L'effondrement des tours WTC1 et WTC2

(à voir également, le documentaire dans Ressources)

 

 

 

Nous allons voir ici quels sont les éléments scientifiques pouvant expliquer l'effondrement des deux tours jumelles.

 

 

La question mérite d'être posée car si nous répondons objectivement à ces trois questions :

* les tours étaient-elles conçues pour résister à un crash d'avion ? OUI, la preuve : elles n'ont pas bronché à l'impact...

* pouvaient-elles résister à un incendie ? OUI, il s'en est même produit plusieurs au cours de la vie de l'ouvrage...

* à un fort séisme ? OUI...

... les trois réponses affirmatives peuvent effectivement laisser l'observateur perplexe quant aux causes réelles de l'effondrement.

 

 

Après avoir rappelé la chronologie, nous reprendrons chacun des points pour essayer d'y voir un peu plus clair...

 

 

Nous verrons au final que la question à se poser n'est pas...

 

"Qu'est-ce qui a bien pu faire que les tours se sont effondrées ?"

 

mais...

 

"Par quel miracle auraient-elles encore pu tenir ?"

 

 

 

 

 

La chronologie

La chronologie des évènements est connue de tous :

 

1) Le crash des avions
2) L'incendie

3) L'amorce de l'effondrement

4) L'effondrement

5) La combustion pendant encore plusieurs semaines...

 

C'est bien l'enchaînement des deux premiers évènements qui a provoqué les suivants et c'est ce que nous allons voir tout de suite.

 

 

Analyse du processus d'effondrement

1) Le crash et ses conséquences

Le choc des avions sur les tours a eu des effets très visibles... Mais mis à part la boule de feu d'une dimension colossale, ce qui est évident sur les photos, c'est que la structure périphérique a été endommagée sur au moins la moitié d'une façade.

 

 

Cet endommagement de la structure est bien sûr visible sur l'extérieur de la façade, mais il faut aussi l'imaginer à l'intérieur...

 

Images : http://www.wai.com/project.aspx?id=1817&type=600

 

La descente de charges se faisait, d'après les études qui ont été menées, pour 60 % au cœur du building et 40 % sur les poteaux périphériques.

Il est possible de visualiser les poteaux du cœur et périphériques sur les photos qui suivent...

 

 

Le plancher apparaît avant coulage du béton sur la photo de droite : poutres treillis en acier et bacs nervurés servant de coffrage. Il faut noter au passage qu'il n'y a pas de connecteurs acier-béton sur les poutres ou les bacs. Nous y reviendrons plus tard.

 

La destruction de certaines colonnes en périphérie et au cœur (ne pas oublier que les réacteurs des avions et le fuselage ont eu l'effet de véritables missiles lancés à 900 km/h) ont amené certaines colonnes à reprendre les charges de celles endommagées (en rouge sur la figure de droite).

 

Images : http://www.wai.com/project.aspx?id=1817&type=600

 

 

A ce stade, il faut donc considérer que la structure a été assez fortement endommagée : la moitié d'une façade (14 % de la structure périphérique après un décompte précis des colonnes sectionnées sur la tour 1) et au moins quelques éléments du cœur intérieur.

 

En effet, vu le trou béant laissé par la carlingue, il serait absurde de penser que les colonnes intérieures sont restées intactes. L'énergie cinétique perdue lors du choc en façade a d'ailleurs été évaluée : 15 % seulement de l'énergie totale. Il est donc peu vraisemblable que le cœur n'ait pas été touché et ne soit pas endommagé.

 

 

 

 

Une simulations 3D très réussie de l'impact : http://fr.youtube.com/watch?v=cddIgb1nGJ8&feature=related qui est (je pense) issue de l'université de Purdue.

2) L'incendie

Suite à l'explosion, un violent incendie s'est déclaré sur plusieurs niveaux de chacune des tours. A peu près 30 000 litres de kérosène se sont enflammés.

 

Seulement de la fumée ?? Non... Il n'y pas de fumée sans feu

 

 

Ce brasier, entretenu par le mobilier et surtout, la hauteur des tours (appel d'air de bas en haut et vent beaucoup plus fort à 300m de hauteur qu'au ras du sol...) a joué un rôle essentiel dans l'effondrement.

