Vulnérabilité sismique des constructions en terre

Rabat

N° d’ordre 2619

THÈSE DE DOCTORAT

Présentée par :

MOHAMMED ADIL EL AZREQ (Ingénieur Génie Civil E.H.T.P.)

Discipline : Physique Spécialité : Mécanique

Vulnérabilité Sismique des Constructions en Terre

Président

Omar FASSI FEHRI : Professeur de l’enseignement supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat. Secrétaire perpétuel de l'Académie Hassan II des Sciences Techniques. Encadrant

Abdallah El HAMMOUMI : Professeur de l’enseignement supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat. Examinateurs et Rapporteurs

Aomar IBEN BRAHIM : Professeur de l’enseignement supérieur, Directeur de l’Institut National de Géophysique au CNRST

Hamid BOUABID: Professeur habilité à la Faculté des Sciences de Rabat.

Kamal GUERAOUI : Professeur de l’enseignement supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat. Khalid EL HARROUNI : Professeur de l’enseignement supérieur à l’Ecole Nationale d’Architecture Membres invités

Abdellah BOUHOUCHE : Directeur des Equipements Publics. Mohamed AYEB : Directeur du laboratoire L3E.

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[1] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, A. Iben Brahim, A. El Mouraouah, M. Kerroum, K. Gueraoui, M. Kasmi, A. Birouk, IRECE, “Spectrum Response of Earthen

Buildings”, vol.1.n.4: pp 266-274, 2010.

[2] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, A. Iben Brahim, A. El Mouraouah, M. Kerroum, K. Gueraoui, M. Kasmi, A. Birouk, K. El Harrouni, “Analysis of traditional floors and

semi–rigidity of walls to floors connections ”, IRECE, vol.2.n.1: pp 22-34, 2011

[3] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, A. Iben Brahim, A. El Mouraouah, M. Kerroum, K. Gueraoui, M. Kasmi, A. Birouk, K. El Harrouni, “Seismic vulnerability of traditional earthen buildings”, IRECE, vol.2.n.5: 2011

[4] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, A. Iben Brahim, A. El Mouraouah, M. Kerroum, K. Gueraoui, M. Kasmi, A. Birouk, K. El Harrouni, “Seismic vulnerability of traditional buildings in the Medina of Fez”, IRECE, vol.3.n.3: 2012

[5] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, A. Iben Brahim, A. El Mouraouah, M. Kerroum, K. Gueraoui, M. Kasmi, A. Birouk, K. El Harrouni, “ SANSWALL: Sandblasted Armed Non-Stabilized wall of rammed earth ”, “Advanced Studies in Theoretical Physics”, Vol.7-N°1, 25-56; 2013.

[1] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, K. El Harrouni, Mini-Symposium “Principles in practice for the analysis, conservation and structural restoration of architectural heritage” during 2nd International Conference ICSA2013 Structures and Architecture du 24-26 Juillet 2013 à Guimares, Portugal sous le titre “Restoration, structural

modeling and monitoring of Cherratine Madrasa, Fez Medina”.

[2] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, A. Iben Brahim, communication à la XIème conférence internationale sur l’étude et la conservation de l’héritage architectural en Terre “TERRA 2012”, organisée au campus PUCP au Pérou du 22 au 27 avril 2012, sous le titre “Spectrum Response of Earthen Buildings”

[3] M. A. El Azreq, communication à la XIème conférence internationale sur l’étude et la conservation de l’héritage architectural en Terre “TERRA 2012”, organisé au campus PUCP au Pérou du 22 au 27 avril 2012, sous le titre “Analysis of traditional floors and

semi–rigidity of walls to floors connections ”.

[4] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, A. Iben Brahim, communication à la XIème conférence internationale sur l’étude et la conservation de l’héritage architectural en Terre “TERRA 2012”, organisé au campus PUCP au Pérou du 22 au 27 avril 2012, sous le titre “Seismic vulnerability of traditional earthen buildings”.

[5] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, K. El Harrouni, communication au 27ème month meeting “NIKER” organisé à Prague le 26 et 27 mars 2012, sous le titre ” “WP4 Optimization of design for vertical elements : Walls”.

[6] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, K. El Harrouni, communication au 27ème month meeting “NIKER” organisé à Prague le 26 et 27 mars 2012, sous le titre ” “WP5 Optimization of design for Roof”.

[7] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, K. El Harrouni, communication au 27ème month meeting “NIKER” organisé à Prague le 26 et 27 mars 2012, sous le titre ” “WP9 Knowledge based assessment Case study : Ras Cherratine Medersa”.

[8] M. A. El Azreq, A. El Hammoumi, A. Iben Brahim, communication au GEM North-Africa Kick-off Workshop organisé à CNRST à Rabat le 26 et 27 mai 2011, sous le titre ” “Seismic risk and vulnerability of traditional earthen buildings”.

II Etat de l’art et étude bibliographique ...8

II.1 Matériau Terre ...8

II.1.1 Diversité de la construction en terre ...8

II.1.1.1 Le pisé ...8

II.1.1.2 Les adobes ...9

II.1.1.3 Les blocs de terre comprimée (BTC)... 10

II.1.1.4 La terre-paille ... 11

II.1.1.5 Torchis ... 11

II.1.1.6 Bauge ... 11

II.1.2. Avantages du matériau terre ... 11

II.1.2.1 Avantage économique dans les régions pauvres ... 11

II.1.2.2 Avantage environnemental dans les pays industrialisés ... 12

II.1.2.3 Avantage socio-économique ... 12

II.2 Généralité sur le pisé ... 13

II.2.1 Pisé traditionnel ... 14

II.2.2 Pisé moderne ... 15

II.2.3 Pisé stabilisé ou non-stabilisé ? ... 18

II.2.3.1 Stabilisation du pisé ... 18

II.2.3.2 Pisé non stabilisé ... 18

II.3 Confort d’habitation en terre ... 19

II.3.1 Performance thermique ... 19

II.3.2 Ajout des couches d’isolation thermique ... 21

II.4 Les planchers traditionnels ... 21

II.5 Tremblements de terre et risque sismique au Maroc ... 22

II.5.1 Les tremblements de terre et les ondes sismiques ... 22

II.5.2 Les énergies mises en jeu lors d’un séisme ... 24

II.5.3 Sismicité du Maroc ... 25

II.6.3 Classification des assemblages ... 32

II.6.4 Modélisation des assemblages semi – rigides ... 33

II.6.5 Transmission de l’effort sismique horizontale en fonction du type de diaphragme 34 II.7 Méthode d’évaluation de la vulnérabilité ... 38

II.7.1Méthodes d’analyse ... 38

II.7.1.1 Analyses statiques... 39

II.7.1.1.1 Analyse statique linéaire ... 39

II.7.1.1.2 Analyse non linéaire « pushover » ... 42

II.7.1.1.3 Analyse limite ... 43

II.7.1.2 Analyses dynamiques ... 44

II.7.1.2.1 Analyse modale spectrale ... 47

II.7.1.2.2 Analyse Temporelle non linéaire ... 48

II.7.2 Théorie de calcul de la courbe de capacité bilinéaire pour un mur ... 50

II.7.3 Théorie de calcul de la courbe de capacité bilinéaire pour un bâtiment ... 55

