Pourquoi les tours du World Trade Center se sont-elles effondrées ?

L’effondrement des tours jumelles du World Trade Center, le 11 septembre 2001, a été aussi soudain que dramatique. La destruction complète de ces bâtiments massifs a choqué presque tout le monde. Aujourd’hui encore, de nombreuses spéculations circulent selon lesquelles les bâtiments présentaient des défauts structurels, que les colonnes d’acier avaient fondu ou que les équipements de lutte contre les incendies ne fonctionnaient pas. Pour séparer les faits de la fiction, nous avons essayé de quantifier divers détails de l’effondrement.

Tours du World Trade Center – conception et construction

Ils ont été conçus et construits entre le milieu des années 1960 et le début des années 1970. Ils représentaient une nouvelle approche des gratte-ciel dans la mesure où ils devaient être très légers et impliquaient des méthodes de construction modulaires, dans le but d’accélérer le programme et de réduire les coûts.

Chaque tour avait une hauteur de plus de 411 m au-dessus du niveau de la rue et de 21 m en dessous de ce niveau. Les bâtiments avaient un rapport hauteur/largeur de 6,8. Le poids total de la structure était d’environ 500 000 t, mais la pression du vent, plutôt que la gravité, a dominé la conception. Le bâtiment est une immense toile qui doit résister à un ouragan de 225 kilomètres par heure. Les tours du WTC ont été conçues pour résister à une charge de vent de 2 kPa, soit une charge latérale totale de 5 000 t.

Les rapports préliminaires ont noté dans quelle mesure les bâtiments ont résisté à l’impact initial de l’avion. Cependant, lorsqu’on reconnaît que les tours représentaient plus de 1 000 fois la masse de l’avion et étaient conçues pour résister à une charge de vent constante représentant 30 fois le poids de l’avion, cette capacité à résister à l’impact initial n’est guère surprenante.

Bien que l’impact de l’avion ait sans aucun doute détruit de nombreuses colonnes dans le WTC, le nombre de colonnes perdues lors de l’impact initial n’était pas important et les charges ont été transférées aux colonnes restantes. L’explosion qui s’est produite lors de l’impact a été d’une importance égale, voire plus grande. L’incendie qui a suivi est clairement la principale cause de l’effondrement.

Résistance au feu de l’acier

On sait que l’acier de construction commence à se ramollir vers 425°C. Et il perd environ la moitié de sa résistance à 650°C. Mais même une perte de résistance de 50 % reste insuffisante pour expliquer l’effondrement du WTC.

Le problème supplémentaire était une déformation de l’acier lors de l’incendie. La température du feu n’était pas uniforme partout. Compte tenu de la dilatation thermique de l’acier, une différence de température de 150°C. D’un point à un autre va produire des contraintes résiduelles au niveau d’élasticité. Cela a produit des déformations dans l’acier de construction. Ainsi, la rupture de l’acier a été causée par deux facteurs. Le premier est la perte de résistance due à la température du feu. Et la seconde est la perte d’intégrité structurelle due à la déformation de l’acier soumis à des températures non uniformes.

Le World Trade Center n’a pas été mal conçu. Aucun concepteur du WTC ne l’avait prévu, et ils ne l’auraient pas prévu non plus. Pour qu’un cocktail Molotov d’une telle ampleur atteigne l’un des étages de l’immeuble. Les gratte-ciel sont conçus pour résister à un incendie pendant trois heures, même si le système de gicleurs ne fonctionne pas. Ce délai doit être suffisant pour évacuer les occupants du bâtiment. Les tours du WTC ont duré moins que prévu en raison de la charge de carburant très élevée. Il n’y a pas d’incendie normal dans un immeuble de bureaux qui couvrirait 4 000 mètres carrés en quelques secondes, comme l’incendie s’est développé dans le WTC. Habituellement, il faudra jusqu’à une heure pour s’étaler sur toute la surface. Nous étions confrontés à un incendie très important qui progressait rapidement.

Les deux tours ont cédé sous le très fort impact de l’incendie

Presque tous les grands bâtiments ont une conception qui permet la perte d’un élément structurel principal, comme une colonne. Cependant, lorsque plusieurs éléments tombent en panne, les charges finissent par affecter les éléments adjacents et l’effondrement se produit par effet domino.

Comment les poutres transversales des deux principaux étages touchés par l’incendie ont cédé. Et les piliers extérieurs commencèrent à se déplacer vers l’extérieur. Les étages au-dessus d’eux sont également tombés. L’étage inférieur (d’une capacité conçue pour supporter 1 300 t) n’a pas pu supporter les quelque 45 000 tonnes effondrées des étages supérieurs. Cela a provoqué un effet domino qui a entraîné l’effondrement des bâtiments en dix secondes. Avec une vitesse d’environ 200 kilomètres par heure.

Source de l’article : http://www.tms.org/pubs/journals/jom/0112/eagar/eagar-0112.html