 

D'autres photos sont disponibles là : http://www.debunking911.com/fire2.htm ...

 

En effet, la résistance et la rigidité sont très sensibles à la température comme le montre ce graphique tiré des "Techniques de l'Ingénieur".

 

 

 

En théorie la structure du bâtiment bénéficie d'une protection incendie. Dans les années passées, le flocage d'amiante était beaucoup utilisé. Aujourd'hui d'autres produits l'ont remplacé pour les raisons que chacun sait. Mais cela permet seulement de retarder les effets de la chaleur et en aucun cas de les stopper. Cela doit donner juste un peu de temps aux secours pour intervenir. Or, cela n'a pas été le cas pour les tours puisque les pompiers étaient un à deux étages en dessous du cœur du foyer : le chef du bataillon 7, Orio Palmer, était en liaison radio une poignée de minutes avant l'effondrement.

 

De plus, rien ne dit que cette protection ait résisté à l'explosion initiale. Cela semble même peu vraisemblable. Entre les débris de verre, de métaux issus de l'avion il est évident que cette protection a subi de sérieux dégâts... En outre, sur les photos des restes amoncelés après l'effondrement, j'ai n'ai pas vu de restes de flocages sur les poteaux notamment ceux du cœur, même sur des plans resserrés... Si ce flocage s'est volatilisé (dans l'énorme nuage de poussière) il y a des chances qu'il se soit aussi détaché lors de l'explosion.

 

 

Ainsi la température de plusieurs étages, 3 à 4 d'après les photos que chacun a pu voir, s'est fortement élevée. Des études ont été menées pour estimer cette température. Les experts l'évaluent entre 600 et 800 degrés C° selon l'endroit de l'étage notamment.

 

Non seulement certaines colonnes ont été détruites, mais d'autres qui doivent reprendre ces charges n'ont plus de protection incendie et vont être soumises à de fortes températures... Tout est en place pour que l'effondrement survienne...

 

L'effondrement des tours WTC1 et WTC2 (suite)

 

 

Analyse du processus d'effondrement

3) L'amorce de l'effondrement

Certaines colonnes sont surchargées (elles reprennent les charges de celles détruites), elles sont soumises à de fortes températures (600 à 800°C) et perdent donc entre 60 et 90 % de leur résistance au flambement (attention terme de mécanique n'ayant rien a voir avec le feu, explications dans la rubrique "Quelques notions..." c'est la valeur de E qui est importante dans le graphique de la page précédente).

 

Autrement dit, certaines colonnes résistaient de 2 à 10 fois moins (entre 600 et 780°C) tout en reprenant de 2 à 3 fois plus de charges. Ce building pouvait-il encore tenir ??? C'est bien sûr peu probable.

Imaginez que vous enleviez un mur porteur à votre maison et que vous chargiez le plancher supérieur 2 à 3 fois plus... que pensez-vous qu'il se passera ?... Imaginez que vous chargiez votre remorque prévue pour 500 kg à 2000 kg : elle marchera beaucoup moins bien forcément !

 

Maintenant voyons quel a été le mécanisme de rupture...

 

L'amorce de l'effondrement a été très simple : les colonnes sont entrées en flambement aidées en cela par les planchers qui subissaient de fortes déformations en raison de la surcharge due au poids de l'avion et des planchers supérieurs détruits par l'impact.

 

Schéma de la descente de charges

Modélisation 3D

 

 

 

Le phénomène est parfaitement visible sur les photos et vidéos :

 

 

1 minute avant l'effondrement (à gauche) et au moment de l'effondrement (à droite)...

 

 

Une vidéo très bien faite d'où j'ai extrait quelques uns de ces documents... C'est en anglais, mais les images suffisent.

