TUNNELS

Longs tunnels ferroviaires

Le problème de la traversée des Alpes par les voies ferrées a été résolu par la construction de longs tunnels : en 1871, Mont-Cenis (12,2 km) ; en 1881, Saint-Gothard (14,9 km) ; en 1884, l'Arlberg (10,25 km) ; en 1898, Tende (8,1 km) ; en 1905, Simplon (19,8 km), doublé en 1921 ; en 1906, Tauern (8,5 km) et Karawanken (7,9 km) en 1912, Loetschberg (14,6 km) ;. Beaucoup de ces tunnels sont doublés par un tunnel routier. À l'origine, la traction à vapeur nécessitait une ventilation artificielle. Le recours à la traction électrique a permis de s'en passer.

De nouvelles lignes aux caractéristiques géométriques très contraignantes sont construites pour les trains à grande vitesse (jusqu'à 350 km/h). Dans les sites accidentés, elles comportent des tunnels (la ligne du T.G.V.-Atlantique comprend trois tunnels, celle du T.G.V. de contournement de Lyon jusqu'à Valence, quatre tunnels, et celle du T.G.V.-Méditerranée jusqu'à Marseille, cinq tunnels). À ces grandes vitesses, un phénomène gênant se produit à la traversée des tunnels : le rétrécissement de la section libre au droit des trains crée à leur extrémité des ondes de pression dont l'amplitude est proportionnelle au carré de la vitesse. Elles se réfléchissent aux extrémités et sur le train au retour. Les variations rapides de pression qui en résultent ne doivent pas dépasser un certain seuil. Cela conduit à augmenter la section du tunnel par rapport aux sections traditionnelles, pour atteindre 100 mètres carrés avec deux voies dans le cas de rames bien pressurisées et 160 mètres carrés sinon.

Un autre effet se produit avec les trains à grande vitesse, les trains lourds et les métros : la température de l'air s'élève à cause de l'énergie dissipée par le train (frottement aérodynamique, moteurs thermiques, freinage), car la chaleur finit par ne plus être dissipée par le terrain quand un régime s'établit. Cela peut provoquer des pannes de moteurs de traction. Le tunnel sous la Manche est refroidi par de l'eau rafraîchie jusqu'à 4 ⁰C, qui circule tout le long du souterrain et a nécessité une usine de refroidissement de 72 mégawatts.

La traction Diesel, utilisée dans de nombreux pays, crée des bouchons d'air pollué dans les tunnels de plus de 4 à 5 kilomètres de longueur, si les trains circulent dans les deux sens. Le polluant critique est constitué par les oxydes d'azote, mélange comportant environ 90 p. 100 de NO et 10 p. 100 de NO₂. La teneur en oxyde d'azote, limite généralement admise, est de 10 parties par million. Pour la contrôler, dans certains tunnels à voie unique, la fermeture temporaire d'une porte placée à une tête empêche la rame d'entraîner avec elle, par « pistonnement », les polluants et la chaleur. Ceux-ci restent dilués tout le long du tunnel. Le renouvellement de l'air du tunnel est opéré après le passage de la rame. Un ouvrage d'une longueur de 4 623 m sur le chemin de fer Congo-Océan (C.F.C.O.) a été ainsi réalisé. Un autre système consiste à insuffler de l'air à partir d'un puits central et à le laisser s'échapper par les têtes. Dans les tunnels sous-marins, l'air est apporté par une galerie de service (tunnel de Seikan, tunnel sous laManche).

Néanmoins, les débits de ventilation pour les tunnels ferroviaires sont beaucoup moins élevés que pour les tunnels routiers. Il existe dans le monde plus de 52 tunnels ferroviaires dont la longueur dépasse 6 kilomètres. C'est pour cette raison que les grands tunnels sous-marins, pour lesquels il est difficile d'aménager des puits intermédiaires, sont plus utilisés par le chemin de fer que par la route.

Mis en service en mars 1988, le tunnel de Seikan au Japon relie les îles d'Hokkaidō et de Honshū. Son tube principal à deux voies[...]