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RÉSUMÉ
Les tunnels sont creusés soit de façon conventionnelle, avec des moyens mécaniques simples ou à l’aide de machines spécialement conçues à cet effet que l’on appelle des tunneliers. Ces machines sont des véritables usines mobiles qui creusent et mettent en place le revêtement définitif de l’ouvrage. La période récente a vu une évolution soutenue de cette technique. Le présent article explique le principe de fonctionnement des tunneliers, les avantages apportés par cette technologie ainsi que les différents types de tunneliers qui existent sur le marché.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Benjamin LEROI : Directeur du service méthodes travaux souterrains - Vinci Construction Grands Projets, Nanterre, France
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David MAZEYRIE : Ingénieur principal méthodes travaux souterrains - Vinci Construction Grands Projets, Nanterre, France
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François RENAULT : Directeur technique tunnel - Vinci Construction Grands Projets, Nanterre, France
INTRODUCTION
Le secteur de la construction des tunnels couvre la réalisation de tunnels routiers ou ferroviaires. Il a également pour activité le creusement de galeries hydrauliques dans le cadre de projets hydro-électriques ou pour transporter des effluents. Même si des tunneliers, véritables usines mobiles souterraines, sont utilisés pour la réalisation de ces ouvrages, c’est le développement spectaculaire des métros à travers le monde qui a permis leur rapide évolution.
Avant l’utilisation des tunneliers, la mécanisation des opérations de creusement était limitée à l’usage de machines à attaque ponctuelle issues des pratiques de l’industrie minière ou à l’utilisation de machines de forage pour les projets ayant recours à des explosifs. Ces techniques sont limitées à la traversée les massifs rocheux. L’un des principaux avantages amenés par la technologie des tunneliers est qu’ils permettent de franchir des horizons géologiques jusque-là très compliqués et coûteux à traverser. En effet, la possibilité de confiner le front d’un tunnelier permet d’assurer, d’une part la stabilité de la face excavée même dans des horizons sableux ou argileux et sous la nappe, et d’autre part de maîtriser les tassements en surface. C’est pour cette raison que le développement de nouvelles lignes de métro en sites urbains, souvent situés dans des plaines fluviatiles, a été rendue économiquement possible et que l’industrie du tunnelier a vu son activité croître en même temps.
L’utilisation des tunneliers ne se réduit pas à la construction de métros. Des ouvrages de franchissement de grande envergure ont été réalisés grâce à ces machines. On retiendra le creusement du tunnel sous la Manche, les tunnels alpins du Saint Gothard, du Lötschberg et de la ligne ferroviaire Lyon-Turin.
Au-delà du fait que les coûts de réalisation des tunnels creusés au tunnelier sont inférieurs aux coûts de réalisation de tunnels en méthode traditionnelle dès que la longueur des ouvrages dépasse 2 ou 3 kilomètres, leur utilisation a permis de réduire le nombre d’accidents affectant le personnel du chantier.
Bien que la technologie des tunneliers ne soit pas récente, on continue à constater une évolution rapide et constante de ces machines. Les évolutions les plus récentes ont pour objectif d’élargir la gamme de terrains qui peuvent être creusés par un type de tunnelier, de détecter d’éventuels obstacles, ou bien encore d’augmenter les performances de creusement.
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- Version archivée 1 de mai 1992 par Pierre GESTA
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1. Développement des tunneliers
Si l’on considère qu’un tunnelier désigne une machine permettant de creuser un tunnel en pleine section, on peut présenter la machine de Brunel comme la première ayant répondu à cette définition. Cette machine a creusé un tunnel sous la Tamise entre 1825 et 1843. Elle prenait appui sur le revêtement du tunnel constitué d’une voûte en briques pour avancer et des volets disposés sur la face du tunnel permettaient à des ouvriers d’excaver les matériaux depuis différents niveaux de plateformes (figure 1 a ).
Plus tard, vers 1882, les colonels de Beaumont et English utilisent une machine qui permet de creuser une galerie de 4 km dans le but de relier l’Angleterre à la France. Cette machine dispose cette fois d’une roue équipée d’outils qui désagrègent le terrain au front en tournant autour d’un axe central (figure 1 b ).
Au cours des années 1920, sont apparus les premiers boucliers cloisonnés qui permettaient d’appliquer une pression d’air comprimé en avant de cette cloison. Le but recherché était surtout de pouvoir creuser sous la nappe en repoussant l’eau grâce à cette pression d’air comprimé.
Dans les années 1950, sous l’impulsion de M.Robbins, des machines équipées de roues de coupe dotées de molettes font leur apparition. L’usage des molettes permet de creuser des roches dures en pleine section. Pour la première fois, au Japon, en 1964 une machine à pression de boue est utilisée pour creuser un tunnel de 7,7 m de diamètre. Cette fois, ce n’est plus de l’air comprimé qui est utilisé pour contenir l’eau du terrain, mais une boue. En France, en 1967, une première machine Robbins à front pressurisé est utilisée pour le creusement d’un lot du RER A entre l’Etoile et la Défense. Dans les années 1970, les Japonais développent un tunnelier qui utilise cette fois-ci, non plus de l’air ni de la boue, mais le sol excavé. Ce sol, conditionné pour le rendre pâteux est maintenu sous pression dans la chambre d’abattage. Chacun de ces différents types de confinement continue à être utilisé selon la configuration des projets et nécessite des tunneliers de types différents comme nous allons le voir dans la suite de l’article.
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BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Machines pour la construction de tunnels – Sas de transfert – Prescriptions de sécurité - NF EN 12110 - –
-
Tunneliers – Prescriptions de sécurité - NF EN 16191 - –
ANNEXES
Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Association française des travaux et de l’espace souterrain
Association internationale des tunnels et de l’espace souterrain
France sans tranchée technologies
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