Le ministre de l'Environnement à Mmes et MM. les préfets, M. le préfet de police.
Bien que la France soit rarement affectée par les séismes, les risques induits par de tels phénomènes existent.
L'article 41 de la loi du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile et son décret d'application du 14 mai 1991 définissent les principes généraux des mesures de protection à mettre en oeuvre. Le décret distingue deux types d'approche préventive selon que les bâtiments, équipements et installations concernés appartiennent à la catégorie dite "à risque normal" ou à celle dite "à risque spécial".
La 1ère catégorie comprend les bâtiments, équipements et installations pour lesquels les conséquences d'un séisme demeurent circonscrites à leurs occupants et à leur voisinage immédiat et la seconde ceux pour lesquels des dommages même mineurs à ces ouvrages résultant d'un séisme peuvent avoir un effet au-delà de ce voisinage immédiat.
Pour les ouvrages de la 1ère catégorie dite "à risque normal", la sécurité parasismique est assurée selon une approche normative.
Les installations dites "à risque spécial" au sens de l'article 6 du décret précité comprennent les installations classées définies à l'article 1er de l'arrêté du 10 mai 1993. Pour ces installations, la prévention du risque sismique fait l'objet d'une étude au cas par cas.
L'examen du risque sismique relatif à une installation classée s'intègre dans l'étude de danger, au même titre que celui des autres risques naturels.
Les dispositions de l'arrêté du 10 mai 1993 se fondent notamment sur l'expérience acquise lors de l'étude parasismique d'une part des installations nucléaires de base et d'autre part, au cours des dernières années, de certaines installations classées. Cette expérience permet d'apporter les commentaires et précisions utiles à l'application de ce texte.
L'arrêté définit dans un premier temps une méthode d'évaluation de l'aléa sismique à prendre en compte (articles 2 à 4). Il demande ensuite l'élaboration d'une liste des installations ou équipements devant faire l'objet de mesures de protection (article 5) puis les objectifs en matière de sécurité que les dispositions de protection doivent permettre de satisfaire (article 6).
La détermination du champ d'application de l'arrêté ne nécessite pas une connaissance particulière sur la sismicité de la zone géographique concernée. La capacité d'une installation à créer, en cas de séisme, des accidents aggravant notablement les conséquences premières du séisme pourra s'évaluer au vu des scénarios d'accidents développés dans l'étude des dangers de l'installation. On pourra en particulier examiner les conséquences de scénarios de fuites importantes sur des réservoirs de produits inflammables, explosifs ou toxiques; scénarios probables en cas de séisme.
En l'état actuel des connaissances des processus géologiques engendrant une rupture brutale des roches, notamment dans les zones à sismicité modérée (cas de l'essentiel du territoire national), la prédiction précise dans l'espace et dans le temps de l'occurrence d'un séisme et a fortiori de son "agressivité" est impossible.
Aussi la prévention sismique se fonde sur le postulat selon lequel un séisme passé peut se reproduire dans le futur sur le même accident géologiquement actif [accident sismogène] et cela avec une "puissance" comparable.
C'est ce que traduit la notion de SMHV introduite dans l'article 2. Elle provient de la pratique adoptée pour les installations nucléaires de base (règle fondamentale de sûreté n° 1.2.c). Il convient de remarquer que pour un site donné, il peut y avoir plusieurs SMHV à considérer; par exemple : un séisme de magnitude relativement faible mais situé près du site, et un séisme plus fort mais plus lointain, les deux produisant la même intensité sur le site.
Concrètement, la détermination du ou des SMHV s'appuie sur un ensemble de données sismologiques et géologiques à rechercher dans des documents et banques de données spécialisés et servant de base à une analyse sismotectonique (voir annexe). Cette recherche documentaire doit être complétée par un recueil complémentaire d'information et par un travail d'interprétation.
