Évacuation tour de sécurité en cas d'urgence
ÉVACUATION DE LA TOUR EN CAS D'URGENCE
17 septembre 2001
Pour entrer en contact avec l'auteur :
Jean-Pierre Petit, Astrophysicien, France
Traduit par Benjamin Rottier
Nous avons tous vu à quel point les gratte-ciel sont vulnérables, comme l’ont été les Twin Towers, la fierté de Manhattan, assemblage de fer et de béton.
Remarque, 30/1/2008. J'ai rédigé ces lignes le 17/9/2001 : Quand les terroristes ont fait s'écraser leurs avions sur les tours, ils avaient choisi des appareils remplis à ras bord de carburant, sachant que son ignition provoquerait l'effondrement des tours. Sans cette utilisation de la chaleur, les tours auraient été sérieusement endommagées mais auraient tenu debout. Ce phénomène de chute successive des étages est inévitable. Si un tel événement devait se reproduire, les occupants des bâtiments devraient pouvoir s'évacuer en très peu de temps, avant que la chaleur n'ait ses effets désastreux.
Cela montre à quel point nous avons cru immédiatement à la thèse officielle. Les choses ont changé depuis.
Après l'incendie de San Francisco, les Américains, traumatisés par ses effets, avaient généralisé les escaliers extérieurs. Mais cette solution ne pouvait pas être appliquée aux bâtiments très élevés. Nous proposons ici une autre solution, à examiner.
Ci-dessous, le plan général d'évacuation de la tour, effectuée à l'extérieur, le long de câbles. Ces câbles sont fixés sur des tambours, placés à différentes hauteurs selon le nombre de personnes à évacuer. Ainsi, le câble central A serait affecté au sauvetage des habitants des étages situés du côté correspondant du bâtiment. En haut à gauche, le système de déroulement. Le tambour est débloqué en actionnant un mécanisme à l'intérieur, près du poste d'évacuation correspondant. Le câble est tiré vers le bas par un lest profilé (afin qu'il ne s'accroche pas aux reliefs de la façade), la vitesse étant limitée par un frein aérodynamique.
Comme l’a noté Alexandre Berube, ingénieur canadien, davantage de câbles seraient nécessaires pour les étages supérieurs. Avec tout le respect dû à mon ami canadien Norman, l'utilisation de dispositifs d'escalade standard et de cordes de montée n'est pas possible. En effet, il faut faire zigzaguer la corde pour y accrocher le dispositif d'escalade. Cela est impossible si la corde est tendue par plusieurs personnes encore en descente en dessous.
Le système d'évacuation par « chaussettes » a été mentionné. C’est très ingénieux. De longues gaines en nylon sont déroulées le long de la façade. Les personnes y pénètrent par le col supérieur. Personne ne peut mourir d'étouffement grâce à leur perméabilité. Il est impossible d'arrêter la descente, car il n'y a pas de relief à l'intérieur ; cela empêche les corps inanimés de se coincer. La vitesse est limitée par le frottement des vêtements sur la paroi intérieure de la gaine. Elle est presque identique pour tous, quelle que soit la hauteur ou la corpulence. En effet, Norman a dit qu'une personne plus grande aurait une surface de contact plus grande avec la gaine. La vitesse verticale est d’environ 2 m/s. Comme les gaines n’atteignent pas le sol, l’évacuation est automatique. Bien sûr, les personnes ne peuvent entrer dans la gaine qu’en un seul point, mais augmenter le nombre de gaines résoudrait ce problème. Ces dispositifs sont en outre assez peu coûteux et peuvent être produits en grande quantité. Le seul inconvénient : si les personnes sont vêtues de chemises à manches courtes ou de shorts et si le bâtiment est très haut, le frottement sur la peau pourrait provoquer des brûlures. Mais souffrir de brûlures légères est préférable à être enseveli sous des décombres de fer et de béton, n’est-ce pas ?
