Je croyais que le creusement au tunnelier consistait à creuser d’abord et à poser le tunnel derrière, plus tard, au calme. C’est l’inverse. La machine n’avance que parce que ses vérins prennent appui sur l’anneau de béton qu’elle vient de poser. Et tout se joue dans 18,5 centimètres, l’épaisseur de vide qui reste entre le terrain découpé et l’extrados de cet anneau. Une chute de pression de quatre-vingts minutes au front, et le trottoir au-dessus descend de deux millimètres et demi de plus que prévu.
Je n’ai jamais piloté de tunnelier. Les valeurs qui suivent viennent des rapports d’anneaux d’une machine réelle, le tunnelier à pression de terre de la ligne 16 du Grand Paris Express, dont le Centre d’études des tunnels a publié les relevés : couple, poussée, pression, volumes injectés, enregistrés toutes les dix secondes pendant qu’elle passait sous un terrain instrumenté.
1 · Le front de taille. Un pilote de tunnelier par poste, seul dans sa cabine, sur le train suiveur, à cent mètres derrière une roue qu’il ne verra jamais tourner.
- Entre
- Le terrain en place, sous la nappe phréatique, entre 15 et 55 mètres sous les rues.
- Il s’y passe
- La roue tourne et les molettes poinçonnent le terrain en creusant des sillons assez rapprochés pour que l’arête laissée entre deux sillons casse d’elle-même.
- Avec
- Une roue de coupe de 9,87 mètres, vingt-six molettes à double disque de 18 pouces, deux cents couteaux, 30 % de sa surface ouverte pour laisser passer les déblais.
- En
- Une heure vingt à une heure quarante pour deux mètres, soit environ 18 mètres par jour sur cette machine et 12 en moyenne sur le chantier.
- Sort
- De la terre découpée et foisonnée, poussée vers le bas de la chambre.
- Ce qui rate
- La perte de pression frontale, celle que la machine tient en permanence sur le terrain de devant. La consigne valait 175 kilopascals dans l’axe. Le pilote n’a qu’un levier pour la rattraper : freiner la vis d’extraction et laisser la chambre se remplir, quitte à perdre de l’avancement.
2 · La chambre d’abattage. Personne. Le compartiment est fermé par une cloison étanche, plein de terre sous pression, et douze capteurs de contrainte répartis sur sa hauteur en sont les seuls yeux.
- Entre
- La terre découpée, cinq à dix mètres cubes de solution moussante et cent à deux cents litres de polymères par anneau.
- Il s’y passe
- Terre, mousse et eau se mélangent en une pâte assez homogène pour transmettre au front une pression régulière sur toute la hauteur.
- Avec
- Des injecteurs répartis sur la roue et sur la cloison, et le seul brassage de la roue de coupe.
- En
- Le gradient de pression reste entre 8,0 et 9,5 kilopascals par mètre de hauteur, soit moins que de l’eau.
- Sort
- Une pâte dont la densité apparente vaut à peu près la moitié de celle du sol dont elle vient.
- Ce qui rate
- Le bloc. Une vis à axe central n’avale que des blocs jusqu’à 30 ou 35 % de son diamètre. Au-delà, le bloc se met en travers, la vis cale, et il faut entrer dans la chambre.
3 · Le marinage. Deux à cinq opérateurs tapis par équipe, plus un à trois loco tractoristes qui tiennent les trains de berlines.
- Entre
- La pâte confinée, reprise en partie basse de la chambre.
- Il s’y passe
- La vis remonte les déblais en leur faisant perdre de la pression à chaque pas de son hélice, jusqu’à les lâcher à l’air libre sans que la chambre se dépressurise.
- Avec
- Une vis d’Archimède inclinée de 10 à 30 degrés, un convoyeur à bande sur toute la longueur du train suiveur, puis des berlines tirées par une locomotive.
- En
- Environ 20 kilopascals perdus à chaque pas d’hélice, et le débit de la vis asservi à la vitesse d’avancement.
- Sort
- Le marin, c’est-à-dire les déblais, pesé sur le convoyeur avant de quitter le tunnel.
- Ce qui rate
- Le déchirement du tapis. L’opérateur tapis surveille la bande, rallonge les convoyeurs à l’avancement et dispose de coups-de-poing d’arrêt le long du parcours.
4 · La pose de l’anneau. Un érectoriste, un seul, à l’avant sous la jupe, en liaison permanente avec un pilote qu’il ne voit pas.
