Un ouvrier s'arrête une seconde à l'intérieur du tunnel sous la Manche en avril 1992. Achevé en 1994, le tunnel s'étend sur plus de 30 miles. © Thierry Prat/Sygma/Corbis Contrairement à ce que les super méchants ou les hommes taupes voudraient vous faire croire, il faut plus qu'une machine géante pour creuser des millions de tonnes de saleté et d'eau, mais en avoir une ne fait pas de mal.
Toujours, pour la majeure partie de notre histoire de creusement de tunnels, nous avons réussi à nous en tirer grâce à l'ingéniosité. Les humains ont creusé des tunnels depuis que les premiers habitants des cavernes ont décidé de creuser une chambre d'amis, et l'essentiel de creuser, le soutien et l'avance étaient bien affinés au moment où les anciens Grecs utilisaient des tunnels pour irriguer et drainer leurs terres agricoles [sources :Lane; Browne].
Tunnels sous-marins, trop, sont étonnamment vieux. Entre 2180 et 2160 avant notre ère, les Babyloniens ont construit l'un des premiers exemples connus en détournant l'Euphrate. Le 3, Tunnel de 900 mètres revêtu de briques et supporté par une voûte, qui mesurait 12 pieds de haut sur 15 pieds de large (4 mètres sur 5 mètres), fourni un passage pour piétons et chars entre le palais royal et le temple [sources :Lane; Browne].
Depuis des siècles, les tunnels étaient principalement utilisés par les mineurs et les sapeurs médiévaux, qui ont creusé sous les murs du château pour les effondrer (d'où le terme "saper"), mais l'avènement du transport par canal - et, plus tard, chemins de fer - a donné aux travailleurs quelque chose de nouveau dans lequel enfoncer leurs pelles. Le 18, Les XIXe et XXe siècles ont vu se succéder des projets de tunnels toujours plus exigeants, rendu possible par de vastes améliorations dans les techniques d'arpentage et de ventilation. Toutefois, le danger et les dépenses ont retardé les tentatives de creusement sous-marin jusqu'au milieu des années 1800 [source :Lane].
Ce qui soulève la question :si le creusement de tunnels sous-marins risque de creuser votre propre tombe, littéralement ou financièrement, pourquoi s'embêter? De nombreux urbanistes sont d'accord, se tourner vers les tunnels uniquement lorsque les ponts encombrés atteignent leur capacité d'étouffement. Encore, les ponts sont problématiques, trop. Ils interfèrent avec le trafic maritime, occupez-vous de précieuses propriétés riveraines et bloquez les vues panoramiques. Du point de vue de la défense, les ponts sont des cibles faciles pour les frappes aériennes et peuvent constituer des dangers s'ils s'effondrent [source :Hewett].
Tunnel, inversement, résister aux marées, les courants et les tempêtes mieux que les ponts, peut atteindre de plus longues distances, et ont une capacité de charge pratiquement illimitée. En outre, le coût par longueur d'un tunnel diminue au fur et à mesure qu'il s'allonge, alors que pour les ponts, c'est le contraire. Alors que les tunnels nécessitent un investissement initial plus important, les ponts compensent la différence des coûts d'entretien [sources :Everglades Economics; Hewett].
Mais n'obtenons pas une vision en tunnel. Il ne fait aucun doute que les passages sous terre et en mer sont confrontés à des vulnérabilités et à des problèmes de sécurité particuliers. Les incendies et les accidents constituent de graves menaces dans les tunnels, c'est pourquoi les tunnels ferroviaires comprennent des passages de croisement où les trains peuvent changer de voie, ainsi que des tunnels de service pouvant servir de voies d'évacuation d'urgence [sources :Chan; JR-Hokkaido; WGBH].
Ils ont l'air terrifiants, mais les tunnels sous-marins sont si courants que nous pensons rarement aux grands dangers - et aux techniques de construction extrêmes - que ces merveilles modernes nécessitent.
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Les côtés européen et asiatique d'Istanbul ont finalement été rejoints après l'achèvement du Marmaray en 2013. Une aubaine de découvertes archéologiques a retardé à plusieurs reprises le projet de construction massif. © Claudia Wiens/Corbis Lorsque vous creusez dans un projet de construction extraordinaire, quelques questions sortent immédiatement du sable :quelle proposition est la plus importante, le plus profond ou le plus dangereux à construire ? Avec des tunnels sous-marins, ces questions défient les réponses simples. Les villes et les pays commandent constamment de nouveaux projets. Quant aux statistiques vitales, le diable est entre les détails et les profondeurs, mer bleue.