L'analyse de ces données doit permettre d'identifier :
- les domaines sismotectoniques pertinents, c'est-à-dire les régions dont les caractéristiques tectoniques (type et niveau des déformations, champs de contraintes) sont suffisamment homogènes pour qu'on puisse envisager l'occurrence d'un séisme analogue à un séisme historiquement connu, en n'importe quel point du domaine;
- les accidents (ou structures) sismogènes pertinents, c'est-à-dire les failles ou systèmes de failles, dont les mouvements peuvent avoir été ou être à l'origine de séismes;
- pour ces 2 types "d'unités sismotectoniques", les séismes historiques les plus importants dans la région du site, caractérisés de manière aussi précise que possible, compte tenu des données disponibles en termes de distribution des intensités, de localisation de l'épicentre et de profondeur de foyer et, le cas échéant, de données instrumentales.
A partir de ces éléments, la détermination du ou des SMHV découle de l'application des règles déterministes suivantes :
a) Les séismes historiques du domaine sismotectonique auquel appartient le site, à l'exception de ceux pour lesquels l'appartenance à un accident sismogène précis peut être justifiée, sont considérés comme pouvant se produire au droit du site.
b) Ceux des séismes appartenant à un domaine sismotectonique voisin et non liés à un accident sismogène précis, sont considérés comme pouvant se produire au point de ce domaine le plus proche du site.
c) Les séismes appartenant à un accident sismogène précis sont considérés comme pouvant se produire au point de l'accident le plus proche du site.
L'aléa sismique ainsi paramétré permettant d'estimer les effets les plus importants sur le site est constitué par le ou les séismes maximaux historiquement vraisemblables.
La règle de majoration de un degré d'intensité, qui fait passer du SMHV au SMS vise à s'assurer, avec un bon niveau de confiance, que l'installation ne subira pas, au cours de son existence, des actions plus agressives que celles pour lesquelles elle aura été dimensionnée.
Cette règle de majoration est celle utilisée par la sûreté nucléaire, dans le contexte sismotectonique de la France métropolitaine, caractérisé par :
- un niveau faible ou moyen de sismicité;
- une connaissance généralement bonne de la sismicité historique (sur une période d'au moins 500 ans);
- une connaissance incomplète des structures sismogènes actives dans une zone intraplaque
Cette règle de majoration peut s'avérer inapplicable, car aboutissant à des incohérences de nature sismologique et/ou géotechnique dans un certain nombre de cas pour lesquels il peut être admis, sous réserve de justifications, d'y déroger ou d'en modifier les modalités d'application ; ces cas sont les suivants :
a) SMHV correspondant à un séisme interplaque de grande magnitude. (cas de la zone de subduction proche des Antilles françaises). La majoration de un degré d'intensité peut alors conduire à envisager une dimension irréaliste pour la source sismique (magnitude); il convient alors de tenir compte des dimensions maximales plausibles pour la source, pour fixer la magnitude à considérer.
b) SMHV correspondant à un séisme intraplaque de magnitude voisine du maximum admis pour la région considérée et dont le foyer est à grande distance du site; comme en a) ci-dessus, la majoration de un degré d'intensité sur le site peut correspondre à une majoration irréaliste des effets du séisme dans la zone épicentrale; la majoration pour passer du SMHV au SMS doit alors être prise en intensité épicentrale et écrêtée à la valeur maximale la plus plausible compte tenu de l'extension de l'accident sismogène correspondant; l'intensité sur le site découle alors de l'utilisation d'une loi d'atténuation appropriée.
c) SMHV correspondant à un séisme de faible magnitude dont le foyer est proche du site et qui est associé à un accident sismogène localisé et de faible extension ; la majoration de un degré d'intensité peut alors correspondre (par exemple si l'on passe d'une intensité SMHV VIII à une intensité SMS IX) à une extension de la zone source incompatible avec les dimensions estimées pour l'accident sismogène; dans un tel cas, il convient, soit de procéder à des études spéciales, soit, à défaut, d'utiliser les règles forfaitaires de détermination des mouvements décrites à l'article 2.4 de la règle fondamentale de sûreté I.2.c.
d) Sites dont la nature des terrains et/ou la topographie sont telles qu'elles peuvent avoir une très forte influence sur les mouvements sismiques en surface ; la majoration en termes d'intensité sur le site n'a alors plus guère de signification. La majoration doit alors être prise en termes de magnitude à la source, avec un niveau qui correspondrait à une majoration d'intensité de un degré sur un site normal et les mouvements sur le site doivent être calculés au moyen d'une étude particulière prenant en compte la structure, la lithologie et la topographie du site.