Une remarque : les bâtiments situés dans des zones à fort risque sismique sont-ils pourvus de tels systèmes d’évacuation ? Souvenez-vous de plusieurs choses. Lorsqu’un tremblement de terre se produit et si le bâtiment ne s’effondre pas, sa déformation bloque systématiquement toutes les portes dans leurs cadres, et il est absolument impossible de les ouvrir. Vous devrez les briser, si vous en êtes capable. De plus, comme en cas d’incendie, les escaliers sont les premières structures à être endommagées. Souvenez-vous aussi qu’il y a souvent des séismes successifs. Combien de personnes auraient été sauvées, même dans des bâtiments de quelques étages, si elles avaient pu s’évacuer dès les premiers signes annonciateurs ?
Sur le dessin suivant, une vue intérieure du poste d’évacuation. Seules ces fenêtres peuvent s’ouvrir complètement et mènent à une petite plateforme sur laquelle quelques personnes peuvent se tenir debout sans risque de glisser. Des escaliers permettent d’atteindre rapidement la plateforme d’évacuation. Vous pouvez voir le câble déroulé (diamètre : environ 5 mm). En dessous : le déroulement du câble et vue sur le frein aérodynamique tournant.
Sur le dessin ci-dessous, un groupe de personnes (un couple avec un enfant) sur le point de sauter. Chaque équipement sera détaillé ensuite.
Ci-dessous, la base du mécanisme. Il s’agit d’un frein de descente fonctionnant par friction. En A, le système de pales souples, issu des embrayages centrifuges des voitures, dans son boîtier. Le système de pales est montré hors de son boîtier en D. Les pales en acier souples sont reliées à des éléments qui frottent sur la partie intérieure du tambour E. En B, vous pouvez voir le câble frottant sur l’un des rouleaux, interdépendant d’un engrenage qui augmente la rotation. En C, un schéma : à droite, le rouleau et l’engrenage ; à gauche, les pales de freinage tournant dans leur logement. En G, un placard de rangement pour deux équipements, différents par la manière dont ils sont reliés au frein de descente. À gauche, un harnais simplifié (semblable aux harnais utilisés pour hisser quelqu’un depuis un hélicoptère).
Les dessins suivants : le frein de descente complet. Les pales fonctionnant par friction ne sont plus visibles. Elles sont enfermées dans leur boîtier. A : l’élément « couvercle du câble » est en haut, en position déverrouillée. L’appareil est rangé dans ce cas, suspendu par le crochet de suspension. En dessous, une plaque interdépendante avec les deux boîtiers (le second contenant l’engrenage d’augmentation, interdépendant avec le rouleau en caoutchouc que l’on voit partiellement, de couleur noire). La plaque est équipée d’un mousqueton pour que les personnes puissent s’y accrocher. Le système possède une gorge dans laquelle le câble est placé. Le câble est fortement tendu par le lourd lest qui l’a fait descendre jusqu’au sol, il est relié par un ressort de tension (pour empêcher que le câble ne soit déplacé par le vent). Le câble doit ensuite être enfermé dans la gorge en tournant le couvercle du câble et la poignée de frein manuel de 180°. B : système prêt à la descente. Le couvercle en forme de triangle cache la gorge dans laquelle le câble a été inséré. En faisant cela, le câble est pressé contre le premier rouleau en caoutchouc. La poignée de frein manuel est vers le bas. En C, une vue de côté de l’appareil.
Le dessin suivant : le rangement. A : le frein de descente suspendu, frein manuel vers le haut, en position déverrouillée. Vous pouvez voir la gorge dans laquelle le câble circule. B : un harnais en nylon ressemblant à un pantalon afin que les personnes inanimées ou sujettes à la panique puissent être évacuées. Être hissé depuis un hélicoptère ou sauter d’une hauteur de 400 mètres ne vous procure pas les mêmes sensations. Les personnes âgées, les personnes à mobilité réduite ou les enfants ne doivent pas être oubliées. C : quelqu’un tirant sur le harnais-pantalon. D : il serre les bretelles. Près de lui, une personne équipée d’un harnais simplifié (comme pour l’hissage). L’attache se fait par une sangle en nylon cousue, terminée par un mousqueton.
