HISTOIRE DES TUNNELSHISTOIRE DES TUNNELS

René Waldmann (Communication à l’Académie desSciences, Belles-Lettres et Arts de Lyon)

LL ’’

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1- DEFINITIONS, ETYMOLOGIES ET MYTHESLe mot " tunnel " apparaît en 1825. Le diction-naire encyclopédique de Charles Saint Laurentdaté de 1845 donne cette définition :" Passage souterrain construit sous la Tamise àLondres. Ce passage offre deux conduitsparallèles communiquant entre eux par denombreux portiques. Il est dû à un ingénieurfrançais, M. Brunel, qui a dû vaincre toutes lesdifficultés d’une si grande entreprise. Aumoment où nous écrivons ces lignes, le tunnelest sur le point d’être terminé. "

Tunnel n’est que la traduction anglaise de la" tonnelle ", nom donné à cet ouvrage et utilisédès le XVIème siècle pour désigner une longuevoûte en berceau. Selon Jean Péra, anciendirecteur du CETu et ancien président del’AFTES, la tonnelle dérive elle-même de" tunna ", mot latin populaire d’origine celtiquequi désignait d’abord une outre en cuir, puisune grosse futaille.

Ainsi, aucun tunnel digne de ce nom n’a existéavant 1825. Auparavant, les tunnels se nom-maient galeries ou mines, selon leur destina-

tion. Les définitions suivantes sont empruntéesau petit dictionnaire Robert, pour qui le tunnelest une " galerie souterraine destinée au pas-sage d’une voie de communication (sous uncours d’eau, un bras de mer, à travers une élé-vation de terrain) ".

L’origine du mot " galerie " est controversée,mais semble provenir du latin médiéval " gale-ria ", lui-même dérivé de " galilea ", désignantun appentis appuyé sur des colonnes enfaçade des basiliques romaines. La galerie estun " lieu de passage, beaucoup plus long quelarge, ménagé à l’extérieur ou à l’intérieur d’unédifice ou d’une salle ". C’est aussi un " cheminsouterrain ou couvert, pratiqué par l’assiégeantpour s’approcher d’une place ou pour l’exploi-tation d’une mine " et le sens s’élargit à " toutpassage souterrain (boyau, tunnel, catacombe) "et pour finir " petit souterrain creusé par diversanimaux ".

Quant à la " mine ", le terme serait d’origineceltique (mina). Certains estiment que le mot" mine " dérive de l’égyptien " mna " signifiantla pépite d’or qui servait à échanger des biens,d’où est venue la " monnaie ". Dès le XIVème

siècle, la mine est le terrain où se trouve le

L’HISTOIRE DES TUNNELSRené Waldmann, Ingénieur général desPonts & Chaussées, a présenté le 28 sep-tembre 2004 à l’Académie des Sciences,Belles Lettres et Arts de Lyon, dont il estMembre Titulaire Emérite, cette communi-cation intitulée " L’histoire des tunnels " qu’ilnous a autorisés à publier dans notre revue.Il est probable que c’est en 1984, lors de laconstruction de la ligne D du métro de Lyonet, plus particulièrement avec la difficile tra-versée du tunnelier franco-allemand sous leRhône et la Saône, que René Waldmann,alors responsable pour la Semaly de la maî-trise d’œuvre des travaux, commença à sepassionner pour les tunnels et les méthodeset outillages qui permettent de les creuser.Cette " Histoire des tunnels " nous estracontée avec l’humour et la passion maisaussi avec l’extraordinaire érudition histo-rique et technique de son auteur, ce qui enrend la lecture captivante du début à la fin.

THE HISTORY OF TUNNELSOn September 28th, 2004, RenéWaldmann, Senior Engineer in the FrenchRoads & Bridges Corps, presented a papertitled “The history of tunnels” to the LyonAcademy of Sciences and Fine Arts – ofwhich he is a permanent member- and hekindly gave us his agreement to publish it inT&OS.It is likely in 1984, during the construction ofthe D Line of the Lyons subway with a diffi-cult double crossing under the Rhône andSaône rivers by the French-German TBM,that René Waldmann, then in charge of theengineering of the works for the Semaly,began to have a real passion for tunnels,their history and the methods and toolsused for their construction.This “History of tunnels” is written with boththe humour and passion but also with theextraordinary historical and technical erudi-tion of the author, making its reading exci-ting from beginning to end.

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Il est parfois prétentieux de vouloir écrire l’histoire et j’aurais préféré donner à cette communica-tion un titre plus modeste : " une " histoire des tunnels. Bien des auteurs en effet se sont pen-chés sur le sujet et je n’ai pas hésité à leur emprunter quelques fragments de leurs travaux.

En revanche, j’ai renoncé à utiliser la source moderne d’information que constitue Internet pour nepas être submergé et pour donner à mon propos un tour plus personnel.

Je remercie le centre d’études des tunnels (CETu) et surtout son personnel pour la documentationqui m’a été fournie. Cet organisme a été créé à Bron il y a une quarantaine d’années par JacquesRérolle, ingénieur général des Ponts et Chaussées, dont je salue ici la mémoire et à qui je doisbeaucoup dans le déroulement de ma carrière. Je lui associe dans ma reconnaissance deux ingé-nieurs un peu plus jeunes, Clément Roques, son adjoint et successeur à la direction de l’Équipe-ment du Rhône et Jean Kérisel, professeur de mécanique des sols et expert mondialement connu,dont l’expérience m’a beaucoup servi au cours de la construction du métro de Lyon. La liste detous ceux qui, en plus de ces trois personnes, m’ont appris mon métier serait trop longue pourvous l’infliger, avec le risque supplémentaire de commettre des oublis.

L’Association Française des Travaux en Souterrain (AFTES) publie une revue " Tunnels et OuvragesSouterrains " qui m’a servi pour mon sujet d’aujourd’hui. J’ai eu l’honneur de présider, de 1985 à1993, cette association dont le président actuel est Jean Philippe (Ingénieur en Chef, SNCF) quiest fortement impliqué dans la future ligne ferroviaire Lyon-Turin.

