L'ETH est présente dans le tunnel de base du Gothard

"Les travaux souterrains sont enseignés à l'ETH depuis près de 100 ans à un niveau élevé", affirme Georg Anagnostou, professeur de travaux souterrains. "Sans nos diplômés, ce projet n'aurait pas pu être réalisé". Son prédécesseur, Kalman Kovári, a présidé de 1990 à sa mise à la retraite en 2002 le groupe de travail sur les techniques de construction du tunnel de base. Celui-ci évaluait d'une part des questions de planification d'ordre supérieur, comme le tracé ou le choix des systèmes de tunnels et de tubes optimaux, et d'autre part des questions clés de technique de construction.

Percer les roches flottantes

Une telle question clé s'est posée au début de la phase de planification dans le synclinal de Piora, sur le versant sud du Saint-Gothard. Cette zone de perturbation était redoutée par les experts en raison de sa nature géologique et a fait la une des journaux pendant des années : Il n'était en effet pas exclu que la dolomite à grains de sucre à la surface de la montagne atteigne le niveau du tunnel. Cela aurait signifié que le tunnel aurait dû traverser sur 30 à 50 mètres ce que l'on appelle des montagnes flottantes, des roches meubles soumises à une forte pression d'eau. Ce danger a incité les scientifiques de l'ETH à effectuer de nombreux calculs de statique du tunnel. "Les analyses ont montré l'importance de la résistance du soutènement, de la résistance à la pression et de l'épaisseur du corps d'injection pour le franchissement de la montagne flottante", constate Anagnostou.

Dans le cas du massif intermédiaire du Tavetsch, au nord-est, les scientifiques de l'ETH ont étudié la déformabilité de la montagne et fourni les bases scientifiques qui ont permis d'éviter les retards de construction. "Les roches compressibles peuvent bloquer les tunneliers. Cela entraîne d'importants retards de construction", explique Anagnostou. Il est évident que de tels retards coûtent beaucoup d'argent. Dans cette mesure, les connaissances acquises dans le tunnel de base du Saint-Gothard - le plus long tunnel ferroviaire du monde - sont également d'une grande importance économique pour la construction de tunnels au niveau international.

Gotthard fait avancer la recherche

"Les travaux au Gothard nous ont donné à bien des égards des impulsions extrêmement importantes pour la recherche, qui trouvent des applications dans la construction de tunnels dans le monde entier, par exemple en Turquie ou aux États-Unis." Mais les connaissances acquises dans le cadre de ce projet du siècle ont des conséquences bien plus vastes encore : Elles trouvent un écho dans des thèses de doctorat et sont intégrées dans l'enseignement, où les futurs constructeurs de tunnels acquièrent leur savoir-faire.

A 0,001 degré près

Les chercheurs de l'Institut de géodésie et de photogrammétrie ont eux aussi largement contribué à la réussite de la réalisation du tunnel du Gothard grâce à leurs travaux. Les spécialistes de la topographie des tunnels ont fourni des bases scientifiques pour la planification et l'étude du tunnel alpin. Les conditions difficiles dans le massif du Gothard ont posé de grands défis aux géomaticiens, qui ont pu les relever avec l'aide des professeurs Alessandro Carosio, qui a travaillé jusqu'à sa mise à la retraite en 2008 comme expert en géodésie pour AlpTransit Gottthard AG, et Alain Geiger, professeur à l'ETH : Pour la planification de base en surface, les géomaticiens peuvent s'orienter par GPS. En montagne, ils ne peuvent pas recevoir de signaux. C'est pourquoi la direction y est définie à l'aide d'un "gyroscope d'arpentage", qui permet de mesurer la direction par rapport au nord géographique avec une précision de 0,001 degré. C'est juste assez précis pour creuser de longs tunnels. Pour atteindre cette précision, mais aussi pour relier les portails entre eux avec suffisamment de précision en hauteur, il faut corriger l'influence des anomalies de gravité et des déviations de l'aplomb sur les mesures. Localement, elles sont notamment la conséquence des différences de densité des roches dans la montagne ainsi que de la topographie. Le modèle requis (géoïde) du champ de gravité terrestre n'a pu être déterminé que grâce à l'expertise et à l'aide d'appareils de mesure spécialement conçus par l'ETH Zurich.

Un chef-d'œuvre d'ingénierie

Les chercheurs ont également fait œuvre de pionnier sur le plan méthodologique : à Sedrun, outre le gyroscope de mesure mentionné plus haut, une technique de mesure inertielle a été utilisée pour la première fois au monde pour déterminer la direction dans le tunnel. Le professeur de l'ETH Hilmar Ingensand l'a développée en collaboration avec ses collègues de l'Université technique de Munich. Grâce aux données de mesure supplémentaires, les géomètres ont pu s'assurer que l'excavation commencée au pied du puits de 800 mètres de profondeur se déroulait dans la bonne direction. Ces efforts de recherche ont porté leurs fruits : Lors du percement final du tunnel, l'écart n'était que de huit centimètres sur les côtés et d'un centimètre en hauteur. Un chef-d'œuvre d'ingénierie. Et, comme le souligne Carosio, "les géomètres responsables étaient sans exception diplômés de l'ETH".