Risque sismique des bâtiments : méthode multidisciplinaire en analyse de décision et renforcement des structures

par Nisrine Makhoul

Thèse de doctorat en Sciences de la Gestion

Sous la direction de Bertrand Munier et de Fadi Geara.

Soutenue en 2010

à Paris, ENSAM , dans le cadre de École doctorale Sciences du Management Gestion-Organisation-Décision-Information (Paris) , en partenariat avec Groupe de recherche en gestion des organisations (Paris ; 1992-....) (équipe de recherche) et de École des hautes études commerciales (Jouy-en-Josas, Yvelines ; 1881-....) (autre partenaire) .

mots clés

• Risques sismiques -- Thèses et écrits académiques
• Techniques d'aide à la décision -- Thèses et écrits académiques
• Bâtiments publics -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Une approche multidisciplinaire est nécessaire pour traiter le problème, devenu urgent, de renforcement du bâti existant, dans le but de limiter les endommagements face aux séismes probables. De telles approches, spécifiques de chaque bâti existant, comme la méthodologie PBEE, « Performance Based Earthquake Engineering » développée au laboratoire PEER, « Pacific Earthquake Engineering Research Center », ont plus de chance à être implémentées car elles considèrent autre que les domaines du génie civil et sismique, les domaines d'analyse de décision et de management du risque. Dans ce but, nous avons choisi, au niveau de l'analyse de structure, à étudier un hôtel spécifique dans la région de Californie, face aux séismes de probabilité d'occurrence de 10% dans 50ans. Nous avons étudié la structure en utilisant des modélisations innovantes (analyse de pushover statique et adaptative, analyse dynamique et analyse dynamique incrémentale, etc. . . ) qui considèrent le comportement inélastique de la structure. Nous avons proposé une solution de renforcement, nous avons élaboré des études comparatives avant et après le renforcement, et des comparaisons du comportement de la structure modélisée avec celui réel lors du séisme de Northridge. Nous avons déduit que la structure renforcée a un bon comportement face aux séismes d'occurrence de 10% dans 50 ans et que la modélisation offre une bonne prédiction du comportement réel de la structure face au séisme de Northridge. Nous avons proposé ensuite au niveau de l'analyse de décision, d'améliorer le modèle de décision utilisé dans PEER PBEE, en utilisant une approche multicritère qui intègre les préférences du décideur. Dans ce but nous avons innover en élaborant par une méthode non paramétrique capable d'éliciter dans l'incertain une fonction de croyance jointe qui est associée à la fonction d'utilité multicritère élicitée. Finalement nous avons proposé une stratégie managériale plus adoucie, qui pourra être appliquée au le cas de la France, qui aide à implémenter les projets de renforcement des structures. Nous proposons la possibilité d'utiliser une Réhabilitation Sismique Incrémentale au cas par cas, selon les capacités financières du propriétaire, dépendant de la sismicité de la région et de la classe des bâtiments.

Titre traduit

Seismic Risk in Buildings : Multidisciplinary Method in Decision Analysis and Strengthening of Structures

Résumé

A multidisciplinary approach is needed to solve the urgent problem of strengthening existing buildings, in order to limit damages due to likely earthquakes. Such approaches, specific to each existing building, as the methodology PBEE, « Performance Based Earthquake Engineering » developed at PEER, « Pacific Earthquake Engineering Research Center », have greater chance to be implemented, because it considers in addition to civil and seismic engineering fields, decision analysis and risk management fields. For this purpose, we have chosen, referring to the structure analysis field to study a specific hotel in California, with respect to earthquakes threats of 10% in 50 years hazard level. We have studied the structure using innovative simulations (using static and adaptive pushover analysis, dynamic analysis and incremental dynamic analysis, etc. . . ) that consider the inelastic analysis of the structure. We have proposed a solution to strengthen the building, we have compared the structure behavior before and after the strengthening, and we compared the model to the real behavior of the building while facing Northridge earthquake. We have deduced that the strengthened structure behave well facing earthquakes threats of 10% in 50 years hazard level, and the proposed model have predicted well the real behavior of the structure while facing Northridge earthquake. Then we have proposed referring to the decision analysis field to improve the decision analysis model used in PEER PBEE, using a multiattribute approach, considering the preferences of the decision maker. For this purpose we have innovated by elaborating a non parametric method to elicit, under uncertainty, a probability weighting function associated to the elicited multiattribute utility function. Finally we have proposed a more flexible management strategy that can be applied in France, it helps implement projects of strengthening structures. We propose the possibility to use an Incremental Seismic Rehabilitation on a case by case basis, based on the financial capacities of the owner, depending on the regions seismicity and buildings classes