Explication technique et physique de la destruction des bâtiments

Le WORLD TRADE CENTER

Après plus de trois années d'enquête, le National Institute of Standards and Technology (NIST) a publié le premier rapport scientifique complet sur l’effondrement des tours jumelles du World Trade Center. L'ensemble des données a permis au final de réaliser la simulation par ordinateur de l'enchainement des événements depuis l'impact des appareils jusqu'à l'effondrement. 

  • Origine et construction du World Trade Center

    En 1961, l’autorité de New York accepte un projet de création d’un centre de commerce mondial dans le district de Lower Manhattan. Le budget prévu est de plus de 500 millions de dollars. Le cabinet d’architectes Minoru Yamasaki est chargé de concevoir le World Trade Center. Sa construction est placée sous la juridiction de l’Autorité Portuaire et non celle de la ville de New York comme les autres immeubles.
    En 1964, les plans sont établis et deux ans plus tard, les travaux commencent. Il est décidé de construire ces deux tours afin qu’elles résistent à l’impact d’un Boeing 707 et non celui d’un 767…En outre, les entrepreneurs, pour des raisons économiques, ont pu obtenir une dérogation de la ville de New York pour utiliser un acier moins résistant et plus léger  par rapport aux normes exigées. Cet écart a pu être une conséquence de l’effondrement des tours le 11 septembre. La tour Nord est achevée en 1972 et la Tour Sud en 1973. Le complexe est officiellement inauguré le 4 avril 1973. 

  • Le complexe architectural du World Trade Center

    Le WTC, situé dans le district de Lower Manhattan, à New-York était un complexe de sept immeubles d’affaires.
    Les Twin Towers en constituaient l’armature centrale. Même si leur forme extérieure paraissait anodine, l’architecture des tours était sans conteste d’une grande originalité. Hautes de 415 et 417 mètres, larges de 63 mètres, les tours Nord (WTC 1)  et Sud (WTC 2) étaient composées d’un ensemble dense de 236 colonnes d’acier périphériques, entourant un cœur de 47 colonnes d’acier abritant les ascenseurs et les escaliers. Reliant le cœur et la façade, le système de plancher était constitué par une charpente métallique recouverte de béton. Ce système original supportant son propre poids (et celui de ses occupants) apportait aux tours leur stabilité latérale au vent. Enfin, une armature en acier venait coiffer les deux tours. Elles abritaient 966 192 m² de bureaux, la plupart financiers, répartis sur plus de 110 étages. Plus de 45 000 personnes y travaillaient chaque jour.
    Aux yeux du monde, le WTC et ses Twin Towers représentaient l’emblème de New York et le symbole de la puissance américaine.

  • Les mesures de sécurité incendie

    Suite à l’attentat du 26 février 1993 contre le World Trade Center perpétré à l’aide d’un camion, des  problèmes sur   l’évacuation et sur  les mesures de sécurité incendie ont été mis en évidence. Des mesures ont été prises pour les  améliorer : ajout de marquage au sol avec des signaux fluorescents à proximité des escaliers de secours, augmentation de  la quantité d’acier dans la structure des bâtiments afin de les renforcer, création d’une direction spécifique de la sécurité : à chaque étage, des « équipes de sécurité incendie » constituées d’employés avaient pour mission de repérer tout départ de feu… Les systèmes de protection anti-incendie, et particulièrement l’isolation thermique avaient été améliorés.

  • Les raisons techniques de l’effondrement des tours

    Au moment de l’impact dans la tour nord (T = 0 s), l’avion s’est encastré dans les structures. Les débris ont endommagé les protections thermiques des colonnes d’acier. En 0,04 seconde, le kérosène s’est enflammé, provoquant de violents incendies. Les fournitures de bureau ont constitué ensuite l’essentiel du combustible. Sous l’effet de la chaleur, les aciers ont commencé à se ramollir et à fléchir. Après exactement 102 minutes, les colonnes ne pouvaient plus supporter le poids de la partie supérieure de la tour qui s’est effondrée.
    Les pièces de métal retrouvées après l’effondrement montrent que devant la violence de l’impact, les colonnes extérieures ont été littéralement déchirées.
    L’étude de l’énergie cinétique permet d’expliciter  comment les ailes en aluminium léger ont pu aussi facilement cisailler les lourdes colonnes d’acier. C’est en raison de la  masse importante de kérosène qu’elles contenaient et de  la vitesse de l’avion qu’elles ont pu  pénétrer dans le bâtiment et créer autant de dégâts. A l’endroit de l’impact, une trentaine de colonnes périphériques ont été touchées et ont été affaiblies par l’intensité de l’incendie.