Je commencerai par vous parler de l’origine de quelques mots-clés concernant les tunnels.

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minerai, exploité par des carrières, desminières et des filons. Plus tard, c’est unegalerie de sape, une excavation pratiquéesous un ouvrage pour le faire sauter, d’oùencore plus tard d’autres sens liés à l’explosif.

Pour en revenir au mot tunnel, le dictionnaireencyclopédique universel Hachette de 1998ajoute à ce qui précède le sens de " galerieaveugle de certains dispositifs techniques ",comme les tunnels de soufflerie, les anneauxd’accélérateurs de particules, les fours à tun-nel, etc.

Les physiciens nomment " effet tunnel " unphénomène selon lequel une particule pos-sède une probabilité non nulle de franchirune barrière de potentiel d’énergie supé-rieure à la sienne.

Il semble que le premier écrivain ayant utiliséle mot tunnel soit Stendhal dans les" Mémoires d’un touriste " en 1838, pourdésigner le passage souterrain des Echellesconstruit sous Napoléon Ier .

Ce mot nouveau est d’ailleurs en italiquedans le texte. Il fut rapidement adopté dansle domaine des chemins de fer naissant àcette époque.

Citons pour terminer des expressions don-nant au tunnel une connotation péjorative,comme " voir le bout du tunnel " ou " sortirdu tunnel ", ce qui tendrait à aller dans le sensde certains aspects mythiques des tunnels.

De nombreux symboles sont associés au tun-nel, le souterrain étant à la fois image de vie(la terre-mère) et de mort (lieu de ténèbres).Dans la Genèse comme chez les Aztèques, lesouterrain est siège du mal, alors qued’autres populations le considèrent commeun lieu sacré (cavernes peintes du Caucase,de l’Inde et de la Chine).

Le tunnel incarne la transition entre l’intérieuret l’extérieur (la Porte des dieux deBabylone), la liaison entre les trois niveauxcosmiques (terre, ciel et enfer). Le mondesouterrain est associé à la métallurgie(Vulcain dieu des enfers). Il est aussi symbolede l’inconscient, l’obscurité de la finalité inté-rieure s’opposant à la lumière de la disper-sion dans le monde (Wagner dans Tristan).

Le tunnel apparaît aussi comme un refugecontre les dangers du dehors, les cavernescontre les bandits et les tunnels de métrocontre les bombes. Depuis le tunnel deLondres où s’entassèrent les Anglais durant ladernière guerre, les métros ont souvent eu unrôle stratégique, tel celui de Moscou, et deprotection des populations urbaines, lafameuse " défense passive ". Certains métrossont même conçus pour résister à unebombe atomique de moyenne puissance,comme à Singapour.

Citons enfin les mythes anciens liés au sou-terrain : la caverne de Platon, l’enlèvementde Proserpine, la descente d’Orphée auxenfers, la légende de l’Atlantide, et biend’autres.

La littérature, la peinture, la musique et lecinéma ont constamment utilisé le thème dutunnel, naturel ou construit par l’homme. Onnous pardonnera de ne pas citer d’exemple.La construction d’un tunnel est bien souventune grande aventure humaine : il faut avoirvécu la vie d’un chantier, ses péripéties et sesaccidents, ses drames parfois et ses joieslorsque la montagne est percée, lorsquedeux équipes se rencontrent après avoir forépar les deux bouts. Arrêtons ici le lyrismepour passer à l’histoire.

2 - L’HISTOIRE ANCIENNE

• La préhistoireAvant l’apparition de l’homme, les galeriessouterraines étaient le fait de la nature ou desanimaux (figures ci-après). La grotte deZhoukoudian en Chine a été occupée entre- 460 000 et - 230 000 par l’Homo ErectusPekinensis. Les effondrements successifs dutoit de cette grotte au cours des millénairesont chassé progressivement les occupantsvers la sortie, ensevelissant des débris d’os etd’outils, témoignages de la croissance duvolume des crânes et de la dureté des outils.

L’Homo Sapiens Sapiens a sans doute com-mencé à creuser le sol pour chercher l’eau,creusement vertical créant des puits, avant dese lancer dans le creusement horizontal, pluspérilleux, pour la recherche des minéraux.

La plus ancienne mine connue serait située auSwaziland sous la colline de Bomvu (- 40 000),creusée à la main avec des pierres aiguiséespour extraire l’hématite, ou " pierre de sang ",qui fournissait la couleur rouge liée aux ritesmortuaires de l’homme de Néandertal. Nouslaisserons tomber ce brave homme qui n’apas eu -on le suppose- de descendance,pour notre ancêtre de Cro-Magnon dont lestalents nous sont connus notamment par lespeintures polychromes des grottesd’Altamira et de Lascaux (-30 000). Il a dû seprocurer du rouge en des lieux plus prochesque le Swaziland.

Il existe en Europe de nombreuses mines desilex datant du néolithique (- 15 000). Le creusement avec des os apparaît vers• 10 000. On trouve en Belgique un sque-lette de mineur enseveli par un éboulement,son outil d’os à portée de main. On utilisait aussi des racloirs en bois de cerfet des pelles formées d’une omoplate deboeuf. Les premières mines de sel datent de• 3 500 ans en Autriche et en Pologne(Wieliczka), ainsi que le cuivre en Arménie etplus tard en Égypte.

Les Égyptiens trouvèrent aussi l’or natif dansla vallée des Rois. Cet or était utilisé commemonnaie dans l’antiquité sous le nom de" mna " dont il vient d’être question. Les autresmétaux " mous " comme le plomb, l’argent,l’étain sont tirés de mines diverses dans lepourtour méditerranéen, exploitées notam-ment par les Phéniciens et les Étrusques vers• 1 200. D’où les alliages conduisant aubronze. Enfin le fer apparaît vers - 1 500.

