Ils creusent des tunnels routiers et ferroviaires sur des dizaines de kilomètres, des dizaines de mètres sous terre. Les tunneliers réinventent le génie humain en permettant de franchir montagnes et fleuves, ainsi que de relier les continents. Montréal n’échappe pas à cette révolution, alors qu’un appareil doit arriver cet automne pour creuser le tunnel du REM.

Mathieu Perreault Mathieu Perreault
La Presse

Le tunnel du REM

D’ici quelques semaines, le tunnelier du Réseau express métropolitain (REM) arrivera en pièces détachées à Montréal. Il faudra ensuite dix semaines pour l’assembler. Il mettra ensuite un an à percer les 3,5 kilomètres du tunnel entre le Technoparc de Saint-Laurent et l’aéroport. Les pièces du tunnelier ont voyagé depuis l’usine du constructeur de tunneliers Robbins de l’Ohio cet été, en quatre sections : la tête de coupe, le bouclier, la passerelle et le pont roulant. Un concours va être lancé sous peu pour trouver un nom de femme au tunnelier, selon une tradition ancrée dans ce domaine très spécialisé.

En chiffres

100 m
Longueur du tunnelier Robbins qui excavera le tunnel du REM

7,38 m
Diamètre du tunnelier Robbins qui excavera le tunnel du REM

850 tonnes
Poids du tunnelier Robbins qui excavera le tunnel du REM

3,5 km
Longueur du tunnel du REM
Source : NouvLR
— Avec la collaboration de Tristan Péloquin, La Presse

Tuyaux et câbles

Les tunneliers des projets qui frappent l’imaginaire, comme les tunnels autoroutier sous le Bosphore ou ferroviaire du Saint-Gothard sous les Alpes, cachent une révolution discrète dans le sous-sol des villes. « De nos jours, avec la technologie des tunneliers, il n’est plus nécessaire de creuser une tranchée pour faire passer des tuyaux, des égouts et des câbles », explique Karin Bäppler, responsable du développement des affaires, génie géotechnique et consultation chez Herrenknecht. Cette entreprise du sud-ouest de l’Allemagne est l’un des principaux constructeurs de tunneliers du monde. La seule raison de creuser une tranchée est si on veut réutiliser un tunnel existant, par exemple un égout construit en briques voilà 100 ans, concède Mme Bäppler.

PHOTO FOURNIE PAR CATERPILLAR

Tunnelier Lovat de 2 m de diamètre utilisé pour des conduites de chauffage à l’Université de Virginie, en 2004

L’entreprise canadienne

Une seule entreprise canadienne a déjà construit des tunneliers : Lovat, de Toronto. Fondée en 1972, Lovat a été achetée en 2008 par la société américaine Caterpillar, qui a transféré en 2014 aux États-Unis la construction de tunneliers. Lovat a été utilisée un peu partout dans le monde pour creuser des tunnels, généralement pour des métros.

PHOTO FOURNIE PAR LA VILLE DE MONTRÉAL

Le tunnelier qui a été utilisé en 2014 et 2015 à Montréal pour relier le réservoir Rosemont au système d'eau de la Ville.

Le tunnel Rosemont

En 2015, un tunnel de 4 km de long a été creusé pour relier au Saint-Laurent le réservoir Rosemont, avec un tunnelier Robbins de 3 m de diamètre. « On avait fait 200 sondages pour analyser la qualité du roc », explique Daniel DiChiaro, de l’entreprise Foraction, qui a fait fonctionner le tunnelier. « Ce genre de travail en amont a compté pour 90 % dans la réussite du projet. L’autre facteur important, c’est qu’on réservait cinq heures chaque jour pour l’entretien du tunnelier. » Le tunnelier a été assemblé juste avant Noël en 2014, et le tunnel, situé à 45 m sous la surface, a été terminé en novembre 2015. Construit dans les années 60, le réservoir Rosemont servait depuis 1978 de réserve d’eau pour le service d’incendie. La conduite d’eau augmentera en 2020 de 40 % la réserve d’eau potable de Montréal.

Automatisation

« La géologie et les conditions spécifiques du projet définissent les exigences technologiques, dit Mme Bäppler, de Herrenknecht. Chaque tunnelier est fabriqué sur mesure. Les défis actuellement récurrents sur les projets sont les problèmes d’alignement de tunnels dans des conditions de sol variables, allant d’une roche stable à des sols meubles contenant de l’eau. » Herrenknecht a mis au point des « tunneliers à densité variable », notamment utilisés à Kuala Lumpur pour la construction du métro. Parmi les autres pas importants vers l’automatisation des tunneliers, Herrenknecht a introduit en 1997, pour un tunnel autoroutier sous l’Elbe, une analyse sismique permettant de détecter sous le fleuve les rochers et autres blocs erratiques, et en 2010 en Suisse une technologie de frein automatisé permettant de creuser des tunnels ayant une inclinaison de 40 degrés pour une centrale hydroélectrique.

Pression

Les 20 dernières années ont nécessité beaucoup de travail pour faire face à la pression élevée dans les tunnels, particulièrement quand ils passent sous des cours d’eau. « En 1997 pour un tunnel sous l’Elbe, on a dû pour la première fois utiliser des plongeurs professionnels à cause de pressions de 5,5 bars [5,5 fois la pression atmosphérique], explique Mme Bäppler, de Herrenknecht. On est maintenant rendus beaucoup plus loin : 12 bars pour le tunnel sous le Bosphore et 17 bars pour l’amenée d’eau du lac Mead au Nevada. » Les plongeurs travaillent au changement des lames à l’avant des tunneliers, la portion du tunnel déjà creusée par le tunnelier étant à pression normale. Herrenknecht a développé une technologie de remplacement de certaines portions de la tête des tunneliers à pression ambiante, dans des zones isolées de la forte pression qui sévit à l’avant de la tête du tunnelier.