 

 

http://fr.youtube.com/watch?v=bMZ-nkYr46w

 

 

Les modélisations numériques ont aussi très bien montré ce phénomène et traduit de façon extrêmement fidèle l'effondrement des tours :

 

 

Modélisation par WEIDLINGER ASSOCIATES INC : http://www.wai.com/project.aspx?id=1817&type=600

 

 

 

Il faut remarquer que le mécanisme d'effondrement est très différent sur les deux tours mais en correspondance parfaite avec l'impact des deux avions :

* sur la première tour, l'avion a pénétré au cœur, c'est le cœur qui s'est effondré sur lui même. La surcharge provenant de l'antenne n'a bien sûr pas aidé à la résistance de la structure,

* sur la deuxième tour, l'impact était légèrement désaxé ce qui a déséquilibré la répartition des charges et affaibli un côté de la tour par rapport à l'autre. L'amorce de l'effondrement se fait par une légère inclinaison de la tour sur le côté affaibli.

 

Cela est corroboré par les simulations mélant dégâts occasionnés en rouge et élévation de la température en jaune sur des éléments ne possédant plus de protection incendie...

 

 

 

Comme c'était prévisible, le mouvement s'est enclenché et nous allons voir pourquoi il s'est poursuivi.

 

 

 

 

4) L'effondrement

L'effet dynamique de la chute ne fait aucun doute : lorsque des dizaines de milliers de tonnes se mettent en mouvement, difficile, voire impossible de les arrêter...   Les cas où un seul étage s'effondre sur lui même sontexceptionnels. Je n'ai personnellement comme exemple que l'immeuble photographié à droite.   Il est clair que le mode de rupture dans ce cas là n'est pas le même que pour les tours du WTC. En effet ce résultat spectaculaire faisait suite à un séisme qui a induit une oscillation pour l'essentiel horizontale (voirNotions) et qui a fini par cisailler le bâtiment sur un étage. Il faut également signaler que seulement deux étages étaient présents au dessus de l'étage 'compressé'.

Or, pour les WTC1 et 2, ce sont respectivement 14 et 29 étages environ qui se sont initialement effondrés sur ceux d'en dessous. Le poids total des tours était estimé entre 350 000 et 500 000 tonnes suivant les sources, cela correspond à 3000 à 4500 tonnes par étage (110 étages en tout). Je vous laisse faire le calcul de la masse initialement mise en mouvement...

 

L'effet dynamique créé dépend bien sûr du nombre d'étages situés au dessus de la zone de rupture (localisée sur les étages incendiés) mais aussi bien évidemment de la hauteur de chute.

En considérant que c'est un seul étage qui s'effondre sur lui même initialement, le dénivelé étant de 3,7 m entre deux étages, lorsque l'étage supérieur entre en contact avec l'étage inférieur la pesanteur a induit une vitesse de chute de 8,85 m/s (32 km/h) . C'est là un cas favorable où il est considéré que seulement un étage s'effondre sur lui-même lors de l'amorce du mouvement, autrement dit, l'avion est supposé être resté sagement coincé entre deux planchers... Admettons.

Mécaniquement, les poteaux vont donc recevoir à l'étage juste inférieur la même charge que celle pour laquelle ils ont été dimensionnés sauf que cette charge s'applique à une vitesse d'environ 30 km/h... Je dis bien environ car durant la chute, la déformation des éléments (qu'elle soit élastique ou plastique voir Notions) va absorber une partie de l'énergie cinétique théorique. Mais cette énergie n'est pas très grande comparativement à l'énorme énergie cinétique des 14 et 29 étages qui sont en train de descendre.

 

Pour bien comprendre l'effet induit, je suis amené à reprendre un exemple simple : pensez-vous que votre remorque qui est prévue pour une charge de 500 kg va apprécier que vous lâchiez cette charge de 4 m de haut ? Que cette charge arrive à 30 km/h ? Forcément, elle marchera moins bien...

 

Et à chaque étage, la vitesse allait en s'accroissant...

 

Greening a proposé une étude s'appuyant sur la conservation de quantité de mouvement (la masse multipliée par la vitesse) qui décrit l'effondrement comme une succession de chutes des étages les uns sur les autres. Le papier est compréhensible par un élève de terminale scientifique, mais en anglais : http://www.911myths.com/WTCREPORT.pdf. Il arrive à une durée de chute de respectivement 12,6 et 11,5 secondes pour les tours 1 et 2.