Ci-dessous, un homme prêt à sauter. Son frein de descente est positionné. Le couvercle du câble est fermé, assurant ainsi le contact du câble avec les rouleaux. Il a serré ses bretelles et est attaché au frein. Il tient sa sangle de suspension dans sa main droite et s’apprête à saisir la poignée de frein de sa main gauche. Aucune de ces prises n’est essentielle à la sécurité, le dispositif pouvant descendre automatiquement jusqu’au sol.
Sur cette vue aérienne, quelqu’un en descente. Sa main gauche est sur la poignée de frein, qu’il utilisera théoriquement uniquement près du sol pour éviter de heurter une personne ayant déjà atteint sa destination mais qui n’est pas encore partie ou retirée. Une personne de poids normal pourrait descendre à environ 2 m/s. Le frottement étant proportionnel au carré de la vitesse de descente, celle-ci ne s’accroîtrait pas beaucoup si plusieurs personnes étaient suspendues au même frein ou si les personnes étaient plus lourdes. Lorsque j’ai sauté avec des parachutes hémisphériques anciens, la vitesse verticale habituelle au moment de l’impact était de 6 m/s.
Vue suivante : plusieurs personnes sur le même dispositif d’escalade. Quoi qu’il en soit, une personne chargée du poste d’évacuation se tiendrait à chaque plateforme. Elle fixerait le frein de descente au câble et le mousqueton aux personnes arrivant. Elle leur montrerait la poignée de frein, leur rappellerait son utilisation et vérifierait que tout était en ordre avant d’autoriser le saut.
Enfin, les personnes doivent être reçues. Pour que l’évacuation soit aussi rapide que possible, les personnes seraient espacées de quelques pieds seulement sur un même câble. La responsabilité leur incombe de contrôler leur vitesse de descente grâce au frein manuel, et de maintenir une distance avec la personne en dessous, sans jamais réduire l’afflux vertical. Deux personnes joueraient un rôle majeur dans les opérations d’évacuation (il devrait y avoir une formation périodique) : la première utiliserait le câble pour attendre au sol les « charges ». Elle retirerait rapidement les dispositifs d’escalade, en faisant remonter le couvercle du câble, permettant ainsi au câble de sortir de la gorge. Au-dessus, quelqu’un a utilisé son frein et attend, afin de ne pas perturber l’opération (B). Au premier plan, quelqu’un s’éloigne rapidement (D).
Si un tel système avait été installé sur chacun des quatre côtés des tours de New York, des milliers de vies humaines auraient pu être sauvées. Mais qui aurait pu prévoir une telle horreur ?
Aujourd’hui, nous le savons.
17 septembre 2001
Le déroulement des câbles reste problématique, surtout depuis plusieurs centaines de mètres, à cause de l’effet du vent latéral. Les câbles ne doivent pas s’emmêler à cause d’un coup de vent, sinon les personnes se heurteraient les unes les autres. Nous avions simplement envisagé un lourd lest. Mais aucun lest ne pourrait tendre le câble s’il mesure deux, trois ou même quatre cents mètres. La solution serait donc de verrouiller le câble en bas. Pour cela, les lestes pourraient être profilés en coquilles (B) et tomber (A) assez rapidement (freinage aérodynamique minimal) vers des puits bloqués par des couvercles de regard en plastique, assez solides pour supporter le poids d’un homme, mais assez fragiles pour exploser au moment de l’impact. Les coquilles s’aligneraient dans des guides en forme de cône. Le verrouillage pourrait être automatique.
