Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse portent sur l’analyse de la vulnérabilité sismique des canalisations enterrés d’un réseau d’alimentation en eau potable (AEP). Ceci afin de disposer d’outils fiables permettant le diagnostique et le ciblage des interventions à même de réduire le risque de perte dans ce réseau en cas de tremblement de terre. Un exemple d’application des concepts développés dans cette étude porte sur la ville de Blida qui possède une infrastructure économique importante et dont le réseau constitue un échantillon représentatif des réseaux d’AEP des villes Algériennes. Ce réseau a été mis sous Système d’Information Géographique (SIG) afin de permettre une lecture aisée des différents résultats. Deux approches ont été utilisées pour appréhender ce problème de vulnérabilité, une approche statistique et une approche numérique. L’approche statistique utilise le retour d’expérience sismique comme base et a permis de d’identifier les paramètres ayant une influence sur le comportement sismique d’un tronçon de canalisation. Des coefficients de pondération ont été déterminés à partir d’analyse de données post sismique ce qui a conduit à la définition d’un indice de vulnérabilité. Ce dernier permet une classification des canalisations enterrées en fonction de leur vulnérabilité. Des courbes de vulnérabilité sont également proposées. L’approche numérique utilise le concept de macroéléments pour modéliser le comportement d’une canalisation enterrée sous sollicitation sismique en considérant l’interaction sol-conduite. Les champs proches et lointains sont considérés à travers un macroélément, de même que le comportement du joint entre deux tronçons. Une stratégie de calcul a été élaborée et testée sur un exemple de conduite. Les résultats obtenus décrivent le comportement réel des tuyauteries lors d’un tremblement de terre. Ils permettent d’affiner les coefficients de l’approche statistique et les calculs pourront être utilisés pour construire les courbes de vulnérabilité / Within this work, seismic vulnerability of buried pipelines is investigated. This is to provide reliable tools allowing the diagnosis and the targeting of interventions that can reduce the risk of loss in the water network in case of an earthquake. A case study focused on the city of Blida is analyzed in order to apply the developed concepts herein. Blida has a large economic infrastructure and its water network is a representative sample of the water supply systems of Algerian cities. This network was put under a Geographic Information System (GIS) to allow easy interpretation of the different results. Two approaches were used to study this vulnerability problem, a statistical method and a numerical method. Thestatistical approach uses the seismic feedback experiences as a basis to identify the parameters that have an influence on the seismic behavior of a pipe. Weighting factors are determined too, allowing the definition of a vulnerability index. This one enables the classification of buried pipelines according their vulnerability. Vulnerability curves are also proposed. The numerical approach uses the concept of macro element to model the behavior of a buried pipeline under seismic solicitation taking into account the soil structure interaction. Far field and near field are considered through the use of a maco element, another macoelement is developed for the joint between two pipes. A computational strategy is developed and tested on a sample. The results describe the behavior of pipes during an earthquake. They allow a refinement of the statistical approach coefficients and the methodology can be used to build vulnerability curves.

Des 2672 ponts à portées multiples de la province de Québec, plus de 60 % sont de type poutre longitudinale en béton armé ou en acier. De par leur âge avancé et le manque de dispositions de dimensionnement parasismique, ces ponts peuvent être vulnérables aux futurs événements sismiques. Dans le but de réduire le risque sismique et de prévenir l'in-terruption du réseau des transports, ce qui engendrerait de graves conséquences pour la province de Québec, cette étude propose le remplacement des appareils d'appui conven-tionnels habituellement utilisés au Québec par des isolateurs sismiques en caoutchouc naturel. La vulnérabilité de classes typiques de ponts réhabilités avec les dispositifs d'iso-lation sismique