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 a 9,6 m de diamètre. Dans sa partie sous-marine de 23,3 km, dont le point le plus bas est de 240 mètres sous le niveau des mers, il comporte en outre une galerie de service et une galerie de drainage. Sa longueur totale, de 58,35 km, dépasse de 2 kilomètres le tunnel sous la Manche (1993). Ce dernier, avec un parcours sous-marin, le plus long connu, de 28 kilomètres, comporte deux tunnels à une voie de 7,6 m de diamètre, placés de part et d'autre d'une galerie de service de 4,8 m de diamètre. Le point le plus bas est à une centaine de mètres sous le niveau de la mer. Afin de diminuer la résistance aérodynamique des trains (pour une navette transportant des véhicules, la puissance passe de 20 à 80 kW), les deux tunnels principaux sont reliés tous les 250 mètres par des rameaux de pistonnement. En outre, les deux tunnels sont mis en connexion avec la galerie de service tous les 375 mètres par des galeries de liaison qui servent pour les travaux d'entretien et l'évacuation des passagers en cas d'urgence. La traversée de la Manche en navette dure 35 minutes. En T.G.V., Paris est à 3 heures et 15 minutes de Londres, au lieu de 7 heures et 25 minutes par le train et le ferry. La capacité du système de navettes, qui achemine les véhicules routiers à 160 kilomètres par heure, est comparable à celle d'une autoroute. La capacité annuelle du tunnel est de 30 millions de passagers et de 15 millions de tonnes de fret.

Outre les deux tunnels mentionnés ci-dessus, de grands ouvrages sous-marins ont été construits dans les années 1990 pour relier des îles ou des continents. Ceux-ci ont la particularité de joindre une côte à une île, artificielle ou non, la liaison vers l'autre rive étant réalisée par un pont. Ainsi le Størebelt, au Danemark, qui relie depuis 1997 la Seeland à la Fionie est constitué d'un tunnel ferroviaire de 8 024 m prolongé de part et d'autre par des ponts (6 611 et 6 790 m). L’Øresund link entre la Fionie (Danemark) et la Suède, mis en service en 2000, comprend un tunnel rail-route immergé de 3 520 m prolongé par un pont. Au Japon, l'Aqualine, ouvert en décembre 1997, permet de traverser la baie de Tōkyō grâce à un tunnel routier de 9,6 km de long foré au bouclier de 13,9 m de diamètre.

En Italie, la ligne ferroviaire à grande vitesse, d'une longueur de 78 km, en aménagement entre Bologne et Florence au début du xxi^e siècle, comporte 72 km de tunnels de 130 m² de section.

En Allemagne, après la construction dans les années 1980 des lignes ferroviaires rapides Hanovre-Würzburg et Mannheim-Stuttgart, comportant 76 tunnels d'une longueur totale de 156 km, la ligne Cologne-Francfort est en cours d'aménagement avec 30 tunnels d'une longueur totale de 47 km.

Afin d'améliorer les transports à travers les Alpes, de longs tunnels ferroviaires dits de base (peu élevés) ont été mis en chantier : le Lötschberg (33,6 km) et le Saint-Gothard (57 km) en Suisse et le projet Lyon-Turin par le tunnel d'Ambin (54 km).

De très longs tunnels ferroviaires sont également en construction au Japon – Hakkoda (26 455 m), Iwate (25 810 m), Iiyama (22 225 m) – et en Chine – Qinling (18 460 m).