PRE-DIAGNOSTIC DES DEUX TUNNELS

Historique des tunnels

                 La construction des tunnels est l’une des premières activités d’ingénierie qui ait laissé des traces importantes sur l’histoire de la civilisation humaine. « Le tunnel le plus ancien actuellement connu semble bien être celui qui a été construit en Mésopotamie sous l’Euphrate il y a 4 000 ans à l’époque de la reine Sémiramis. Ce tunnel est d’une longueur de 1 km, il reliait le palais royal de Babylone au temple de Jupiter » (Gesta 1, 1994). Aujourd’hui, cette branche du génie civil est en pleine expansion, soutenue par une série d’innovations technologiques et par les soucis écologiques dont témoignent les politiques de transport et d’urbanisme. Les civilisations modernes ont élargi le génie des souterrains afin de répondre aux besoins croissants de communication, de transport (marchandise, eau), mais aussi pour assurer le stockage de matières dangereuses (pétrole, gaz), pour décongestionner la surface des villes (parkings souterrains) ou pour loger des unités de production d’énergie (centrales enterrées). De nombreux tunnels ont été construits dans le cadre d’activités minières ou nécessaire pour amener de l’eau, ainsi les qanats qui ont été réalisés dans les régions désertiques d’où les tunnels construits en Israël à Jérusalem (tunnel construit par Ezéchias, vers 700 av. J.-C., amenant l’eau de la source Gihon au bassin de Siloé) ou à Gezer (tunnel d’une longueur d’environ 67m construit au milieu du IIe millénaire av. J.-C. pour permettre l’accès à une source souterraine) Les constructions à l’époque romaine des aqueducs nécessaires à l’alimentation en eau les villes ont été l’occasion de construire des galeries souterraines. Il en était de même pour l’évacuation des eaux usées. Le plus ancien tunnel construit pour le passage d’un canal est le souterrain de malpas en 1679. C’est le développement du réseau ferroviaire au XIXe qui a entrainé le percement de très nombreux tunnels pour éviter les rampes importantes. Et enfin les tunnels routiers urbains sont construits pour permettre la traversé d’une zone urbanisée sans couper le tissu urbains ou le détour d’une colline. Ces tunnels sont souvent construits en tranchée couverte et proche du sol. L’histoire des travaux en souterrain est parcourue d’accidents tragiques avec des pertes de vies humaines (Sandstrom, 1969, R.T.A, 1997, 2000) et les dégâts sont la conséquence directe ou indirecte d’accidents survenus pendant les deux phases de la réalisation et de l’exploitation des ouvrages. Ces accidents peuvent avoir par ailleurs des répercussions économiques et des impacts sociaux qui ne doivent pas être négligés (Anderson, 1998). L’association Internationale des Travaux en Souterrains (AITES) vient de publier en 2005 les effondrements les plus tragiques des ouvrages souterrains pendant les dix dernières années, la perte totale de ces accidents dépasse 600 millions de US$, (Heiko et al. 2005). Ils concernent principalement des accidents survenus pendant la phase de construction. Néanmoins durant la phase d’exploitation les accidents sont plus rares mais leurs conséquences économiques et sociales sont généralement catastrophiques. Ce tableau 1 présente ainsi quelques exemples célèbres de ces accidents dont l’accident ferroviaire dramatique de Vierzy en France en 1972.