II.7.4 Fonction de vulnérabilité ... 57

II.7.5 Point de performance ... 60

II.8 Bilan de la deuxième partie ... 61

III Matériaux et éléments de structures ... 63

Section 1 : Matériaux en terre III.1 Typologie des matériaux en terre ... 63

III.1.1 Les essais d’identification du matériau « terre » ... 63

III.1.2 Les méthodes de caractérisation des éléments ... 64

III.1.3 Propriétés physiques et mécaniques du pisé. ... 67

III.1.3.1 Modèle d’homogénéisation du mur en pisé. ... 67

III.1.3.2 Caractéristiques géotechniques du matériau. ... 72

III.1.3.3 Essais et caractéristiques mécaniques ... 74

III.1.4 Propriétés physiques et mécaniques de l’adobe et bauge ... 78

III.1.4.4 Résistance à la compression des unités d’adobe ... 81

III.1.4.5 Résistance à la compression : maçonnerie d’adobe ... 82

III.1.5 Propriétés physiques et mécaniques du BTC ... 87

III.1.5.1 Caractéristiques géotechniques du matériau. ... 87

III.1.5.2 Caractéristiques mécaniques ... 88

III.1.6 Propriétés physiques et mécaniques des briques cuites ... 89

III.1.6.1 Modèle d’homogénéisation du mur en brique ... 89

III.1.6.2 Caractéristiques géotechniques du matériau. ... 91

III.1.6.3 Essais et caractéristiques mécaniques ... 93

Section 2 : Structures verticales et horizontales III.2 Etude d’optimisation d’un mur en pisé ... 95

III.2.1Composition optimal ... 95

III.2.1.1 Caractéristiques géotechniques du matériau ... 96

III.2.1.2 Optimisation fractale de la granulométrie par ajout de sable ... 97

III.2.1.3 Optimisation de la densité sèche du pisé ... 102

III.2.1.4 Ajout d’additifs au mur en pisé ... 104

III.2.1.5 Armer le mur en pisé ... 108

III.2.2 Optimisation des dimensions du mur ... 110

III.2.2.1 Optimisation des dimensions par calcul des forces ... 110

III.2.2.2 Optimisation par calcul dynamique ... 111

III.2.2.2.1 Essai de compression uniaxiale et spectre de déplacement d’un mur en pisé non stabilisé ... 111

III.2.2.2.2Modélisation du mur et validation ... 113

III.2.2.2.3Courbe de capacité et comportement dynamique ... 116

III.2.3 Conclusion ... 122

III.3 Propriétés des planchers traditionnels au Maroc ... 123

III.3.1 Propriétés physiques et mécaniques des cinq essences de bois au Maroc ... 123

III.3.2 Inventaire des planchers traditionnels Marocains par région ... 123

III.4.1 Chargement sismique et réponse structurelle des éléments verticaux ... 161

III.4.2 Mouvements sismiques simulés ... 165

III.5 Inventaire des mécanismes de ruptures dues au tremblement de terre ... 166

III.5.1 Dommages liées aux caractéristiques de la maçonnerie ... 166

III.5.1.1 Mécanisme dans le plan ... 166

III.5.1.2 Mécanisme hors plan ... 167

III.5.2 Dommages liées aux caractéristiques des éléments... 169

III.5.3 Dommages liées à la typologie de la construction ... 170

Section 4 : Analyse des connexions mur-plancher et mur-mur III.6 Analyse des connexions planchers murs des bâtiments traditionnels – Cas des appuis Semi – rigides – ... 172

III.6.1 Analyse de la structure horizontale ... 174

III.6.2 Modélisation en éléments finis ... 177

III.6.2.1Validation du modèle ... 177

III.6.2.2 Modélisation et analyse du plancher « type P1 » ... 181

III.6.2.3 Modélisation et analyse du plancher « type P2 » ... 183

III.6.3 Analyse des résultats ... 184

III.7 Analyse des connexions mur – mur ... 186

III.7.1 Connexions non armées ... 186

III.7.2 Connexions armées ... 191

III.7.2.1 Attaches et chevilles ... 192

III.7.2.2 Confinement de coin ... 194

III.7.3 Analyse des résultats ... 195

IV Vulnérabilité sismique: « Application aux cas d’études » ... 197

IV.1 Spectre d’amplification pour les constructions en terre crue au Maroc ... 197

IV.1.1 Spectre d’amplification du RPS 2000... 197

IV.1.2 Spectre de réponse d’un bâtiment... 199

IV.1.2.1 Elaboration du spectre de réponse ... 199

IV.1.3.1 Méthode graphique... 206

IV.1.3.2 Méthode analytique ... 208

IV.1.3.3 Mesure par la méthode de décroissance logarithmique ... 210

IV.1.3.4 Vérification par la méthode de Rayleigh ... 213

IV.1.3.5 Amortissement et spectre modifié pour les structures en terre crue ... 215

IV.2 Techniques de réhabilitations parasismiques ... 217

IV.3 Typologies structurales des constructions traditionnelles en terre crue au Maroc ... 220

IV.3.1 Modèles virtuels et variantes ... 220

IV.3.2 Les typologies traditionnelles ... 223

IV.4 "1er Cas" : Vulnérabilité sismique de quatre typologies d’habitations traditionnelles avec murs en pisé ... 224

IV.4.1 Evaluation de la vulnérabilité des modèles virtuels par le calcul manuel « analyse pushover » ... 224

IV.4.2 Validation des résultats théoriques par le calcul numérique ... 231

IV.4.2.1 Paramètres de la modélisation ... 231

IV.4.2.2 Modèles numériques des typologies traditionnelles ... 231

IV.4.2.3 Résultats de l’analyse modale et analyse « pushover » ... 232

IV.4.2.4 Comparaison des résultats manuels et numériques ... 233

IV.4.3 Solutions de réhabilitation et de renforcement ... 235

IV.5 "2ème Cas" : Vulnérabilité sismique de deux typologies avec murs en adobe ... 239

IV.5.1 Evaluation par analyse pushover ... 239

IV.5.2 Validation des résultats théoriques par le calcul numérique ... 243

IV.5.3 Solutions de réhabilitation et de renforcement ... 244

IV.6 "3ème Cas" Vulnérabilité sismique de la Medersa Ras Cherratine à Fès avec murs en briques cuites ... 246

IV.6.1 Description de la Medersa... 246

IV.6.1.1 Plans de la Medersa ... 246

IV.6.2.1 Calcul de la courbe de capacité suivant l’axe X et l’axe Y ... 250

IV.6.2.2 Calcul du point de performance ... 254

IV.6.2.3 Fonction de vulnérabilité et degrés de dommages ... 256

IV.6.3 Validation des résultats théoriques par le calcul numérique ... 263

IV.6.3.1 Paramètres de la modélisation avec le logiciel « Autodesk CBS » ... 263

IV.6.3.2 Résultats de l’analyse modale et de l’analyse « pushover » ... 263

IV.6.3.3 Comparaison des résultats manuels et numériques ... 264

IV.6.3.4 Modélisation avec le logiciel « ANSYS » ... 266

IV.6.3.5 Analyse et traitement de la comparaison des deux approches ... 274

IV.6.4 Comparaison des résultats numériques et expérimentaux et analyse dynamique274 IV.6.5 Solutions de réhabilitation et de renforcement ... 291

V Résultats et discussions ... 295

V.1 La conception parasismique des structures ... 295

V.2 Techniques de renforcement du bâtit traditionnel du point de vue des cultures sismiques locales ... 297

V.3 évaluation du comportement des modèles suite aux renforcements ... 302

VI Conclusion générale ... 311

VI.1 techniques de constructions parasismiques ... 311

VI.1.1 pour les différents types de murs et selon les modes de ruptures ... 311

VI.1.2 Pour les planchers en bois et les connexions planchers – murs ... 318

VI.1.3 Pour les fondations ... 322

VI.2 Conclusion ... 324

Bibliographie ... 328

LISTE DES FIGURES ... 336

β r Coefficient de rigidité rotationnelle ag(t) accélération du sol de fondation (m.s-2)

