L’effondrement des Twin-Towers

Entretien avec Matthys Levy

Propos recueillis par Jérôme Quirant - SPS n° 296, hors-série 11 septembre, juin 2011

Quels organismes ont analysé l’effondrement des tours jumelles ?

Matthys Lévy : Les événements qui se sont produits le 11 septembre 2001 sur le site du World Trade Center de New York ont fait l’objet de nombreuses et rigoureuses études scientifiques. Un premier rapport a été produit par l’ASCE et la FEMA (American Society of Civil Engineers / Federal Emergency Management Agency) au début de 2002. Il décrit les éléments de base des cas étudiés : taille et vitesse des Boeing 767, évaluation des dommages et estimation préliminaire des raisons des effondrements. Une analyse scientifique plus détaillée des causes de la défaillance de chacune des deux tours et une description du mode de ruine ont été proposées plus tard en 2002 par Weidlinger Associates. Enfin, une étude indépendante et approfondie de la ruine a été réalisée par le NIST (National Institute of Standards and Technology) en 2004. Dans leurs grandes lignes, les rapports de Weidlinger Associates et du NIST s’accordent sur les causes des effondrements, ils ne diffèrent que sur de légers détails concernant l’amorce de la ruine.

Quelle était la structure des tours ?

296_33-37_1M.L. : Les deux tours, comportant chacune 110 étages sur 410 m de haut et présentant une surface carrée de 62 mètres en plan, ont été construites en acier, avec un pourtour constitué de poteaux très resserrés et soudés aux poutres présentes à chaque étage. Cette structure permettait au périmètre d’agir comme un tube et de résister à la force exercée par le vent, tout en soutenant une partie des planchers. À l’intérieur se trouvait un noyau de 24 par 42 mètres, comprenant escaliers, ascenseurs et toilettes, lui aussi en acier, mais qui n’était pas prévu pour être aussi rigide que le périmètre de la tour. Une charpente métallique faisait office de coiffe en haut des tours et reliait les poteaux du cœur avec ceux du périmètre, pour accroître la rigidité de la structure vis-à-vis de l’action du vent. Les planchers étaient constitués de béton coulé sur des bacs métalliques, soutenus par des poutres acier classiques ou de type treillis.

Pouvez-vous nous décrire l’enchaînement des événements ?

M.L. : Le matin du 11 Septembre 2001, un Boeing 767 a frappé la tour nord (tour 1) à 8h 46, à la vitesse d’environ 800 km/h, s’encastrant entre les 94e et 98e étages, quasiment au centre de la face nord de la tour. Le bâtiment a été fortement secoué, vibrant longuement, mais il est resté érigé. À 09h03, un deuxième 767 a heurté la tour sud (tour 2) entre les 78e et 84e étages, à environ 880 km/h, sur un côté de la face sud de la tour, près de l’angle sud-est.

La violence du choc a causé la rupture des poteaux du périmètre et des poutres à l’endroit de l’impact, entraînant la ruine des planchers dans certaines zones. En pénétrant dans le bâtiment, la structure en aluminium des avions a été déchiquetée et des débris ont touché le noyau central des tours, sectionnant ou endommageant certaines poteaux du noyau central (environ 50 % dans la tour 1 et 30 % dans la tour 2) et emportant la protection incendie des éléments en acier, comme si ceux-ci avaient été sablés1. Cette collision a également causé des dommages aux escaliers, aux ascenseurs, et coupé l’approvisionnement en eau.

L’impact a aussi rompu les réservoirs de l’avion situés dans les ailes, libérant ainsi le kérosène stocké. Si environ 30 % du carburant s’est consumé dans une énorme boule de feu, le reste a servi à l’amorce des incendies dans les étages touchés et s’est écoulé dans les escaliers ou les ascenseurs endommagés. La température a pu atteindre 400 à 700°C près du cœur de la tour et 700 à 1 000°C sur le périmètre par l’effet de ventilation qui attisait les flammes. Ces feux, qui étaient essentiellement confinés aux étages impactés, consumaient les matériaux de mobilier d’intérieur (meubles en bois, cloisons, tapis, papier, etc.) et a commencé à échauffer les poteaux en acier dont la protection incendie avait été arrachée par la projection des débris de l’avion. De 400°C dans les premières minutes, la température de l’acier s’est progressivement élevée à 600° après 45 minutes et à 700° au moment des effondrements. Comme l’acier perd sa résistance avec l’augmentation de température, et qu’elle n’est plus que de 50 % à 600°C, la structure porteuse des étages touchés a été rapidement affaiblie.

De plus, l’eau n’était plus disponible pour les sprinklers2 puisque les conduites d’eau avaient été sectionnées par les débris de l’avion traversant le noyau central, et plus aucun ascenseur de service n’était opérationnel. De ce fait, les pompiers ne pouvaient rejoindre rapidement les étages impactés pour lutter contre les incendies, ils ont dû monter par les escaliers et, avec leur équipement lourd, ne pouvaient atteindre les étages qu’après presque une heure et demie... trop tard !

Comment avez-vous mené votre analyse ? Que nous apprend-elle ?

M.L. : Deux modèles informatiques de la structure des tours ont été réalisés. Le premier est un modèle en dynamique non linéaire par éléments finis, il était destiné à montrer ce qui s’est passé, milliseconde par milliseconde, lorsque l’avion a heurté le bâtiment et pénétré à l’intérieur. Ce programme donne une image continue des dommages et de la destruction de la structure de la tour (et de l’avion). Chaque donnée initiale du logiciel a dû être méticuleusement modélisée : les éléments de structure dans la construction, poutres, poteaux et dalles de plancher, ainsi qu’une description détaillée des avions.

