Pourquoi la tour de Pise et d'autres bâtiments emblématiques penchent-ils sans s'effondrer ?

La tour penchée de Pise est l'un des monuments les plus emblématiques d'Italie.

Ce n'est pas le seul édifice à pencher : des maisons dansantes des Pays-Bas à la pagode du Tigre en Chine, on trouve des monuments inclinés partout dans le monde.

Mais pourquoi penchent-ils ? Et pourquoi cela ne signifie-t-il pas forcément qu'ils vont s'effondrer ?

Pourquoi certains bâtiments penchent-ils ?

D'après Mandy Korff, professeure associée de géotechnique à l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas, plusieurs raisons expliquent l'inclinaison des bâtiments.

Dans certains cas, comme celui des célèbres Maisons dansantes néerlandaises, cela est dû au type de fondations utilisées lors de leur construction.

« Dans le centre d'Amsterdam, la plupart des maisons sont construites sur pilotis », précise Korff.

Il explique que les pieux sont installés par paires sous les murs et les façades des bâtiments.

Ils sont enfoncés à 12 mètres de profondeur dans un sol composé d'argile molle, de tourbe ou de sable.

« Si la situation est stable et que les pieux sont bien entretenus, les maisons ne risquent rien », affirme-t-il.

Il ajoute cependant que s'ils commencent à se dégrader ou à pourrir, des fissures peuvent apparaître, et une détérioration inégale ou une répartition déséquilibrée du poids peuvent entraîner, à terme, une inclinaison des bâtiments.

Le cas de Pise

Les caractéristiques du sol peuvent également provoquer l'inclinaison des bâtiments, comme c'est le cas pour l'emblématique Tour de Pise.

Nunziante Squeglia, professeur de mécanique des sols et de fondations à l'Université de Pise, fait partie d'une équipe qui surveille l'inclinaison de la tour.

« La tour a commencé à pencher dès le début de sa construction car le sol est extrêmement meuble. Elle s'est enfoncée de 3 à 4 mètres », a expliqué Squeglia à l'émission Witness History de la BBC.

Les bâtiments peuvent aussi s'incliner en raison de modifications du sol causées par l'homme. C'est le cas, par exemple, du clocher de l'Oude Kerk (Vieille Église) de Delft.

« C'est beaucoup moins connu, mais son inclinaison est très similaire à celle de la Tour de Pise », a souligné Korff.

« Le bâtiment penche vers le canal car le sol d'un côté a été excavé pour sa construction et il y est plus meuble. La pression exercée pour le maintenir droit est donc moindre, et lors de sa construction, il a commencé à s'incliner. »

Les variations du niveau de la nappe phréatique peuvent également provoquer l'inclinaison d'un bâtiment. Korff a toutefois précisé que, parfois, cette inclinaison est intentionnelle.

« De nombreuses maisons à Amsterdam sont construites penchées vers l'avant car c'est ainsi que les maisons de marchands étaient construites autrefois », a-t-il expliqué.

« Elles étaient souvent construites le long des canaux pour servir d'espace de stockage. Cette inclinaison facilitait le transport des marchandises à l'intérieur de la maison », a-t-il ajouté.

« Si elles penchent vers l'avant, cela ne signifie pas forcément qu'il y a un problème. Mais lorsqu'elles penchent d'un côté, on sait pertinemment que ce n'était pas l'effet recherché. »

Inclinaison correcte

Pourquoi ces bâtiments penchés ne nous préoccupent-ils pas davantage ?

Selon Korff, un bâtiment penché n'est pas forcément structurellement instable.

« Il faut qu'il penche beaucoup pour être structurellement instable », explique-t-il.

Mais il est parfois nécessaire de corriger l'inclinaison, comme ce fut le cas pour la tour de Pise.

Bien que la tour ait commencé à pencher assez tôt, des mesures ont montré que la situation s'est aggravée au XXe siècle, avec une augmentation constante de l'inclinaison.

« La situation était très inquiétante », se souvient Squeglia.

Puis, en 1989, la tour civique de Pavie s'est effondrée.

Selon Squeglia, cet événement a été l'élément déclencheur, et la tour de Pise a été fermée un an plus tard.

De nombreuses idées ont été envisagées pour redresser légèrement la tour de Pise et la sécuriser à nouveau.

« La technique retenue a été le terrassement », explique Squeglia. « Sans toucher à la tour, 37 mètres cubes de terre ont été retirés du côté nord des fondations. »

La tour a rouvert ses portes onze ans plus tard.

Un cas « particulier »

Mais cette méthode de redressement est inhabituelle, selon Korff. « Elle est très spécifique à Pise ; on ne procéderait pas ainsi en temps normal. »

Si un bâtiment penché repose sur des pilotis en bois, comme les maisons d'Amsterdam, le remplacement des fondations peut empêcher l'inclinaison de s'aggraver, mais c'est une intervention invasive qui implique la démolition du rez-de-chaussée.

Il est également possible de corriger une inclinaison en soulevant la maison à l'aide de vérins hydrauliques, comme on soulèverait une voiture, note Korff, mais cela peut parfois faire plus de mal que de bien.

« Si la maison penche trop, la redresser est aussi dangereux car elle s'est adaptée à l'inclinaison », explique-t-il. « Il faut être très prudent, ne serait-ce que pour éviter d'aggraver la situation. »

Bien que certains bâtiments puissent être stabilisés, il y a aussi des inconvénients.

« On peut faire toutes sortes de choses avec les bâtiments, tout est possible », souligne Korff. « Mais ça coûte cher et c'est compliqué. »

L'impact du changement climatique

Les recherches de Korff révèlent qu'aux Pays-Bas seulement, environ 75 000 maisons construites sur pilotis en bois sont menacées de dégradation, et près de trois fois plus sont en danger en raison de fondations superficielles.

Ces problèmes pourraient s'aggraver.

« Avec le changement climatique et les variations des nappes phréatiques, nous constatons parfois des changements plus rapides », explique Korff.

Si le niveau de la nappe phréatique baisse, les pilotis en bois sont exposés à l'air, ce qui peut accélérer les dégâts.

Les variations des nappes phréatiques peuvent également affecter les couches de sol, ce qui a un effet domino sur les maisons, quel que soit le type de fondation.

Il ajoute cependant qu'il s'agit d'un processus lent.

Quant à la tour de Pise, son inclinaison a été réduite de plus de 40 centimètres après 11 ans de travaux, achevés en 2001.

Les ingénieurs estiment que sa stabilité est assurée pour au moins les 200 prochaines années.