C amortisement total (Kg.s-1)

E module de young (MPa)

f fréquence (Hz)

cr

M Moment (kN.m)

n

 Facteur de participation modale

σ contrainte de résistance à la compression (MPa)



f(t) force d’impulsion (Kg.m.s-2)

K rigidité (Kg.s-2)

M masse (Kg)

W Poids de la structure (kg.m.s-2)

m Coefficient de correction du spectre de réponse Se spectre de réponse élastique (m.s-2)

T période (s)

ω pulsation (rad.s-1)

X , Q déplacement de la masse (m)

α , β Coefficients de Rayleigh

Δ facteur dynamique d’amplification



,0

uc

f Résistance à la compression parallèle aux fibres (N/mm²)

,90

uc

f Résistance à la compression perpendiculaire aux fibres (N/mm²)

,

uc

f  Résistance à la compression à un angle α aux fibres (N/mm²)

v f Résistance au cisaillement (N/mm²) P Charge concentrée (kN) L  Flèche statique (mm) L Portée de poutre (m) b Largeur de poutre (m) h Hauteur de poutre (m) d Diamètre de tige (mm) I Moment quadratique (cm4)

rot

K Rigidité rotationnelle d’une liaison (kN.m/Deg)

A Section d’une pièce (cm2)

V Effort tranchant (kN)

m

 Masse volumique moyenne (Kg/m3)

bm

V Effort sismique au pied du bâtiment (KN)

Tij Effort tranchant (kN)

bu

 Déplacement horizontale au toit du bâtiment (mm)

t

e

F Effort extérieur appliqué (kN)





I Introduction générale

Durant les dernières décennies, la protection sismique des constructions en terre a été au centre d’intérêt des décideurs, professionnels, chercheurs, utilisateurs et constructeurs.

Tous ces acteurs sont presque unanimes sur le fait que la construction en terre n’est pas aussi vulnérable qu’on le croyait, vis-à-vis des secousses sismiques, car plusieurs constructions en terre à travers le monde, notamment nos remparts imposants et nos médinas impériales en pisé et en adobe (figure I.1), ont survécu aux événements historiques de séismes destructeurs. Cette performance sismique est le résultat de l’utilisation des règles de bonne pratique concernant le choix du matériau terre, d’une conception simple et régulière, des conditions de mise en œuvre de qualité, des systèmes de protection contre les effets de l’eau et finalement les dispositions constructives concernant particulièrement les fondations et soubassements, les ouvertures dans les murs, les renforts d’attaches et de contreventement horizontal (diaphragmes) et vertical (renforts et structures en bois incorporés).

Figure I.1 : Ksar Ait Ben Haddou [68]

Il est donc de notre devoir de valoriser d’une manière rationnelle les performances de la construction en terre pour qu’elle demeure entre autres, la solution économique et écologique retenue de l’habitat en milieu rural.

Les matériaux non-industriels utilisés en génie civil sont des matériaux fabriqués et mis en place par des artisans lors de cycle de production court. Il s’agit en général de matériaux locaux, terre, pierre, fibres végétales avec liant..., trouvés sur site ou proche du site de construction. Leur étude et utilisation sont devenues prometteuses dans les pays très industrialisés et ce pour trois raisons.

La première, est le vœu d’accéder à un développement durable. Or ces matériaux impliquent une mise en avant des savoir-faire de l’homme en évitant son remplacement par des machines. Le volet social est donc favorable. Le volet environnemental l’est aussi du fait de leur faible consommation d’énergie grise et de transport, de leur innocuité, leur grande durabilité, leur capacité de réutilisation, leur abondance... Enfin l’aspect économique, dans les pays très industrialisés, reste le point le plus défavorable mais en évolution favorable du fait de l’augmentation conséquente et pérenne de la population mondiale et du prix des énergies fossiles. Dans les pays en développement, ce dernier point fait que le volet économique est aussi un point fort pour ces matériaux qui sont moins chers que les produits industriels.[52]

Le secteur du bâtiment joue un rôle important dans le développement durable. Le choix des matériaux utilisés pour la construction de l’enveloppe a des incidences sur l’épuisement des ressources naturelles, la consommation d’énergie et les émissions polluantes. Ainsi, la fabrication et la mise en œuvre des matériaux (ou produits de construction) sont étroitement liées aux questions d’épuisement des ressources naturelles, de consommations d’énergie (pour l’extraction des matières premières, leur transport, leur transformation et leur mise en œuvre in-situ) et enfin aux émissions polluantes qui en résultent. La vie en œuvre du matériau a des répercussions sur les consommations énergétiques du bâtiment (chauffage, climatisation), le confort (hydrique, thermique, acoustique), la santé (émission de COV - composés organiques volatils, ...), ainsi que sur l’efficacité du travail des occupants (dans le cas des bâtiments de bureau). Enfin, la déconstruction et/ou la démolition du bâtiment sont à rapprocher des consommations d’énergie et des émissions polluantes ainsi que des déchets qui en sont issus.

Le deuxième point tient au fait que les structures en matériaux non-industriels sont encore extrêmement nombreuses sur toute la planète et même dans les pays très industrialisés (figure I.2), malgré des destructions en masse. Leur maintenance, souvent plus d’un siècle après leur construction, pose des problèmes financiers et techniques car mis en place par empirisme sans données scientifiques.

Figure I.2 :distribution du risque sismique (gauche) et de l’architecture en terre (droite) dans le monde[55]

La troisième raison est la volonté de renforcer la lutte contre les risques naturels comme les inondations, les séismes, et de faire face aux changements de l’environnement d’origines anthropiques qui a priori n’ont pas pu être pris en compte par l’empirisme, tel que la modification du climat. Cela nécessite d’évaluer la pertinence de ces matériaux et structures avec des conditions de sûreté modernes c’est à dire avec un outil scientifique adapté et fiable.

Les matériaux ”modernes” composant les structures du génie civil sont optimisés grâce au processus industriel souvent standardisé pour répondre à une fonction précise pour une durée limitée, on superpose alors des matériaux différents pour obtenir un système constructif complexe efficace répondant à une demande physique et culturelle. On cherche le plus souvent la très haute performance du composant sans se préoccuper des autres aspects. La faiblesse de ces systèmes réside dans leur comportement à long terme non maîtrisé, voire quelquefois dangereux (par exemple le cas de l’amiante). Les matériaux non-industriels dans la construction sont le fruit d’une optimisation empirique plus que millénaire. Les matériaux issus de matières premières renouvelables (comme les matériaux végétaux) sont une réponse au problème d’épuisement des ressources naturelles, les matériaux recyclables (comme la terre) apportent, en plus, une réponse au problème de déchets en fin de vie du bâtiment. Ces matériaux locaux et les structures qui en découlent, possèdent une grande variabilité à chaque construction de par les diversités géologiques des sites et de par le fait qu’ils ne sont pas produits par un processus industriel standardisé.

L’optimisation du matériau n’est pas recherchée pour sa performance dans un seul domaine, par exemple la résistance à la compression, mais par un compromis entre de nombreux critères. Par exemple, dans le cas du pisé ou des pierres, l’épaisseur du mur est au minimum de 50 cm pour offrir un comportement hygrothermique correct. Avec de telles épaisseurs, les coefficients de sécurité en compression peuvent aller jusqu’à10. La complexité est due à la variabilité du matériau et non pas à la difficulté à obtenir une performance.