La trajectoire de vol et la vitesse des avions ont également été données. L’exécution de ce programme a fourni une image précise des dommages internes : les poteaux qui ont été rompus et ceux qui ont été endommagés, les planchers altérés voire détruits, ou encore les endroits où la protection incendie a été arrachée par les débris de l’avion.

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Une seconde analyse a permis de modéliser la structure en utilisant un programme en élasticité linéaire, pour évaluer la résistance et la réserve de charge de la structure endommagée.

Afin d’évaluer la validité du premier modèle, les résultats ont été comparés aux dommages visibles, c’est-à-dire les poteaux et les poutres ayant été effectivement rompus sur la face de la tour, recensés à partir des nombreuses vidéos de l’événement.

L’exacte correspondance des poutres et colonnes détruites entre le modèle et les vidéos a démontré la pertinence du modèle pour prévoir les dégâts. C’est ainsi que les dommages intérieurs non visibles sur les vidéos, mais prédits par le modèle, ont été validés.

Ces résultats ont été utilisés comme donnée initiale pour le second modèle, en retirant les éléments qui avaient été estimés détruits suite au crash de l’avion. Les estimations de la montée en température de l’acier ont été saisies de la même façon. L’analyse a démontré que la structure servant de coiffe, qui avait été conçue dans un tout autre but, a permis de redistribuer les charges à partir des poteaux rompus à l’intérieur de la tour vers ceux du périmètre lorsque les avions ont d’abord frappé les tours.

Quand la température de l’acier a atteint 460° dans la zone centrale de la tour 2 et plus de 700° sur le périmètre, 56 minutes après l’impact, l’analyse informatique est devenue instable, indiquant un équilibre mécanique précaire et un effondrement imminent de la tour 2. De même, lorsque la température dans la zone centrale de la tour 1 a atteint 700°, 103 minutes après l’impact, l’analyse numérique a indiqué un effondrement imminent. Dans les deux cas, l’instabilité est apparue dans la zone d’impact.

Quelle a été la mécanique des effondrements ?

296_33-37_3M.L. : Pour la tour 2, qui avait été lourdement endommagée près de l’angle sud-est, les poteaux de façade ont cédé comme une fermeture éclair, créant une amorce de basculement. Presque simultanément, la zone centrale a perdu sa capacité portante sous l’action de la partie supérieure de la tour. Mis à part l’inclinaison initiale, la tour est tombée de façon rectiligne en raison de la force de gravité, verticale. En superposant une vidéo de l’effondrement réel et le film généré à partir du modèle mis au point sur ordinateur, la correspondance presque parfaite a démontré la précision et la pertinence du modèle mathématique.

Pour la tour 1, une vidéo a montré que le noyau central a cédé le premier, comme attesté par le mouvement vers le bas de l’antenne située sur le toit, 0,4 seconde avant l’effondrement global de la tour. Les résultats du modèle ont reproduit exactement cet élément, confirmant encore une fois l’exactitude du modèle numérique.

Comme les sections supérieures des tours sont tombées sur la partie basse, les planchers se sont effondrés les uns sur les autres, projetant de la fumée et des débris, et épluchant les poteaux de façade comme les pétales d’une fleur.

Quelles conclusions peuvent être tirées de ces catastrophes ?

M.L. : Deux études scientifiques, indépendantes l’une de l’autre, de l’effondrement des Twin-Towers du World Trade Center ont décortiqué les plans d’origine décrivant la structure des tours, étudié des dizaines de vidéos de l’événement, utilisé une modélisation informatique de pointe et des tech- niques d’évaluation des incendies, le tout pour recréer les conditions de chacune des tours, depuis l’impact jusqu’à l’effondrement final. Ces études ont permis de tirer les conclusions suivantes :

  • La structure des tours était très robuste, avec une réserve de charge suffisante pour résister aux dommages causés par l’impact initial des avions.
  • L’impact des avions a causé des dommages importants à la fois à la structure visible de façade, mais aussi à la structure du noyau intérieur, qui n’était pas observable.
  • Une combinaison de l’impact et de l’éparpillement des débris, a endommagé les protections incendies présentes sur les éléments en acier, les rendant vulnérables au feu.
  • L’effondrement des tours a été le résultat de la combinaison de la destruction causée par l’impact initial de l’avion et l’incendie qui a encore affaibli la structure porteuse, au point qu’elle ne pouvait plus supporter les étages de la partie supérieure.
  • La tour 2 s’est effondrée plus rapidement après l’impact car l’avion a heurté la tour de façon excentrée, concentrant les dommages initiaux et les incendies dans un coin de la tour et entraînant une instabilité analogue à celle créée par la rupture du pied d’une chaise.

Il ressort de ces analyses qu’il existe une explication scientifique cohérente et logique pour l’effondrement des tours jumelles du WTC, et qu’il n’y a aucune raison d’imaginer un complot autre que celui des terroristes...

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1 Le sablage consiste à projeter du sable pour décaper une surface.

2 Gicleurs disposés dans les plafonds et destinés à lutter contre les incendies en dispersant de l’eau.

Mis en ligne le 14 septembre 2011
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