Les spectres de réponse définis au deuxième alinéa de l'article 3 constituent la donnée de base pour toute étude de comportement des structures et des équipements de l'installation considérée, pour ce qui concerne les effets des forces d'inertie. Pour certains autres effets (liquéfaction des sols, déformations imposées aux conduites souterraines), il peut être nécessaire de compléter cette définition du mouvement (indications sur la durée du mouvement, le nombre équivalent de cycles, les longueurs d'ondes et les vitesses particulaires); ces données complémentaires doivent être compatibles avec le niveau de mouvement associé aux spectres, les caractéristiques physiques du séisme et les propriétés géotechniques des terrains du site. Par ailleurs, l'amplitude de mouvement de la composante verticale peut être prise égale aux deux tiers de celle des composantes horizontales, auxquelles correspond la définition des spectres.
Les procédures de calcul de spectre doivent suivre les procédures de corrélation actuellement en vigueur, par exemple celles utilisées par le génie nucléaire.
Néanmoins, lorsqu'elles existent, d'autres méthodes d'évaluation de spectres pourront être utilisées, à des fins de comparaison; on s'assurera que les paramètres physiques de la source sismique sont compatibles avec les données de sismicité historique.
Les études nécessaires pour aboutir à cette détermination des SMHV, des SMS et des spectres de réponse associés doivent être confiées à des équipes de spécialistes confirmés, ayant notamment l'expérience de l'application pratique de la méthodologie précitée.
Il convient de remarquer que la plus grande partie du territoire métropolitain est située en zone de sismicité 0 (qui ne signifie pas que le risque sismique est nul).
Sur la base de l'étude de danger d'une installation concernée, l'exploitant détermine les ensembles, sous-ensembles ou éléments dont la défaillance serait de nature à aggraver notablement les conséquences premières du séisme définies par l'article 1, et donc de nature à créer un suraccident.
Cela concerne donc les événements susceptibles d'avoir des effets importants hors site, c'est-à-dire essentiellement :
- les émissions aériennes importantes de produits toxiques;
- les BLEVE;
- les déflagrations de nuages de gaz inflammables;
- les pollutions très graves de ressources en eau potable.
Dès lors qu'un suraccident a été identifié, l'exploitant étudie les causes susceptibles d'y conduire, en tenant compte en outre des défaillances spécifiques de celles induites par les séismes (chute éventuelle de structures ou d'autres équipements, mouvements de terrains...).
A partir de chaque cause, on étudiera les scénarios qui en découlent pour vérifier si les conséquences sont celles redoutées. Si tel est le cas, l'étude définira les remèdes possibles pour supprimer chaque cause ou en réduire les effets.
Cette étude aboutira à la liste des éléments et aux exigences de comportement associées telles que précisées pour l'application de l'article 6.
Il s'agit de définir les vérifications à effectuer sur les éléments définis à l'article 5 pour assurer leur tenue au séisme.
A l'issue de l'étude mentionnée à l'article 5, les éléments sont classés selon l'une des exigences de comportement suivantes :
- stabilité, imposée aux éléments pour lesquels il suffit de prévenir le risque d'effondrement, ou de chute de certaines parties pour éviter d'endommager des équipements ou structures adjacentes;
- intégrité, imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines fonctions passives (par exemple l'étanchéité d'une paroi);
- capacité fonctionnelle pour les éléments mécaniques statiques traversés par un fluide et pour lesquels une limitation de déformation doit être assurée afin de garantir qu'il n'y a pas, par exemple, de réduction de débit ou, plus généralement, de gêne à l'accomplissement de la fonction de sécurité;
- opérabilité imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines fonctions actives (par exemple la capacité de fermeture d'une vanne).
