L'ETH est présente dans le tunnel de base du Gothard
Sans science, pas de construction de tunnel : le tunnel de base du Saint-Gothard sera inauguré le week-end prochain. Le tunnel ferroviaire le plus long du monde abrite non seulement l'expertise de dizaines d'anciens élèves de l'ETH, mais aussi celle de nombreux chercheurs de l'ETH.
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Les débuts des CFF et de l'ETH Zurich sont étroitement liés. L'entrepreneur ferroviaire Alfred Escher a besoin d'ingénieurs pour un projet ambitieux : la liaison nord-sud. La naissance de la ligne du Gothard a donc aussi été celle de l'ETH Zurich. En 1855, l'école polytechnique est fondée à Zurich et en 1872, les travaux pour le tunnel du Gothard commencent. Depuis, des spécialistes de l'ETH ont accompagné la construction des chemins de fer et des tunnels - y compris dans le projet actuel. Il ne s'agit pas seulement d'ingénieurs civils, mais aussi de géologues, de géomaticiens, d'aménageurs du territoire et d'informaticiens.
"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.
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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".
Ouverture du tunnel de base du Gothard
Le samedi 4 et le dimanche 5 juin, le tunnel de base du Saint-Gothard sera inauguré en grande pompe. L'ETH Zurich est représentée par sept projets lors de cet événement public organisé par les CFF. A Rynächt, les visiteurs pourront découvrir concrètement, à l'aide d'expériences, quelles sont les forces qui maintiennent une arche de tunnel ou comment on s'y prend pour forer de deux côtés dans une montagne et se rencontrer aussi au milieu. En outre, des chercheurs du domaine de la construction mécanique démontreront comment des robots autonomes pourront à l'avenir vous orienter dans une ville inconnue. A Erstfeld, tout tourne autour des bolides électriques. Des étudiants en génie mécanique présenteront des voitures de course avec lesquelles ils sont en tête du classement mondial de la Formula Student depuis trois ans et battent des records d'accélération. Pour plus d'informations et le programme, voir page externeici.