Au cours de ces dernières années, les infrastructures linéaires souterraines se sont davantage développées en Amérique du Nord et en Europe. La raison à ce développement : leur caractère indispensable en milieu urbain contraint et leur utilité pour franchir plus simplement un relief topographique. La construction d’un tunnel de 2.5km dans le cadre de la réalisation du Réseau Express Métropolitain (REM) à Montréal, plus grand projet de transport collectif au Québec des 50 dernières années, en est un exemple. Dans un souci de répondre aux urgences climatiques auxquelles nous faisons face actuellement, le REM s’appuie sur la séquence ERC (EVITER – REDUIRE – COMPENSER) en effectuant un bilan de gaz à effet de serre du projet. Pour atteindre ces objectifs, des outils d'évaluation environnementale multicritère plus avancés ont été développés, tels que l’analyse du cycle de vie (ACV).

Par Lucille BAUCAL—POYAC, stagiaire au LIRIDE

Deux méthodes de creusement de tunnels en concurrence…

Deux types de méthodes de creusement de tunnel existent et peuvent parfois être combinées sur un même chantier: la méthode dite conventionnelle (à l’explosif ou par attaque ponctuelle) et celle au tunnelier. D’un côté, les méthodes conventionnelles consistent en la construction du tunnel selon un processus cyclique et successif qui regroupe les étapes suivantes:

  1. Abattage : excavation sur une longueur limitée pour assurer la stabilité immédiate
  2. Marinage : évacuation des déblais
  3. Mise en œuvre du soutènement provisoire
  4. Mise en place du revêtement définitif et d’équipements

D’un autre côté, le tunnelier ou TBM - Tunnel Boring Machine - est une machine permettant d’excaver des tunnels circulaires de 2m à 17m de diamètre dans des sols et des roches variés en assurant la quasi-totalité du processus de construction de manière mécanisée. Il assure successivement ou simultanément l’abattage du front de taille, la stabilisation des parois de l’excavation et le marinage des déblais. Dans certains cas, il assure également la pose du soutènement provisoire ou du revêtement définitif. Actuellement, la méthode de creusement au tunnelier est utilisée pour la construction du tunnel du REM.

Figure 1 - Le tunnelier, une usine mobile 1

Le choix de la méthode d’abattage dépend de la nature géologique du terrain ainsi que de la longueur du tunnel. En réalité, il est observé que les méthodes conventionnelles sont préférées pour les tunnels dont la longueur est inférieure à 1km. Le tunnelier s’avère davantage compétitif pour les tunnels dont la longueur est supérieure à 3km du fait de sa progression rapide de manière sécurisée. Les deux méthodes d’abattage sont concurrentes dans l’intervalle de 1 à 3km.

Quelle réglementation environnementale dans la construction au Québec ?

Rentré en vigueur le 23 mars 2018, le règlement relatif à l’évaluation et l’examen des impacts sur l’environnement impose notamment aux projets de construction de système de transport collectif deux composantes. Tout d’abord, une estimation des émissions de gaz à effet de serre qui serait attribuable au projet, mais également une analyse des impacts et des risques anticipés des changements climatiques sur le projet et sur le milieu où il sera réalisé. Des mesures permettant de limiter les impacts du projet doivent être mises en place. Obligatoire dans le cadre de la construction du REM, le bilan carbone reste la méthode la plus simple à mettre en place dans le cadre d’une mesure d’impact environnemental. Néanmoins, l’ACV apparaît comme un outil complémentaire afin d’évaluer de façon plus détaillée les impacts environnementaux potentiels du projet. En effet, plusieurs types d’impacts y sont traités (formation d’ozone, eutrophisation marine et terrestre…) permettant ainsi une approche multicritères à dominante quantitative. Si l’ACV ne vous est pas familière, je vous suggère de lire l’article suivant de notre blog : Mais concrètement, c'est quoi une ACV?

ACV comparative sur les méthodes de creusement de tunnel

Ce stage a été l’occasion de développer une première méthodologie d’analyse du cycle de vie du creusement au tunnelier. Celle-ci a été appliquée dans le cadre d’une ACV comparative entre le creusement au tunnelier et le creusement à l’explosif. Cette ACV comparative se montre pertinente dans un contexte géologique (terrain rocheux) et pratique (pour des tunnels entre 1km et 3km de long) où les deux méthodes de creusement sont en concurrence. Pour l’étude, l’unité fonctionnelle choisie est : Assurer la construction de 1.5km de tunnel. D’un point de vue des frontières du système relatif au creusement au tunnelier, l’ACV englobe les étapes de production, d’assemblage, d’utilisation et de fin de vie du tunnelier. La fin de vie du tunnelier se limite à son désassemblage et transport vers le centre de tri. Concernant le creusement à l’explosif, les quantités de consommables utilisées ont été prises en compte. Le transport jusqu’au site de construction des machines utilisées sur le chantier a été exclu de la modélisation.

Cette ACV comparative a notamment permis de montrer que la méthode de creusement à l’explosif est relativement moins impactante que la méthode de creusement au tunnelier. L’analyse de sensibilité sur la longueur du tunnel a pu souligner que l’usage du tunnelier tend à être davantage intéressant d’un point de vue environnemental que le creusement à l’explosif pour des tunnels de grandes longueurs. Ceci s’avère être en accord avec l’étude sur le prix des tunnels menée par le CETU en 2016. Une analyse sociale pourrait compléter ces analyses dans le cadre du triptyque du développement durable que sont le pilier social, le pilier économique et le pilier environnemental.

Dans la continuité du développement méthodologique permettant la prise en compte du creusement au tunnelier effectué pendant mon stage, une ACV complète d’un tunnel creusé au tunnelier pourrait être envisagée. Celle-ci regrouperait toutes les phases du cycle de vie de l’ouvrage, c’est-à-dire à la fois la phase de construction, d’utilisation et de maintenance du tunnel. Il sera possible d’identifier les phases du cycle de vie et les postes (méthode constructive, matériaux utilisés, origine de l’énergie…) les plus impactant vis-à-vis de l’environnement et trouver des leviers d’action potentiels réduisant les impacts environnementaux de l’ouvrage.

À terme, il serait intéressant de pouvoir généraliser l’ACV appliquée aux ouvrages souterrains. Que ce soit dans les différentes phases en amont ou en aval du projet, avec la création d’un outil de conception et d’évaluation des impacts environnementaux des ouvrages souterrains, qui viendrait ainsi enrichir le processus de prise de décision en phase de planification.

Références: 

1       https://rem.info/fr/actualites/livraison-tunnelier