Entre les continents

La prochaine étape de la technologie est de construire des liens plus ambitieux entre les continents, selon Mme Bäppler, qui cite le projet de tunnel sous le détroit de Gibraltar, à 500 m sous la surface de la mer, un record (le tunnel sous la Manche est plus long, 38 km contre 28 km pour le tunnel de Gibraltar, mais n’est qu’à 115 m sous la surface de la mer). « Le tunnel de Gibraltar est compliqué par la vitesse des courants dans le détroit, qui fait 300 m de profondeur », explique Georgios Anagnostou, spécialiste des tunneliers à l’École de haute technologie de Zurich (ETH), qui a présenté une conférence sur le sujet au congrès annuel de l’Association internationale des tunnels en 2014. « Ça va créer des pressions énormes, plus de 50 bars. Même l’échantillonnage du sol marin est difficile. L’autre défi est le sol argileux très malléable, qui risque de coincer le tunnelier. À mon avis, il faudra au moins 5 à 10 ans pour commencer ce tunnel et 15 autres années pour le construire. » Après Gibraltar, la prochaine frontière sera un tunnel sous le détroit de Behring entre la Russie et l’Alaska, selon M. Anagnostou. « Le tunnel de Behring ne sera pas difficile sur le plan géotechnique, mais plutôt sur le plan de la logistique. » L’autre importante révolution technologique, attendue d’ici 15 à 20 ans selon Mme Bäppler, est l’analyse géophysique en temps réel du sol par les tunneliers.

De plus en plus profond, de plus en plus loin

Bosphore

PHOTO FOURNIE PAR HERRENKNECHT

Un tunnelier en action sous le Bosphore

Creusé entre 2013 et 2015, le tunnel autoroutier de 3,3 km de longueur et 13,7 m de diamètre est à 100 m sous le fond de la mer à son plus profond. Le poids de l’eau a créé une pression maximale de 12 fois la pression atmosphérique. Le tunnelier utilisé était un Herrenknecht.

Brême

PHOTO FOURNIE PAR HERRENKNECHT

Le tunnelier du tunnel Weser à Brême, en 1998

Creusé entre 1999 et 2001, le tunnel autoroutier Weser fait 3,2 km de longueur et 11,4 m de diamètre. Le poids de l’eau du fleuve Elbe a pour la première fois rendu obligatoire l’utilisation de plongeurs professionnels pour changer les lames du tunnelier Herrenknecht, avec des pressions égales à 5,5 fois la pression atmosphérique.

Paris

PHOTO FOURNIE PAR HERRENKNECHT

L’un des tunneliers qui seront utilisés pour le prolongement de 200 km du métro de Paris.

Une trentaine de tunneliers de 10 m de diamètre, dont 19 ont déjà été commandés à Herrenknecht, seront nécessaires pour percer les 200 km de tunnels de métro du projet Grand Paris. Ceux-ci créeront cinq nouvelles lignes de train de banlieue et en allongeront une autre d’ici 2030 dans la Ville Lumière.

Manche

ROBBINS

L’un des tunneliers utilisés pour le tunnel sous la Manche

Cinq tunneliers Robbins, de diamètres allant de 5 à 8 m, ont construit les trois tunnels de 50 km sous la Manche (deux pour les trains et un pour le service) entre 1987 et 1991. Des prototypes de tunneliers avaient été essayés dès 1866 pour creuser un tel tunnel, sans succès.

Lac Mead, Nevada

PHOTO FOURNIE PAR HERRENKNECHT

Le tunnelier utilisé pour le nouvel aqueduc entre le lac Mead et Las Vegas

Un tunnelier Herrenknecht de 7,2 m de diamètre a établi un record de pression pour cet aqueduc de 4,4 km terminé en 2014. Le niveau du réservoir qui alimente Las Vegas baissant sans cesse, la nouvelle entrée d’eau se situe à 262 m de profondeur. Le tunnelier a dû être conçu pour reculer sur les 4,8 km du tunnel une fois son but atteint.

Massif du Saint-Gothard

PHOTO FOURNIE PAR HERRENKNECHT

Quatre tunneliers Herrenknecht de 8,8 m à 9,6 m de diamètre ont été utilisés pour creuser le plus long tunnel ferroviaire du monde.

Le plus long tunnel ferroviaire du monde, d’une longueur de 57 km, a été creusé sous les Alpes par quatre tunneliers Herrenknecht de 8,8 m à 9,6 m de diamètre. Deux tunneliers sont partis de chaque côté de ce sommet de 2 km des Alpes suisses et sont arrivés après 17 ans, en 2016, exactement vis-à-vis l’un de l’autre.

Rectificatif
Dans une version antérieure de cet article, nous avons écrit qu' «une trentaine de tunneliers Herrenknecht de 10 m de diamètre seront nécessaires pour percer les 200 km de tunnels de métro du projet Grand Paris». Or, la compagnie Herrenknecht a obtenu le contrat pour 19 des 30 tunneliers prévus. L'appel d'offres n'a pas encore été conclu pour les 11 tunneliers restants en date du 2 septembre 2019.