- Contexte de l’étude des constructions en terre : Historique

La construction en terre au Maroc a hérité d’une tradition vernaculaire, des techniques et des solutions judicieuses qui ont évolué avec l’esprit et l’objectif de mieux valoriser les propriétés des matériaux locaux et plus particulièrement le matériau terre de construction. Elle représente un patrimoine socioculturel de plusieurs générations, et le témoin authentique de notre culture et notre architecture traditionnelle.

Aujourd’hui

L’effet traumatique du séisme d’Al-Hoceima en milieu rural a surtout révélé que notre savoir faire en construction en terre, mérite d’être enrichi par les expériences vécues par d’autres pays et surtout ceux présentant une activité sismique préjudiciable et des conditions socioéconomiques similaires. La solution la plus simple pour réduire le risque sismique en milieu rural est d’abolir la tradition de construire en matériau terre et de généraliser systémiquement la construction en matériaux conventionnels régie par le RPS2000 (révisé). Cette approche a de graves conséquences sur le devenir du paysage architectural, culturel, traditionnel, environnemental et socio économique du milieu rural, qui compte presque la moitié de notre patrimoine immobilier en terre.

En effet, au Maroc, l'habitat urbain constitue 55% du parc total des logements, tandis que les bâtiments ruraux présentent 45% de ce parc immobilier. Dans ce qui suit, nous présentons les pourcentages de types de bâtiments communs et des constructions dans les tissus urbains du Maroc.

L'enquête de la banque de données collectées par l'Observatoire du logement de la Direction Promotion Immobilière du Secrétariat national pour le logement, en l'an 2000 (HOREPD), a identifié six principaux types de logements dans les zones urbaines du Maroc (Tableau I.1). Ce sont (i) villas, (ii) les bâtiments à plusieurs étages, (iii) les maisons traditionnelles marocaines, (iv) les maisons marocaines modernes qui sont généralement des

maisons unifamiliales indépendantes, (v) les maisons qui sont amorphes : maisons de type illégales pour lesquelles aucune norme de construction n’a été appliquée, elles sont donc très vulnérables au séisme, et (vi) des maisons rurales dans les zones urbaines.

Sur la base de l'enquête HOREPD, des informations sur les types de constructions et leurs âges peuvent en être tirées. Le tableau I.1 et le tableau I.2 résument respectivement les statistiques du parc de logements en fonction des types de constructions et des âges. Une caractéristique particulière du parc de logements au Maroc est la part très dominante du Maroc moderne (maisons unifamiliales). Ils totalisent 65,4% de tous les logements (tableau I.1) contrairement à des établissements ruraux dans les zones urbaines, avec un pourcentage global de 1,1%. [67] Villa Bâtiments Maison traditionnelle marocaine Maison marocaine moderne Maison sans structure Constructions rurales 3.1 % 14.5 % 7.3 % 65.4 % 8.6 % 1.1 %

Tableau I.1: Statistiques des types de constructions au Maroc

En termes d'âge par type de construction, le tableau I.2 montre que, avant 1912, les maisons marocaines traditionnelles ont été le type dominant de logements, favorisés par les communautés marocaines de l'époque. Cette prévalence a continué tout au long de la période 1912-1957, au cours de laquelle la partie part des maisons traditionnelles atteint le plus fort pourcentage d'environ 55%, suivie par celle des maisons de banlieues sans structure et les agglomérations rurales avec près de 20% pour chacun. [67]

Type de construction < 30 ans 30 to 87 ans >= 87 ans Total T o Villa 72.3 % 27.7 % 100 % Bâtiment 73.2 % 26.8 % 100 % Maison traditionnelle Marocaine 18.6 % 62.1 % 19.9 % 100 % Maison modern Marocaine 77.2% 22.8% 100%

Maison sans structure 62.0% 38.0 % 100%

Construction rurale 41.8% 53.8 % 4.40 % 100%

Total 70.50% 28.00% 1.50% 100%

Tableau I.2: Répartition de l'âge du parc de logements par type de logements. Les

Objectifs de l’étude

Il faut noter que plusieurs pays disposent de documents normatifs et des guides destinés à la protection sismique des constructions en terre.

Ce travail s’inscrit donc dans cette perspective de doter notre patrimoine de constructions en terre, de normes et de guides techniques pour promouvoir ce secteur de construction en milieu rural et même en milieu urbain au même titre que les constructions en matériaux conventionnels.

Le but de cette étude est l’ébauche d’un guide technique pour les constructions parasismique en Terre visant les aspects importants suivants :

- Le développement d’une architecture écologique en harmonie avec l’héritage vernaculaire, et l’exploitation des expériences riches et séculaires de cet héritage ; - La prévention de l’extension de l’informalité, et éviter son expansion au milieu

rural ;

- La réalisation d’économie d’énergie en freinant la généralisation du recours aux matériaux à haut intrants énergétiques (acier, ciments et autres) et en réduisant les frais de transport des matériaux de construction par l’utilisation et la valorisation des matériaux locaux.

En conséquence, il s’agit modestement de quantifier le comportement des matériaux en terre pour ensuite quantifier le comportement des structures qu’ils composent avec une approche scientifique qui met l’accent sur les essais pouvant caractériser ces matériaux. Comme exemple d’approche scientifique adaptée aux matériaux non-industriels, nous choisissons d’étudier en particulier des éléments de structure, à savoir les murs porteurs en pisé, adobe et brique cuite ainsi que les planchers en bois.

Plus précisément, il s’agira d’étudier les caractéristiques des matériaux précités, afin d’évaluer le comportement sismique des éléments et des structures avec lesquels ils sont construits et de proposer des techniques de renfoncement et de construction parasismique adaptées. Cette étude se décline selon les quatre parties suivantes :

- La première partie : présente des informations générales sur l’état de l’art de la construction en terre, et une revue sur les avantages du matériau terre, notamment le confort thermique, ainsi que les différentes méthodes utilisées pour le dimensionnement des éléments et l’évaluation de la vulnérabilité sismique;

- La deuxième partie, répartie en quatre sections, est consacrée à la détermination des caractéristiques physiques et mécaniques du pisé, adobe , brique cuite, les comportements et les modes de rupture des éléments structuraux verticaux et horizontaux, et l’analyse de leurs liaisons;

- La troisième partie comporte les caractéristiques dynamiques et la vulnérabilité sismique des structures en pisé, en adobe et en briques cuites. Trois cas d’étude sont présentés, notamment une étude dynamique avec des mesures expérimentales, réalisée sur une medersa construite en brique cuite datant du dix-huitième siècle dans la médina de Fès ainsi que les techniques de réhabilitation et de renforcement parasismique.

- La dernière partie englobe les techniques des cultures sismiques ainsi que les recommandations et les dispositions constructives destinées aux constructions nouvelles.

II Etat de l’art et étude bibliographique

II.1 Matériau Terre

Tout d’abord, nous allons aborder rapidement la diversité de la construction en terre.

II.1.1 Diversité de la construction en terre

Il existe une grande variété des types de construction en terre. Les types les plus couramment utilisés sont présentés ci après.

II.1.1.1 Le pisé

A côté de la maçonnerie appareillée (les murs en blocs) et des maçonneries mixtes (structures porteuses et remplissage : à l’image des colombages) se trouve la maçonnerie monolithique constituée d’un seul ensemble. C’est dans cette catégorie que se situe le pisé.

Le pisé est une technologie constructive monolithique de terre compactée dans un coffrage. L’outillage est composé d’une banche et d’une dame. Le coffrage (en arabe : louh ou tallouaht ou tabout) d’environ 2m de longueur et de 0,75m de hauteur est constitué de flancs ou banches en planches de bois posées en long et à cheval sur le mur à construire, la dame est un outil manuel en bois que l’on manipule debout (en arabe : el markaz).