Par exemple, le tunnel Seikan reliant les îles japonaises de Honshu et Hokkaido détient actuellement le record du tunnel ferroviaire sous-marin le plus long et le plus profond. Le Japon a commencé à le planifier après qu'un typhon de 1954 a coulé cinq ferry-boats dans le dangereux détroit de Tsugaru, tuer 1, 430 personnes [sources :WGBH].
Achevé en 1988, le tunnel Seikan s'étend sur 54 kilomètres (33,5 miles) et atteint une profondeur de 240 mètres (787 pieds), mais sa portion sous-marine de 14,5 milles (23,3 kilomètres) est éclipsée par celle du tunnel sous la Manche, ou canal, entre le Royaume-Uni et la France. Terminé en 1994, la partie sous-marine du Chunnel représente 24 de ses 31 milles au total (38,6 sur 50 kilomètres) mais ne plonge que de 246 pieds (75 mètres) de profondeur [sources :ASCE; Chan; Sage].
En ce qui concerne les Turcs, les deux tunnels sont tous humides par rapport à leur tunnel de Marmaray de 3,3 milliards de dollars finalement ouvert au public en 2013. Ses 8,25 miles (13,2 kilomètres) de voie ferrée - dont un 4, 600 pieds (1, 400 mètres) s'étendent sur le fond marin du Bosphore - relient les moitiés asiatique et européenne d'Istanbul, ce qui en fait le premier tunnel ferroviaire à relier deux continents [sources :Sweeney; Sage].
Qu'y a-t-il de si génial dans un tunnel sous-marin de moins d'un mille par rapport aux tunnels Seikan et sous la Manche de plusieurs milles ? C'est une différence d'approche :alors que ses prédécesseurs ont respectivement dynamité et foré des passages dans la roche solide, le tunnel de Marmaray a été assemblé, pièce par pièce, dans une tranchée au fond du Bosphore, ce qui en fait le plus long et le plus profond tunnel d'immersion jamais construit. Les ingénieurs ont choisi cette solution, qui emploie des sections préassemblées reliées par des épaisseurs, souple, plaques d'acier renforcées de caoutchouc, pour mieux faire face à l'activité sismique régionale [sources :JR-Hokkaido; Sweeney; Sage].
Pendant un temps, les artefacts culturels et historiques trouvés dans la vieille ville d'Istanbul ont ralenti les progrès de l'excavation du tunnel de Marmaray, ainsi, le tunnel Øresund de 2,2 milles (3,6 kilomètres) reliant la Suède et le Danemark est resté le plus grand tunnel à tubes immergés jamais construit. Les entrepreneurs l'ont construit à partir de 20 éléments mesurant 577 pieds (176 mètres) chacun, chacun assemblé à partir de huit plus petits, Sections de 72 pieds (22 mètres) [sources :Landler; Projet Marmaray ; PERI GmbH; Sweeney].
Entre tunnels immergés comme Marmaray et Øresund, et des tunnels creusés comme le Chunnel, nous avons à peu près couvert le front de mer. Mais approfondissons un peu chacun et examinons une autre méthode de creusement de tunnels utilisée depuis le début du XIXe siècle.
Vous appelez ça un tunnel ?Un tunnel est techniquement un passage creusé entièrement sous terre. La plupart des tubes souterrains que nous considérons comme des tunnels -- métros, canalisations d'égout et d'eau -- sont techniquement conduits car ils impliquent l'élimination temporaire des matériaux sus-jacents. Les tunnels sont dangereux, fastidieux et coûteux à construire, Ainsi, lorsqu'il s'agit de terre meuble et de projets relativement peu profonds, les ingénieurs choisissent souvent cela moins cher et plus efficace couper et couvrir approche [sources :Lane; Hewitt].
Les boucliers peuvent être extrêmement pratiques pour creuser sous l'eau. © 2006 HowStuffWorks L'approche la plus ancienne pour creuser un tunnel sous l'eau sans détourner les eaux au-dessus est connue sous le nom de bouclier de tunnel , et les ingénieurs l'utilisent encore aujourd'hui.