L’outillage se perfectionne : les silex laissentplace à des scies de cuivre sans dents, maisgarnies d’abrasifs comme la poudre de corin-don, puis à de vraies scies en fer. Pour faireéclater la roche, l’homme utilise ensuite lechauffage au feu, suivi de refroidissement àl’eau, parfois additionnée de vinaigre. Ontrouve des traces d’incendie dans la mine deMitterberg au Tyrol, exploitée entre -1600 et-800. Ce procédé n’était pas sans danger. Lemarinage (enlèvement des déblais) se faisaitsur des plateaux de bois portés à dosd’homme. On s’éclairait chichement avecdes torches en résine ou en peau graissée.Pas de ventilation, bien sûr. Pline décrit lamort rapide des travailleurs extrayant l’arse-nic dans la mine de Pinolisa à Pontus.

• De – 1 000 au début duMoyen-âgeDésormais, nous concentrerons notre proposautour des ouvrages souterrains destinés à lacommunication et au passage, laissant de côté,en dépit de leur intérêt, les ouvrages souterrainsparfois considérables comme les chambresfunéraires, les habitations, les silos, etc.

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Mais nous ne ferons pas usage du mot " tun-nel ", pour les raisons que j’ai exposées.

Le passage sous l’Euphrate, reliant le palaisde Sémiramis au temple de Babylone date-rait de - 2 000, mais pourrait n’être qu’unelégende car aucun vestige ne subsiste de cetouvrage décrit par Diodore de Sicile.

Les qanats, conduites souterraines pour cap-tage des eaux apparaissent en Perse vers- 900. Ce sont des galeries drainantes per-cées en pente douce vers les vallées, avecdes puits servant à la ventilation et à l’extrac-tion des déblais.

La Bible nous apprend que Josué avait jouéde la trompette autour des murailles deJéricho, mais il avait aussi pris soin de percerune galerie sous les tours, étayée par desmadriers auxquels il mit le feu, provoquant lachute des remparts de façon certainement plusefficace que la musique. La piscine de Siloë àJérusalem était alimentée par une galerie sou-terraine (- 700), le " tunnel " d’Ézéchias, longde plus de 500 m et destiné à soustraire lessources aux Syriens.

Des galeries servent aussi à des fins militairespour assiéger et s’emparer des villes (siègede Apollonia en Illyrie en -214), ou en sensinverse pour permettre aux assiégés de sesauver (défense de Hattusas, cité hittite, rela-tée par Vitruve).

L’Égypte fut maîtresse durant des siècles dela technique des ouvrages souterrains.Crocodilopolis était une ville souterrainereliée au Nil par un passage entre le lac Farunet le fleuve. Les ruines de cette ville, décritepar Hérodote, furent découvertes en 1813.

Hérodote cite aussi comme une des trois mer-veilles du monde grec la galerie de 1 036 mde long dans l’île de Samos construite parEupalinos (- 530), servant à alimenter l’île eneau (fig. ci-après).

Cet aqueduc fonctionna durant un millénaire,puis servit de refuge aux habitants de Samoscontre les invasions au VIIème siècle, fut oubliéet redécouvert en 1853 par Victor Guérin.Thalès de Milet mentionne en -558 une gale-rie souterraine de détournement du fleuve

Halys pour permettre sa traversée par lesarmées de Darius.

En Grèce, les ouvrages souterrains construitspar la civilisation mycénienne (source dePersée, Tholos d’Atrée, nécropole des rois)furent détruits par les invasions doriennes en- 1 200, mais Athènes et Corinthe ( - 600 à- 400) construisent, outre de nombreuxouvrages de captage d’eau, les premierségouts, sur leur territoire et en Asie mineure(Lycie et Comagène).

Citons aussi les souterrains liés aux habita-tions troglodytiques nombreuses en Inde(Cachemire) et en Chine. Ce dernier paysconstruit aussi des qanats et le gigantesqueGrand Canal (début en - 215) dont le par-cours de plus de mille kilomètres sansécluse comporte de nombreux ouvragessouterrains.

Les ouvrages romains sont fort variés. Avantl’essor de Rome, la civilisation étrusque avaitdéjà donné naissance à des ouvrages dedrainage, les " cuniculi " (- 500), ainsi que desmines de cuivre et de fer traités au port dePopulonia. Notons au passage que le petitlapin se dit " cuniculus " et que les Italiensont conservé ce nom de " cuniculi " pourdésigner les petites galeries de reconnais-sance préconisées pour mieux connaître lesterrains avant de forer un tunnel.

Les Romains ont construit chez eux et danstout leur empire quantité d’ouvrages souter-rains, parfois en rocher sans soutènement,mais le plus souvent en maçonnerie avecvoûte. Ces maçonneries étaient édifiées sansl’aide de cintres, mais avec des formes deterre. Ils connaissaient aussi le boisage, enparticulier pour les galeries de mine et desiège. Leur technique a été décrite parVitruve (- 30). Ils construisirent plusieurs galeries servant detrop-plein ou de drainage de lacs parfoismarécageux, tels les lacs Albano, Nem etAriccia (- 500 à - 400). Plus tard, sous l’empe-reur Claude (51), un spectacle organisé pourl’inauguration de la galerie du lac Fucinotourna au désastre, comme le relate Tacite.En voici un bref compte rendu : "L’empereur avait invité des milliers de spec-tateurs massés sur les collines dominant le lacpour voir s’affronter dans un combat naval19 000 hommes embarqués sur des trirèmeset des quadrirèmes. C’étaient des criminelsen service commandé, ce qui leur accordait lavie sauve. Après le spectacle, il était prévu devidanger le lac dans le fleuve Garigliano aumoyen d’une galerie de 4 500 m traversant lemont Liris, creusée sous le règne de César.

La tâche avait mobilisé 30 000 hommesdurant onze ans. Il avait fallu creuser 35 puits

(fig. ci-dessus) au fond desquels les équipesconstruisaient des tronçons de galeries qui serejoignaient pour former un passage continu,souvent en zigzag, car le guidage par lasern’était pas encore au point."