est évaluée à partir du développement de courbes de fragilité. Des analyses non linéaires temporelles avec des modèles analytiques détaillés ont été conduites autant pour les configurations typiques des ponts continus (MSC) que pour des ponts simplement appuyés (MSSS) à portées multiples. La comparaison entre la fragilité des ponts tels que construits et des ponts isolés a aussi été menée. Les courbes de fragilité pour les ponts réhabilités constituent un outil puissant pour l'évaluation de l'impact d'une méthode de réhabilitation sur la performance des différentes classes des ponts et soutiennent la décision de priorisation pour la réhabilitation des structures déficientes. En utilisant les principes de l'analyse statistique des essais, une étude analytique de sensibilité a révélé que les para-mètres qui influencent le plus la réponse des composantes critiques des ponts du type MSC et MSSS sont : la rigidité effective des isolateurs sismiques, la rigidité des culées et l'écart entre le tablier et les culées, et aussi des variations dé la géométrie des différentes classes de ponts et la variabilité du contenu fréquentiel des tremblements de terre. Cette étude de sensibilité semble indiquer que la variation des propriétés de certains paramètres tels que l'amortissement structural, la masse du pont et l'angle de biais peut avoir un impact sur la réponse des ponts considérés et ces paramètres doivent être examinés attentivement lors de l'évaluation de la vulnérabilité sismique des portfolios de ponts de types MSC et MSSS. Une étude comparative pour évaluer l'impact de l'isolation sismique dans la réponse des composantes critiques des ponts en béton armé de types MSC et MSSS a été réalisée en utilisant une série de tremblements de terre artificiels compatibles avec un aléa sismique de risque uniforme avec une probabilité de dépassement de 2 % en 50 ans. L'utilisation d'isolateurs sismiques s'est montrée efficace pour la réduction de la demande en courbure dans les colonnes, mais elle a un impact négatif sur la demande en déformation au niveau des murs des culées, considérant qu'aucun dispositif spécial n'est mis en place pour tenir compte des écarts minimaux pour les ponts isolés. Des résultats d'essais réalisés sur des isolateurs sismiques carrés de différents facteurs de forme et tailles ont été utilisés pour tenir compte de l'incertitude dans leurs propriétés mécaniques. Des essais de stabilité ont été réalisés sur des isolateurs sismiques moyennement élancés et un modèle par éléments finis, calibré sur les résultats expérimentaux, a permis la détermination des états limites de capacité des isolateurs sismiques en caoutchouc naturel. La comparaison de la fragilité des composantes clés du système a été effectuée et les résultats révèlent que, grâce à l'isolation sismique, une diminution significative de la probabilité de dommage pour les colonnes et les fondations a été observée. Cependant, à cause du manque d'écart suffisant entre les tabliers et les murs en aile des culées, la probabilité de dommage de cette composante a été augmentée et elle contrôle la fragilité du système pour toutes les classes de ponts évaluées. Généralement, les ponts en béton armé sont plus vulnérables que les ponts en acier. Ceci est dû à la plus grande masse de la superstructure impliquée dans la réponse sismique. Les résultats de cette recherche peuvent être utilisés pour établir des cartes de risque régionales, comme aide à la priorisation pour la réhabilitation, et ils constituent la base des analyses des coûts et bénéfices pour la réhabilitation.

Les courbes de fragilité sont utilisées pour évaluer la vulnérabilité sismique des ponts à travées multiples dans la province du Québec. Les courbes de fragilité sont un outil probabiliste pour évaluer la vulnérabilité d'une structure. Elles expriment la probabilité qu'un pont puisse atteindre un état d'endommagement spécifique produit par un événement sismique. En raison de leur aspect probabiliste, les courbes de fragilité permettent de tenir compte des incertitudes sur certaines propriétés des ponts ou sur l'excitation sismique. L'histoire de l'activité sismique dans la province du Québec démontre la nécessité de tenir compte des effets sismiques dans l'évaluation et la rénovation des ponts existants. Les dommages causés par les tremblements de terre au cours des dernières décennies ont montré que la vulnérabilité