- Entre
- Sept voussoirs de 40 centimètres d’épaisseur et 2 mètres de largeur, quatre ordinaires, deux contre-clés et une clé, coulés dans des moules tenus à trois dixièmes de millimètre près, amenés par wagon spécial puis par transporteur.
- Il s’y passe
- Les vérins se rétractent par secteurs, l’érecteur prend le voussoir, l’approche vite, le positionne lentement, on le boulonne à la main sur ses voisins, et la clé entre en dernier.
- Avec
- Un bras articulé à ventouses ou à doigt de préhension, commandé au boîtier.
- En
- Quarante-cinq minutes pour l’anneau complet, contre une heure et demie de creusement.
- Sort
- Un anneau universel fermé, sur lequel les vérins reprennent appui pour le cycle suivant.
- Ce qui rate
- L’ovalisation : l’anneau qui ne reste pas rond laisse des affleurements entre voussoirs, et la clé du suivant ne rentre plus dans son logement.
5 · L’injection du vide annulaire. Un à deux conducteurs de centrale d’injection par équipe, sur une remorque du train suiveur.
- Entre
- Environ 11,3 mètres cubes de mortier de bourrage par anneau : du sable, un liant, un plastifiant et de la bentonite.
- Il s’y passe
- Le mortier remplit le vide resté entre le terrain et l’extrados de l’anneau, pendant que le bouclier avance et découvre l’anneau précédent.
- Avec
- Quatre buses percées dans l’épaisseur de la jupe, à 30 et 50 degrés de part et d’autre de la clé de voûte.
- En
- Les deux mètres que la machine gagne, à une pression de consigne surveillée depuis la cabine.
- Sort
- Un anneau bloqué contre le terrain, qui ne bougera plus.
- Ce qui rate
- Le sous-remplissage. Le vide qui subsiste remonte lentement vers la surface, et c’est lui qui fait la plus grande part du tassement des rues.
Le creusement au tunnelier tient sur une consigne de pression, et le 7 juillet elle a perdu un quart en cinq minutes
La pression exercée sur le terrain de devant est une consigne, pas une conséquence. Sur la ligne 16, elle valait 175 kilopascals dans l’axe du tunnel, avec des valeurs relevées entre 160 et 190. Le 7 juillet à quatorze heures, elle est tombée à 125 kilopascals en moins de cinq minutes, puis a flotté autour de 150 pendant quatre-vingts minutes, le temps de creuser un demi-anneau.
Le terrain a répondu aussitôt. Le tassement mesuré au-dessus a atteint 2,5 millimètres sur ce seul épisode, soit environ 30 % du tassement définitif de ce point, et l’effet se lisait encore trois diamètres derrière le front de taille. Le tassement définitif de tout le passage vaut de 8 à 12 millimètres selon l’endroit.
Le week-end suivant, machine arrêtée, la pression est descendue plus bas encore, jusqu’à 120 kilopascals, deux fois, le samedi et le dimanche vers midi : les bulles de mousse crèvent lentement et rendent l’air qu’elles tenaient. Aucun tassement supplémentaire n’a été mesuré. Machine à l’arrêt, la roue de coupe pleine fait écran : le terrain de devant ne sent plus ce qui se passe dans la chambre, et il ne recommence à bouger qu’au redémarrage.
La mousse divise par deux la densité de ce qu’il y a dans la chambre
Ce qui sort d’un tunnelier à pression de terre n’est pas de la terre. Entre cinq et dix mètres cubes de solution moussante partent dans la chambre d’abattage à chaque anneau, avec cent à deux cents litres de polymères, et jusqu’à 19 mètres cubes sur un anneau difficile. La mousse emprisonne de l’air dans le matériau.
Le résultat se lit sur les capteurs. Le gradient de pression dans la chambre, c’est-à-dire ce que la pression gagne quand on descend d’un mètre, est resté entre 8,0 et 9,5 kilopascals par mètre pendant tout le passage. Un mètre d’eau en donnerait près de 10, un mètre de sol saturé environ 20. Le matériau confiné pèse donc à peu près moitié moins que le terrain dont il sort, et il transmet une pression régulière au lieu de se tasser en bas de la chambre. À l’arrêt du week-end, le même gradient est monté à 12 puis 15 kilopascals par mètre, à mesure que les bulles cassaient.