Mais le jour du spectacle, lorsque le dernierbouchon de terrain eût sauté, la vidange nes’opéra pas entièrement car la galerie n’arri-vait pas exactement au fond du lac. Il subsistaune cuvette sur laquelle fut improvisé unspectacle de gladiateurs montés sur des pon-tons, pendant que les ouvriers s’affairaient àapprofondir la galerie. Résultat : la cuvette sevidangea brutalement, les eaux emportèrenttout sur leur passage, causant une onde dechoc qui faillit renverser la cour impériale.Agrippine s’en prit violemment au chef dechantier, un certain Narcisse, l’accusant de mal-façons et de corruption. Lequel ne se laissa pasdémonter et dénonça le caractère emporté dela reine et son ambition démesurée...

La galerie d’Agrippa sous le mont Pausileppoentre Naples et Pouzzoles (- 36 selonStrabon) serait le premier " tunnel " routierde l’histoire. Deux charrettes attelées pou-vaient s’y croiser.

La galerie de Fuerlo sous Vespasien mériteaussi d’être signalée.

Les égouts romains sont nombreux, parmi les-quels le fameux " Cloaca maxima " de Rome,entrepris vers - 550, en grande partie à l’airlibre, puis remblayé. Aussi connus sont lesaqueducs romains répandus dans de nom-breux sites, avec de multiples sections souter-raines en général peu profondes, séparées pardes ponts célèbres de nos jours (le pont duGard et les aqueducs de Lyon entre autres).D’intéressantes études ont été menées sur lesvestiges des souterrains de Venelles (Aix enProvence) et les conduits hydrauliques de laville de Grand dans les Vosges.

• Le Moyen âgeEntre la fin de l’Empire romain et la Renaissance,peu d’innovations sont à noter dans la techniquede construction des " tunnels ". Dans la régionparisienne, dès l’époque gauloise, les exploi-tations de minéraux se pratiquaient à flanc decoteau, sur la montagne Sainte Genevièvepour le calcaire et sur les buttes-témoins pourle gypse. Les Romains, qui ignoraient le

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plâtre, l’ont adopté en faisant la conquête dela Gaule. Lorsque l’épaisseur des terrains derecouvrement à déblayer devint trop impor-tante, à partir du XIIème siècle pour le calcaireet du XVIIème siècle pour le gypse, les exploi-tations se sont poursuivies en souterrain, sur-veillées par les agents royaux, car le roi per-cevait une dîme en vertu de son droitrégalien. Henri IV supprima cette dîme en1601 ainsi que les contrôles, ce qui entraînade graves désordres jusqu’à une loi de 1810interdisant l’exploitation souterraine à Paris.

Durant des années, les carrières souterrainesse relièrent entre elles par des tunnels, puisfurent progressivement abandonnées ettransformées en champignonnières et mêmeen " catacombes " pour recaser les ossementsdu cimetière des Innocents à la veille de laRévolution (figures ci-après).

On relève dans le monde méditerranéenquantité d’ouvrages remarquables, telle lacité refuge de Derinkuya dans le Cappadoce,les passages souterrains des châteaux forts etautres tunnels stratégiques. La naissance del’Islam favorisa la recherche de l’eau, d’où lesqanats médiévales et les " khettaras "d’Afrique du nord. La citerne de Yerebatan àConstantinople est un " palais souterrain "

contenant 80 000 m3 d’eau (construite sousConstantin et agrandie par Justinien en 532).

En France, l’égout de Ménilmontant, le plusancien de Paris, date de 1370. Le premiertunnel routier serait celui du col de Tende(1450), suivi de près par celui du col de laTraversette (1480).

A ce propos il faut signaler que ce tunnel duTende, sans autre ventilation que les fluxalternatifs de l’air entre la France et l’Italie, adonné des sueurs froides aux pouvoirspublics car, 500 ans plus tard, on découvritque le trafic automobile croissant amenaitune concentration de gaz nocifs telle qu’unautomobiliste en panne pour un quartd’heure au milieu de l’ouvrage (le temps dechanger une roue, par exemple), avait toutechance d’être asphyxié !

Georgius Agricola publia en 1556 le traité desmines " De re metallica ", source inépuisablede données techniques et d’illustrations surles travaux souterrains (fig. ci-dessous).

• Les XVIIème et XVIIIème

sièclesLa technique fait un pas décisif avec l’utilisa-tion de la poudre pour faire exploser la roche(1627), puis un autre avec l’invention de lamèche qui réduit le risque d’accident.

La construction du canal du Midi par Riquet(1680) donne naissance au tunnel de Malpas,premier canal souterrain pour la navigation(fig. ci-dessous).

C’est le début du siècle des canaux, quis’achèvera vers 1840 avec le canal duNivernais.

La mine de Daroca, près de Saragosse, (600mètres de long), est sans doute le premierouvrage destiné à protéger la ville des inon-dations dues aux pluies torrentielles.

• Le XIXème siècleC’est le siècle des chemins de fer et destunnels dignes de ce nom, bien que la" Tonnelle " de Londres, construite à partirde 1825, ait été destinée aux piétons et auxvoitures à cheval (fig. ci-dessous).

Le premier tunnel de chemin de fer (avectraction animale) est celui de Terrenoire en1826 sur la ligne de Roanne à Andrézieux,suivi de celui de la ligne de Liverpool àManchester en 1830 (avec traction à vapeur).Commence alors en France la constructionde longs tunnels : Blaisy (4 100 m en 1846)entre Paris et Dijon, la Nerthe entre Vitrolleset Marseille (4 617 m en 1848), tous deuxavec 22 puits intermédiaires, et les grandstunnels lyonnais. Le premier est Saint Irénée(2 100 m) réalisé entre 1853 et 1855 avecsix puits intermédiaires, puis Saint Paul(1 402 m), entre 1871 et 1875. Celui de SaintClair (2 403 m) est achevé en 1890.