Les boucliers résolvent un problème commun mais vexant, à savoir, comment creuser un long tunnel dans la terre molle, surtout sous l'eau, sans que son bord d'attaque ne s'effondre [sources :Assignment Discovery; Encyclopédie Britannica; Browne; Hewitt].
Pour avoir une idée du fonctionnement d'un bouclier, imaginez une boîte à café sans couvercle avec un fond aiguisé qui arbore plusieurs gros trous. Maintenant, saisir l'extrémité ouverte, pousser l'étain, bas d'abord, dans de la terre molle et observez comment la saleté s'infiltre à travers les ouvertures. A l'échelle d'un véritable bouclier, plusieurs humains (surnommés "muckers" et "sandhogs") se tenaient à l'intérieur des compartiments à l'intérieur de la "canette" et enlevaient l'argile ou le sable à mesure que le bouclier avançait. Des vérins hydrauliques déplaceraient progressivement le bouclier vers l'avant, tandis que les équipages derrière lui installaient des anneaux de support en métal, puis les garnis de béton ou de maçonnerie [sources :Assignment Discovery]; Encyclopédie Britannica; Browne].
Afin de retenir les infiltrations d'eau des parois du tunnel, l'avant du tunnel ou du bouclier est parfois pressurisé avec de l'air comprimé. Ouvriers, qui ne peut supporter que de courtes périodes dans de telles conditions, doit passer par un ou plusieurs sas et prendre des précautions contre le mal de pression [sources :Hewitt; Autorité portuaire].
Les boucliers sont toujours utilisés, en particulier lors de l'installation de conduits de services publics ou de conduites d'eau et d'égout. Bien que exigeant en main-d'œuvre, ils ne coûtent qu'une fraction de ce que leurs cousins mammouths, les tunneliers (TBM) [sources : Découverte des affectations ; Encyclopédie Britannica; WGBH].
Un tunnelier est un moteur de destruction de plusieurs étages capable de ronger la roche solide. A son front tourne un tête de coupe , une roue géante qui se hérisse de disques brise-roche et intègre un système de pelles pour soulever la roche matraquée et la déposer sur une bande transporteuse sortante. Derrière la tête de coupe se balance un érecteur , un ensemble tournant qui construit le revêtement du tunnel dans le sillage du tunnelier. Dans certains grands projets, comme le Canal, des tunneliers séparés commenceront aux extrémités opposées et perceront vers un point central, en utilisant des méthodes d'arpentage sophistiquées pour les maintenir sur la bonne voie [sources :Assignment Discovery; Coleman et coll.; WGBH].
Le forage à travers la roche solide crée un tunnel largement autoportant, et les tunneliers avancent rapidement et sans relâche (certaines machines Chunnel pouvaient atteindre 250 pieds, ou 76 mètres, par jour). Du côté négatif, Les tunneliers tombent en panne plus souvent qu'une Jaguar d'occasion et traitent mal les usures, roche cisaillée ou fortement articulée -- donc elles ne sont pas aussi rapides qu'elles le sont pour l'être [sources :WGBH; WGBH].
Heureusement, Les tunneliers et les boucliers ne sont pas le seul jeu en ville.
La percée de BrunelLe bouclier tunnel a été inventé par l'ingénieur Marc Isambard Brunel, qui a été inspiré en regardant un taret (un bivalve marin) conduire ses plaques de coquille à travers le bois et éjecter de la sciure de bois dans son sillage. À l'aide de son appareil, il a creusé avec succès un tunnel sous la Tamise à Londres de 1825 à 1843, enduré deux crues révolutionnaires et un arrêt de sept ans lorsque la trésorerie du projet s'est tarie. Brunel et son fils passaient presque toutes les heures d'éveil dans le tunnel, souvent forcé de travailler à partir d'un bateau. La tension aurait conduit à sa mort quelques années plus tard [sources :Assignment Discovery; Encyclopédie Britannica; Browne; Hewitt].
Construire un support en acier et en maçonnerie tout en creusant simultanément dans la terre molle ou la roche solide n'est pas un pique-nique, mais essayer de retenir une mer sous l'eau est quelque chose que même Moïse n'aurait pas tenté. Heureusement, grâce à l'ingénieur américain W.J. Wilgus et son invention, les creux- ou tube immergé tunnel ( ITT ), nous n'avons pas à [source :Lane].
