La centrifugeuse de recherche la plus puissante d'Europe
La centrifugeuse de recherche géotechnique la plus performante d'Europe est en train de voir le jour sur le campus du H?nggerberg. Elle permet de simuler des ouvrages géotechniques tels que des fondations, des barrages et des tunnels, ainsi que les effets de dangers naturels tels que des tremblements de terre, des glissements de terrain, des inondations et des tsunamis. La centrifugeuse a été mise en place mercredi avec une précision millimétrique.
Le lancement en ao?t dernier était déjà un spectacle : il a fallu près d'une heure en été pour soulever par grue un cylindre de béton de 245 tonnes et le placer à 25 mètres de hauteur dans le sous-sol de la cour intérieure près du b?timent HIF.
Mercredi dernier, la pièce ma?tresse des nouvelles installations de recherche de l'Institut de géotechnique de l'ETH a été installée : la centrifugeuse d'environ 20 tonnes a été descendue dans le cylindre de béton par une grue sur pneus. L'exploit a consisté à placer la centrifugeuse au millimètre près au centre du cylindre de béton et à assurer la verticalité de son axe.
Pour ce faire, un travail de précision a été nécessaire. Le cylindre repose quant à lui sur des ressorts en acier spécialement con?us. Ceux-ci absorbent les oscillations de la centrifugeuse et empêchent que les vibrations ne se propagent dans le sous-sol du campus. C'est ainsi que na?t non seulement la plus grande centrifugeuse géotechnique d'Europe, mais aussi la première au monde à être isolée des vibrations.
Modélisation pour améliorer la résistance aux dangers naturels
La nouvelle centrifugeuse fera partie d'un centre de recherche sur la modélisation des centrifugeuses au Département de génie civil, d'environnement et de géomatique de l'ETH. Elle permettra aux chercheurs de simuler les tremblements de terre, les mouvements de terrain (p. ex. glissements de terrain) et les risques liés à l'eau (p. ex. inondations, tsunamis) pour les ouvrages géotechniques. Ces simulations permettent d'optimiser la conception de nouveaux ouvrages et la modernisation des ouvrages existants (p. ex. ponts, b?timents et digues) et de réduire les risques potentiels des dangers naturels sur les constructions et les infrastructures. Dans le même temps, cela permet de minimiser l'utilisation des ressources naturelles et l'empreinte carbone qui y est associée.
La centrifugeuse elle-même est de conception simple : elle se compose essentiellement d'un bras rotatif de neuf mètres de long auquel sont fixées deux balan?oires sur lesquelles sont installés des modèles de structures de sol. La rotation permet d'accélérer la centrifugeuse jusqu'à 250 fois l'accélération de la pesanteur (g). Techniquement, on parle de "250 g".
La capacité de la centrifugeuse est de 500 gtonnes. Cela signifie que dans un champ gravitationnel accru de 250 g, la centrifugeuse peut porter jusqu'à deux tonnes. Deux tonnes multipliées par 250 g donnent 500 gtonnes. Dans une prochaine étape, l'installation sera complétée par un simulateur de tremblement de terre capable de simuler des mouvements sismiques réels.
Le champ gravitationnel accru est indispensable pour obtenir une modélisation réaliste du sol dans un environnement de laboratoire réduit. Comme le comportement du sol dépend en grande partie du niveau de contrainte correspondant, les modèles qui ne font que réduire l'échelle géométrique de la situation réelle (profondeur de la couche de sol, dimensions de la structure) ne peuvent pas fournir de résultats réalistes. En augmentant le champ gravitationnel, la centrifugeuse parvient à ce que la contrainte puisse être correctement mise à l'échelle et mesurée.
Gr?ce à la centrifugeuse, les chercheurs peuvent ainsi simuler de manière réaliste le comportement de constructions de grande surface et les mouvements du sol. Pour ce faire, ils placent les modèles du sol concerné, y compris les couches de sol et l'ouvrage, sur les balan?oires et les accélèrent jusqu'à l'accélération centrifuge souhaitée. Par exemple, 30 centimètres de sol dans la centrifugeuse accélérée à 100 g correspondent à une profondeur de 30 mètres dans la réalité. Le simulateur de séisme a une charge utile pouvant atteindre 700 kilogrammes.
De Bochum à Zurich
La centrifugeuse elle-même n'est pas tout à fait nouvelle. Elle provient de Bochum, où elle n'a pas été réutilisée. Pour les besoins de la recherche à l'ETH, les roulements, les moteurs, l'hydraulique et l'électronique ont tous été renouvelés et modernisés. Les travaux de montage complet de la centrifugeuse et de raccordement aux fluides nécessaires sont encore en cours. Elle devrait être opérationnelle vers la fin de cette année - même si, dans un premier temps, elle ne fonctionnera qu'à une puissance réduite. Elle devrait être pleinement opérationnelle à la fin de l'été 2022, lorsque l'alimentation électrique sera entièrement installée et que la deuxième phase des travaux de construction en cours dans le b?timent d'enseignement et de recherche HIF sera achevée.
L'installation de la centrifugeuse s'inscrit dans le cadre de la rénovation et de l'extension du HIF, construit en 1976, qui abrite le Département de génie civil, environnemental et géomatique (D-BAUG). L'emménagement de la première étape aura lieu d'ici fin juin 2021. Elle concerne la nouvelle aile d'extension avec des laboratoires supplémentaires. Dans cette partie du b?timent, les neuf chaires de sciences et ingénierie de l'environnement seront pour la première fois réunies physiquement. De plus, de nouvelles zones de rencontre seront aménagées pour favoriser les échanges scientifiques. L'ensemble de la rénovation de l'IFF s'achèvera avec la troisième étape en 2023.