sismique d'un réseau de transport est principalement liée aux ponts. Le réseau de ponts au Québec est âgé de plus de 30 ans. Au moment où il a été conçu et construit, la technologie et les connaissances dans le domaine sismique étaient loin de leur état actuel. La méthode d'évaluation des risques sismiques utilisant les courbes de fragilité est d'abord utilisée pour estimer la vulnérabilité sismique d'un pont routier spécifique. Le pont étudié est le pont Chemin des Dalles situé à Trois-Rivières au Québec sur l'autoroute 55. Les données des essais dynamiques sur place sont utilisées pour calibrer un modèle tridimensionnel non linéaire par éléments finis avec le logiciel OpenSees. Une série de 180 accélérogrammes artificiels compatibles avec l'est du Canada est utilisée pour représenter les incertitudes liées à l'aléa sismique. Des analyses temporelles sont effectuées avec ces accélérogrammes et leurs résultats ont été utilisés pour effectuer une régression linéaire dans l'espace log-normal afin de définir les modèles probabilistes de demande sismique des composantes du pont. Les états limites des composantes du pont, par exemple les culées, les appareils d'appui ou les poteaux sont choisis en fonction des types d'endommagements observés sur les ponts qui ont subi des tremblements de terre passés. Des informations ont également été trouvées dans la littérature pour définir les états limites pour les culées et les appuis élastomériques. En plus de ces données, des analyses de mécanique d'endommagement ont permis de définir les états limites pour les poteaux. Finalement, un ensemble de courbes de fragilité pour le pont tel que construit est développé par combinaison de la demande et des modèles de capacité en utilisant la méthode d'échantillonnage de Monte Carlo. Même si l'évaluation d'un pont spécifique est une source précieuse d'information, celle-ci est limitée à la singularité de la structure. Pour permettre l'évaluation de l'ensemble du réseau routier au Québec, pas uniquement un mais l'ensemble des ponts doit être pris en compte. Les ponts au Québec ont été construits pendant 300 ans. En utilisant la base de données de Transports Québec, 2672 ponts à travées multiples ont été identifiés. La population des ponts à travées multiples du réseau est présentée, et un pont moyen de référence est défini. Ensuite, avec quatre accélérogrammes différents de la série, des analyses déterministes temporelles sont effectuées sur ce pont, illustrant la variabilité de l'aléa sismique. En utilisant le pont de référence moyen et l'accélérogramme qui a le plus d'effets, trois types de piliers de pont sont testés afin de vérifier l'importance de ce paramètre sur la réponse du pont. Deux types de culée seat-type sont également examinés, un type avec des fondations superficielles et l'autre avec des fondations profondes avec pieux. Deux types de fondation des piliers sont examinés : une fondation superficielle avec semelles et une fondation profonde avec pieux. Conformément à la classification des sols dans le CAN/CSA-S6-06, relative à la classification figurant dans le CNBC 2005, quatre types de sols sont utilisés pour évaluer leur influence sur le comportement du pont de référence. La description de la totalité des ponts du réseau se poursuit avec leur classement et la détermination des paramètres importants pour une analyse sismique. Pour classer les ponts dans des classes ou portefeuilles, les ponts à travées multiples sont séparés selon le type de système structural et le type de matériau. D'autres paramètres liés à la géométrie, au matériau et à certaines de leurs variantes sont évalués afin de mieux décrire chaque classe de pont. Une analyse de variance, ANOVA, est réalisée pour déterminer les paramètres importants définissant les incertitudes pour chaque classe de pont typique. Un modèle numérique tridimensionnel non linéaire par éléments finis est développé pour chaque classe de ponts, et ces modèles sont ensuite soumis à une série d'accélérogrammes. Les réponses de certains éléments du pont sont analysées et une régression linéaire est effectuée afin de développer les modèles probabilistes de demande sismique (PSDM). L'ensemble des PSDM est comparé aux états limites prédéfinis des composantes du pont, qui définissent les modèles probabilistes de capacité sismiques (PSCM), afin de développer les courbes de fragilité de la totalité du pont.