Les ITT ne s'enfoncent pas dans la roche ou le sol ; ils sont assemblés sur place à partir de la taille d'un terrain de football, pièces préfabriquées. Wilgus a été le pionnier de la technique lorsqu'il a construit le tunnel ferroviaire de la rivière Detroit (1906-10) reliant Detroit, Michigan., à Windsor, Ont., et ils sont depuis la technique de prédilection pour les tunnels de véhicules. En effet, plus de 100 tunnels de ce type ont été construits au cours du seul 20e siècle [sources :Lane; Ingénierie extrême ; Projet Marmaray].
Pour réaliser chaque segment de tunnel, les ouvriers assemblent 30, 000 tonnes d'acier et de béton -- assez pour un immeuble de 10 étages -- dans un moule massif, puis laissez le béton durcir pendant près d'un mois. Les moules contiennent le sol du tunnel, murs et plafond, et sont initialement coiffés aux extrémités pour les maintenir étanches lorsqu'ils sont transportés en mer. Pontons d'immersion , de grands navires ressemblant à un croisement entre un portique et un bateau ponton, faire le halage [sources :Lane; Ingénierie extrême ; Projet Marmaray].
Une fois la tranchée marine pré-creusée, chaque section du tunnel est suffisamment inondée pour lui permettre de couler. Une grue abaisse lentement la section en position tandis que des plongeurs la guident précisément vers ses coordonnées GPS. Au fur et à mesure que chaque nouvelle section se connecte à son prédécesseur, un morceau de caoutchouc massif à son extrémité se comprime et se distend pour établir un joint. Les équipages retirent ensuite les joints de cloison et pompent l'eau restante. Une fois tout le tunnel construit, il est enfoui sous remblais et éventuellement recouvert d'enrochements [sources :Lane; Ingénierie extrême ; Projet Marmaray].
La construction en tube immergé peut aller plus loin que les autres approches car la technique ne nécessite pas d'air comprimé pour retenir l'eau à distance. Les équipages peuvent donc y travailler plus longtemps et dans des conditions plus tolérables. De plus, un ITT peut prendre n'importe quelle forme, contrairement à un tunnel foré, qui épouse la forme de son bouclier ou tunnelier. Cependant, parce que les ITT ne constituent que la partie du fond marin ou du lit de la rivière d'un système de tunnel, ils nécessitent d'autres méthodes de creusement pour forer leurs entrées et sorties terrestres [sources :Lane; Projet Marmaray ; WGBH]. Dans les tunnels sous-marins, comme dans la vie, il en faut de toutes sortes.
Un tunnel transatlantique :Youpi ou Yikes ?Si nous tentions le tunnel transatlantique tant rêvé, un tube plongeur flottant, attaché à une profondeur idéale de 150 pieds (45,7 mètres) par des câbles à tension réglable, serait l'approche probable. Bien sûr, une telle entreprise nécessiterait environ 54, 000 sections de la taille d'un terrain de football, utilisant l'équivalent d'une année de production mondiale d'acier et 225 usines de béton fonctionnant à pleine capacité 24 heures sur 24 pendant 20 ans. C'est avant d'atteindre les billions de dollars, des milliers d'ouvriers, et de nombreux robots et sous-marins qu'il faudrait pour construire dans des conditions dangereuses de haute mer, sans parler des problèmes de sécurité posés par le trafic maritime et les événements sismiques [sources :Extreme Engineering; Ingénierie extrême ; Harrison].
En écrivant cet article, Je n'ai pu aborder que les bases de la construction de tunnels sous-marins, ce qui est une injustice comparable à l'assimilation du désamorçage d'une bombe à la programmation d'un DVR. En réalité, les dangers impliqués et la précision requise dans la construction d'un tunnel sous-marin sont tout simplement stupéfiants. Fouiller et construire ces merveilles modernes ne demande rien de moins qu'une vigilance constante, grande adaptabilité et ajustements minutieux aux conditions changeantes, sans parler du soin que doivent exercer les travailleurs et les plongeurs.
C'est quelque chose qui mérite d'être pensé la prochaine fois que vous vous retrouverez à traverser un tunnel sous-marin. Peut-être que cela vous distraira des millions de tonnes de terre ou d'eau qui s'enfoncent ou, si vous êtes dans le tunnel Seikan au Japon, du bruit de l'eau qui entre à travers les murs pour être évacuée par les pompes à 20 tonnes par minute.