Actuellement les coffrages peuvent être en métal et la dame pneumatique.

Les descriptions détaillées seront présentées dans le chapitre III. La figure II.1 présente un exemple d’un Ksar construit en totalité en pisé.

Figure II.1 : Vue du Ksar Ayt Yahya Watman et sa grande mosquée avec terrasse. Région de Tafilalet [68]

II.1.1.2 Les adobes

L’élément de base de la maçonnerie appareillée est le bloc. Dans la construction traditionnelle qui emploie les matériaux naturels, ce bloc est tout naturellement fait de terre moulée et séchée. C’est l’adobe (de l’arabe el toub). Cette technique constructive requiert une terre plutôt argileuse, à laquelle est souvent ajoutée de la paille. Ce matériau initial est hydraté pour arriver à un état de pâte plastique. Cette dernière est jetée dans un cadre en bois qui lui donne sa forme et ses cotes. Après un lissage à la main ou à la règle en bois, le cadre est retiré d’un coup sec, et la terre moulée est mise à sécher. En plusieurs remaniements, chaque bloc d’adobe est retourné pour que son séchage s’effectue de façon homogène dans toute l’épaisseur, ensuite il est prêt pour être maçonné. La figure II.2 présente un exemple de fabrication et utilisation d’adobes :

Figure II.2 : A gauche : des adobes au séchage sous le soleil. A droite : maison construite en adobe sec à l’extrémité du Pre-Rif

II.1.1.3 Les blocs de terre comprimée (BTC)

Il existe une autre façon, plus récente, d’améliorer le bloc d’adobe : c’est le bloc de terre comprimée. Cette technologie est issue du renouveau du matériau terre dans les années 1960. Elle a été introduite au Maroc en 1980 et a pour objectif de maximiser les performances du bloc de terre crue en évitant la cuisson, sans gaspillage de calories et la combustion d’un bois qui se fait rare. Pour se faire la terre crue est compactée avec une presse métallique. Le bloc obtenu a un aspect fini et une résistance bien meilleur. Des presses motorisées ont cependant été employées dans des réalisations importantes comme la cité des pêcheries de Tan Tan, mais la plupart du temps, les presses à blocs de terre comprimées sont manuelles, plusieurs modèles ont vu le jour dans le monde depuis le début des années 1980. Au Maroc, deux prototypes ont même été mis au point : la « Marrakech » de l’institut-Terre et la « Aït Ourir » d’Elie Mouyal, dont la photo est présentée ci-dessous.

Figure II.3 : A gauche : presse mécanique. A droite : moule et BTC

II.1.1.4 La terre-paille

Pour cette technique, la terre utilisée doit avoir une bonne cohésion. Elle est diluée dans de l’eau jusqu’à l’obtention d’une barbotine homogène, que l’on verse sur de la paille, jusqu’à enrober chaque brin. Au séchage, on obtient un matériau dont la texture est essentiellement celle de la paille.

II.1.1.5 Torchis

Une structure en colombages et claies de bois est hourdée avec une ou plusieurs couches de terre. Cette terre argileuse, amendée de paille ou d’autres fibres, constitue les parois de la bâtisse.

II.1.1.6 Bauge

Ce procédé consiste à empiler des boules de terre les unes sur les autres et à les tasser légèrement à l’aide des mains ou des pieds jusqu’à confectionner des murs monolithiques. Habituellement, la terre est amendée de fibres de natures diverses.

II.1.2. Avantages du matériau terre

II.1.2.1 Avantage économique dans les régions pauvres

Etant un matériau local et naturel, le matériau terre est moins cher que les matériaux conventionnels, notamment dans les pays en développement, où l’emploi manuel n’est pas coûteux. La fiabilité de la construction en terre a été démontrée non seulement dans les pays pauvres où la plupart des peuples n’avaient pas assez de moyens pour construire des maisons ”modernes”, mais elle a aussi une énorme potentialité dans les régions pauvres des pays riches où la situation de logement des pauvres est encore très mauvaise. [51]

II.1.2.2 Avantage environnemental dans les pays industrialisés

Dans les pays industrialisés, bien que l’avantage économique du matériau terre soit aussi un point fort, il n’est pas un point favorable à rechercher. Pourtant, c’est l’avantage environnemental qui met le matériau terre dans la position d’un matériau ”du futur” dans ces pays. Le premier avantage environnemental réside dans la très faible énergie grise consommée et la très faible pollution pendant la fabrication par rapport aux matériaux conventionnels. Pour un matériau conventionnel, avant d’être mis en œuvre sur chantier, il doit passer par les phases suivantes : l’extraction du matériau premier ; le transport à l’usine ; la transformation en usine ; le transport depuis l’usine jusqu’au point de vente, du point de vente au chantier ; la mise en œuvre sur chantier. A l’inverse, avec un matériau local et fabriqué manuellement (essentiellement) comme la terre, premièrement, le transport de matière première du chantier d’extraction à l’usine et des produits fabriqués de l’usine au chantier est supprimé ou bien limité. Deuxièmement, la fabrication principalement manuelle du matériau terre diminue la consommation d’énergie et la pollution par rapport aux matériaux conventionnels fabriqués en usine.

Le deuxième avantage environnemental réside dans la phase de démolition des bâtiments. Avec un recyclage aisé, le matériau terre traditionnel (non-stabilisé) ne pose pas de problème de déchets comme dans le cas des matériaux conventionnels.

Pendant la phase d’habitation, l’avantage environnemental du matériau terre est encore difficile à conclure. [51]

II.1.2.3 Avantage socio-économique

En utilisant principalement le travail manuel, la construction en terre a aussi l’avantage socio-économique de créer des emplois localement.

Suite à trois thèses déjà réalisées à la faculté des sciences de Rabat, dont une sur des blocs de terre comprimée (BTC) et sur le mortier de terre, qui a une rhéologie a priori proche de celle du mortier pour adobes [69], le présent travail continue la recherche de la faculté sur le matériau terre par l’étude sur l a brique cuite, l’adobe et le pisé, ses caractéristiques physiques et mécaniques ainsi que la vulnérabilité sismique de ses structures A part des avantages communs d’un matériau terre abordés dans la section précédente, le pisé est choisi parmi les objets de recherche de cette étude pour les raisons suivantes : Premièrement, avec une richesse des patrimoines en pisé dans plusieurs régions du Royaume, la conservation de ceux-ci nécessite des connaissances scientifiques sur ce matériau.

Deuxièmement, grâce à sa grande épaisseur, un mur en pisé nous offre une grande inertie thermique et la régulation de l’humidité intérieure de la maison. Par conséquent, avec une bonne conception, des maisons en pisé peuvent avoir une bonne performance thermique, donc énergétique, dans la phase d’habitation. Ce point est très important car, complété par des faibles consommations d’énergie évidemment pendant la phase de construction et de démolition présentés dans la section précédente, il est un point fort du matériau pisé dans le développement durable. Le détail des performances énergétiques de ce matériau sera présenté dans les chapitres suivants.