Risque liés aux tunnels urbains et ouvrages souterrains

               La construction en souterrain, particulièrement dans le cas des tunnels urbains engendre des risques spécifiques pendant tous les stades du projet durant sa construction, son exploitation et après son abandon. En raison des incertitudes inévitables, sur la réponse du terrain à l’effet du creusement, sur les conditions hydrologiques liées à la présence potentielle d’eau souterraine, sur l’efficacité du soutènement et autres incertitudes géologiques, géotechniques ou géo-mécaniques. Les ingénieurs, les ouvriers et les usagers et les riverains de l’ouvrage s’exposent à différents risques dont les impacts peuvent être considérables sur la sécurité des personnes et des biens. L’histoire des tunnels mentionne en effet des effondrements spectaculaires et autres désastres qui démontrent l’existence d’un potentiel d’accidents à grande échelle pendant le creusement et l’exploitation d’un tunnel. Du fait que les tunnels se situent souvent dans des secteurs urbains, les conséquences des accidents peuvent être graves et toucher à la fois l’ouvrage, les personnes, l’environnement et l’économie (impacts socio-économiques). Nous allons rapidement aborder dans la suite la nature et l’origine des risques attachés aux ouvrages souterrains et aux tunnels urbains en particulier. Les ouvrages souterrains en milieu urbain, les tunnels en particulier, ont des caractéristiques spécifiques liées à leur fonction et à la nature des milieux traversés. Ils sont en effet, habituellement situés à faible profondeur dans des zones saturées aux infrastructures multiples en présence de populations. En plus des conditions environnementales, la complexité des milieux traversés sur le plan géotechnique et topographique participe à accroître la probabilité et d’erreurs durant l’étape préliminaire de la conception et d’incidents ou d’accidents durant les travaux d’exécution et l’exploitation de l’ouvrage. Les risques principaux rencontrés dans la construction et l’exploitation de tels ouvrages ont plusieurs origines (Grasso et al. 2004) :
 Risques géotechniques et géologiques : ces risques sont liés à l’insuffisance des informations obtenues à travers la campagne de reconnaissance, à la capacité de prévoir la réponse du terrain à l’action de creusement ;
 Risques hydrologiques : les risques hydrologiques sont associés à l’insuffisance des informations recueillies en ce qui concerne l’hydrologie souterraine dans la zone du projet ;
 Risques d’étude : liés surtout à la difficulté du projet à s’adapter aux conditions géo mécaniques rencontrées réellement, aux défauts de construction, à l’expérience du bureau d’étude ainsi qu’aux contraintes contractuelles ;
 Risques de construction ou de creusement : liés au choix de la méthode de construction non appropriée ou mal maîtrisée, aux phénomènes d’instabilité, à l’expérience de l’équipe du constructeur et aux contraintes contractuelles ;
 Risque opérationnel liés aux défauts de fonctionnement et aux accidents ;
 Risque financier, lié aux contraintes sociales et politiques, à la non–acceptation des responsabilités, aux contentieux et à la sécurité.

Caractéristique géologiques et géotechniques du massif encaissant

              Les caractéristiques d’un massif rocheux peuvent être succinctement décrites par sa lithologie, son état de fracturation et la présence de zone singulière. Dans le cas d’un tunnel non revêtu, ces données sont directement observables. Dans le cas d’un tunnel revêtu, les documents géologiques relatifs à son étude et à sa construction constituent les seuls donnés disponibles en dehors d’investigations complémentaires. La réalisation de telles investigations est rare et très difficile.
 La lithologie : De manière assez schématique, on distingue les terrains sédimentaires des terrains magmatiques ou métamorphiques : Les terrains sédimentaires peuvent être constitués d’une alternance de bancs durs (calcaire) et de bancs (ou d’interlits) plus tendres (marnes). En massif calcaire, la forme des anciennes excavations non revêtues est souvent liée à la disposition de bancs les plus compacts utilisés en « toit » afin de garantir la stabilité du tunnel. La section finale du tunnel peut conserver cette structure avec des formes irrégulières ; Les terrains métamorphisés présentent une fracturation souvent importante en tout premier lieu crée par leur foliation. Cette foliation forme un feuilletage plus ou moins prononcé pouvant générer des instabilités de plaques ; Les terrains détritiques et volcaniques sont par exemple les anciennes accumulations détritiques (molasse, conglomérats) ou volcano-détritique (brèches pyroclastiques) qui se comportent comme un milieu continu. Elles ne sont ni stratifiées ni structurées de manière marquée et peuvent être sensibles à l’altération.
 La fracturation : Qu’elles soient d’origine stratigraphique ou tectonique, les discontinuités présentes dans le massif rocheux constituent des plans de faiblesse qui diminuent ses caractéristiques mécaniques. Notons qu’une fracturation supplémentaire a pu être induite par les méthodes de creusement appliquées. L’orientation, l’espacement, l’extension, la rugosité, l’altération des épontes, l’ouverture, le remplissage et la présence d’eau sont les huit paramètres qui caractérisent les discontinuités. Ces caractéristiques jouent un grand rôle dans l’apparition et l’évolution des instabilités. Les instabilités prennent la forme de dièdres ou de plaques délimités par des discontinuités présentes dans le massif.

