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Pierre GESTA : Ingénieur de l’École Centrale de Paris - Ancien Directeur à la SOGEA - Président du Comité technique de l’Association Française des Travaux en Souterrains (AFTES)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Il est d’usage d’affirmer que les ouvrages souterrains, sans même parler des cavernes naturelles qui abritèrent les hommes préhistoriques et qui servirent de cadre à leurs premières manifestations artistiques, figurent certainement parmi les plus anciennes constructions de l’homme.
Qu’il s’agisse de moyens d’attaque ou de défense comme dans les tunnels de communication secrets des châteaux forts du Moyen Âge, de moyens d’extraction des richesses de la terre dans les galeries des mines ou de moyens de transport comme les aqueducs souterrains des villes romaines, les tunnels étaient déjà connus et utilisés dans la plus lointaine antiquité.
Le tunnel le plus ancien actuellement connu semble bien être celui qui a été construit en Mésopotamie sous l’Euphrate il y a 4 000 ans à l’époque de la reine Sémiramis. D’une longueur de 1 km, il reliait le palais royal de Babylone au temple de Jupiter.
Les civilisations modernes ont élargi l’emploi des tunnels au domaine des communications pour franchir un obstacle qu’il s’agisse d’une chaîne de montagnes, d’un cours d’eau, ou même du cœur d’une ville. Aujourd’hui, des cavités souterraines sont construites pour assurer le stockage de matières encombrantes ou dangereuses (pétrole, gaz), pour décongestionner la surface des villes (parkings souterrains) ou pour loger des unités de production d’énergie (centrales enterrées).
L’importance croissante des considérations d’environnement et la saturation du sol devraient logiquement conduire à un accroissement du nombre des ouvrages souterrains, soit dans le domaine des installations industrielles, soit pour le stockage des déchets, soit pour la protection des populations et des installations vitales en cas de conflit.
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3. Stabilité des ouvrages souterrains
3.1 Creusement et stabilité
Les fondations et les ouvrages souterrains ont en commun le fait que leur comportement dépend essentiellement de celui du terrain encaissant l’ouvrage, et aussi du mécanisme d’interaction entre le terrain et la construction.
Mais il y a entre ces deux catégories d’ouvrages une différence fondamentale : alors que, dans le cas des fondations, on superpose à un état d’équilibre préexistant un état de contraintes supplémentaires dû à des forces bien connues, dans le cas de l’ouvrage souterrain (ou de la tranchée), on substitue à l’état initial une succession d’états dont on ne sait s’ils sont d’équilibre et qui résultent d’abord de la création d’un vide au sein du massif (annulation de la contrainte normale à la paroi le long du pourtour de l’excavation et redistribution des contraintes), puis de la mise en place d’un soutènement provisoire généralement souple, enfin de la pose d’un revêtement définitif généralement plus rigide.
Dans ce second cas, on n’ajoute pas des forces, mais on supprime des volumes de matière qui participaient à l’équilibre des forces de pesanteur préexistantes et que l’on remplace, après un certain délai, par des éléments de structure non équivalents.
Cette modification inévitable de l’état antérieur, qui dans certains cas n’était d’ailleurs peut-être pas un état d’équilibre mais un état d’évolution lente, entraîne obligatoirement l’acceptation de déformations plus ou moins importantes au voisinage de la cavité. Elle entraîne aussi une modification de l’équilibre des nappes souterraines éventuelles.
On conçoit donc la prééminence du rôle du terrain et l’importance exceptionnelle des conditions réelles d’exécution des ouvrages dans toute étude de stabilité du tunnel.
Contrairement à ce qui se passe dans le cas d’un ouvrage en élévation où le temps joue généralement assez peu, le calcul d’une cavité doit prendre en compte, sinon le temps dans son déroulement continu, du moins la succession des phases partielles pendant toute la période de construction de l’ouvrage. C’est ce qui, avec la complexité des lois réelles de comportement des terrains, fait toute la difficulté de la tâche du projecteur. C’est aussi l’un des domaines...
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