En D, la personne ayant déclenché la chute du câble pourrait le tendre à l’aide d’un simple levier (M). Si, comme indiqué ci-dessus, les câbles étaient affectés à l’évacuation d’un nombre fini d’étages, le déroulement et le tendage du câble pourraient être effectués depuis plusieurs postes d’exploitation et d’évacuation (car l’un d’eux pourrait être inaccessible).
Nous avons ici parlé d’un frein à friction, issu des embrayages automobiles. Un système issu du classique gouverneur à balanciers de James Watt pourrait assurer une vitesse de descente constante, quelle que soit la charge (car ce système a une réponse très « non linéaire »).
Gouverneur à balanciers
Dans ces conditions, les freins manuels pourraient être supprimés, ce qui serait probablement préférable. En effet, il y aurait un risque qu’une personne paniquant ou devenant étourdie serre trop fort la poignée de frein, bloquant ainsi toute la chaîne d’évacuation. Si les personnes descendent à des vitesses très similaires, l’espacement des sauts depuis la plateforme assurerait au personnage au sol suffisamment de temps pour libérer les personnes arrivant.
Tout ce qui précède n’est que des idées que j’ai notées au fur et à mesure qu’elles me venaient. Mais elles semblent montrer qu’il est possible, sans modifier les bâtiments existants, de les doter d’un système d’évacuation efficace. Personne n’avait prévu les effets de ces attaques terroristes sur la structure des bâtiments. Aucun pompier, aucun architecte, aucun spécialiste en sécurité n’aurait pu imaginer que la structure pourrait être attaquée en très peu de temps à cause de la présence de milliers de litres de kérosène ramollissant les armatures en acier, entraînant ensuite l’effondrement des étages comme des dominos. À l’avenir, même les idées les plus incroyables doivent être prises en considération.
Un mot de plus :
Ce texte ne sera pas suivi d’un dépôt de brevet. Je crois que certaines choses sont plus urgentes que de chercher à faire de l’argent dans le secteur de la sécurité. Surtout, les vies humaines doivent être sauvées. Ainsi, ces idées sont totalement libres pour toute personne souhaitant les appliquer. Quand votre maison est en feu, vous ne perdez pas de temps à nettoyer le salon.
Depuis le 15 novembre 2001, nombre de connexions : ---
Version originale (anglais)
Evacuation tour sécurité urgence
EMERGENCY TOWER EVACUATION
September 17 th 2001
To get in touch with the author :
Jean-Pierre Petit, Astrophysicist, France
Translated by Benjamin Rottier
We've all seen how vulnerable skyscrapers are, as were the Twin towers, Manhattan's pride, assembly of iron and concrete.
Remark, 2008/1/30. I wrote these sentences on 2001/9/17. : *When the terrorists crashed their aircrafts on the towers, they had chosen planes crammed whith fuel, knowing its ignition would make the towers collapse. Without this use of heat, towers would have been seriously damaged but would have stood up. This successive floors' collapse phenomenon is inevitable. If such an event had to happen again, buildings' occupants should be able to evacuate it in a very short time, before the heat could have its disastrous effects. *
It shows how we believed immediatly in the official thesis. Things have change now.
After fire in San Francisco, Americans, traumatized by its effects, had made outside staircases general. But this solution could not be applied to very tall buildings. We suggest another one here, to be examined.
Below, the general tower evacuation plan, that takes place outside, along cables. Those cables are fixed on drums starting at various floors depending on the people to be evacuated. Thus the central A cable would be assigned to the rescue of a floors residents living on that side of the building. Up left, the unwinding system. The drum is unlocked by triggering the mechanism from inside, near the corresponding evacuation post. The cable will be pulled downwards by a profiled ballast (in order it not to cling to a façade's relief), speed being limited by an aerodynamic brake.
As noticed Alexandre Berube, Canadian engineer, more cables would be needed for the upper floors. With all due respect to my Canadian friend Norman, the use of standard abseiling devices and ascent ropes is not possible. Indeed, you have to make the rope zigzag to put the abseiling device on. That's impossible if the rope is tightened by several persons still descending below.
