluation des risques et à la conception d’infrastructures plus résilientes.

• Communication orale 10 h 45
  Évaluation de la résilience des systèmes d’approvisionnement en eau potable de la région du Grand Montréal face aux séismes
  Francoise Bichai (Polytechnique Montréal), Simon Dufort (Polytechnique Montréal), Samuel Yniesta (Polytechnique Montréal)

  Les réseaux de conduites de distribution d’eau potable sont particulièrement vulnérables aux déformations du sol causées par les séismes. Cette vulnérabilité expose les systèmes d’approvisionnement en eau du Grand Montréal à des dommages potentiellement sévères, pouvant entraîner une chute de pression dans les réseaux affectés et, dans certains cas, une réduction voire une interruption de l’approvisionnement en eau pour les usagers. Cette conférence présente une approche visant à évaluer la résilience des réseaux de distribution d’eau potable face aux séismes. Elle repose sur une analyse probabiliste des dommages potentiels aux conduites lors de séismes, tout en intégrant l’incertitude épistémique associée aux modèles de fragilité existants. Elle permet d’analyser les répercussions de ces dommages sur les fonctions essentielles des systèmes d’approvisionnement en eau, soit l’approvisionnement en quantité et pression suffisante pour répondre aux besoins des usagers, la lutte contre les incendies et le maintien de la qualité de l’eau. Les pertes de chaque fonction sont quantifiées, puis exploitées pour développer un indicateur de la résilience sismique des systèmes d’approvisionnement en eau. Une étude de cas réalisée sur le réseau de conduites d’une municipalité de taille moyenne de la région du Grand Montréal met en évidence l’importance de renforcer la résilience sismique des systèmes d’approvisionnement en eau potable de la région.

• Communication orale 11 h 15
  L'Intelligence artificielle au service de l'ingénierie du vent : solutions innovantes et exemples concrets
  Seyedeh Fatemeh Mirfakhar (École de technologie supérieure), Foad Mohajeri Nav (école de technologie supérieure), Reda Snaiki (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Cette présentation met en lumière l'impact significatif de l'Intelligence Artificielle (IA) dans le domaine de l'ingénierie du vent et de l'interaction fluide-structure (IFS), offrant des solutions à la fois efficaces et précises pour relever des défis complexes. Face aux méthodes traditionnelles, telles que les essais en soufflerie et les simulations numériques, souvent coûteuses en ressources, l'IA se présente comme une alternative puissante, axée sur les données, pour anticiper les effets induits par le vent sur les structures. Nous explorerons deux exemples concrets illustrant cette démarche innovante : d'une part, l'application de cadres d'apprentissage automatique hybrides, combinant auto-encodeurs et réseaux de longue mémoire à court terme (LSTM), pour simuler la réponse temporelle complète des ponts à longue portée soumis au vent turbulent. D'autre part, nous étudierons l'utilisation de modèles d'IA pour prédire avec exactitude les distributions de pression du vent sur les façades de bâtiments de grande hauteur. En intégrant la Décomposition Orthogonale Propre (POD) pour la réduction de dimension et en exploitant les réseaux LSTM, le cadre parvient à fournir des prévisions fiables des pressions du vent même avec un déploiement de capteurs limité. En adaptant l’algorithme de décomposition QR à ces contraintes, elle optimise le placement des capteurs pour assurer un équilibre optimal entre précision et faisabilité pratique.

Communications par affiches (posters)

Exposition d'affiches

• Communication par affiche 11 h 01
  Colonne mixte acier-béton et sa connexion adaptée à la technologie de construction accélérée des ponts (ABC) dans les régions sismiques.
  Munzer Hassan (ÉTS - École de technologie supérieure), Mohammadreza Kenarkoohi, (Éole de technologie supérieure), Sahar Mokhtari (ÉTS), Mohammadreza Moradian (École de technologie supérieure)

  La construction accélérée des ponts (ABC) offre une solution prometteuse en utilisant des composants préfabriqués pour réduire le temps de construction sur site, minimiser les perturbations du trafic et améliorer la sécurité. Cependant, bien que l’ABC soit largement adopté, des défis subsistent dans la conception de connexions fiables, en particulier dans les régions sismiques où l'intégrité structurelle dépend de la capacité portante et de la dissipation d'énergie de la connexion. De plus, le coulage du béton frais dans la connexion peut être impossible lorsque les températures sont inférieures à zéro au moment de la construction.

  Cette recherche présente une colonne de pont préfabriquée en acier enrobé de béton et sa connexion à une semelle préfabriquée, conçue pour améliorer la durabilité, la performance sismique et la constructibilité dans les climats froids. Le système proposé comprend une connexion colonne-semelle composite constituée d'une section en I en acier encastrée dans une colonne préfabriquée en béton et dans une semelle préfabriquée. La colonne et la semelle sont reliées à l'aide de plaques et de boulons, stabilisant le système avant que du béton frais ne soit coulé autour des sections en acier et de l’armature pour compléter la structure. Le système proposé est idéal pour les climats froids et l’ABC, permettant un assemblage boulonné toute l'année sans retard dû aux restrictions en temps froid.

