Le tremblement de terre survenu à Taiwan le 3 avril 2024 a ravivé l’attention sur l’énorme bille d'acier qui a aidé le gratte-ciel Taipei 101 – 11ème plus haut gratte-ciel du monde et l’un des symboles de Taiwan, s’élevant jusqu’à 508 mètres haut dans la capitale – pour absorber les vibrations du fort tremblement de terre. Cette grosse sphère jaune d'un diamètre de 5,5 mètres et une masse de 660 tonnes – dont le « père » est l’ingénieur italien Renato Vitaliani – est situé entre les 87e et 91e étages du gratte-ciel et est libre d’osciller. Il en a un objectif antisismique: se balancer comme un pendule en cas de vibrations, cela permet de maintenir la stabilité du gratte-ciel en cas de vents forts ou de tremblements de terre. À toutes fins utiles, cette sphère est l'un des plus grands amortisseurs sismiques au mondesinon le plus grand jamais réalisé.
Comment fonctionne la sphère sismique de Taipei 101
Là Boule d'amortissement du vent – littéralement « anti-vent-ball » – est ce qu’on appelle une « masse accordée », ou plutôt Amortisseur de masse réglé (TMD). En pratique, il s'agit d'un grand pendule qui, agissant comme contrepoids, exploite sa propre inertie pour contrecarrer les vibrations horizontales, stabilisant ainsi le centre de gravité de la structure. Mais comment une boule géante peut-elle stabiliser un bâtiment aussi imposant ?
La sphère est montée près du sommet du Taipei 101 (entre les 87e et 91e étages, sur un total de 105 étages) et reliée à la structure principale du gratte-ciel par câbles en acier 42 mètres de long, mais il est essentiellement libre de se déplacer… ou de rester immobile lorsque le bâtiment bouge. En effet, lorsqu’il vibre, du fait de l’inertie il aura tendance à rester en position. Par exemple, si le bâtiment bascule vers la droite, la sphère, restant immobile, aura tendance à ramener le centre de gravité vers la gauche, contrebalançant ainsi l'oscillation du gratte-ciel.
La sphère TMD peut se balancer avec unlargeur maximale de 150 cm: en faire plus risquerait de déstabiliser la gratte dans le sens inverse de celui de la vibration ! L'amplitude de l'oscillation est limitée par 8 amortisseurs hydrauliquesfabriqués en Italie, que l'on peut imaginer comme des « amortisseurs » qui absorbent les oscillations de la sphère.
La sphère a-t-elle sauvé le gratte-ciel du tremblement de terre à Taiwan ?
Beaucoup ont parlé ces derniers jours du Tuned Mass Damper comme d'un système qui a « sauvé » Taipei 101 du tremblement de terre du 3 avril. Mais est-ce vraiment comme ça ? Clarifions un peu les choses.
L'épicentre était à 155 km de Taipei, c'est-à-dire assez lointain : bien que très violent, le tremblement de terre n'a donc pas frappé Taipei avec la même intensité qu'il a montré sur la côte orientale de Taiwan. Il est donc raisonnable de supposer que Taipei 101 il aurait pu rester debout même sans cette « sphère antisismique », surtout si l'on prend en compte le fait que le TMD n'est pas le seul système antisismique disponible dans le gratte-ciel. En effet, le bâtiment est équipé de 36 colonnes performantes, dont 8 supercolonnes remplies d'acier et de béton. De plus, les fondations du bâtiment sont renforcées par 380 pieux atteignant des dizaines de mètres de profondeur. Sa stabilité n’est donc pas seulement due à la sphère, mais aussi à l'ensemble du système antisismique du gratte-ciel.