Cette pâte remonte par la vis, perd sa pression pas d’hélice après pas d’hélice, puis part sur le convoyeur où elle est pesée. Au puits Agnès du Grand Paris Express, trois mille tonnes remontent chaque jour et repartent par le canal Saint-Denis sur des péniches de quatre cents tonnes.
Un bloc de plus du tiers du diamètre de la vis arrête tout, et on va le chercher à quatre bars
Le bloc est un motif d’entrer dans la chambre parmi d’autres. Dans un banc à forte teneur en quartz, les molettes s’usent bien avant la distance prévue et il faut les remplacer avant l’heure. Sous forte couverture, un flambage des couches peut serrer le bouclier au point de le bloquer, et le dégager demande alors une galerie de contournement ou un traitement du terrain par injection. Dans tous les cas, il faut aller à l’avant, et l’avant est plein et sous pression.
On vide donc la chambre en partie, on la met sous air comprimé, et les intervenants passent par un sas qui relie l’atmosphère du tunnel à une pression pouvant atteindre 4 bars. Ces gens ont un nom de métier à eux, tubistes, et un livret individuel de travailleur hyperbare. Le décret du 11 janvier 2011 range ce travail sous la mention D et impose des tables de compression et de décompression : au-delà de 1 bar, la durée d’intervention se compte en heures par jour, pas en journées.
Le reste de l’équipe attend. Pendant ce temps, la pression de la chambre baisse, et le terrain de devant cesse d’être soutenu comme il l’était.
L’érectoriste bâtit l’anneau au boîtier, et c’est lui qui décide où tombe la clé
Un tunnelier du Grand Paris Express tourne avec trois équipes de vingt personnes en 3 × 8, sept jours sur sept. Une seule personne par équipe pose les voussoirs.
Le geste tient en quelques minutes par pièce. Les vérins se rétractent par secteurs pour libérer la place, l’érecteur va chercher le voussoir sur le transporteur, l’approche vite puis le positionne au ralenti, on le boulonne à la main sur ses voisins, et on recommence six fois avant la clé, qui entre en dernier par l’avant. L’érectoriste choisit la position angulaire de cette clé, et ce choix engage la géométrie du tunnel sur plusieurs anneaux : c’est ainsi qu’on inscrit une courbe, dont le rayon peut descendre à 200 mètres.
Ce qu’il manœuvre pèse de quelques centaines de kilos à une dizaine de tonnes selon le diamètre, au-dessus de gens qui travaillent dessous. C’est une norme à lui qui s’en occupe, la NF EN 16191, « Tunneliers, prescriptions de sécurité », parue en août 2014. Elle traite l’érecteur avec le reste de la machine, dans le même document que les abris et les moyens de sauvetage du train suiveur.
La fiche de poste du métier donne l’ambiance : bruit au-delà de 81 décibels sur huit heures, hygrométrie jusqu’à 80 % dans les machines à pression de boue, lumière artificielle du premier au dernier quart. Avant de descendre, chacun badge à une borne, son nom s’affiche sur un tableau lumineux au poste de commandement, et l’on sait à tout instant qui se trouve en galerie.
Il reste 18,5 centimètres de vide derrière l’anneau, et 11,3 mètres cubes de mortier pour le combler
La roue de coupe fait 9,87 mètres. L’anneau posé mesure 8,70 mètres de diamètre intérieur et 40 centimètres d’épaisseur, soit 9,50 mètres d’extrados. Il reste donc tout autour 18,5 centimètres de vide, avant que le terrain ne converge. Rapporté aux deux mètres de largeur de l’anneau, cela fait 11,3 mètres cubes à combler par cycle.
Le mortier de bourrage doit se pomper facilement et durcir vite, parce que c’est lui qui bloque l’anneau contre le terrain. Le pilote tient une pression de consigne et vérifie que le volume parti correspond au volume théorique. Le prix d’un vide mal comblé se lit en surface : sur le site instrumenté de la ligne 16, le tassement final valait de 8,2 à 9,6 millimètres au nord et de 8,1 à 11,8 millimètres au sud, et il ne s’est stabilisé que six à dix diamètres derrière le front. Le passage de la machine, lui, se détecte déjà deux diamètres avant qu’elle arrive.
Entre la jupe du bouclier et l’extrados de l’anneau, l’étanchéité tient à des brosses métalliques et à une graisse épaisse poussée sans arrêt entre elles. C’est la graisse elle-même, constamment renouvelée, qui fait la matière du joint et qui encaisse les distorsions. La machine en pousse devant elle et en laisse derrière elle, sur toute la longueur du tunnel.