Une nouvelle étude propose une approche radicalement différente pour concevoir les immeubles de grande hauteur, en utilisant la masse même d’une tour pour réduire les mouvements causés par les vents forts et les tremblements de terre, plutôt que de s’appuyer sur les systèmes d’amortissement traditionnels.
Les recherches, publiées dans Nature Communications, montrent que cette approche présente « un potentiel considérable… pour réduire significativement les exigences sur la superstructure et les fondations. »
Selon l’étude, la conception a permis d’obtenir jusqu’à 70 pour cent de déplacement en moins dans des vents forts par rapport aux conceptions traditionnelles de tours et de réduire les charges structurales d’un peu plus de 50 pour cent. Une configuration a également réduit les déplacements dus aux tremblements de terre d’une moyenne de 42 pour cent.
L’étude suggère que cette nouvelle approche de conception pourrait aider à répondre à des préoccupations environnementales, notant qu’elle « ouvre la porte à des conceptions de tours à faible teneur en carbone et à haute performance qui peuvent permettre un développement urbain plus résilient et durable. »
L’étude arrive à un moment où la durabilité devient un critère de plus en plus important pour le développement des gratte-ciel.
Rethinking the Tall Building
Le coauteur de l’étude, Miguel Martínez-Pañeda, ingénieur structurel principal chez Arup et architecte-chercheur enregistré à l’Imperial College London, a expliqué que la plupart des immeubles modernes super-tall s’appuient sur des amortisseurs de masse accordés pour contrôler les accélérations induites par le vent.
Mais il a ajouté que de tels systèmes exigent un espace et des coûts considérables tout en offrant une efficacité limitée face à des vents forts et à des tremblements de terre. Plutôt que d’installer une masse séparée importante, la nouvelle approche utilise une partie de l’espace occupé par les étages du bâtiment comme masse d’amortissement, mobilisant une proportion nettement plus grande du poids de la structure pour améliorer les performances sans compromettre l’espace utilisable.
Martínez-Pañeda a déclaré que l’une des plus grandes surprises de l’équipe a été l’ampleur des améliorations par rapport à la faible amplitude de mouvement requise entre les sections du bâtiment. Des essais en soufflerie ont enregistré des réductions des accélérations maximales allant jusqu’à 71 pour cent et une réduction de 50 pour cent des moments de renversement à la base par rapport à une tour rigide conventionnelle.
Étant donné que la réponse au vent gouverne souvent la conception des très hautes tours, Martínez-Pañeda a estimé que ces réductions pourraient se traduire par des économies importantes en coût et en carbone. « Cela nous permettrait de concevoir des tours avec beaucoup moins de matériaux qu’auparavant et même d’atteindre des hauteurs supérieures », a-t-il déclaré.
Le système a également bien performé lors des essais sismiques. L’étude a révélé des réductions moyennes de 42 pour cent des déplacement en sommet et de 34 pour cent des accélérations sur 21 scénarios sismiques différents, ce qui, selon Martínez-Pañeda, démontre son potentiel d’applicabilité même dans des zones sismiques ardues.
Could This Change the Future of Skyscrapers?
Martínez-Pañeda a souligné que le concept s’appuie sur des technologies de construction largement répandues plutôt que sur des systèmes mécaniques futuristes.
« L’un des points positifs de cette approche novatrice est qu’elle ne repose pas sur l’utilisation d’un système ou d’une technologie mécanique avancée, mais sur la remise en question des hypothèses selon lesquelles les bâtiments seraient des entités rigides », a-t-il déclaré.
La prochaine étape, a-t-il ajouté, consiste à appliquer le concept à un projet réel. Bien qu’il ne s’attende pas à ce qu’elle remplace du jour au lendemain les méthodes de conception traditionnelles, il estime qu’elle pourrait aider à créer une nouvelle génération de tours où le mouvement est délibérément contrôlé pour améliorer l’efficacité et la résilience plutôt que d’être supprimé par l’ajout de matériaux.
Un résultat de test encourageant était que, dans un modèle de tour de 300 mètres, mobiliser uniquement les 12 étages supérieurs produisait des améliorations significatives.
Experts See Promise, But Challenges Remain
L’ingénieur structurel Eamonn Connolly, directeur de l’ingénierie chez McHugh Construction, a décrit cette proposition comme une avancée notable par rapport aux amortisseurs de masse traditionnels, car elle utilise la masse existante de la structure plutôt qu’un dispositif d’amortissement dédié.
Il a souligné que les niveaux de performance rapportés par l’étude placent le système parmi les meilleures solutions actuelles de contrôle des vibrations. Cependant, Connolly a averti que cela reste un « concept prometteur plutôt qu’une norme industrielle éprouvée » tant qu’il n’aura pas été testé en situation réelle.
S’il est validé, a-t-il ajouté, la technologie pourrait améliorer le confort des occupants, la résilience et l’efficacité structurelle tout en réduisant le carbone incorporé lié au béton et à l’acier.
Elle a également indiqué que l’approche pourrait influencer la façon dont les tours sont organisées et façonnées en hauteur, bien que d’importantes questions demeurent concernant ses effets sur la sécurité incendie, les façades, les systèmes du bâtiment et l’entretien à long terme.
Wei a noté : « Gérer le mouvement à travers tous ces systèmes serait architecturalement très complexe. Les avantages potentiels en matière de durabilité devraient aussi être évalués de manière plus holistique, en tenant compte des systèmes de mouvement supplémentaires, de l’entretien à long terme, de la coordination des systèmes du bâtiment, de la résilience et du cycle de vie complet du bâtiment. »
Pourtant, Wei a accueilli favorablement cette innovation, affirmant que des outils de modélisation de plus en plus sophistiqués aident les architectes et les ingénieurs à explorer de nouvelles idées susceptibles de remodeler l’avenir de la conception des bâtiments de grande hauteur.
Référence :
Martínez-Pañeda, M., Gouder, K., Elghazouli, A. Y., Algaard, W. (2025). Harnessing internal mass participation for wind and seismic response mitigation in tall buildings. Nature Communications. https://www.nature.com/articles/s41467-025-60442-2