• Communication par affiche 11 h 01
  Estimation de la fiabilité sismique des ponts isolés à la base au Canada en incluant l’effet des basses températures selon une approche probabiliste
  Lotfi Guizani (ÉTS), Mohamad Nassar (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Les ponts, bien qu’importants, sont vulnérables aux séismes. L’isolation sismique à la base (IS) est une solution efficace, mais les méthodes actuelles, reposant sur le calcul aux bornes limites, ne tiennent pas compte de la probabilité simultanée des séismes et des températures basses, ce qui peut conduire à des conceptions non-optimales. Cette recherche propose une approche probabiliste pour estimer la fiabilité sismique des ponts isolés à la base au Canada, en tenant compte de la variabilité des propriétés hystérétiques, de l’aléa sismique et d’autres facteurs aléatoires. La méthode Monte-Carlo est appliquée à un pont typique, en analysant deux états limites : la défaillance de la pile et le déplacement de l'IS. Les résultats montrent que la fiabilité dépend principalement de l’aléa sismique et du déplacement de l’IS, plutôt que de la température. L’étude introduit un modèle continu de l’aléa sismique et une méthode pour transformer la température ambiante en température effective de l'IS.

• Communication par affiche 11 h 01
  Analyse du potentiel de l'aluminium québécois pour les pylônes de transport d'électricité à travers l'évaluation environnementale et économique du cycle de vie
  Ben Amor (U. de Sherbrooke), Rozensky Joseph (UdeS - Université de Sherbrooke), Sébastien Langlois (U. de Sherbrooke)

  L'aluminium, deuxième métal le plus utilisé après l'acier, se distingue par sa légèreté, sa résistance à la corrosion et son extrusion. Bien qu'il soit couramment employé dans divers secteurs, son utilisation dans le transport d'électricité se limite principalement aux conducteurs. Son coût initial élevé et sa production énergivore freinent son utilisation dans la fabrication des pylônes. Toutefois, avec l'optimisation des pièces et assemblages en aluminium, ce matériau devient une alternative prometteuse à l'acier, pour fabriquer les pylônes. Cette étude propose une analyse environnementale et des coûts du cycle de vie comparative d'un pylône en aluminium et en acier pour une ligne de transport de 120 kV, en suivant les normes ISO 14040 et 15686-5. Les résultats montrent que les performances globales du pylône en aluminium sont en général comparables à celles de son équivalent en acier en termes d'impacts environnementaux et de coûts sur l'ensemble de son cycle de vie.

• Communication par affiche 11 h 01
  Réponse numérique de murs de soutènements gravitaires: résultats d'étude par différences finies
  Mourad Karray (U. de Sherbrooke), Sabahat Ali Khan (UdeS - Université de Sherbrooke), Patrick Paultre (U. de Sherbrooke)

  Cette affiche présente une synthèse des recherches passées et actuelles sur les pressions sismiques des terres sur les murs-poids, retenant des remblais sans cohésion, avec une attention particulière aux études portant sur le déphasage entre l'inertie maximale du mur et les incréments de poussée dynamique des terres. Dans cette analyse, le comportement du sol est supposé élasto-plastique avec le critère de rupture de Mohr-Coulomb. Le mur de soutènement en béton est représenté par un modèle élastique linéaire. Des contacts rugueux parfaits ont été considérés entre la section du mur-poids et le sol de remblai. Le modèle de réduction du module de cisaillement et d'amortissement SIG4 a été utilisé pour réaliser l'analyse dynamique. Les résultats d'une étude paramétrique FDM via le code FLAC sont présentés concernant la dépendance de la réduction de poussée sismique résultante – agissant sur le temps d'inertie maximale du mur – sur la rigidité du remblai et des fondations. Les résultats numériques ont été comparés et vérifiés avec les résultats d'essais en centrifugeuse disponibles, démontrant une forte concordance entre les résultats simulés et expérimentaux. Ces résultats corroborent les résultats expérimentaux et numériques antérieurs, renforçant la fiabilité de la méthodologie. L’étude souligne le rôle critique de l’interaction sol-structure et de la rigidité des matériaux dans la pression sismique des terres, offrant des perspectives applicables à la conception et à l’analyse des systèmes de soutènement gravitaire sous charge sismique.