 

 

Il a aussi calculé les vitesses auxquelles le dernier étage des tours arrive au sol. Pour WTC1 c'est 60 m/s, pour WTC2 c'est 68,4 m/s (244 km/h) . Ce sont des vitesses inférieures à la vitesse théorique de la chute libre sur une hauteur de 415 m (V= (2 x g x 415)^0,5) soit 88 m/s (316 km/h).

 

 

 

 

La conclusion de tout cela est que l'effondrement par le haut des tours a induit une telle énergie qu'il était impossible que le processus s'interrompe : même si de l'énergie a été dissipée dans la chute (torsion des éléments, pulvérisation du béton...) c'était sans commune mesure avec l'énergie colossale acquise lors de l'effondrement des étages supérieurs. La structure n'a pas pu y résister et la chute des tours a créé deux "petits" séismes de magnitude 2,1 et 2,3 sur l'échelle de Richter.

 

 

5) Un dégagement de chaleur important

Pendant plusieurs semaines des incendies ont couvé dans les décombres... Quelques précisions là.

 

 

SUITE

L'effondrement des tours WTC1 et WTC2 (suite)

 

 

Analyse du processus d'effondrement

3) L'amorce de l'effondrement

Certaines colonnes sont surchargées (elles reprennent les charges de celles détruites), elles sont soumises à de fortes températures (600 à 800°C) et perdent donc entre 60 et 90 % de leur résistance au flambement (attention terme de mécanique n'ayant rien a voir avec le feu, explications dans la rubrique "Quelques notions..." c'est la valeur de E qui est importante dans le graphique de la page précédente).

 

Autrement dit, certaines colonnes résistaient de 2 à 10 fois moins (entre 600 et 780°C) tout en reprenant de 2 à 3 fois plus de charges. Ce building pouvait-il encore tenir ??? C'est bien sûr peu probable.

Imaginez que vous enleviez un mur porteur à votre maison et que vous chargiez le plancher supérieur 2 à 3 fois plus... que pensez-vous qu'il se passera ?... Imaginez que vous chargiez votre remorque prévue pour 500 kg à 2000 kg : elle marchera beaucoup moins bien forcément !

 

Maintenant voyons quel a été le mécanisme de rupture...

 

L'amorce de l'effondrement a été très simple : les colonnes sont entrées en flambement aidées en cela par les planchers qui subissaient de fortes déformations en raison de la surcharge due au poids de l'avion et des planchers supérieurs détruits par l'impact.

 

Schéma de la descente de charges

Modélisation 3D

 

 

 

Le phénomène est parfaitement visible sur les photos et vidéos :

 

 

1 minute avant l'effondrement (à gauche) et au moment de l'effondrement (à droite)...

 

 

Une vidéo très bien faite d'où j'ai extrait quelques uns de ces documents... C'est en anglais, mais les images suffisent.

 

 

http://fr.youtube.com/watch?v=bMZ-nkYr46w

 

 

Les modélisations numériques ont aussi très bien montré ce phénomène et traduit de façon extrêmement fidèle l'effondrement des tours :

 

 

Modélisation par WEIDLINGER ASSOCIATES INC : http://www.wai.com/project.aspx?id=1817&type=600

 

 

 

Il faut remarquer que le mécanisme d'effondrement est très différent sur les deux tours mais en correspondance parfaite avec l'impact des deux avions :

* sur la première tour, l'avion a pénétré au cœur, c'est le cœur qui s'est effondré sur lui même. La surcharge provenant de l'antenne n'a bien sûr pas aidé à la résistance de la structure,

* sur la deuxième tour, l'impact était légèrement désaxé ce qui a déséquilibré la répartition des charges et affaibli un côté de la tour par rapport à l'autre. L'amorce de l'effondrement se fait par une légère inclinaison de la tour sur le côté affaibli.

 

Cela est corroboré par les simulations mélant dégâts occasionnés en rouge et élévation de la température en jaune sur des éléments ne possédant plus de protection incendie...

 

 

 

Comme c'était prévisible, le mouvement s'est enclenché et nous allons voir pourquoi il s'est poursuivi.