Les barrages-poids en béton sont des structures essentielles afin de régulariser les apports en eau potable, la gestion des bassins hydrologiques et la génération d'électricité. Par contre, la plupart des barrages-poids, au Québec, ont été conçus et construits au cours du dernier siècle avec des méthodes d'analyse et des forces sismiques qui sont jugées inadéquates aujourd'hui. En effet, au cours des dernières décennies, les connaissances en sismologie, en dynamique des structures et en génie parasismique ont grandement évolué, rendant nécessaire la réévaluation des barrages existants afin d'assurer la sécurité du public. Actuellement, des méthodes déterministes, utilisant des facteurs de sécurité, sont utilisées pour évaluer la sécurité des barrages. Cependant, étant donné le caractère aléatoire des sollicitations sismiques et des incertitudes sur les matériaux et propriétés d'un barrage, les méthodes probabilistes se révèlent plus adaptées et deviennent de plus en plus populaires. L'une de ces méthodes est l'utilisation de courbes de fragilité. Ces courbes sont des fonctions permettant de représenter la probabilité d'endommagement ou de rupture d'une structure pour toute une gamme de chargement. Ce projet de recherche présente donc le développement de courbes de fragilité pour évaluer la vulnérabilité sismique de barrage-poids en béton. La méthodologie est appliquée à un barrage spécifique, le barrage-poids aux Outardes-3, le plus grand barrage-poids en béton au Québec. La méthode des éléments finis est utilisée pour modéliser ce barrage et prendre en compte les différentes interactions entre le barrage, le réservoir et la fondation. De plus, des résultats d'essais dynamiques in situ sont utilisés pour calibrer le modèle numérique. Les courbes de fragilité sont ensuite générées à l'aide d'analyses dynamiques temporelles non linéaires afin d'évaluer deux états limites d'endommagement : le glissement à la base du barrage et le glissement aux joints de reprise dans le barrage. Les incertitudes associées aux paramètres de modélisation et à la sollicitation sismique sont incluses dans l'analyse de fragilité et ces sources d'incertitudes sont propagées à l'aide d'une méthode d'échantillonnage. Une étude de sensibilité est également réalisée afin de déterminer les paramètres de modélisation ayant une influence significative sur la réponse sismique du système. L'incertitude associée à la variation spatiale des propriétés du barrage est également prise en compte et est modélisée à l'aide de champs aléatoires ; cette source d'incertitude peut s'avérer importante pour des ouvrages de grandes dimensions comme les barrages. Les résultats montrent que la variation spatiale des propriétés du barrage a un impact minime sur la fragilité du barrage aux Outardes-3 et qu'elle pourrait être négligée. Malgré tout, la méthodologie mise en place pour développer des courbes de fragilité applicables aux barrages-poids est efficace, pratique et donne d'excellents résultats. Par surcroît, un des grands avantages des courbes de fragilité est qu'elles permettent d'obtenir des informations quantitatives sur la vulnérabilité d'un barrage au contraire des méthodes déterministes actuelles.

Au Québec, les écoles sont situées dans une région où l’aléa sismique est considéré modéré à élevé. La majorité de ces écoles ont été construites avant les années 70 et comportent de la maçonnerie non armée (MNA) qui est un matériau à ductilité faible. Au cours des séismes passés notamment celui du Saguenay en 1988, il semble que les structures comportant de la MNA constituent le type de structure le plus dangereux vis-à-vis du séisme. La performance sismique de ces écoles est alors mise en question d’autant plus que la plupart ont été construites avant l’introduction des normes parasismiques. Ce projet de recherche traite de la vulnérabilité sismique des écoles comportant de la MNA et s’inscrit à la suite d’un projet d’élaboration d’une procédure de classification des écoles dans l’Est du Canada. Il découle d’une initiative du Réseau Canadien pour la Recherche Parasismique (RCRP) qui vise des procédures d’analyse de ces bâtiments en vue d’un programme de réhabilitation d’écoles, lancé par le Ministère de l’Éducation, des Loisirs et du Sport (MELS). Une procédure à trois niveaux pour l’évaluation de la vulnérabilité sismique des bâtiments dans l’Est du Canada a été élaborée par différents chercheurs de l’Université de Sherbrooke, de l’École de Technologie Supérieure et de l’Université McGill [Nollet et al., 2012]. Partant des conclusions de cette étude et d’une revue de littérature, les efforts de la recherche développeront un niveau d’évaluation sismique complète des écoles types au Québec comportant de la MNA comme murs de remplissage. Les objectifs seront donc de proposer un modèle adéquat du comportement sismique de la MNA issue de la littérature, étudier l’influence de la non linéarité de la MNA sur la réponse dynamique de ces écoles ainsi que l’influence de l’irrégularité en plan sur la réponse dynamique de ces écoles. La démarche comprend le développement des modèles Opensees [Mazzoni et al., 2004] et la modélisation des écoles génériques sur le logiciel OpenSees (l’un des défi majeur du projet), la validation des modèles à partir de valeurs empirique et expérimentale et enfin les analyses modales et temporelles.