• Communication par affiche 11 h 01
  Traînée descendante induite par la liquéfaction sur les fondations sur pieux : mécanismes, impacts et stratégies d'atténuation - un aperçu
  Amir Abdelaal, Mourad Karray (U. de Sherbrooke)

  La trainée descendante induite par la liquéfaction sur les fondations sur pieux est une préoccupation majeure en géotechnique, notamment dans les régions à risque sismique. Cette revue examine de manière critique les recherches existantes sur ses mécanismes de formation dûs à la génération, à la dissipation et à la reconsolidation d'une pression interstitielle excessive. Une synthèse des approches de modélisation numérique et des résultats expérimentaux de la littérature apporte un éclairage sur le comportement des fondations sur pieux en conditions de sols liquéfiables, en mettant l'accent sur le concept de plan neutre et son rôle dans la répartition des charges axiales. Cette revue évalue également diverses stratégies d'atténuation, notamment des techniques d'amélioration des sols et des modifications de conception des pieux, afin d'améliorer les performances des pieux dans de tels sols liquéfiables. En consolidant les avancées récentes et en identifiant les lacunes de la recherche, cette étude contribue au développement continu des méthodologies de conception géotechnique pour la résilience sismique.

• Communication par affiche 11 h 01
  Caractérisation dynamique des bâtiments de grande hauteur : analyse modale expérimentale d’un bâtiment à Montréal
  Ahmad Abo El Ezz (ÉTS), Rola Assi (ÉTS), Cyrielle Seymaux (ÉTS - École de technologie supérieure), Guillaume Sieprawski (NCK)
• Communication par affiche 11 h 01
  Comportement dynamique des clochers en maçonnerie non armée : de la vibration ambiante à une modélisation améliorée pour une résilience accrue
  Rola Assi (ÉTS), Jimmy-Lee Mc Lellan (ÉTS - École de technologie supérieure), Jean-Philippe Ouellet (Cosigma)
• Communication par affiche 11 h 01
  Évaluation de l’impact dynamique de la glace sur les piliers des évacuateurs de crue à travers leur réponse en déplacement. – Étude de cas
  Rola Assi (ÉTS), Alexis Bonne (Hydro-Québec), Michelet Jn Pierre (ÉTS - École de technologie supérieure)

  L’objectif de cette recherche est de quantifier la force d’impact dynamique de la glace sur les piliers des évacuateurs de crue en s’appuyant sur leur réponse maximale en déplacement. Les piliers sont modélisés comme un système à trois degrés de liberté, soumis à une impulsion rectangulaire représentant une force constante appliquée pendant une courte durée. La résolution analytique de l’intégrale de Duhamel permet de calculer la réponse en déplacement des piliers selon leurs caractéristiques mécaniques, telles que la rigidité et la fréquence propre. La force dynamique est ensuite déterminée à l’aide de la loi de Hooke. Les résultats obtenus sont comparés à ceux des approches conventionnelles, comme celles de la norme CSA-S6 et du guide d’Hydro-Québec, reposant sur la contrainte effective de la glace pour le calcul de cette force. Cette méthode, basée sur le déplacement des piliers, reflète mieux le comportement dynamique global de la structure lors des impacts.

• Communication par affiche 11 h 01
  Isolation sismique des ponts en régions froides par la combinaison Appui fretté-Amortisseurs métalliques en U : Validation expérimentale et numérique des amortisseurs
  Najib Bouaanani (Polytechnique Montréal), Lotfi Guizani (ÉTS), Charles Rossignol (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Les amortisseurs métalliques en U (UD) offrent une solution hybride, très peu sensible aux basses températures, pour améliorer la faible capacité de dissipation d’énergie des appuis de ponts frettés (NRB) en vue de l’isolation sismique. Cette étude vise à caractériser leur comportement sous chargement cyclique, en combinant essais expérimentaux et modélisations numériques.

  Des tests ont été réalisés sur deux configurations d'UD faits de 3 aciers locaux afin d’analyser leur réponse hystérétique et d’explorer leur résistance à la fatigue, causée par les cycles de déplacement non sismiques. Ces résultats ont été confrontés aux simulations numériques réalisées sous Abaqus afin de valider la méthodologie de modélisation et d’affiner la compréhension du comportement inélastique des UD.

  L’affiche mettra en avant les résultats des essais expérimentaux, les comparaisons avec les prédictions numériques et les perspectives de recherche, notamment en fatigue et en optimisation géométrique.

