Étude du World Trade Center (WTC)

Situation :

Le WTC était composé de sept immeubles où se déroulait des affaires commerciales, le 11 septembre 2001 un attentat suicide a eu lieu sur la Tour Nord et la Tour Sud du WTC. Le 1ère impact a eu lieu au 93ème étages de la Tour Nord qui à pu résister aux dégâts pendant 102 minutes et a fait 1360 victimes, le 2nd impact à eu lieu au 78ème étages de la Tour Sud qui à tenu 56 minutes et a fait 595 victimes, 15 000 personnes ont pu s’enfuir de ces bâtiments.

Étude :

_Structure porteuse

_Impact

_Tenue au feu

_Effondrement

_Impact sur l’environnement

_Synthèse

Structure porteuse (Composition et choix des matériaux) :

_Quels sont les solutions retenues pour la construction des Tours?

La structure est formé de poteaux, de poutres installées en treillis, et de planchers. Elle est composé d’acier et de béton, les planchers et les poutres subissent une flexion, et les poteaux subissent une compression. Le béton est utilisé car il résiste bien aux compressions et l’acier lui résiste bien aux flexions.

Impact :

 

 _ Impact comparable a une forte rafale de vent?

_ Pourquoi les Tours ont résisté?

Calcul de l’énergie de l’impact sur la Tour Sud (Tour 2) ==> E = 1/2mV²

Avion B767 de 140 tonnes à 800 km/h environ

E = 1/2mV² = 1/2 140.10^3. (800/3,6)² =3,5.10^9 KJ = 3,5 GJ

comparaison avec une tonne de TNT = 4,6 GJ.

Comparaison avec une rafale de vent pendant une seconde

E = ½ mV^2
m = masse du volume d’air de la rafale de vent = 1100 t
V = Vitesse du vent (hypothèse) = 130 km/h

d = Distance parcourue par le vent en 1 seconde = environ 28 mètres

E= ½ .924.10^3 . 30²

= 740 MJ

Conclusion : L’impact d’un avion le 11 sept 2001 était comparable (en partie) à une très forte rafale de vent pendant 1 s pour un vent à 200 km/h.

La structure des Tours étaient conçue pour résister aux vents fort : effort horizontal qui fait fléchir la tour (déformation élastique). Elles pouvaient résister à un l’impact d’un avion a basse vitesse et/ou en fin de course.

L’énergie cinétique de l’avion est transféré à la tour, il y a une déformation élastique de la structure, résiste au dégâts causés sur la structure porteuse grâce aux transferts de charges qui a été possible grâce aux liaisons entre les poteaux.

Les poteaux ont puent résister grâce au fort coefficient de sécurité (principe de la redondance)

Tenue au feu :

Le feu a été causé par le kérosène que transportait l’avion, les systèmes Sprinklers étaient inopérant, les tuyaux ont été sectionnés à l’impact. Les murs étaient composés d’isolant thermique comme l’amiante et le béton, et aussi de plâtre, mais cela n’a fait que ralentir le feu. A oartir de 500°C l’acier subit une déformation plastique à cause du poids, il y a donc une flexion des planchers, ce qui a entrainé une déformation des poteaux extérieurs, cisaillement des boulons, flambage des autres poteaux, la structure devient instable.

Effondrement :

L’effondrement du WTC est venue de l’énergie potentielle de pesanteur de la partie haute de la tour située au-dessus du crash de l’avion, la chute d’un étage a entrainé celle de tous les autres.
Cette énergie s’est transformée en énergie cinétique et a permis la déformation des matériaux, la destruction des tours, et s’est transformée au final en chaleur.

Impact sur l’environnement :

L’effondrement des Tours a causé 300 000 tonnes de déchets, de poussières et de fumée, des produits toxique tel que l’amiante ont été libérés.

Le recyclage de plusieurs tonnes d’acier a été effectué en Asie, les déchets non recyclable quand à eux ont été envoyé à la décharge de New York.

Synthèse :

La cause de l’effondrement des Tours n’était donc pas dû à l’impact des avionscar la bonne conception de la structure la permis mais plutôt à l’incendie causé par leur impact, qui aurai affaiblit la structure. La bonne conception de la structure a permit à 98% des personnes d’évacuer. En revanche la tenue au feu, elle était insuffisante , tout comme les informations transmisent au secours, cela aurait pu éviter la mort de 300 pompiers.