The 'socks' evacuation system has been mentioned. It's very clever. Long nylon tubes are unfurled on the façade. People go into through the upper neck. Nobody can die of suffocation because of their permeability. It's impossible to stop the descent, because there is no relief inside; this prevents lifeless bodies from being trapped too. The speed is limited by the rubbing of clothes on the tube's inner surface. It's nearly the same for everyone, whatever the height or the corpulence. Indeed, Norman said, a big person will have a larger contact surface with the tube. The vertical speed is about 2 m/s. As the tubes don't reach the ground, the evacuation is automatic. Of course, people can enter the tube in only one point, but increasing the number of tubes would resolve this problem. Those devices are moreover quite cheap and can be produced in great numbers. The only drawback: if people are dressed with short-sleeved shirts or shorts and if the building is tall, the friction on the skin could cause some burns. But suffering from slight burns is better than being buried under iron and concrete rubble, isn't it?
A remark: are buildings located in high risk seismic areas provided with such evacuation systems? Just remember several things. When an earthquake occurs and if the building does not collapse, its distorsion jams systematically every doors in their frames and it's absolutely impossible to open them. You will have to break it down, if you're able to. Moreover, as in case of fire, stairwells are the first structures to be damaged. Remember too that there often are successives tremors. How many people would have been saved, even in few floors buildings, if they had could evacuate it from the first heralding signs?
On the following drawing, an inside view of the evacuation post. Only those windows can be opened completely and lead to a small platform, on which a few people can stand up without risking to slip. Stairs allow to reach quickly the evacuation plateform. You can see the cable uncoiled (diameter: about 5 mm). Below: the cable unwinding and view on the rotating aerodynamic brake.
On the drawing below, a group of people (a couple with a child) about to drop. Each one's equipment will be detailed afterwards.
Below, the basis of the mechanism. It is a descent retarder, working on friction. In A, the flexible paddles system, stemmed from cars' centrifugal clutches, in its case. The paddles system is shown out of its case in D. The flexible steel paddles are linked to elements that rub on the inside part of the E drum. In B, you can see the cable rubbing on one of the rollers, interdependent with a gear increasing the rotation. In C, a schematic drawing: on the right, the roller and the gear; on the left, the braking paddles rotating in their race. In G, a storage cupboard for two equipments, being different by the way they're coupled with the descent retarder. On the left, a simplified harness (similar to harnesses used to winch up somebody from a helicopter).
Following drawings: the complete descent retarder. The paddles working on friction are not visible anymore. They're shut in their case. A image: the 'cable-cover' is upwards, in unlocked position. The device is stored in a cupboard in that configuration, hung by the suspension hook. Below, a plate interdependent with the two cases (the second one containing the increasing gear, interdependant with the rubber roller you can see a part of, black-colored). The plate is equipped with a karabiner for people to hang. The system has a groove in which the cable is put. The cable is strongly tightened by the heavy ballast that brought it down to the ground, it is linked to by a tension spring (to prevent cables from being moved by wind). The cable then has to be shut in the groove by turning the cable-cover and the hand braking handle of 180°. B drawing: system ready for the descent. The triangular-shaped cable-cover, hides the groove in which the cable has been inserted. Doing this, the cable is pressed against the first rubber roller. The hand braking control handle is downwards. In C, a side view of the device.
Following drawing: the storage. A: the descent retarder hanging, hand brake upwards, in the unlocked position. You can see the groove in which the cable runs. In B, a nylon harness looking like pants so that lifeless persons or people likely to panic could be evacuated. Being winched up from a helicopter or dropping from a height of 400 meters may not make you feel the same impressions. Elderly people, persons with impaired mobility or children shall not be forgotten. In C, someone pulling on the pants-harness. In D, he tightens the suspenders. Near him, a people equipped with a simplified harness (winching like). The suspension is carried out by a sewn nylon strap, ended with a karabiner.