 

 

 

 

4) L'effondrement

L'effet dynamique de la chute ne fait aucun doute : lorsque des dizaines de milliers de tonnes se mettent en mouvement, difficile, voire impossible de les arrêter...   Les cas où un seul étage s'effondre sur lui même sontexceptionnels. Je n'ai personnellement comme exemple que l'immeuble photographié à droite.   Il est clair que le mode de rupture dans ce cas là n'est pas le même que pour les tours du WTC. En effet ce résultat spectaculaire faisait suite à un séisme qui a induit une oscillation pour l'essentiel horizontale (voirNotions) et qui a fini par cisailler le bâtiment sur un étage. Il faut également signaler que seulement deux étages étaient présents au dessus de l'étage 'compressé'.

Or, pour les WTC1 et 2, ce sont respectivement 14 et 29 étages environ qui se sont initialement effondrés sur ceux d'en dessous. Le poids total des tours était estimé entre 350 000 et 500 000 tonnes suivant les sources, cela correspond à 3000 à 4500 tonnes par étage (110 étages en tout). Je vous laisse faire le calcul de la masse initialement mise en mouvement...

 

L'effet dynamique créé dépend bien sûr du nombre d'étages situés au dessus de la zone de rupture (localisée sur les étages incendiés) mais aussi bien évidemment de la hauteur de chute.

En considérant que c'est un seul étage qui s'effondre sur lui même initialement, le dénivelé étant de 3,7 m entre deux étages, lorsque l'étage supérieur entre en contact avec l'étage inférieur la pesanteur a induit une vitesse de chute de 8,85 m/s (32 km/h) . C'est là un cas favorable où il est considéré que seulement un étage s'effondre sur lui-même lors de l'amorce du mouvement, autrement dit, l'avion est supposé être resté sagement coincé entre deux planchers... Admettons.

Mécaniquement, les poteaux vont donc recevoir à l'étage juste inférieur la même charge que celle pour laquelle ils ont été dimensionnés sauf que cette charge s'applique à une vitesse d'environ 30 km/h... Je dis bien environ car durant la chute, la déformation des éléments (qu'elle soit élastique ou plastique voir Notions) va absorber une partie de l'énergie cinétique théorique. Mais cette énergie n'est pas très grande comparativement à l'énorme énergie cinétique des 14 et 29 étages qui sont en train de descendre.

 

Pour bien comprendre l'effet induit, je suis amené à reprendre un exemple simple : pensez-vous que votre remorque qui est prévue pour une charge de 500 kg va apprécier que vous lâchiez cette charge de 4 m de haut ? Que cette charge arrive à 30 km/h ? Forcément, elle marchera moins bien...

 

Et à chaque étage, la vitesse allait en s'accroissant...

 

Greening a proposé une étude s'appuyant sur la conservation de quantité de mouvement (la masse multipliée par la vitesse) qui décrit l'effondrement comme une succession de chutes des étages les uns sur les autres. Le papier est compréhensible par un élève de terminale scientifique, mais en anglais : http://www.911myths.com/WTCREPORT.pdf. Il arrive à une durée de chute de respectivement 12,6 et 11,5 secondes pour les tours 1 et 2.

 

 

Il a aussi calculé les vitesses auxquelles le dernier étage des tours arrive au sol. Pour WTC1 c'est 60 m/s, pour WTC2 c'est 68,4 m/s (244 km/h) . Ce sont des vitesses inférieures à la vitesse théorique de la chute libre sur une hauteur de 415 m (V= (2 x g x 415)^0,5) soit 88 m/s (316 km/h).

 

 

 

 

La conclusion de tout cela est que l'effondrement par le haut des tours a induit une telle énergie qu'il était impossible que le processus s'interrompe : même si de l'énergie a été dissipée dans la chute (torsion des éléments, pulvérisation du béton...) c'était sans commune mesure avec l'énergie colossale acquise lors de l'effondrement des étages supérieurs. La structure n'a pas pu y résister et la chute des tours a créé deux "petits" séismes de magnitude 2,1 et 2,3 sur l'échelle de Richter.

 

 

5) Un dégagement de chaleur important

Pendant plusieurs semaines des incendies ont couvé dans les décombres... Quelques précisions là.