Dans le cadre de l'analyse et de la gestion intégrée des risques sismiques, deux approches sont proposées. La première, une méthode pseudo - adaptative de réponse modale (PSA), qui estime la réponse sismique des bâtiments à portiques, avec une précision acceptable et un temps de calcul et d'analyse réduit. En effet, dans le cadre de l'analyse de pushover multimodale (MPA), la courbe de capacité se construit sur la base d'une approche énergétique et le changement des propriétés modales après plastification est évalué à partir des vecteurs de déplacement pendant l'analyse de pushover. L'estimation des réponses en termes de déplacements absolus et relatifs, forces de cisaillement et rotations est satisfaisante comparativement aux résultats d'analyses non linéaires complètes. La seconde approche porte sur l'évaluation post-sismique des dommages structuraux à partir de dommages locaux observés. Elle est fondée sur une relation postulée entre le dommage et la probabilité résiduelle de ruine, à deux niveaux : l'étage et le bâtiment complet. Quatre portiques sont analysés et les résultats sont comparés à une approche mécanique qui estime l'endommagement du système à partir de la perte de raideur de la courbe de capacité. Les résultats obtenus montrent de bonnes estimations du niveau de dommage global. Ainsi, cette approche pourrait bien faire partie d'un outil d'aide à la décision dans le cadre des programmes d'évaluation urbaine des dommages qui requièrent des estimations simultanément rapides et précises / Within the overall framework of seismic risk analysis and management two approaches are presented. First, the Pseudo-Adaptive Uncoupled Modal Response Analysis (PSA) aims to provide improved estimates of seismic response for framed buildings, with an acceptable accuracy and a reduced calculation time duration. It relies on an energy-based equivalent displacement to develop the capacity curve and a pseudo-adaptive feature that considers changes in modal shapes after yielding, within the framework of the widely used Modal Pushover Analysis. According to the results, PSA is able to provide good estimates of structural responses such as displacements, storey drifts, shear forces and rotations, in comparison to a complete Nonlinear Time History Analysis. Second, a strategy for post-seismic evaluation of structural global damage is proposed on the basis of observed local damages and the postulation of adequate relationships between damage and residual probability of failure at two levels: a storey level prior to a building level. Three factors are proposed to reflect the influence of components damage at each of those levels. The obtained results appear as good predictions of the global damage. Accordingly, this strategy has the potential for being a first step within the implementation framework of a decision-making tool for rapid and accurate estimates of structural damages

Dans le cadre de l'analyse et de la gestion intégrée des risques sismiques, deux approches sont proposées. La première, une méthode pseudo - adaptative de réponse modale (PSA), qui estime la réponse sismique des bâtiments à portiques, avec une précision acceptable et un temps de calcul et d'analyse réduit. En effet, dans le cadre de l'analyse de pushover multimodale (MPA), la courbe de capacité se construit sur la base d'une approche énergétique et le changement des propriétés modales après plastification est évalué à partir des vecteurs de déplacement pendant l'analyse de pushover. L'estimation des réponses en termes de déplacements absolus et relatifs, forces de cisaillement et rotations est satisfaisante comparativement aux résultats d'analyses non linéaires complètes. La seconde approche porte sur l'évaluation post-sismique des dommages structuraux à partir de dommages locaux observés. Elle est fondée sur une relation postulée entre le dommage et la probabilité résiduelle de ruine, à deux niveaux : l'étage et le bâtiment complet. Quatre portiques sont analysés et les résultats sont comparés à une approche mécanique qui estime l'endommagement du système à partir de la perte de raideur de la courbe de capacité. Les résultats obtenus montrent de bonnes estimations du niveau de dommage global. Ainsi, cette approche pourrait bien faire partie d'un outil d'aide à la décision dans le cadre des programmes d'évaluation urbaine des dommages qui requièrent des estimations simultanément rapides et précises

Entre 1950 et 1970, le Québec a connu une période d’effervescence dans le domaine de la construction de bâtiments. De ce nombre se retrouvent plusieurs écoles construites avec de la maçonnerie non armée. En effet, ce matériau a servi dans la construction de murs structuraux ou non structuraux servants à faire la division des pièces dans ces bâtiments ainsi que pour isoler. Par contre, au niveau international, les murs constitués de blocs en béton ont fait mauvaise figure en subissant d’importants dommages principalement dus à un dimensionnement inadéquat. Ce programme de recherche a comme objectif principal de montrer que ce matériau pourvu d’armatures et complètement rempli de coulis permet d’atteindre les niveaux de performance escomptés. Pour y arriver, des essais sous charges cycliques à l’aide de vérins et d’un mur de réaction ont été effectués sur des murs en maçonnerie armée. Puisque les murs sont bien instrumentés, les résultats des essais ont permis d’idéaliser adéquatement le comportement des murs de maçonnerie ainsi que d’identifier les états d’endommagement pour chaque niveau de performance. À l’aide de ce modèle et de la variabilité des paramètres, la performance sismique d’une école typique de 2 étages située à Montréal a été évaluée à l’aide de courbes de fragilité selon l’analyse à bandes multiples. Afin de générer les accélérogrammes, ces derniers sont normalisés au spectre conditionné à la période fondamentale du bâtiment.

