La démarche de conception, de modélisation, de projet d’exécution et enfin de la réalisation d’une construction est un processus continu. Dans cette démarche, il convient à chaque instant de croiser les exigences fonctionnelles et structurelles pour réaliser des bâtiments adaptés qui façonnent les espaces à construire.

Les exigences fonctionnelles dépendent de la destination du bâtiment : logements, écoles, bureaux, hôpitaux, salles de réunions, halls industriels, etc.

Les exigences structurelles doivent prendre en compte bien entendu la nature des actions : charges permanentes, charges d’exploitation, interaction sol-structure (fondations, poussées de sol statiques et dynamique, instabilité de pente, etc.), vent normal, vent extrême (site exposé, cyclonique, etc.), charges dynamiques (nuisances vibratoires), séismes, etc.

La sanction de l’expérience, la prise en compte de l’évolution des connaissances, de la réglementation, du développement technologique et les enseignements obtenus après séismes « essais de bâtiments en vraie grandeur », sont autant de facteurs dont l'impact est permanent dans ce processus de construction.

En partant du vieil adage « qui peut plus, peut moins », on exposera les exigences spécifiques à la prise en compte de l’action sismique et à l’interaction du bâtiment avec son environnement telle que la réaction du sol et la présence d’autres bâtiments.

Si dans les réflexions communes le sol intervient naturellement, il est par contre courant (implicite) de considérer chaque bâtiment comme étant parfaitement isolé.

Pour illustrer l’interaction de la structure et du sol, considérons tout d’abord la structure parfaitement rigide. En cas de tassement d’un élément de fondation cette rigidité intervient spontanément pour reporter la charge appliquée aux éléments qui tendent à se dérober sur les éléments voisins plus stables.

Dans ce cas, l’adaptation réciproque des deux systèmes mécaniques couplés qui constituent la structure et le sol d’assise se ramène à une adaptation du sol aux conditions imposées par la structure. Le seul risque qu’encourt cette dernière est celui d’un déversement général plus ou moins prononcés affectant sa verticalité.

En pratique ce cas est celui de beaucoup des bâtiments avec des infrastructures caissonnées réalisées par des voiles suivant les deux directions principales qui présentent, du fait de leur monolithisme, une rigidité considérable. Ces types de bâtiment ne sont donc exposés aux effets de tassements différentiels qu’en ce qui concerne leur aplomb et c’est ce souci et celui du tassement d’ensemble qui conditionneront la recherche du mode de fondation.

Après le séisme de Mexico de 1985, beaucoup des bâtiments tours avaient un faux-aplomb de 0,20 à 2,00 m.

Considérons cette fois une structure constituée par des portiques en charpente métallique, donc parfaitement souple. Dans cette situation et sur un sol mou, du fait de sa souplesse, l’adaptation sol-structure se ramène à l’adaptation de la structure aux conditions imposées par le sol.

Ces exemples montrent bien que la détermination judicieuse du système de fondation et de la structure, exigent qu’on considère à la fois le sol et l’ensemble de la structure.

Cette remarque est d’autant plus importante quand il s’agit d’assurer la stabilité sous l’action sismique (forces essentiellement horizontales) qui s’applique à l’ensemble du bâtiment.

La stabilité sous l’action sismique est obtenue par un système structural qui résulte de l’assemblage d’un certain nombre des structures élémentaires.Plus précisément, la résistance d’une structure aux forces latérales (vent ou séisme) est assurée par une série de sous-structures verticales (murs, cages d’escaliers ou d’ascenseurs, portiques), d’éléments plans ou linéaires fonctionnant à la manière de consoles encastrées à leur base (contreventements élémentaires).

Les éléments structuraux d’un bâtiment (fondations, poteaux, poutres, voiles, dalles) sont solidaires les uns des autres d’une manière directe ou indirecte. Il est donc normal que la stabilité d’un bâtiment soit envisagée de façon globale par l’assemblage d’un certain nombre des structures élémentaires et non pas élément par élément ou par macro-élément (cages d’ascenseurs, cages d’escaliers, etc.).

Ces éléments en béton armé (voiles ou portiques) en charpente métallique (portiques associés parfois à des voiles) fonctionnent comme des consoles encastrées à leur base, sur des fondations superficielles ou de groupes de pieux, ce qui suppose que l’effort normal provenant des charges verticales est suffisant pour que le centre des pressions reste dans la section droite.

On est parfois obligé pour cela à mobiliser des charges verticales complémentaires, correspondant à des ancrages dans le sol (pieux ou barrettes travaillant à l’arrachement), ou correspondant à d’autres parties de la structure en prévoyant des poutres ou des voiles de transfert.

Plusieurs contreventements élémentaires doivent donc être associés dans leur fonction de résistance globale d’un bâtiment à l’action sismique par des diaphragmes horizontaux (planchers) et par la continuité de la structure jusqu’au niveau de l’infrastructure.

La modélisation d’un bâtiment peut ou non être suivie d’un calcul sur ordinateur. Gardons présents à l’esprit que la force d’origine sismique représente seulement un pourcentage de la masse totale du bâtiment (15 à 40 %). Ce pourcentage varie en fonction de l’accélération nominale aN  (zone sismique et classe de l’ouvrage), de la qualité du sol et de la régularité du bâtiment (coefficient de comportement, torsion d’axe vertical, etc.).

Quoi qu’il en soit, la modélisation ne peut et ne doit être qu’une démarche visant à vérifier la qualité de la conception initiale. Cette conception qui reflète fidèlement la collaboration étroite entre l’architecte et l’ingénieur se doit d’intégrer toutes les exigences de la maîtrise d’ouvrage (quelle tâche difficile….).

Une question se pose alors : pourquoi faut-il quand même modéliser ?

Plusieurs raisons incitent à cette démarche de modélisation en phase de projet d’exécution :

     tout d'abord cela force l’ingénieur à établir clairement et à estimer les interrelations sous-jacentes,

       ensuite au-delà d’une appréciation de la stabilité globale, la confiance aveugle dans l'intuition, surtout dans le domaine de la dynamique, peut amener à une mauvaise appréciation du vrai comportement d’une structure complexe sous l'action sismique,

       de plus, l'interaction avec le sol, avec le voisinage, avec les éléments non-structuraux, donc des relations "marginales" qui ne sont que quelques éléments d'un modèle global, doivent être testées et validées, afin d'apprécier leur véritable incidence,

       enfin, il est nécessaire de fournir, en même temps que la modélisation, une mesure de confiance. Celle que l’ingénieur peut avoir de la fiabilité  du modèle après une interprétation approfondie des résultats.

Enfin il ne faut pas perdre de vue qu’on peut se trouver, pour une même opération, en présence de plusieurs blocs d’où l’évidant intérêt d’assurer la stabilité globale par une liaison continue au niveau de l’infrastructure.