• Communication par affiche 11 h 01
  Modélisation numérique de l’impact d’un véhicule sur un tablier de pont
  Najib Bouaanani (Polytechnique Montréal), Paul Gouézec (Polytechnique Montréal)
• Communication par affiche 11 h 01
  Réponse dynamique des structures aux charges induites par les inondations
  Najib Bouaanani (Polytechnique Montréal), Maxence Nicq (Polytechnique Montréal), Jianguo Wang (Polytechnique Montréal), Léa Zheng (Polytechnique Montréal)

Dîner et tour des affiches

Structures sous charges sismiques

Cette session de communications orales est consacrée aux structures sous charges sismiques

• Communication orale 12 h 45
  Dimensionnement assisté par ordinateur : du rêve à la réalité ? – Développement de l’Overall Interaction Concept (O.I.C.)
  Nicolas Boissonnade (Université Laval)
• Communication orale 13 h 20
  Interaction sol-structure sous charges sismiques
  Mourad Karray (UdeS - Université de Sherbrooke)
• Communication orale 13 h 45
  Évaluer la performance sismique des ponts : Contrastes entre les analyses dynamiques
  Pedro Alexandre Conde Bandini (UdeS - Université de Sherbrooke), Veljko Poluga (U. Sherbrooke)

  Depuis 2014, au Canada, la norme S6 pour le calcul des ponts routiers a intégré le calcul basé sur la performance sismique comme approche principale pour la conception et la réhabilitation des ouvrages exposés aux tremblements de terre. Cette évolution vise à favoriser une meilleure communication entre les concepteurs, les propriétaires des infrastructures et les parties prenantes, afin que les décisions prises soient mieux éclairées en ce qui concerne les risques et les impacts liés aux tremblements de terre. En d’autres termes, l’approche permet de mieux évaluer les conséquences potentielles des dommages sismiques. Le principe fondamental de la conception basée sur la performance réside dans la relation entre les déformations induites par les séismes et l’endommagement qui en résulte. Il est donc primordial d’être en mesure d’estimer de façon fiable les déformations qu’une structure subit lors d’un séisme pour anticiper les éventuels dommages. Dans la norme S6, on trouve plusieurs méthodes d'évaluation de la réponse sismique qui varient en fonction de la régularité et de l’importance de la structure. Les méthodes simplifiées sont souvent privilégiées par les concepteurs en raison de la complexité des méthodes avancées. On présentera les principaux types d’analyse structurale recommandés par la norme S6. Des pistes de réflexion et des recommandations pour de futures recherches et améliorations dans ce domaine seront proposées.

• Communication orale 14 h 45
  Amélioration de la conception des composants non-structuraux pour une résilience sismique accrue : prise en compte des effets horizontaux et verticaux
  Rola Assi (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Les composants non-structuraux (CNS), également appelés composants fonctionnels et opérationnels (CFO) au Canada, sont essentiels à l'occupation des bâtiments, bien qu’ils ne fassent pas partie du système structurel primaire. Représentant plus de 70 % du coût total de construction, ils jouent un rôle clé dans la fonctionnalité post-sismique des infrastructures. Les rapports de reconnaissance post-sismique montrent que les dommages aux CNS entraînent souvent des pertes économiques plus importantes que celles des éléments structurels, révélant ainsi leur vulnérabilité et le manque de résilience des bâtiments conformes aux codes actuels.

  Une conception axée uniquement sur la sécurité des occupants est insuffisante. Il est donc crucial d’optimiser la conception sismique des CNS pour renforcer la résilience des bâtiments et limiter les pertes économiques et fonctionnelles. La performance sismique des CNS dépend de multiples facteurs interconnectés, mettant en évidence les lacunes des codes sismiques actuels, souvent fondés sur des approches empiriques et ne tenant pas compte des effets des composantes verticales des mouvements du sol. Cette problématique concerne également le Code national du bâtiment du Canada (CNB), qui traite ces aspects de manière incomplète.

  Dans cette conférence, nous présenterons une approche permettant de quantifier rigoureusement les demandes d'accélération horizontale et verticale exercées sur les CNS dans une conception basée sur la performance. L'accent sera mis sur l'évaluation des forces verticales appliquées aux CNS, ainsi que sur l’influence de la ductilité des attaches et du bâtiment sur leur comportement sismique. L’impact de la torsion sur les demandes sismiques sera également abordé. Une meilleure évaluation de la performance sismique des CNS permettrait de réduire les impacts socioéconomiques, financiers et environnementaux, tout en optimisant les stratégies de mitigation des risques et en renforçant la résilience des infrastructures.

• Communication orale 15 h 15
  Comportement des structures face aux séismes : de la modélisation numérique à l’expérimentation à grande échelle
  Najib Bouaanani (Polytechnique Montréal)
• Communication orale 15 h 45
  isolation sismique des ponts au Québec: particularités des régions froides avec sismicité modérée à forte
  Lotfi Guizani (ÉTS - École de technologie supérieure)

  Cette conférence discute de l'isolation sismique des ponts et des particularités de sa performance, de son application et de son optimisation dans les conditions prévalant au Québec, à savoir des basses températures combinées à une sismicité modérée à forte.

Discussion : clôture et visite de laboratoire ÉTS

Discussions et cloture du colloque

Une visite du laboratoire des structurs lourdes de l'ÉTS est proposée aux participants présents.