II.2 Généralité sur le pisé

La définition la plus connue et la plus souvent citée est celle de F. Cointeraux dans ”Ecole d’architecture rurale et économique, Paris 1790 : ”Le pisé est un procédé d’après lequel on construit les maisons avec de la terre, sans la soutenir par aucune pièce de bois, et sans la mélanger ni de paille ni de bourre. Il consiste à battre, lit par lit, entre des planches, à l’épaisseur ordinaire des murs de moellons, de la terre préparée à cet effet. Ainsi battue elle se lie, prend de la consistance, et forme une masse homogène qui peut être élevée aux hauteurs nécessaires pour une habitation”. La terre est un sol de composition très variable mais qui contient suffisamment d’argile qui fait office de liant entre les grains qui sont un mélange de limon, sable, gravier et pierres, qui peuvent avoir la taille de quelques centimètres de diamètre. Le pisé est donc une technique de maçonnerie de mur en terre crue monolithique coffrée, composée de couches superposées de terre compactée. Le damage se fait avec une teneur en eau dite optimum c’est-à-dire donnant la plus grande densité sèche pour une énergie de compactage fixée. Ce processus est dit voie sèche car la teneur en eau est de l’ordre de 10%, alors que pour obtenir une pâte il faudrait une teneur en eau de l’ordre de 25%. Le pisé se compose de plusieurs couches de terre. La terre est versée en couche d’environ 15 cm d’épaisseur dans un coffrage (en bois ou en métal). Elle est damée par une dame (manuelle ou pneumatique). Après damage, l’épaisseur de chaque couche est de 8-10 cm. La procédure est répétée jusqu’à finir le mur.

Le mur obtenu est un mur porteur. Il a 50 cm d’épaisseur en moyenne, parfois plus. La densité du pisé traditionnel est d’environ 1,7 à 1,9 t/m3. Les édifices en pisé ont couramment deux niveaux.

Cette technique de mise en œuvre a permis l’édification de bâtiments très sains, car le pisé est très respirant, et contrairement à ce que l’on pourrait penser, très solide.

II.2.1 Pisé traditionnel

Le pisé traditionnel (tallouaht) consiste à remplir des banches en bois par la terre prélevée à proximité de la construction, débarrassée de ses impuretés (matière végétale) et légèrement hydratée. Elle est chargée en couffins, portée sur la tête et versée dans la banche. La terre meuble est réglée au pied par le maçon piseur qui est debout dans la banche. Il la compacte ensuite avec le pied de la dame qu’il projette de haut en bas. En une journée, trois à quatre banchées sont réalisées.

Le mur est monté sur un soubassement en maçonnerie (pierre, brique, galets) appareillée, d’environ 75cm de haut, hourdée au mortier de chaux. La hauteur du soubassement peut augmenter dans les étables ou les écuries pour éviter l’érosion du pisé par le passage des animaux. Lorsque le climat est à tendance humide, le soubassement protège le pisé des projections d’eau et des remontées d’humidité par capillarité.

A chaque usage, la banche est retournée pour qu’elle ne prenne pas de ventre suite à la pression du compactage. Le serrage des banches se fait à l’aide de cordes. Des cordons de mortier de chaux peuvent être appliqués au fond et sur les côtés des banches afin de renforcer la ligne de jointure horizontale entre eux.

Pour les pisés traditionnels ”non-stabilisés”, le liant unique est l’argile et plus précisément l’eau à l’intérieur de l’argile comme expliqué dans le paragraphe III.2.1.4. Avec l’industrialisation, des pisés modernes ”pisés stabilisés” sont apparus en ajoutant d’autres liants comme le ciment, la chaux hydraulique ou la chaux aérienne. L’intérêt principal de la stabilisation du pisé est d’augmenter sa durabilité fragilisée par l’attaque de l’eau, et ses performances mécaniques plus précisément sa résistance à la compression, puisque la résistance à la traction est faible comme il sera démontré par la suite.

II.2.2 Pisé moderne

Depuis les années 1980, le pisé redevient un mode de construction dans le monde, notamment au Maroc où plusieurs projets on vus le jour, tel que le projet de logements pilotes réalisés à Marrakech et Aît Ourir en 1983, les maisons particulières réalisées par l’architecte Elie Mouyal à Marrakech depuis 1981 et jusqu’à ce jour, ainsi que d’autres opérations.

Ces pisés ”modernes” modifient les procédés des constructions anciennes. La terre est mise en œuvre avec les apports de la technologie moderne.

La modernisation du pisé peut se faire niveau du matériau et de l’outillage. Le matériau peut être amendé par une stabilisation au ciment ou à la chaux. La modernisation de l’outillage passe par une banche aux performances améliorées, soit métallique ou en contre plaqué avec des poutrelles en bois qui en assurent la rigidité. La dame pneumatique qui remplace la dame manuelle en bois, permet d’augmenter valablement le rendement du pisage.

Il convient de choisir une terre adéquate : non organique, pas trop argileuse car elle se compacterait mal et augmenterait le risque de fissures de retrait, comme indiqué dans le paragraphe II.1.3.2; elle n’est pas trop sableuse car elle doit assurer une cohésion tel qu’il sera démontré dans le paragraphe III.2.

La terre ne doit être ni trop humide ni trop sèche pour assurer un compactage optimum. La détermination de la teneur en eau de fabrication et de la hauteur de chaque couche du pisé peu se faire sur chantier : [38]

1. Détermination de la teneur en eau de fabrication de manière empirique :

Avant le début du chantier, de petites éprouvettes sont fabriquées à partir de plusieurs terres sélectionnées. Cela consiste à compacter de la terre dans un petit moule en bois à l’aide d’une massette. Après le séchage complet, le comportement de différentes éprouvettes est analysé. Des observations similaires sont faites après humidification des éprouvettes.

D’autres observations peuvent informer sur la teneur en eau de la terre à bâtir. En effet, après quelques passages du pisoir, si le matériau a atteint la densité voulue, le bruit du compactage est clair et net. Si la terre est trop mouillée, un bruit sourd est entendu à la place d’un bruit sec. D’autre part, la surface de compactage doit rester légèrement poudreuse.

2. Détermination de la hauteur de chaque couche du pisé :

Les artisans essayent de faire le lit le plus haut possible, pour économiser le temps de mise en œuvre. Ils déterminent la hauteur optimale du lit en réalisant une banchée d’essai au début du chantier et éprouvent sa solidité. En général lorsque quatre levées de terre compactée (20cm d’épaisseur chacune) sont réalisées, la banche est pleine.

La protection des murs de terre des remontées capillaires, de l’infiltration des eaux stagnantes et de l’érosion des eaux de rejaillissement se fait par un soubassement en béton.

La toiture des maisons en terre est un élément indispensable à leur durabilité dans le temps. Ainsi, le débord de la toiture doit être assez long pour protéger le mur.

La préfabrication s’est aussi développée. La figure II.4 présente la fabrication des pisés en usine, leur transport et leur mise en œuvre. [39]

Hassan Fathy, un fervent défenseur de la construction en terre, affirme que : ”Si des matériaux stabilisateurs doivent être utilisés, il serait plus économique de les utiliser pour le revêtement imperméable, plutôt que pour toute l’épaisseur du mur. ”

On trouve encore facilement des pisés anciens en bon état dans les remparts des villes impériales du royaume, laissés bruts de décoffrage, leur réhabilitation se limite souvent à la pose d’un enduit pour des raisons esthétiques, de confort (isolant extérieur) ou de durabilité (l’enduit qui bouche les fissures réduit la prise au gel et l’érosion due aux intempéries).

II.2.3 Pisé stabilisé ou non-stabilisé ?

Actuellement, la plupart des constructions neuves en pisé sont stabilisées. Pourtant, l’évaluation des avantages et inconvénients de cette stabilisation est indispensable pour déterminer la technique convenable.

II.2.3.1 Stabilisation du pisé

La stabilisation du pisé peut augmenter considérablement le coût de la construction, lorsque le constructeur ne dispose pas d’une étude d’optimisation. Par ailleurs, le recyclage devient difficile, voire impossible.