Un aide-mémoire des ingénieurs et archi-tectes (Dunod - 1867) fixe les dimensions destunnels ferroviaires " La largeur entre lespieds-droits est fixée à 8 m et la hauteur sousclef à 5,5 m. Il convient qu’un homme puissese tenir debout sur l’impériale; or, les dili-gences les plus élevées ayant 2,80 m, si l’oncompte 2,20 m pour l’homme de grandetaille avec son chapeau, on voit que la dis-tance des rails à l’intrados ou aux sous-poutres doit être de 5 m au moins ".

Le chemin de fer ne se limita pas aux liaisonsentre les villes. Le premier chemin de fer inté-rieur à une ville fut inauguré en 1863 àLondres, reliant Paddington à King’s Cross.

La construction fut confiée à la compagnie" Metropolitan Railway ". Cette liaison prittout naturellement le nom abrégé de " Metro ".Elle comportait 6 kilomètres de souterrain àdeux voies et 7 stations. Les travaux débutè-

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rent en 1860 et, malgré les difficultés du site,ils furent achevés en trois ans seulement.

Les 4 stations d’extrémité étaient en surface,les trois centrales en souterrain à fleur de sol,l’une d’elles était éclairée par des dômes deverre, ancêtres des pyramides du Louvre. Lesgaleries furent creusées le plus souvent entranchée dans l’axe des rues, car le passagesous des immeubles était pratiquementimpossible : la loi anglaise ignorait l’expro-priation pour cause d’utilité publique et lespropriétaires avaient droit au tréfonds jus-qu’au centre de la terre ! Restait évidemmentl’achat à l’amiable au prix fort et la démoli-tion. Le passage dans les rues nécessita ledéplacement du fouillis inextricable desréseaux de services publics. On imagine lacuriosité des Londoniens durant les travaux !

L’inauguration eut lieu le 10 janvier 1863 enprésence du Premier Ministre Palmerston. Cefut un grand succès, avec près de 10 millionsde passagers la première année, 12 en 1864.Les trains, longs de 72 mètres, comportaienttrois classes, tous les passagers devant êtreassis ! Ceux qui craignaient le froid pouvaientlouer des bouillottes.

Il y avait cependant un gros problème, celuide l’évacuation des fumées : durant le par-cours souterrain, entre les stations, les loco-motives mettaient la vapeur " en bouteille ",ce qui bridait évidemment l’énergie de trac-tion. Puis les chauffeurs relâchaient la vapeuret les fumées en station, où de puissants ven-tilateurs les aspiraient. Cependant les mau-vaises odeurs dues aux frottements des freinssur les roues (les sabots étaient en bois)mécontentaient le public : il fallut en plusévacuer l’air vicié dans les tunnels par desaérateurs sous voie publique.

Le premier tunnel transalpin est celui duMont Cenis, construit entre 1861 et 1870 auprix de grandes difficultés, surmontées parles progrès décisifs réalisés à cette occasiondans le domaine de la perforation parmachines à air comprimé et à vapeur : aucours des trois premières années, on n’avaitavancé que de 725 m sur un total de 13 690 mà creuser. On employa la méthode dite alle-mande pour la perforation, consistant à com-mencer par une galerie à la partie inférieuredu tunnel définitif.

Ce tunnel devint international au cours destravaux, la Savoie ayant été rattachée à laFrance en 1860.

Suivirent peu après les tunnels du SaintGothard (15 000 m entre 1874 et 1882), del’Arlberg (10 000 m forés en trois ans), et sur-tout du Simplon creusé entre 1898 et 1905,qui détint longtemps le record du monde delongueur avec 19 731 m.

Le Saint Gothard fut attaqué par une pre-mière galerie au niveau de la voûte supérieuredu futur tunnel, élargie ensuite avant l’attaquedu massif inférieur. Pour l’Arlberg, on attaquasimultanément les galeries haute et basse,avec des cheminées verticales les reliant, dis-position très favorable pour la ventilation.

Le Simplon comportait un seul tube accom-pagné d’un évitement central de 500 m enson milieu, plus une galerie de base prépara-toire au deuxième tube, foré plus tard entre1912 et 1921.

Au mont Cenis et au Saint Gothard, pourréduire la longueur à percer, les voies ferréesmontaient le plus haut possible jusqu’au tun-nel de faîte par une série d’ouvrages d’art. AuSimplon, on décida au contraire de percer àbasse altitude pour éviter ces coûteuxouvrages d’art.

L’histoire du Simplon est émaillée d’incidentset d’accidents, sources d’enseignements etde progrès dans plusieurs domaines, notam-ment celui de la sécurité des chantiers. Lestrois principales difficultés venaient dessources multiples à haute pression (la couver-ture atteignait 2 177 m), de la chaleur quidépassait 48 degrés au centre du tunnel, etde la ventilation insuffisante cause de plu-sieurs cas d’asphyxie.

On rencontra 237 sources dont le débit maxi-mum, côté italien, atteignit 1 500 litres parseconde, ce qui faillit faire abandonner lestravaux : on mit un an pour avancer de 40 m !(fig. ci-dessous)

Pour lutter contre la chaleur, faute de puissancedes ventilateurs qui aspiraient l’air frais (!) parla galerie annexe, on eut recours à la vapori-sation d’eau au front de taille. Malgré cela, lechantier fut très pénible. Les machinesforeuses utilisant l’air comprimé et l’eau souspression avaient encore fait de nouveauxprogrès (fig. ci-après).

La galerie de Chedde mise en service en1896 fut la première galerie hydroélectriquede France et peut-être du monde. On pour-rait presque considérer comme le premiertunnel routier français la grotte du mas d’Azilen Ariège, aménagée en route impériale en1859 sans que les blocs de la voûte nedégringolent malgré les 41 coups de canontirés à 300 m pour en tester la fiabilité.

