Un tunnel est un concept simple sur le plan conceptuel : un trou dans le sol, généralement horizontal ou avec une légère pente. Les tunnels autoroutiers qui traversent les montagnes, les lignes de métro souterraines ou les canalisations d’égouts urbains sont des types de tunnels que l’on trouve partout.
Mathématiquement, un tunnel est une « opération soustractive » qui extrait la terre ou la roche du sol. Ainsi, l’espace qui occupait auparavant ce terrain constitue une partie d’un trou par lequel passent l’eau, les personnes, les matériaux, etc. Mais, lorsqu’un tunnel est creusé, que deviennent tous les matériaux extraits ?
Lorsqu’un tunnel est creusé, beaucoup de matériaux sont retournés
Si vous avez déjà passé l’été à la plage et creusé une petite tranchée, vous vous êtes vite rendu compte qu’à chaque pelletée, vous devez éloigner un peu plus le sable humide. Au début, il s’empile près de l’ensemble, mais la montagne atteint bientôt des dimensions importantes. Faisons quelques calculs simples : quelle quantité de sable, d’argile ou de roche doit être déplacée pour un tunnel dans lequel ma voiture peut passer ?
Pour simplifier nos calculs, supposons que les tunnels soient parfaitement circulaires et que leur diamètre soit de 5 mètres. Un véritable tunnel dépendra du nombre de voies et de la réglementation de chaque pays, bien sûr. Te souviens-tu de la formule du volume d’un cylindre que tu as vue à l’école ? V=π-r2-l, où r est le rayon et l la longueur.
Un tunnel avec un rayon de 2,5 mètres (c’est un tout petit tunnel) et une longueur de 100 mètres (encore une fois, petit) nous donne un volume de 1 963 mètres cubes de matériaux. Pour nous donner une idée de si c’est beaucoup ou peu, pensons au fait qu’un camion de ciment a la capacité de 6 à 9 m3, et qu’un camion à ordures a environ 7 à 20 m3.
Un dumper, un véhicule spécialisé dans le transport de matériaux denses comme la roche ou la terre, a généralement au maximum 10 m3. Comme la roche pèse beaucoup (et prend donc moins de place), prenons-la comme exemple. Pour réaliser un petit tunnel à une seule voie sur une très courte distance, nous avons besoin d’environ 200 voyages pour transporter les matériaux extraits vers un autre endroit. Imaginez un grand projet de construction.
Recyclage des matériaux de construction
Avec ce calcul très basique et à petite échelle en tête, faisons une promenade à Londres et dans certains des projets sur lesquels Ferrovial travaille, comme le projet Tideway pour étendre le réseau du système d’égouts, ou l’extension de la ligne Elizabeth. Dans le premier cas, pensons à un trou de 32 mètres de diamètre et de 53 mètres de hauteur nécessaire à la descente des tunneliers.
En appliquant la formule ci-dessus, nous obtenons un volume de 42 625 mètres cubes. Même si tout cela était de la roche compacte à 2 000 kg/m3 (ce n’était pas le cas – il y avait beaucoup de sable, d’argile ou de boue), nous parlons de plus de 85 millions de kilogrammes juste pour le trou auxiliaire, sans tenir compte de la construction du tunnel lui-même. Que pouvons-nous faire avec tous ces matériaux ?
L’une des utilisations les plus fréquentes des restes d’une excavation est le recyclage des matériaux. Souvent, les matériaux restants de l’ouverture d’un tunnel sont vendus sur le marché des matériaux à des entreprises qui recherchent certains éléments de construction. Par exemple, du sable pour la construction de cellules photovoltaïques ou du gravier pour les parcs urbains.
Occasionnellement, le recyclage se fait in situ, comme lorsque les matériaux extraits sont utilisés pour façonner d’autres nécessités. L’exemple typique est le béton. Dans un projet de construction où des dizaines de tonnes métriques de sable et de gravier sont extraites, il est normal qu’une partie du matériau revienne sous forme de béton. Expédier du sable et du gravier hors du site de construction juste pour en apporter davantage n’a aucun sens, en plus de ne pas être très durable.
Résidus d’un tunnel de montagne pour niveler la route d’accès
Un cas réel, très courant – surtout en haute montagne, dans des zones isolées et sur des routes secondaires très peu entretenues – consiste à utiliser une partie des roches excavées pour améliorer la route d’accès au tunnel. Les topographes utilisent les matériaux denses pour élargir la chaussée.
En prenant l’image ci-dessus comme exemple, comment pouvons-nous élargir la chaussée ? Une possibilité souvent utilisée sur les collines à faible pente consiste à creuser au niveau de la même largeur que la colline, mais lorsque nous avons des pentes telles que celles montrées sur la photographie, cela ne joue pas en faveur de la sécurité. Nous devons élargir le côté extérieur de la pente, en ajoutant du matériau jusqu’à atteindre le niveau de la route.
Occasionnellement, pour ajouter une certaine largeur à la chaussée, une pente douce qui prend beaucoup plus de distance verticale est nécessaire pour arriver au fond. Quelque chose de similaire se produit avec le profil des barrages, qui s’incline contre la charge et fait usage de terre compactée pour sécuriser la pente.
Comme on peut l’observer dans le profil d’un barrage, cela produit un énorme besoin de matériaux. L’utilisation de matériaux provenant de l’excavation elle-même est un moyen de réduire l’impact environnemental de l’expansion. Si les deux projets de construction sont réalisés simultanément ou dos à dos, nous aurons une synergie intéressante.
Les batardeaux fixes de la Tamise utiliseront des matériaux locaux
Dans un autre article, nous avons mentionné comment les batardeaux de la Tamise sont construits pour le projet Tideway. Ces structures auxiliaires seront permanentes, et elles utiliseront une grande quantité de matériaux locaux. Dans l’image ci-dessous, nous pouvons voir un exemple de ces structures. Bien qu’il soit irrégulier, nous pouvons simplifier la figure à un rectangle d’environ 70 mètres par 35 mètres.
Cela nous donne une surface de 2 450 m2 et un volume de 24 500 m3 de matériaux pour un batardeau élevé à environ 10 mètres au-dessus de la Tamise. Dans certaines zones du fleuve, les murs seront élevés encore plus haut. Mais quelle que soit la façon dont on fait les calculs, il est facile de voir que ce type de travaux de construction nécessite des matériaux supplémentaires.
De plus, lorsque vient le moment de compacter le terrain de la zone pour augmenter la sécurité future du bâtiment, nous devons garder à l’esprit la façon dont il descend et la nécessité d’ajouter des couches de terre supplémentaires.
Ces deux exemples ne sont pas les seules possibilités. Il y a quelques années, le tunnel d’Albertia (Guipúzcoa), construit par Ferrovial Agroman, a réutilisé 700 000 m3 de matériaux provenant de l’excavation afin de prévenir l’impact environnemental des travaux de construction eux-mêmes, en plus de conserver les espèces locales lorsqu’il s’agissait de couvrir l’espace utilisé.
