Les toits des villes doivent être améliorés face au stress climatique

Lorsque les ingénieurs en structure conçoivent un bâtiment, ils ne se contentent pas d’empiler des étages ; ils réfléchissent à la manière de gagner une bataille complexe contre la nature. Chaque bâtiment est construit pour résister à un « budget » spécifique de stress environnemental : le poids des chutes de neige record, la poussée des vents puissants et l’expansion causée par la chaleur estivale.

Pour ce faire, les ingénieurs utilisent des cartes de danger et des codes de sécurité. Il s’agit essentiellement de règles basées sur des décennies de données météorologiques historiques. Ils incluent des marges de sécurité pour garantir que même si une petite partie d'un bâtiment tombe en panne, la structure entière ne s'effondrera pas comme un château de cartes.

Le problème est que ces règles deviennent obsolètes. La plupart de nos gratte-ciel emblématiques ont été construits dans les années 1970 et 1980 – un monde plus frais, avec des marées plus prévisibles et des tempêtes moins violentes. Aujourd’hui, ce monde n’existe plus.

Le changement climatique agit comme un multiplicateur de menaces, aggravant ainsi les conséquences du stress environnemental sur les bâtiments. Il est rare qu’il détruise un bâtiment à lui seul. Au lieu de cela, il trouve les minuscules fissures, les poutres de support rouillées et les fondations vieillissantes et les pousse vers un point de rupture. Cela augmente l’intensité de chaque charge et contrainte qu’un bâtiment doit supporter.

Pour comprendre le défi, j’ai étudié les points chauds mondiaux où l’environnement gagne la bataille contre l’ingénierie.

L'effondrement des tours Champlain Sud à Miami, en Floride, en 2021, a tué 98 personnes. Même si le bâtiment de 12 étages présentait des problèmes de conception d'origine, des décennies d'élévation du niveau de la mer et de l'air salin des côtes ont agi comme un catalyseur, permettant à l'eau salée de s'infiltrer dans le sous-sol et le garage.

Lorsque le sel atteint les tiges d’acier à l’intérieur du béton qui assurent la résistance structurelle (appelée renforcement), le métal rouille et se dilate. Cela crée une pression interne massive qui fissure le béton de l’intérieur vers l’extérieur – un phénomène que les ingénieurs de procédés appellent l’écaillage. La leçon est claire : dans un monde qui se réchauffe, les sous-sols côtiers deviennent des chambres de corrosion où des lacunes mineures d’entretien peuvent dégénérer en défaillance structurelle catastrophique.

Alors que l’affaire de Miami n’a touché qu’un seul bâtiment, la ville côtière historique d’Alexandrie, en Égypte, est plus largement menacée. Des recherches récentes montrent que les effondrements de bâtiments sont passés d'un par an à près de 40 par an au cours des dernières années.

Non seulement la mer monte, mais le sel liquéfie le sol mou sous les fondations de la ville. À mesure que la nappe phréatique monte, l’eau salée est poussée sous la ville, augmentant ainsi le niveau de la nappe phréatique. Cette eau salée ne fait pas que rouiller les fondations des bâtiments ; il modifie la structure chimique et physique du sol. En conséquence, il y a actuellement 7 000 bâtiments à Alexandrie qui risquent fortement de s’effondrer.

À Hong Kong, lors du super typhon Mangkhut en 2018, la vitesse du vent a atteint une vitesse terrifiante de 180 milles par heure. Lorsque des vents violents frappent un mur de gratte-ciel, ils se faufilent entre les bâtiments et accélèrent – ​​comme de l’eau pulvérisée par un étroit tuyau d’arrosage.

Cette pression a transformé des centaines de bureaux en souffleries, faisant sortir les fenêtres de leur cadre et faisant pleuvoir des débris de verre dans les rues en contrebas. Avec 82 morts et 15 000 maisons détruites dans la région, les gratte-ciel sont devenus des « machines à débris », même s'ils ne se sont pas complètement effondrés.

Les simulations sur ordinateur des systèmes fluviaux du Japon montrent que dans un monde réchauffé de 2°C, des inondations d'une ampleur actuelle « d'une fois par siècle » pourraient se reproduire tous les 45 ans environ. Avec un réchauffement de 4°C, cela pourrait se produire tous les 23 ans. Ces augmentations du volume d’eau élargiront les zones inondables dans des zones auparavant considérées comme sûres, avec des digues et des défenses contre les inondations susceptibles de déborder. Dans une région critique comme la baie d’Osaka, les ondes de tempête pourraient augmenter de près de 30 %.

Aux États-Unis, une étude portant sur 370 millions de dossiers de propriété entre 1945 et 2015 a révélé que plus de la moitié de toutes les structures se trouvent dans des zones à risque. Près de la moitié sont confrontés à de multiples menaces telles que des tremblements de terre, des inondations, des ouragans et des tornades. Au Royaume-Uni, les sinistres climatiques liés au climat ont atteint 573 millions de livres sterling en 2023, soit une augmentation de 36 % par rapport à 2022. Les dommages annuels causés par les inondations aux propriétés non résidentielles au Royaume-Uni devraient également presque doubler, passant de 2 milliards de livres sterling aujourd'hui à 3,9 milliards de livres sterling d'ici les années 2080.

La maintenance est notre meilleure défense

Une grande partie du parc immobilier mondial entre donc dans son âge mûr dans des conditions environnementales pour lesquelles il n'a jamais été conçu. Au lieu de paniquer ou de tout démolir, la solution consiste à adapter et à traiter l’entretien des bâtiments comme une forme de résilience climatique et non comme un supplément facultatif.

La modernisation des bâtiments à mi-vie peut contribuer à protéger notre horizon pour les 50 prochaines années. Nos cartes des risques doivent tenir compte des futurs modèles climatiques – et pas seulement des conditions météorologiques historiques – pour établir de nouvelles normes de sécurité. Une surveillance régulière de l'état des structures est essentielle : en utilisant des capteurs pour suivre les contraintes invisibles dans les fondations et les charpentes avant qu'elles ne deviennent fatales, des situations dangereuses peuvent être prévues.

Les bâtiments peuvent rester solides en concentrant les rénovations sur les parties les plus faibles et les plus vulnérables. Cela comprend les façades vitrées, le drainage souterrain, les pieux de fondation et la protection contre la corrosion.

Le changement climatique ne réécrit pas les lois de l’ingénierie, mais il ronge rapidement nos marges de sécurité. Si nous voulons que nos villes restent debout, nous devons agir maintenant – avant que de petites tensions invisibles ne s’accumulent et ne conduisent à un échec irréversible.

Mohamed Shaheen, maître de conférences en génie des structures, Université de Loughborough