La réduction de la vulnérabilité sismique des structures existantes est un enjeu majeur. Le renforcement d'éléments par Tissus de Fibres de Carbone (TFC) offre une réponse intéressante à cette problématique. Ces travaux proposent une stratégie simplifiée de modélisation non linéaire permettant de prédire le comportement d'une structure en béton armé renforcée par TFC. Celle-ci est fondée sur l'utilisation d'éléments finis poutres multifibres ainsi que de modèles d'endommagement et de plasticité. Le confortement d'éléments en flexion et le confinement des poteaux sont étudiés. Plus spécifiquement une loi constitutive cyclique pour béton confiné est proposée. Cette loi est fondée sur deux modèles, le premier basé sur la théorie de l'endommagement et le second sur une série d'études expérimentales. Cette approche est validée à travers deux cas d'études : une pile de pont renforcée et une analyse de vulnérabilité d'un ouvrage sous sollicitations statiques (poussée progressive) et dynamiques.

Résumé : Cette juxtaposition de matériaux solides -blocs, pierres ou briques,...- liés ou non entre eux que nous appelons maçonnerie ne se comporte pas très bien vis-à-vis des forces latérales, surtout si elle n’a pas été réalisée suivant les normes parasismiques ou de façon adéquate. Cette vulnérabilité (glissement, cisaillement, déchirure en flexion, ou tout autre) vient souvent du fait même de ce processus d’empilement, des problèmes d’interaction avec le reste de la structure et aussi à cause des caractéristiques mécaniques peu fiables de certains éléments utilisés. Malgré cette défaillance structurale, la maçonnerie est encore utilisée aujourd’hui grâce à son côté traditionnel, sa facilité de mise en œuvre et son coût d’utilisation peu élevé. Depuis quelques années, la maçonnerie s’est enrichie de documents qui ont été publiés par divers chercheurs dans le but d’une meilleure compréhension des caractéristiques mécaniques des éléments et aussi, et surtout, des mécanismes de rupture des murs de maçonnerie pour une meilleure réponse face aux sollicitations sismiques. Beaucoup de programmes expérimentaux ont alors été effectués et tant d’autres sont encore nécessaires. Et c’est dans ce contexte que cette recherche a été conduite. Elle présentera, entre autres, le comportement sous charges latérales d’un mur en maçonnerie armée entièrement rempli de coulis. Ce projet de recherche fait partie d’un programme plus large visant à une meilleure connaissance du comportement sismique de la maçonnerie pour une amélioration des techniques de construction et de réparation des ouvrages en maçonnerie. / Abstract : This juxtaposition of solid materials -blocks, stones or bricks, ...- linked or not together called masonry does not behave very well towards lateral forces, especially if it has not been carried out according to seismic standards or enough adequate. This vulnerability - sliding, shearing, bending tear, or otherwise- comes often precisely because of this process of stacking, problems of interaction with the rest of the structure and also because of unreliable mechanical characteristics of used items. Despite this structural failure, masonry is still used today because of its traditional side, ease of implementation and low cost of use. In recent years, masonry was enriched with documents published by various researchers to a better understanding of the mechanical properties elements and also, above all, of the failure mechanisms masonry walls for a better response to seismic loading. Many experiences were then performed and many others are still necessary ; and therefore the Canada has for some time been involved in this adventure. And it is in this direction that goes this document. It presents, among others, the behavior under lateral loads of a reinforced masonry wall completely filled with grout. This research project is part of a broader program to a better understanding of the seismic behavior of masonry for an improvement of design and repair techniques of masonry.