    Description: Simulation 3D de la pénétration d’un bout d’aile dans la façade. Sans kérosène, l’aile est déchiquetée et ne pénètre pas. 

    Simulation 3D de la pénétration d’un bout d’aile dans la façade. Sans kérosène, l’aile est déchiquetée et ne pénètre pas.
    .Description: L’aile chargée de kérosène n’a pas de mal à cisailler les colonnes extérieures. On voit clairement comment le kérosène, représenté par des petites gouttes bleues, se répand à l’intérieur.

    L’aile chargée de kérosène n’a pas de mal à cisailler les colonnes extérieures. On voit clairement comment le kérosène, représenté par des petites gouttes bleues, se répand à l’intérieur.

    Bien que le choc fût important, il ressort clairement que les bâtiments ont parfaitement absorbé le choc et auraient pu rester debout si la situation avait perduré. Toutefois un certain nombre de dégâts supplémentaires vont être déterminants dans l’effondrement des immeubles. L’impact a d’abord permis une dispersion du kérosène et l’allumage de brasiers sur de larges zones. En brisant un grand nombre de vitres sur les façades, il a permis d’accroître l’apport d’air aux foyers d’incendie. Mais surtout, les nombreux débris produits et possédant une vitesse importante ont gravement endommagé les revêtements ignifugés des colonnes, les laissant vulnérables à la température élevée du feu. De plus, l’endommagement des plafonds a permis le transfert de chaleur par les systèmes de plancher contournant ainsi les murs de compartimentation. Si finalement on ajoute à cela la destruction du système d’extincteur automatique, on s’aperçoit que rien ne pouvait entraver les incendies.

    Il y a  une différence majeure dans le comportement des deux tours : dans WTC 1, la propagation des feux se trouve limitée par l’apport d’air frais et les incendies se déplacent du côté nord près de l’impact vers le côté sud, au fur et à mesure que la chaleur brise de nouvelles fenêtres. Dans WTC 2 où l’orientation de l’avion lors de l’impact a provoqué l’accumulation de nombreux débris combustibles dans le coin nord-est de la tour, les incendies sont beaucoup plus concentrés et intenses dans cette partie. De plus, dans la totalité de la zone d’impact de la Tour Nord (WTC 1), les étages concernés avaient subi un revêtement anti-feu contrairement à la Tour Sud (WTC 2) qui n’avait qu’un seul étage renforcé dans sa zone d’impact.

    Par ailleurs, sous des contraintes importantes, l’acier est élastique, de sorte qu’on peut le manipuler : il se  déforme irréversiblement (on parle de déformation plastique). Lorsque l’acier est chauffé, sa capacité de résistance diminue, de sorte qu’il se déforme à une contrainte plus faible. A 300°C, la limite d’élasticité diminue d’environ 20%. A ce point, les colonnes commencent à fléchir. A 500°C, le phénomène devient dangereux : les colonnes commencent littéralement à se raccourcir dans un processus appelé « fluage » qui amplifie le fléchissement des colonnes.
    Ainsi aux températures atteintes le 11 septembre, les planchers commencèrent à s’affaisser et les colonnes du cœur se raccourcirent. En effet, l’affaissement des planchers dans les régions où l’incendie est le plus important (côté sud pour WTC 1 et côté est pour WTC 2) provoque le fléchissement des colonnes périphériques. 
    Dans les deux tours, l’affaiblissement des colonnes du cœur entraîne la redistribution des charges vers les colonnes périphériques. Ceci a pour conséquence d’accroître le fléchissement des façades et provoquer une grande instabilité. A un moment donné (56 minutes pour WTC 2 et 102 minutes pour WTC 1 après impact), les colonnes extérieures deviennent incapables de supporter la charge de la partie supérieure de l’édifice. A mesure que cette dernière bascule, ni le cœur, ni les façades ne soutiennent plus aucune charge. L’énergie libérée par le mouvement de la partie supérieure est tellement important que même la partie inférieure intacte ne peut résister. L’effondrement s’ensuit.