Table des matières

Introduction
CHAPITRE I. GENERALITE
I.1 Tunnel
I.2 Les phénomènes d’instabilité
I.3 Risque liés aux tunnels urbains et ouvrages souterrains
I.4 Quelques définitions sur les désordres
I.5 Échelle d’évaluation des impacts des accidents ou incidents
CHAPITRE II. LES DESORDRES
II.1 Catalogue des désordres
II.1.1 Liste des désordres
II.1.2 Fiche type de désordre
II.2 Facteurs liés aux conditions géologiques, géotechniques et hydrogéologiques 
II.2.1 Caractéristique géologiques et géotechniques du massif encaissant
II.2.2 Causes hydrogéologique
II.2.3 Causes environnementales
Actions chimique et biochimiques
Influence climatique
Sismicité
II.3 Facteurs liés à la construction
II.3.1 Conception
II.3.2 Réalisation
II.3.3 Creusement
II.3.4 Soutènements
II.3.5 Revêtements
II.3.6 Maitrise de l’eau
II.3.7 Nature des matériaux
Moellons
Briques
Parpaings de béton pleins
Mortiers
Bétons
Etanchéité
Drainage
II.4 Facteur lies a la vie de l’ouvrage
II.4.1 Actions chimiques
La carbonatation
Les réactions sulfuriques
II.4.2 Action du trafic
CHAPITRE III. VIEILLISSEMENT DU TUNNEL
III.1 Comportement mécanique
III.1.1 Caractères spécifiques des tunnels maçonnés
III.1.2 Conséquences mécaniques du vieillissement des roches
III.1.3 Comportement rhéologique et vieillissement des roches
III.2 Processus de vieillissement des matériaux de construction
III.2.1 Processus mécanique (physiques)
Cycles dilatation-contraction
Cycles hydratation – dessiccation
III.2.2 Processus chimiques
Cycles de cristallisation – dissolution
Oxydation
III.2.3 Processus biologiques
III.2.4 Sensibilité des matériaux aux processus de vieillissement
III.3 Sensibilité des matériaux aux processus de vieillissement en fonction du temps
III.3.1 Comportement des liants de maçonnerie dans le temps
III.3.2 Évolution des éléments constitutifs des maçonneries (moellons)
III.3.3 Évolution de l’environnement (terrains encaissants)
III.3.4 Mécanismes de déformation de tunnels
CHAPITRE IV. INSPECTION ET MAINTENANCE DES TUNNELS
IV.1 Inspection des tunnels
IV.1.1 Comment s’organise une inspection détaillée
IV.1.2 Inspection des tunnels
IV.1.2.1 Savoir voir et quoi voir
IV.1.2.2 Comprendre
IV.2 L’analyse des désordres
IV.2.1 Pré-diagnostic
IV.2.2 Identification des pathologies et de leurs évolutions
IV.2.3 Diagnostic final
IV.3 Entretien
IV.3.1 La maintenance préventive
IV.3.2 La maintenance corrective
IV.3.3 Systèmes de tunnel de la réadaptation
IV.3.4 Concepts de maintenance
IV.3.5 Optimalisation
IV.4 Ensemble de mesures de maintenance
IV.4.1 Liste des tâches de la maintenance
IV.4.2 Finances
IV.4.3 Environnement
IV.4.4 Trafic dans les tunnels routiers
IV.4.5 Sécurité
IV.4.6 Exécution des travaux
IV.5 Plan de maintenance
IV.5.1 Programme de maintenance
IV.5.2 Programme des travaux
IV.5.3 Contrôle et mise à jour de la planification de la maintenance
CHAPITRE V. TUNNELS D’ANTANANARIVO
V.1 Introduction
V.1.1 Historique
V.1.2 Situation initiale et données du problème
V.1.2.1 Informations générales
V.1.2.2 Caractéristique des ouvrages
V.1.2.3 Les dommages observés
V.1.3 Impact économique de l’effondrement des tunnels d’Antananarivo
V.1.3.1 Impact aux usagers des tunnels
V.1.3.1.1 Tunnel Ralaimongo
V.1.3.1.2 Tunnel Ambanidia
V.1.3.2 Estimation du recréation des tunnels
V.2 Les désordres observés
V.2.1 Les venues d’eau
V.2.1.1 Résultat et interprétation de l’analyse de l’eau ruisselant dans le tunnel
V.2.1.2 Fiche de désordres des venues d’eau
V.2.2 La concrétion
V.2.3 Altération des bétons
V.2.4 Fissures structurelles longitudinales
V.2.5 Fissures structurelles transversales
V.2.6 Cadres schématique pour l’analyse des désordres des 2 tunnels
V.3 Maintenance à prévoir
V.3.1 Concept
V.3.2 Drainage linéaire
V.3.2.1 Première méthodes de drainage linéaire
V.3.2.2 Deuxième méthodes
V.3.2.3 Traitement complémentaire confortatif des drainages linéaires
V.3.3 Projection de béton
V.3.4 Planification des travaux de maintenance
V.4 Conclusion
Conclusion
Bibliographie

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