Dans cet article de blog, nous allons examiner comment la tour penchée de Pise a surmonté ses défauts structurels et comment elle témoigne des techniques de construction modernes.
La tour de Pise est un édifice situé en Toscane, dans l'ouest de l'Italie. Dépendance de la cathédrale de Pise, elle est une attraction touristique mondialement connue, rendue célèbre par l'anecdote selon laquelle Galilée y aurait mené ses expériences de chute libre. Cette tour, à l'architecture atypique, offre un spectacle unique aux visiteurs grâce à son inclinaison prononcée. Malgré cette forte inclinaison, la tour de Pise a réussi à se maintenir en équilibre. Aujourd'hui, grâce à des travaux de restauration, son angle d'inclinaison a été réduit de 5.5 degrés à son maximum à environ 3.9 degrés.
La tour de Pise commença à pencher après la première de ses trois phases de construction (1173-1178 ; 1272-1278 ; 1360-1372). Les ingénieurs tentèrent diverses méthodes pour corriger son inclinaison vers le sud, notamment en suspendant des matériaux lourds, comme des cloches, au nord de la tour et en injectant des produits chimiques pour consolider le sol au sud, mais sans succès. L'inclinaison s'accentua donc au fil du temps. En 1990, lorsque la distance entre la verticale et l'axe central de la tour dépassa 4.5 mètres, le gouvernement italien ferma la tour au public et entreprit une importante rénovation. Des entreprises de construction et des chercheurs de différents pays proposèrent diverses solutions, mais aucune ne fut concluante. Finalement, une méthode consistant à creuser le sol au nord fut retenue, ce qui permit de stopper l'inclinaison. En 2010, l'angle d'inclinaison était passé de 5.5 à 3.9 degrés.
Qu'est-ce qui a donc provoqué l'inclinaison de la tour de Pise, et comment a-t-on réussi à l'arrêter ?
L'inclinaison de la tour de Pise n'était pas due à un défaut structurel du bâtiment lui-même, mais plutôt à la nature du sol qui la supporte. En général, le sol est constitué d'une couche de roche solide à sa base et d'un mélange de différents types de sols, comme la nappe phréatique, le sable et l'argile. Selon sa nature, le sol est classé comme meuble, dur, argileux ou sableux, et ces caractéristiques doivent être prises en compte lors de la construction d'un édifice. Le sol présente des vides entre ses particules, appelés pores, qui se compriment sous la charge lors de la construction d'un bâtiment. Ce processus, appelé « tassement », ne pose pas de problème si le sol supportant le bâtiment se tasse uniformément. Cependant, lorsque le sol se tasse différemment selon les endroits, on parle de « tassement inégal », un phénomène dangereux qui peut entraîner l'inclinaison, voire l'effondrement, d'un bâtiment.
La tour de Pise a été construite sur un sol meuble, composé d'un mélange de dépôts minéraux et d'argile, traversé par une nappe phréatique. De plus, ses fondations étaient incomplètes, ce qui explique son inclinaison vers le sud.
Les ingénieurs tentèrent de résoudre le problème en utilisant des matériaux lourds pour inverser l'inclinaison, selon le principe d'une bascule, mais le sol au sud de la tour ne put supporter le poids des matériaux et l'inclinaison s'aggrava. Dans les années 1930, Benito Mussolini essaya la méthode d'injection de béton dans le sol, mais cela perturba également le terrain et exacerba le problème. Dans les années 1960, l'augmentation du prélèvement d'eau souterraine entraîna une baisse du niveau de la nappe phréatique, ce qui accéléra l'affaissement et l'inclinaison de la tour.
La méthode de « soutènement nord », finalement mise en œuvre, a permis de résoudre le problème de la tour penchée. Un important chantier de renforcement, consistant à excaver environ 70 tonnes de terre des fondations nord et à couler du béton, a stoppé l'affaissement inégal du terrain et stabilisé l'inclinaison de la pagode. De ce fait, l'inclinaison de la pagode a été réduite de 48 centimètres par rapport à 1990, et elle est désormais parfaitement droite.
Les principes de la géomécanique, appliqués à l'interaction entre le bâtiment et le sol, ont joué un rôle déterminant dans la résolution du problème de la Tour de Pise. Plutôt que de consolider le sol meuble, on a maîtrisé le tassement en creusant du sol du côté opposé afin d'éviter les tassements différentiels. Les techniques modernes de géotechnique permettent aujourd'hui de concevoir et de construire des structures volontairement inclinées, contrairement au cas de la Tour de Pise, où des difficultés techniques ont empêché une étude géotechnique approfondie.
L'immeuble Capital Gate à Abou Dhabi en est un exemple. Inscrit au Livre Guinness des records comme la tour artificielle la plus inclinée au monde, il compte 35 étages et présente une pente de 18 degrés, soit 3.9 degrés de plus que la Tour de Pise. Sa conception unique se caractérise par une verticalité jusqu'au 12e étage, puis, à partir du 13e, un décalage latéral de 30 à 140 centimètres. Conçu pour résister à la gravité, aux vents violents et aux séismes, l'immeuble repose sur 490 pieux de 2 mètres d'épaisseur, enfoncés à 30 mètres de profondeur au centre et du côté opposé à la pente. Ces pieux empêchent tout mouvement de rotation susceptible de le faire basculer. Grâce à cette conception, le Capital Gate conserve sa stabilité malgré son inclinaison et, contrairement à la Tour de Pise, est reconnu comme une structure intentionnellement conçue.
Les progrès modernes en géotechnique rendent possibles ces structures inclinées, ainsi que les gratte-ciel, les tunnels sous-marins, les lignes ferroviaires à grande vitesse et autres défis d'ingénierie. Grâce à la possibilité de réaliser des conceptions créatives tout en garantissant la stabilité de la structure, nous pouvons admirer des formes architecturales auparavant inimaginables.
Ces avancées technologiques ne se limitent pas à la création de monuments magnifiques et uniques ; elles permettent également de concevoir des bâtiments sûrs, capables de résister aux catastrophes naturelles et aux mouvements de terrain. Par exemple, dans les régions sismiques comme le Japon, il est essentiel d'analyser en profondeur l'interaction entre le sol et le bâtiment afin de concevoir des structures parasismiques. Ces méthodes contribuent non seulement à améliorer la sécurité des bâtiments, mais jouent également un rôle important dans la résolution de problèmes géologiques auparavant difficiles à surmonter.
La tour de Pise est depuis longtemps célèbre pour son inclinaison, mais les techniques modernes de génie géotechnique ne la perçoivent plus comme un problème, mais plutôt comme un défi artistique et technique. Ces avancées, qui résolvent les problèmes du passé tout en explorant de nouvelles possibilités, suscitent de grandes attentes quant à l'avenir de l'architecture.
À l'instar de la tour de Pise qui se dresse depuis des siècles, les bâtiments construits grâce aux technologies modernes deviendront, au fil du temps, des symboles emblématiques de l'histoire et de la culture. Et qui sait, peut-être qu'un jour, une construction encore plus novatrice et audacieuse que la tour de Pise verra le jour et deviendra le symbole d'une nouvelle génération.