Pour quitter l’Europe et le XIXème siècle, ilfaut signaler un ouvrage remarquableconstruit aux États-Unis entre 1869 et 1871,les deux tunnels de 20 km sous la rivière deChicago, qui servirent dès leur achèvementde refuge aux habitants lors du grand incen-die qui détruisit la ville. C’est aussi aux États-Unis que fut employée pour la première foisla nitroglycérine dans le tunnel de Hoosac.

3 - L’HISTOIRE MODERNE

• Première moitié du XXème

siècleCommençons par une singularité : le tunneldu Rove, large de 22 mètres, creusé entre1911 et 1927 pour la navigation entre l’étangde Berre et la mer, et désaffecté suite à unéboulement qui s’est produit en 1963.

L’année 1900 vit s’ouvrir le métro de Paris, leseptième du monde, après ceux de Londres,New-York, Chicago, Budapest, Glasgow etVienne. Il sera suivi de 12 autres jusqu’en1935, année où Staline inaugura le magni-fique métro de Moscou. Plus aucun métro nesera construit entre 1936 et 1950, lesquelques années d’avant et d’après ladeuxième guerre mondiale.

Les techniques de forage se perfectionnentavec des machines de plus en plus puis-santes, la mise en oeuvre d’explosifs plus effi-caces, l’utilisation de cintres et de boucliers,le traitement des terrains difficiles par injec-tions ou congélation. Pour les revêtements, lamaçonnerie en pierre est remplacée par lebéton et les voussoirs en fonte ou en béton.On prend de mieux en mieux en comptel’aération et l’éclairage, mais pas encore tel-lement la sécurité contre les incendies.

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Puis les tunnels routiers remplacent ceux dechemin de fer, d’abord aux États-Unis.

Le premier véritable tunnel français est celuide Saint Cloud (1946), suivi par le tunnel dela Croix Rousse à Lyon inauguré en 1952.

• Deuxième moitié du XXème

siècleL’Europe va s’efforcer de suivre l’exemple desÉtats-Unis dans le domaine des voies rou-tières rapides, puis des autoroutes, car le tra-fic automobile se développe à vive allure. EnFrance et en Italie, on construit le tunnel duMont Blanc entre 1955 et 1962, le plus longdu monde avec 11 600 m et le premier à nepas passer sous un col routier, mais sous unmassif montagneux, le plus haut d’Europe.

La décompression du rocher au cours duforage se traduisit par des éclatements vio-lents des parois qu’il fallut souvent boulonner.Ce phénomène de " pression de rocher "avait déjà été observé au Simplon. Le recordde longueur est bientôt battu par le tunneldu Fréjus (12 868 m) et encore plus par letunnel suisse du Saint Gothard (16 918 m)achevés tous deux en 1980.

En 1970 une conférence internationale tenueà Washington sur les recommandations del’OCDE aboutit à la décision des vingtnations participantes de créer des associa-tions nationales pour le progrès des travauxen souterrain. L’association française AFTES,déjà citée, se groupa avec les autres associa-tions pour former en 1974 l’Association inter-nationale des travaux en souterrain (AITES)dont le secrétariat fut assuré par la Francejusqu’à une date récente.

Ces associations aux structures fort diversesselon les usages nationaux regroupent desmaîtres d’ouvrage, des bureaux d’ingéniérieet d‘architecture, des universitaires (ensei-gnants, chercheurs et étudiants), des entre-preneurs de travaux publics et des fabricantsde matériels. La liste n’est pas close. Leurspublications, leurs groupes de travail et leursréunions ont beaucoup contribué aux grandsprogrès réalisés depuis quelques décenniesdans le domaine des travaux en souterrain.

Parmi ces progrès, il faut citer : • les améliorations dans les études et les tra-

vaux préalables à la construction des tun-nels : géologie, géophysique, reconnais-sance et traitement des terrains.

• le creusement des terrains durs à l’explosif.• les machines à attaque ponctuelle et à

pleine section, les haveuses, les jumbos, etc.• les dispositifs de protection à l’avancement :

cintres, boucliers, béton projeté, injections,qui conduisent à des méthodes de forationde plus en plus performantes et sûres.

• les équipements techniques : ventilation,éclairage, signalétique, télécommunica-tions, galeries de secours, etc. Les incendiessont désormais la préoccupation majeuredes exploitants et des concepteurs.

Une place spéciale doit être réservée auxtunneliers, nés dans les années 1960 avec lestravaux de galeries hydroélectriques, puisillustrés par le fameux bouclier de la Défense,sur le RER parisien.

Précisons que le terme " bouclier " est limita-tif, et désigne seulement la partie avant dutunnelier qui sert à maintenir le terrain enplace autour du trou en cours de foration. Letunnelier est une machine composée d’unbouclier complété par des moyens d’excava-tion, de soutènement, d’extraction desdéblais et souvent de mise en place du revê-tement définitif du tunnel.

D’abord limités aux terrains durs, les tunne-liers sont devenus opérationnels dans desterrains difficiles, meubles et aquifères, grâceaux vertus de la bentonite et des mixtures quien dérivent. Sans aller trop loin dans lesconsidérations techniques, il faut préciserque la bentonite est une argile à grains trèsfins susceptible de former des gels aux pro-priétés étonnantes.