Below, a man ready to jump. His descent retarder has been positioned. The cable-cover is shut, securing by the same token the contact of the cable with the rollers. He has tightened his suspenders and is fastened to the retarder. He holds his suspenstion strap in his right hand and is about to grap the hand brake in his left one. None of those holds are essential to safety, the device being able to put the load down to the ground automatically.
On this bird's eye view, someone descending. His left hand is on the hand brake, he will use in theory only near the ground to avoid hitting a person having already reached his destination but who has not yet gone away or been removed. A "normal weight" person could descent at about 2 m/s. The rubbing being proportional to the square of the descent's speed, this one would not increase so much if several people were hanging to the same retarder or if people were more heavy. When I jumped with age-old hemispherical parachutes, the usual vertical speed at the time of the impact was 6 m/s.
Next view: several people on the same abseiling device. Anyway, a person in charge of the evacuation post would stand at each platform. He would fix the descent retarder to the cable and the karabiner to people coming. He would show them the hand brake handle, remind them of its use and would check that everything is OK before allowing the jump.
Lastly, people should be received. In order the evacuation to be as quick as possible, people would be spaced by only few feet on a same cable. The onus is on them to control their descent speed, thanks to the hand brake, and to keep their distance with the person below, without ever reducing the vertical influx. Two people would play a major role in the evacuation operations (there should be a periodical training): the first one would use the cable to wait on the ground for the 'loads'. He would swiftly take off the abseiling devices, turning up the cable-cover and so allowing the cable to go out of the groove. Above, someone has used his hand brake and is waiting, in order not to disrupt the operation (B). On the foreground, someone going away quickly (D).
If such a system had been installed on each of the four sides of the towers in New York, thousands of human lives might have been saved. But who could have foreseen such a horror?
Today, we do know.
September, 17th 2001
The cables' unwinding remains problemactic, above all from several hundred metres, because of the effect of crosswind. Cables mustn't be tangled by the effect of a gust of wind, or people would hit each other. We had simply envisaged a heavy ballast. But no ballast would be able to tighten the cable if it is two, three or even four hundred metres long. The solution would so be to lock the cable down below. In order to do that, ballasts could be profiled as shells (B) and drop (A) quite quickly (minimal aerodynamic braking) towards shafts blocked up with plastic manhole covers, strong enough to withstand a man's weight but fragile enough to explode at the time of the impact. Shells would centre in cone-shaped guides. The locking could be automatic.
In D, the person who has triggered the drop of the cable could tighten it with a simple handle (M). If, as written above, cables were assigned to the evacuation of a finite number of floors, the unwinding of the cable and its tightening could be done from several operating and evacation posts (if only because one of them may be inaccessible).
We here talked about a friction retarder, stemmed from cars' clutches. A system stemmed from the classic James Watt's fly-ball governor might ensure a constant descent speed, whatever the load is (because this system has a very 'unlinear' response).
Fly-ball governor
In these conditions, the hand brakes could be removed and that would probably be better. Indeed, there would be a risk that someone panicking or becoming dizzy clenches his hand on the brake, blocking all the evacuation chain. If people can go down at very similar speeds, spacing out the jumps from the plateform would ensure for the man on the ground enough time to free people arriving.
Everything above is only ideas I've jotted down as they came. But they seem to show that without changing current buildings, they can be provided with an efficient evacuation system. No one had foreseen the effects of such terrorist attacks on the buildings' structure. No fireman, no architect, no specialist in security could have thought that the structure could be attacked in a very short time because of the provision of thousands liters of kerosene softening the reinforcing steel rods, then causing the floors' collapse like dominoes. In the future, even the most incredible ideas should be taken into consideration.
One more word :
This text won't be followed by any patent registration. I believe some things are more urgent than trying to make money with the security business. Above all, human lives have to be saved. Thus, those ideas are totally free for anyone wanting to apply them. When your house is burning, you don't waste time cleaning the livingroom.
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