La définition des vérifications consiste, alors, dans les deux étapes suivantes et inséparables :
- choix de la méthode de vérification : calcul dynamique spectral ou temporel, calcul statique, essai... ;
- définition des critères pour assurer le bon comportement.
Le choix des critères doit tenir compte de la méthode de vérification choisie, de la vulnérabilité réelle mise en évidence par le retour d'expérience sismique, ainsi que de l'exigence de comportement demandée à l'élément.
La protection visée, pour le niveau de séisme pris en compte, peut, dans la plupart des cas, autoriser des incursions dans le domaine plastique.
Ceci résulte du fait que les sollicitations sismiques sont essentiellement du type déformation imposée ce qui entraîne que le mode de ruine est généralement associé à une limite de déformation plutôt qu'à une limite de contrainte. La plupart des matériaux présentant une capacité importante de déformation plastique avant rupture, il est donc possible d'obtenir une sécurité acceptable en autorisant des incursions significatives dans le domaine plastique, sous réserve que la configuration de l'équipement et sa réponse sismique permettent la mobilisation effective de ces capacités de déformation.
Toutefois, il est en général difficile de vérifier l'obtention de ces capacités de déformation par le calcul, notamment en raison de l'incertitude sur les critères à utiliser. C'est pourquoi on utilise une méthode simple, fournissant une approximation assez bonne, qui consiste à représenter ces comportements élasto-plastiques par le biais d'un coefficient diviseur des efforts calculés sur un modèle élastique, dit coefficient de comportement supérieur ou égal à 1. Ces coefficients dépendent de la nature du matériau (plus ou moins grande ductilité) de la fréquence fondamentale de l'élément et de son mode de ruine (dans lequel l'apparition des déformations plastiques d'ensemble doit précéder les phénomènes d'instabilité tels que le flambage ou la déchirure). Leurs valeurs numériques sont pour l'essentiel tirées des constatations faites à l'occasion de séismes réels.
L'approche par coefficients de comportement s'applique bien lorsque la stabilité, l'intégrité ou même la capacité fonctionnelle sont recherchées. D'une manière générale, les critères d'intégrité suffisent à assurer la capacité fonctionnelle.
Pour le cas de l'opérabilité, où l'on recherche à limiter les déformations et déplacements lors du séisme, on impose à l'équipement de rester dans le domaine élastique. Pour certains matériels, comme les relais ou contacteurs, machines tournantes..., il peut être nécessaire d'avoir recours à des essais sur table vibrante, pour démontrer l'opérabilité.
La complexité du signal sismique, de son comportement et de ses effets sur les structures limite considérablement les possibilités de modélisation.
La méthodologie ainsi décrite fait souvent référence à l'expérience acquise soit à la suite de séismes réels soit aux termes d'expérimentation. Les résultats valident d'ailleurs cette approche. Pour la prolonger de façon pratique, mes services élaborent actuellement des fiches guides relatives au dimensionnement sismique de quelques structures type. Elles seront tenues à jour et diffusées.
En ce qui concerne les installations existantes, compte tenu du nombre limité d'experts compétents dans ce domaine, de la nécessité d'affiner les méthodologies, vous vous attacherez prioritairement aux installations visées à la nomenclature des installations classées sous la mention : "Servitudes d'utilité publique" en ne retenant pour les premières années que celles pour lesquelles le facteur aggravant en cas de séisme est très important.
Vous voudrez bien me faire connaître les références de l'installation (ou des installations) que vous envisagez de retenir et les échéances correspondantes afin d'apprécier au niveau national l'adéquation de l'ensemble du programme avec la capacité d'expertise existante.