Les Lyonnais connaissent bien les " paroismoulées " utilisées pour la construction de lapremière ligne du métro de Lyon. Grâce à lafaculté de la bentonite d’équilibrer la pous-sée des terres en milieu aquifère très per-méable, il fut possible de construire dès 1974les parois verticales des tunnels sans fairetomber ou même fissurer les immeubles rive-rains. Peu de temps après, les ingénieursjaponais présentèrent aux journées d’étudesde l’AFTES à Paris une curieuse maquetted’un bouclier capable de creuser dans lesmêmes terrains perméables et aquifères destunnels horizontaux en poussant un volumede boue bentonitique à l’avant du dispositifde creusement. Je me souviens du scepti-cisme amusé des congressistes devant lestand japonais : cela relevait de l’utopie et nepouvait en aucun cas fonctionner en vraiegrandeur et dans la réalité, car la bentoniteperdant ses propriétés de gel solide dèsqu’on la remue, le terrain ne pouvait que s’ef-fondrer. Les Japonais répondaient en souriantaux critiques et essayèrent en vraie grandeurce qu’on allait baptiser " tunnelier à la boue ".Et cela marcha très bien : les expériences suc-cessives couronnées de succès obligèrent lesingénieurs à inventer d’autres théories, pen-dant que les Japonais multipliaient les chan-tiers, prenant ainsi une avance techniqueconsidérable en ce domaine.

Le monde entier les imita, les ingénieurs etles entrepreneurs allemands, anglais, améri-cains, puis français, italiens et espagnols (sauf

omission) inventèrent des variantes, parmilesquelles le fameux tunnelier franco-alle-mand qui réussit la traversée du Rhône et dela Saône en 1985 pour la ligne D du métro,après bien des vicissitudes qui n’en donnè-rent que plus de prix à la victoire finale.

Actuellement, les tunneliers constituent unegamme d’engins étonnamment variés,capables de creuser et de revêtir avec uneautomatisation poussée des tunnels dont lasection peut dépasser 150 m2. A l’opposé,les microtunneliers sont de plus en plus utili-sés, en ville notamment, pour mettre enplace ou réparer des conduites souterrainesde faible section sans éventrer les rues.

Certains tunnels sont réalisés par élémentspréfabriqués et immergés dans les rues(métro de Rotterdam) ou dans la mer (métrode San Francisco). D’autres au moyen detranchées soit ouvertes à l’air libre et recou-vertes, soit réalisées par la méthode de " cutand cover " (métro de Lyon rue Victor Hugo).Ce tour d’horizon technique est volontaire-ment limité : de plus amples développe-ments ne manqueraient certes pas d’intérêt,mais pour une autre communication à carac-tère plus scientifique.

En fin de siècle, voici le point de la situationdans les divers domaines où se réalisent lestunnels.

• MétrosAu cours de la deuxième moitié du XXème

siècle 83 nouveaux métros ont été construitsdans le monde, alors qu’il n’en existait que19 en 1950. C’est la conséquence à la fois del’expansion urbaine croissante, de l’accrois-sement des moyens de financement et dusouci des pouvoirs publics d’offrir aux cita-dins un moyen de transport capable deconcurrencer l’automobile, dont les effetsnocifs en ville commencent à se faire sentir.

La quasi-totalité de ces métros sont souter-rains, à faible profondeur, ce qui coûte moinscher en travaux d’infrastructure proprementdite, mais nécessite le déplacement de nom-breux réseaux de services publics, ou àmoyenne profondeur, ce qui permet de pas-ser sous les immeubles et d’améliorer les tra-cés, mais renchérit le coût des accès. Pourcette dernière raison, on a abandonné -peut-être temporairement- la construction àgrande profondeur (plus de 30 m) dans desterrains imperméables, comme ce fut le casdans les argiles de Londres et de Moscou.

Certains métros sont aériens, comme celui deManille, mais ceci est hors de notre propos.

D’autres ne portent pas le nom de " métro ",mais s’en rapprochent beaucoup et compor-tent de nombreux tunnels : ce sont les" métros légers " ou " light rail transit " et les

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" pré-métros ", de plus en plus répandusdans le monde en raison de leur coût infé-rieur à celui des vrais métros, qui sont inté-gralement en site propre.

Les quatre lignes du métro de Lyon pour-raient constituer une anthologie des tous lesprocédés de construction en souterrain, avecleurs incidents et les enseignements qui enrésultèrent.

• Chemins de ferLe tunnel ferroviaire japonais du Seikan entreHonshu et Hokkaïdo, construit laborieuse-ment entre 1964 et 1988 à plus de 250 msous la mer, détient le record de longueurabsolu avec 53 850 m, suivi de peu par le tun-nel sous la Manche achevé en 1993 (50 500 m).

Le tunnel du Groene Hart, sur la ligne de TGVentre Rotterdam et Amsterdam, vient d’êtreachevé en 2004. Sa construction utilisa leplus large tunnelier du monde (14,87 m dediamètre) dont voici quelques autres caracté-ristiques impressionnantes (fig. ci-dessous) :

masse totale : 3 350 tonnes (la moitié de lamasse de la tour Eiffel), dont 1 900 pour lebouclier et 1 450 pour le train suiveur, longde 120 m.puissance totale installée : 15 mégawattspoussée maximum sur la roue d’attaque :18 000 tonnes (ou 180 méganewtons)

En site urbain, le tunnel parisien Eole reliantles lignes SNCF des gares du Nord et deSaint Lazare constitue une prouesse comptetenu de l’encombrement du sous-sol et desnombreux édifices sous lesquels il passe.Dans plusieurs grandes villes ont été aussiréalisées les jonctions souterraines entrelignes de chemins de fer ayant leurs terminusdans des gares plus ou moins périphériquesen cul-de-sac, comme Bruxelles, Milan,Londres etc.

Aujourd’hui, parmi les 22 plus longs tunnelsferroviaires existant dans le monde, 13 sontsitués au Japon, 4 interfrontaliers européens,3 en Suisse, 1 en Italie et 1 aux États-Unis.

La Suisse a entrepris dès la fin du siècle laconstruction de deux tunnels ferroviairesde base : le Saint Gothard, qui battra avec57 000 m le record de longueur du Seikan, etle Lötschberg (34 600 m).

• RoutesLe plus long tunnel routier du monde est celuide Laërdal, inauguré en 2001, sur la liaisonvitale entre Oslo et Bergen, les deux plusgrandes villes de Norvège. Sur les 24 500 mde son parcours, des aires de détente avecéclairage bleuté sont ménagées pour vaincrele stress des automobilistes (fig. ci-après).