II.2.3.2 Pisé non stabilisé

Il n’est pas toujours nécessaire de stabiliser le matériau terre. La stabilisation vise principalement de réduire la sensibilité de ce matériau à l’action de l’eau et d’augmenter sa résistance à la compression. La durabilité du pisé dépend fortement du climat, des précipitations de chaque région, de plus la protection de la terre contre l’eau peu se faire par ajout d’additifs organiques comme on le verra par la suite. Par ailleurs, la résistance à la compression du pisé dépend de la descente de charge sur le mur. On trouve un cas exceptionnel à Shibam, au Yemen (figure II.4bis), ou des immeubles construits entièrement en terre crue et dont certains atteignent 8 étages (29m), sont les plus vieux gratte-ciel du monde (XVIe siècle), avec des murs de moins en moins épais et des ouvertures plus larges vers le sommet.

Etant donné les inconvénients de la stabilisation du pisé et des applications prometteuses du pisé non-stabilisé, ce travail étudiera principalement les caractéristiques mécaniques du pisé non-stabilisé, et ce afin de valoriser ce type de matériau.

Figure II.4bis : Les immeubles de Shibam au Yémen

II.3 Confort d’habitation en terre

La construction en terre est ”redécouverte” aujourd’hui dans les pays industrialisés par sa notoriété d’un bon confort d’été. L’utilisation des constructions neuves en terre est de plus en plus grande dans les pays comme les Etats-Unis, le Canada et l’Australie et d’autres régions du monde, ils représentent environ 20% des bâtiments neufs. Ces bâtiments offrent non seulement une réduction significative de la consommation d’énergie annuelle mais aussi une amélioration du niveau de confort des habitants car les fluctuations de température et humidité sont corrigées.

II.3.1 Performance thermique

Depuis longtemps, les constructeurs et les habitants au Maroc ont constaté que les bâtiments en pisé offraient un très bon confort thermique. Dans les maisons en pisé traditionnelles au Maroc, hiver comme été, les amplitudes thermiques entre le jour et la nuit sont très faibles, du fait de l’épaisseur du mur, généralement 50cm.

Le jour, la chaleur rayonnante est accumulée (soleil, chauffage,...). La nuit, cette chaleur est restituée dans l’habitation. Ces caractéristiques prédisposent le pisé à être utilisé dans une architecture bioclimatique. [64]

Dans les pays anglophones, à partir des années 1980, des constructeurs et des habitants sont également impressionnés par un très bon confort thermique des maisons en pisé et en BTC, bien que leur pisé n’ait en général que de 30 cm d’épaisseur. Dans les zones où la température est extrême, la performance thermique du matériau terre est aussi affirmée, notamment au sud du Maroc. [59]

La capacité d’un matériau à s’opposer au froid et au chaud est mesurée par sa résistance thermique. La résistance thermique est représentée par la lettre R et elle est exprimée en K.m²/W. Plus la résistance thermique est élevée plus le matériau est isolant.[63]

La masse thermique dans les bâtiments permet la réduction de l’énergie consommée pour le chauffage et refroidissement pour la plupart des climats. L’effet de la stabilisation de la température intérieure grâce à la masse thermique est expliqué dans la figure II.5. Un mur avec une grande masse thermique a un double effet. Non seulement il peut stabiliser la température intérieure mais il crée encore un ”décalage” thermique. [60][54]

Figure II.5 – Effet de la stabilisation de température intérieure grâce à la masse thermique [57]

Des études supposent que la grande masse thermique du pisé peut compenser une valeur faible de la résistance thermique R. Elles confirment que R n’est pas le seul critère pour juger le confort thermique des bâtiments en terre.[62]

Plusieurs études ont été mises en place sur des bâtiments existants pour évaluer la performance thermique générale du matériau terre et du pisé, notamment pour vérifier, dans chaque contexte de cette étude, si la grande masse thermique du matériau terre et du pisé peut apporter une bonne performance thermique. [58]

II.3.2 Ajout des couches d’isolation thermique

Puisqu’il est difficile d’intégrer la masse thermique dans les standards, les règlements thermiques actuels utilisent la résistance thermique comme le seul critère pour évaluer la performance thermique du matériau. Dans ce contexte, plusieurs études ont été mises en place pour chercher des solutions pour que le matériau terre et le pisé satisfassent aux règlements thermiques.[66]

Les études de Mendonca [65] montrent qu’avec des installations convenables d’isolation thermique, des murs en terre et en pisé peuvent satisfaire les demandes des règlements.

L’installation des couches d’isolation thermique augmente l’énergie consommée dans la phase de construction du bâtiment mais des études [53], Mendonca montrent que malgré cette augmentation, la consommation de l’énergie dans la phase de construction des bâtiments en terre et en pisé reste encore très avantageuse par rapport aux bâtiments construits avec des matériaux conventionnels (réduction encore de l’ordre de 40-60%). [61]

Donc, même dans le cas où l’on ne prend pas encore en compte la grande inertie thermique des murs en pisé, ces derniers restent très favorables dans la performance énergétique générale du bâtiment. [58]

II.4 Les planchers traditionnels :

Dans les constructions traditionnelles, ces éléments horizontaux sont généralement construits en bois. Au Maroc, on trouve principalement cinq essences de bois utilisées pour ces planchers, à savoir : le chêne, le cèdre, le pin, l’eucalyptus et le thuya.

On donne ci-dessous à titre d’exemple des planchers traditionnels dans les régions du sud, centrale et orientale du Maroc :

Figure II.6 – de gauche à droite : tataoui (Souss), ferme simple (région orientale) plancher à travure simple (Meknes)

Pour que les planchers soient en mesure de jouer leurs rôles, compte tenu de leurs caractéristiques propres ainsi que de celles de la structure à laquelle ils sont incorporés, des dispositions particulières sont nécessaires : elles seront définies par la suite, dans leurs principes, et explicitées par des dessins de dispositions constructives d’une part, et des exemples de structures types d’autre part.

II.5 Tremblements de terre et risque sismique au Maroc

II.5.1 Les tremblements de terre et les ondes sismiques

Les tremblements de terre tectoniques sont les plus fréquents et les plus dévastateurs. Ils ont lieu en grande partie aux limites des plaques, où se produit un glissement entre les milieux rocheux. Dans les zones de subduction, les séismes profonds dissipent 75% de l’énergie sismique de la planète. Au niveau des dorsales médio-océaniques, les séismes ont des foyers superficiels et correspondent à 5% de l’énergie sismique totale. En outre, pour les grandes failles de décrochement, les séismes de profondeurs intermédiaires correspondent environ à 15% de l’énergie. Parmi les systèmes de mesure par rapport à l’intensité, on cite l'échelle de Mercalli modifiée (MMI) qui dépend de l’observation des effets et des conséquences du séisme en un lieu donné. D'autres systèmes permettent de mesurer les amplitudes sur les sismogrammes avec une échelle logarithmique. Le plus commun de ces échelles est l'échelle de Richter (M) définie comme suit: M = logA – logAo (A: amplitude maximale, A0:amplitude standard). Les mouvements sismiques peuvent être classés en quatre types d'ondes qui se déplacent à des vitesses allant de 3 à 15 km/s: les ondes P et S, également regroupées sous forme d'ondes de volume, et ondes de Love et de Rayleigh, regroupées sous forme d'ondes de surface. Les ondes de volume se déplacent à l'intérieur de la terre, par opposition aux ondes de surface, qui se déplacent près de la surface de la terre. [67]

L’onde P (onde de compression ou longitudinale) fait vibrer le sol en avant et en arrière

parallèlement à la direction de déplacement de l'énergie ondulatoire à une vitesse de 7 à 8 Km/s. L’onde S (onde de cisaillement ou transversale) fait vibrer le sol en arrière

perpendiculairement à la direction de déplacement de l'énergie ondulatoire à une vitesse de 4 à 5 Km/s.