    POURQUOI LA TOUR SUD S’EST-ELLE EFONDREE EN MOINS DE TEMPS QUE LA TOUR NORD ?  Loi défendant la thèse officielle


    85-77 = 8                                          99-93 = 6

    La Tour Sud (WTC 2) a été endommagée par l’avion sur 8 étages tandis la Tour Nord (WTC 1) a été endommagée sur 6 étages. Les colonnes de la Tour Sud étaient donc soumises à supporter une masse supérieure à celles de la Tour Nord. Donc les contraintes auxquelles les colonnes de la Tour Sud étaient soumises étaient supérieures aux contraintes subies par celles de la Tour Nord. En effet la Tour Nord de 115 étages devait supporter la masse de 16 étages, soit une hauteur approximative de 56m (car un étage = 3,5 mètres). Or la Tour Sud, quand à elle, devait supporter la masse de 28 étages soit près de 100m de bâtiment. Donc les colonnes de la Tour Sud doivent supporter 57%  (16/28 ×100) de structure en plus que la Tour Nord.  Donc la tour Sud doit supporter 1.75 plus de poids soit  57% de plus que la Tour Nord. D’où la forte inclinaison du chapeau de la Tour Sud  peu de temps après l’impact. Les Tours jumelles faisaient 417 et 415 mètres de hauteur pour une surface au sol de 4000m2 (63,5m x 63,5m).
    Si après l’impact, le nombre de colonnes restantes était le même sur les Tours 1 et 2, que l’intensité (température et volume) des incendies était la même, et que la masse d’un étage de la Tour Sud est égal à un étage de la Tour Nord, alors:

    Hypothèse Physique :
    On cherche à trouver l’évènement t2 exprimé par l’équation  suivante :                                          t2 = (t1) × (57/100)
    t2= « temps de résistance de la Tour Nord » × « différence des contraintes subies entre la Tour Sud et la Tour Nord (57%) » = « Temps total entre l’impact de l’avion de ligne et l’effondrement de la Tour Sud »
    t1 = « heure de chute de la tour Nord » – « heure d’impact de l’avion dans la Tour Nord » 
    t1 = 10,46-8,76 = 1,70 (heure décimale) - t1=102 minutes
    t2 = (t1) × (57/100) 
    t2= 1,70 × 57/100 = 0.969 (heure décimale) -  t2= 58 minutes 

    Données de la réalité :

    • La Tour Nord (WTC 1) a mis exactement 102 minutes entre l’heure d’impact et l’heure de son effondrement.
    • La Tour Sud (WTC 2) a mis le temps de 57 minutes avant de s’effondrer.

    En conclusion, on peut dire que cette formule donne un résultat très proche des données  réelles. Cependant, il faut émettre des réserves sur cette démonstration. En effet, cette hypothèse est soumise à certaines conditions : si après l’impact, le nombre de colonnes restantes était le même sur les Tours 1 et 2, que l’intensité (température et volume) des incendies était la même, et que la masse d’un étage de la Tour Sud est égale à la masse d’un étage de la Tour Nord, alors le résultat montrerait la proportionnalité en temps de l’effondrement des Tours. En outre, il faudrait qu'elle  soit validée  par un professionnel du bâtiment car d'autres paramètres peuvent être pris en compte comme la vitesse et la propagation des incendies.

    Ainsi, après ce drame, il apparaît alors crucial qu’un rôle central doit être accordé au design des éléments de compartimentation et à la protection thermique des éléments de structure. Priver l’incendie d’oxygène en installant des fenêtres résistantes à la chaleur pourrait être un élément de sécurité supplémentaire. Mais l’organisation des secours et de l’évacuation des personnes resteront toujours un problème difficile à résoudre.