Le second est le tunnel suisse du Saint Gothard(16 918 m, ouvert en 1980). Suivent les tun-nels de l’Arlberg en Autriche (13 972 m), duFréjus et du Mont Blanc, déjà cités.

En site urbain, un autre record de tunnelier(14,20 m de diamètre) est détenu par le tun-nel de Lefertovo sur l’autoroute circulaire deMoscou, réalisé par une entreprise françaiseentre 2001 et 2003. Même diamètre pour letunnel sous l’Elbe à Hambourg.

Deux ouvrages mixtes, fer et route, sontexceptionnels. Le Grand Belt qui relie l’île deCopenhague au continent au moyen d’unpont-tunnel géant de 17 500 m, dont la miseen service en 1997 a bouleversé le trafic desvoyages intérieurs au Danemark. L’Oresund,reliant le Danemark et la Suède, formé d’untunnel immergé de 3 500 m relié à un pontde 8 000 m par une île artificielle longue de4 000 m. Ce dernier ouvrage, inauguré en1999, permet de relier Copenhague etMalmoe en un quart d’heure par tous lestemps (fig. ci-après).

• Autres tunnelsL’assainissement des villes est un domaineessentiel qui exige un équipement de plus enplus complet en réseaux d’égouts compor-tant des souterrains de tous diamètres qu’onappellera encore " tunnels ". Le tunneliers demoyen diamètre (2 à 6 m) sont de plus enplus utilisés.

Il existe enfin des tunnels servant à d’autrestypes de transport. Les tunnels du CERN sousla Suisse et la France véhiculent des parti-cules qui ignorent les frontières. En Chine lesgigantesques aménagements hydrauliquesdu Yang Tsé comportent des tunnels hydrau-liques de 20 m de diamètre.

Au Japon, les déversoirs d’orage de Tokyosont les plus grands collecteurs d’eaux plu-viales au monde.

Leur coût astronomique est équilibré parcelui des sinistres immobiliers qu’ils permet-tent d’éviter lors des inondations dues auxpluies diluviennes.

4 - LES GRANDS PROJETSA court terme, on l’espère, trois tunnelsseront construits sur la liaison autoroutièreAnse-Balbigny, déclarée d’utilité publique enavril 2003 : un au droit de Violay et 2 au droitde Tarare.

C’est une bonne nouvelle pour les Lyonnaisdésirant aller en Auvergne et versl’Atlantique.

En Europe, un programme de réseau detransport vient d’être voté par le Parlement. Ilprévoit un ensemble de liaisons rapides, railet route, qui comporteront plusieurs tunnelsimportants, parmi lesquels le tunnel sous lemont d’Ambin de la future ligne TGV Lyon-Turin est l’un des plus désirés par notrerégion. Les premiers travaux ont commencé,mais le financement de l’ensemble reste àboucler.

Les tunnels sous les détroits de Gibraltar, deMessine et du Bosphore sont à l’étudedepuis nombre d’années. Les considérationséconomiques et politiques conditionnentévidemment leur lancement. Certains projetsprévoient des tunnels flottant entre deuxeaux, qui seraient moins coûteux que les tun-nels immergés ou forés à grande profondeursous la mer. Idée à suivre...

En Suisse, un projet semble encore bien uto-pique : le " Swiss metro ", réseau de cheminsde fer souterrains intervilles à grande profon-deur et grande vitesse (4 à 500 km/h), avecpropulsion et sustentation électromagné-

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tique et vide partiel en tunnel pour diminuerles dépenses d’énergie de traction.

Sur le plan des techniques de forage des tun-nels, de nouveaux progrès sont à attendre,surtout dans le domaine des tunneliers oùl’aptitude de traverser des terrains difficiles ethétérogènes ne cesse de se perfectionner.Rappelons que Lyon a sans doute inauguré lepremier tunnelier " mange tout " pour la tra-versée de la Saône et de la colline de Caluire

par la liaison autoroutière entre A6 et le bou-levard périphérique.

Les progrès les plus sûrs concernent les coûtsde ces tunneliers, dont le nombre dépasseplusieurs milliers dans le monde, avec la nais-sance d’un marché d’occasion.

L’utilisation du sous-sol profond dans lesvilles est une conception qui se développe,surtout dans les pays à très forte densitéurbaine, où les 20 à 40 premiers mètres du

sous-sol sont fortement encombrés partoutes sortes de cavités et de tuyaux. AuJapon, une loi récente permet désormaisl’expropriation des terrains sous immeubles,ce qui ouvre des perspectives nouvelles etquelque peu futuristes pour ce pays qui n’apas fini de nous étonner.

Et dans le reste du monde ? L’urbanisme sou-terrain est-il pour demain ? Peut être...

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BIBLIOGRAPHIEBIBLIOGRAPHIE ••••••••••••1- José Antonio Junca Ubierna : El Tunel §1 Historia y Mito. Editores : Colegio de ingenieros, canales y puertos - Madrid 1990

2- Jean Kérisel : Histoire de l’industrie géomécanique jusqu’à 1700, Livre d’or du 50èmeanniversaire de la Sté Internationale de mécaniquedes sols et des travaux de fondations. Éditions Balkema San Francisco 1985

3- Carlos Lopez Gimeno : Manuel de Tuneles y obras subterraneas - Madrid 1997

4- Georges Reverdy : Petite histoire des tunnels, Culture technique n°26 - Revue du ministère de l’Équipement - Paris 1992

5- Bertrand Rouvillois : La fabuleuse histoire des tunnels alpins. Article publié dans " La Vie du rail " n°2368 - Paris 1992

6- " Tunnels et ouvrages souterrains " - Organe officiel de l’Association française des travaux en souterrain - Articles de Pierre Duffaut, JeanPéra, Robert Longelin

7- Remerciements particuliers à Mme Rétif, du service de documentation du C.E.Tu (Centre d’études des tunnels - 25 av. François Mitterrand- 69500 - Bron)

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