Une onde de Love (onde Q) a un mouvement horizontal qui est transversale à la direction de propagation des ondes et ne provoque que des contraintes de cisaillement. Une onde de Rayleigh (onde R) provoque le tremblement du sol dans un mouvement elliptique, sans direction transversale ou perpendiculaire, provoquant une compression(ou traction) et un cisaillement dans le sol. Les vitesses de propagation des ondes de surface sont de 1,5 à 5Km/s pour les terrains compacts et rocheux et de 0,5 à 1,5Km/s pour les terrains meubles.

Les ondes produites pendant un tremblement de terre se propagent à travers la terre avec des vitesses différentes. En Conséquence, les accélérogrammes, se composent de deux trains d'oscillations distinctes, une pour chaque type d’ondes (par exemple des ondes P et S figure II.7). [67]

Figure II.7 – à gauche : Types d’ondes sismiques : a) volumiques, b) Primaire et c) Secondaire, et Surfacique, d) Rayleigh et e) Love, à droite l’accélérogramme montrant les types schématiques de

II.5.2 Les énergies mises en jeu lors d’un séisme

Lors d’un séisme, une énergie est libérée puis transmise au bâtiment par le sol. Cette énergie absorbée, Ei induit des mouvements et des déformations dans la structure. Elle est transformée en énergie cinétique, Ec, en énergie de déformation élastique, Edef et en énergie dissipée, Ed. Comme représenté sur la figure II.8, le bilan énergétique pour le bâtiment est :

Ei = Ec + Edef + Ed (II.1)

Figure II.8 : caractéristiques et bilan énergétique d’un séisme [44]

L’énergie Ed est, comme son nom l’indique, est perdue et elle se décompose en deux :

Une partie est dissipée lors de la déformation plastique de la structure qui reste dans son domaine non-destructif et l’autre partie cause des dégâts au bâti. Schématiquement, l’énergie incidente, qui est proportionnelle à la masse du bâti et au mouvement du sol, est transformée :

- en énergie absorbée lors de la déformation plastique qui regroupe Ec, proportionnelle à la masse du bâtiment, et Edef, proportionnelle à la rigidité de la structure,

- en énergie dissipée lors de la déformation plastique, - en énergie causant des dégâts.

II.5.3 Sismicité du Maroc [67]

Le Maroc est situé à l'extrême pointe nord-ouest de l'Afrique, dans une région qui constitue une frontière de plaques entre les plaques de l'Afrique et d'Eurasie. En fait, à partir de la fin du Crétacé, début de la période Cénozoïque, l'Afrique est entrée dans une phase de compression près de NS avec l'Eurasie. L'état actuel de contrainte étant dans une direction NNW-SSE. L'évolution récente de la géodynamique au nord du Maroc est donc directement liée à l'interaction entre ces deux plaques.

Au niveau régional, le Maroc est sous l'influence de la ligne de la sismicité Açores-Gibraltar, qui est une faille transformant le complexe majeur qui relie la dorsale médio-atlantique à la région de Gibraltar, et qui a produit d’importants tremblements de terre dans le passé. Au nord, se trouve la mer d'Alboran qui a une croûte épaisse de 17 km (Docherty et Banda, 1995) et les montagnes espagnoles Bétiques, qui sont les homologues européennes des montagnes du Rif.

La convergence entre les plaques d'Afrique et d’Eurasie produit des contraintes de compression NS à NNW-SSE. Dans cette région, ces contraintes agissant sur les failles de surface de direction NE-SW provoquent une activation de ces failles le long desquels ils génèrent principalement des mouvements de décrochement, et produisent des mouvements inverses le long des failles EW près orientés, c'est le chevauchement des nappes du Rif et de Bétique.

La figure II.9 montre la sismicité enregistrée au Maroc et ses régions voisines pour la période 1990-2001. Pour le nord du Maroc, une ligne de forte sismicité s'étend du détroit de Gibraltar, tout le long jusqu'à l'océan Atlantique. Cette ligne de sismicité reflète les interactions entre l'Afrique et la collision des plaques Eurasie à la frontière qui les sépare.

Dans le Maroc continental, la figure II.9 indique clairement que l'activité sismique, est principalement concentrée le long du Rif et les chaînes de montagnes de l'Atlas. La ceinture du Rif inter-montagneuse, dans le nord du Maroc, étant le domaine le plus actif. Cette activité peut être à l’origine de la poussée des nappes qui forment des failles inverses. Ces failles sont proches de la verticale à la surface, mais deviennent moins raides avec la profondeur et s'aplatissent pour rejoindre une surface de décollement quasi-horizontale. Les nappes de charriage sont délimitées par des failles décrochantes qui sont capables de produire des tremblements de terre puissants tels que les tremblements de terre d'Al Hoceima. Par exemple, le tremblement de terre de 2004 a causé la mort de plus de 620 personnes et la destruction d’un nombre important de maisons. Ceci a montré que le parc immobilier au Maroc est très vulnérable aux tremblements de terre. [35]

-16 -12 -8 -4 Longitude (Ouest) 20.00 24.00 28.00 32.00 36.00 L a ti tu d e ( N o rd ) Magnitude Scale [3.0 - 4.9] [5.0 - 5.9] [6.0 - 6.9] Mag > 7

Bien que la sismicité est moins fréquente (figure II.9) dans les montagnes de l'Atlas, la hauteur importante de ces structures ainsi que l'activité sismique continue d'indiquer que ces chaînes de montagnes sont capables de produire d'importants séismes destructeurs, tels que le tremblement de terre d'Agadir de 1960. En effet, cet événement a provoqué des pertes énormes : 15 000 morts et 3650 bâtiments effondrés.

Figure II.9 : Carte de sismicité du Maroc pour la période de 1900 à 2001 [67]

Le territoire national a subi plusieurs séismes destructeurs dont les plus connus sont :

Tableau II.2 : Séismes au Maghreb après le séisme d’El Asnam de 1954 [48]

Dates des codes de conception résistantes au tremblement de terre passés et actuels: [67] - Après le tremblement de terre d’Agadir de 1960, le Maroc a adopté un premier code sismique du bâtiment "Normes Agadir 1960», par la loi royale n ° 2-60-893 de deuxième Rajeb 1380 (21 Décembre, 1960). L'application de ce code a été limitée géographiquement à la région d'Agadir.

- Entre 1960 et 2002 (42 ans), un code sismique non officiel du pays "RPS-2000" a été appliqué. En l'an 2002, un nouveau code sismique a été approuvé par la loi n ° 2-02-177 du 9 hija 1422 (22 Février, 2002). Ainsi, l'application de ce code est entrée en vigueur en septembre 2002. Ce code est basé sur deux axes majeurs: a- les classes d'un bâtiment-et b- zonage sismique.

- Après le 24 Février 2004, date du tremblement de terre d'Al Hoceima, ce code est actuellement en cours de révision. RPS 2008 (version 2011)

- les principales zones sismiques et les coefficients d'accélération correspondant à une probabilité de dépassement de 10% en 50 ans du RPS-2008 sont présentés sur la figure II.10. Ainsi, cinq zones sont identifiées avec des accélérations qui varient entre 4% g et 18% g.