Pour ces installations existantes, les mesures prises pour atteindre le ou les objectifs décrits à l'article 6 ne peuvent pas entraîner de modifications importantes touchant le gros oeuvre de l'installation et elles doivent être techniquement et économiquement réalisables
(articles 37, alinéa 3, et 17, alinéa 2 du décret du 21 septembre 1977)
Je vous saurais gré de bien vouloir me faire part des difficultés qui pourraient apparaître dans l'application du présent arrêté.
(*) Voir glossaire.
Glossaire
Intensité :
Cotation sur une échelle conventionnelle (échelle macrosismique) des effets d'une secousse sismique en un site donné, sur l'homme, ses oeuvres et son environnement (mesure de la force destructrice ou de l'agressivité d'un séisme en un site donné).
Echelle macrosismique d'intensité :
Echelle conventionnelle de cotation des effets macrosismiques. Il existe plusieurs échelles macrosismiques. En France et en Europe, on utilise l'échelle MSK comportant 12 degrés discontinus.
Magnitude :
Mesure de l'énergie émise par une source sismique sous forme d'ondes. Elle est utilisée comme une mesure de la "grandeur" ou "puissance" du séisme.
Echelle de Richter :
"Echelle" de mesure de la magnitude des séismes. Elle n'a pas, de par sa définition, de limite théorique supérieure (ni inférieure). Sur des critères physiques liés à la taille maximale d'une source sismique et à l'énergie correspondante qui peut être rayonnée, on estime cependant qu'une valeur limite doit exister (la magnitude des plus forts séismes connus à ce jour ne dépasse pas 9,2).
Domaine sismotectonique :
Cette expression résulte de l'évolution des méthodes d'analyse et d'interprétation des phénomènes sismiques. Elle reprend la notion de domaine tectonique figurant dans la règle fondamentale.
Accident sismogène :
Discontinuité géologique (faille) constituant ensemble des lieux d'origine (foyers) des séismes passés et vraisemblablement futurs. Une faille active n'est pas nécessairement sismogène.
Intraplaque/interplaque :
Qui est situé à l'intérieur/en bordure des plaques (cf . théorie de la tectonique des plaques).
Annexe : Banques de données sismologiques
Il existe actuellement en France deux banques de données dont les informations peuvent être mises à la disposition des maîtres d'oeuvre d'études parasismiques dans les conditions indiquées ci-après :
1° Banque de données SIRENE gérée par le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) pour son propre compte ainsi que pour l'Institut de protection et de sûreté nucléaire (IPSN) et Electricité de France (EDF).
Cette banque rassemble les informations macrosismiques brutes concernant les séismes survenus pendant la période historique sur le territoire métropolitain ou à proximité. Une demande de consultation doit être présentée à l'un des trois organismes propriétaires. Il est néanmoins conseillé de demander au moins une mise en forme pratique des données. Cette mise en forme ne constitue pas une exploitation des données et ne suffit pas à la détermination du SMHV (nécessité d'une analyse sismotectonique).
2° Banque de données des mouvements forts (sismothèque) constituée par l'IPSN. L'utilisation de cette banque nécessitant un minimum de connaissances en sismologie, son interrogation directe est déconseillée. L'Institut peut fournir les données spectrales et les accélérogrammes appropriés correspondant aux SMS du site concerné.
Les prestations minimales de ces organismes correspondent à quelques jours d'ingénieur et sont actuellement facturées sur la base d'un forfait ou des tarifs en vigueur.
Les adresses des services à contacter sont les suivantes :
- BRGM (Groupe risques naturels et géoprospective) 117, avenue du Luminy, BP 167, 13276 Marseille Cedex 09.
- EDF, département TEGG, 905, avenue du Camp-de-Menthe, BP 605, 13093 Aix-en-Provence Cedex 02.
- IPSN, DPEI/BERSSIN, BP 6, 92265 Fontenay-aux-Roses.
