De Realtà Mapei n° 33 - 2021-08-23
Les projets de construction souterraine présentent des défis uniques. Certains des plus grands et plus longs tunnels en cours de construction nécessitent l’utilisation de tunneliers, connus dans l’industrie du creusement de tunnels sous l’acronyme TBM.
Les tunneliers sont des machines élaborées, concentrées autour d’une tête de forage rotative massive dont la taille est équivalente au diamètre du tunnel. La totalité du diamètre de la section transversale du tunnel est creusée simultanément, tandis que des pistons hydrauliques font avancer lentement le tunnelier à un rythme mesuré en millimètres par minute.
Les tunneliers sont utilisés pour construire des tunnels à travers presque toutes les géologies, tout en ne causant qu’une perturbation minimale de la surface. Les tunneliers creusent des tunnels, en grande partie inaperçus, sous des bâtiments, des villes, des montagnes et des rivières, et même sous des lacs, des baies et des océans. Les deux utilisations les plus courantes des tunnels construits par des tunneliers sont les transports (tunnels de métro, de train et d’autoroute) et la gestion des eaux (approvisionnement en eau douce, gestion des eaux pluviales et transport des eaux usées). Les tunnels construits dans le but de réduire les débordements des eaux d’égout unitaire empêchent d’innombrables litres d’eaux usées d’atteindre les cours d’eau nord-américains et offrent une protection contre les inondations à de nombreuses grandes villes.
L’Équipe des technologies souterraines (UTT) de MAPEI est un chef de file dans l’approvisionnement de produits chimiques essentiels aux tunneliers en Amérique du Nord et dans le monde entier, et possède les produits et l’expertise nécessaires pour que les tunneliers fonctionnent de manière efficace, sécuritaire et respectueuse de l’environnement. Les options vont de Mapequick CBS System (utilisé pour l’application de coulis annulaire à deux composants lorsque celui-ci est combiné avec du ciment et de l’eau) à la gamme Polyfoamer (utilisée pour le conditionnement du sol), en passant par les gammes de graisses et d’huiles Mapeblox et Mapeoil. L’UTT de MAPEI fournit également des produits auxiliaires utilisés dans la construction de tunnels, tels que de la bentonite et des polymères pour les boues d’excavation, des coulis cimentaires et chimiques pour l’injection, des produits pour le béton projeté, des systèmes de membranes d’imperméabilisation et des produits pour la réparation du béton.
L’UTT de MAPEI continue d’innover et d’être en tête du marché grâce à de nouvelles solutions écologiques pour les tunneliers. Le conditionnement du sol est un domaine où les produits de l’UTT de MAPEI peuvent avoir un effet positif immédiat sur l’environnement. Le conditionnement du sol est une technologie utilisée par les tunneliers à pression de terre (EPB). Les tunneliers à pression de terre sont couramment employés pour le creusement de tunnels dans des sols mous comme l’argile et le sable. Afin de maintenir la stabilité du front d’excavation contre l’effondrement et d’empêcher la perturbation de la surface et des eaux souterraines, la zone où le tunnelier entre en contact avec le sol, appelée « front », est pressurisée. La pression de la chambre d’excavation est égale à la pression exercée par le sol à excaver – d’où le terme anglais « earth pressure balance [équilibre de pression de terre] ». La pression de fonctionnement typique varie de 1 à 5 bar. Des additifs spéciaux (surfactants et polymères), connus sous le nom de conditionneurs de sol, sont combinés à de l’eau et injectés sous forme de mousse dans le sol pour former une pâte, appelée « boue » (dont la consistance est similaire à celle du dentifrice), qui sort facilement de la chambre d’excavation, passe sur un tapis roulant et sort du tunnel.
La question qui demeure est la suivante : que faire maintenant? Le conditionneur de sol qui reste dans le sol peut poser problème lors de la manipulation en aval des matériaux d’excavation. Les matériaux excavés doivent être éliminés, souvent sous forme de décharge, mais les produits chimiques restants dans la boue présentent des risques pour l’environnement. Les questions relatives à la gestion et le placement final peuvent engendrer des coûts très variables et contribuer au degré de réussite du projet dans son ensemble.
En réponse à ce problème, l’UTT de MAPEI a collaboré avec la R. et D. de MAPEI afin de développer un nouveau conditionneur de sol plus écologique : Polyfoamer Eco 100 Plus. Les performances techniques de Polyfoamer Eco 100 Plus sont comparables à celles d’un conditionneur de sol traditionnel. Il produit une mousse stable dotée d’une longue demi-vie, est compatible avec tous les types de sols, réduit l’obstruction et fournit la lubrification nécessaire à la tête de forage.
Contrairement aux conditionneurs de sol traditionnels, Polyfoamer Eco 100 Plus n’est pas classé comme étant dangereux selon la norme Hazard Communication Standard de l’OSHA. De plus, Polyfoamer Eco 100 Plus offre une biodégradabilité plus rapide, présente une écotoxicité plus faible et permet d’ajouter moins de matières organiques à la boue.
Polyfoamer Eco 100 Plus est classé comme présentant le plus faible risque pour l’eau selon la classe allemande de danger pour l’eau (WGK). Pour obtenir cette classification, une série de tests de validation a été réalisée à l’Hygiene-Institut des Ruhrgebiets à Gelsenkirchen, en Allemagne. Ces études ont mesuré la toxicité aiguë pour divers organismes. Lorsque comparé aux conditionneurs de sol traditionnels, Polyfoamer Eco 100 Plus a nécessité une concentration 12 fois supérieure pour atteindre l’indicateur CL50 (concentration létale pour 50 % d’une population) chez les puces d’eau Daphnia magna et une concentration 15 fois supérieure pour atteindre l’indicateur CL50 chez le poisson-zèbre Danio rerio.
Un exemple plus pragmatique des avantages de Polyfoamer Eco 100 Plus a récemment été démontré dans le cadre du projet Riachuelo à Buenos Aires, en Argentine. Le projet consistait en 12 km de tunnel dans un sol sablonneux sous l’eau. Le tunnelier à pression de terre a fonctionné à une pression de 4,5 bar pendant le projet, et a avancé à un rythme de 600 à 650 mètres par mois. De la boue traitée avec Polyfoamer Eco 100 Plus a été utilisée pour remplir une zone proche du chantier. Quelques mois seulement après le dépôt final de surface, la zone abritait de la vie végétale.
Alors que les conditionneurs de sol écologiques sont exigés sur de nombreux chantiers dans le monde, l’Amérique du Nord reste à la traîne, l’utilisation de conditionneurs de sol traditionnels y étant encore courante. Cependant, le vent tourne et l’industrie du creusement de tunnels a commencé à prendre conscience des nombreux avantages que présente l’utilisation de produits plus écologique, notamment pour le conditionnement de sol. Les produits comme Polyfoamer Eco 100 Plus sont meilleurs pour l’environnement, mais ils améliorent également la sécurité des travailleurs et réduisent les coûts de gestion et d’élimination de la boue.
L’UTT de MAPEI se réjouit de continuer à innover en produisant des produits pour tunneliers de meilleure qualité et plus respectueux de l’environnement. Polyfoamer Eco 100 Plus n’est que l’un des nombreux produits novateurs de la gamme de produits pour tunneliers offerts par l’UTT de MAPEI. Lorsque l’UTT de MAPEI répond aux besoins d’un tunnelier, son objectif est de réduire le coût global, ainsi que la durée et l’impact environnemental du projet. L’UTT de MAPEI se réjouit de l’occasion qui lui est donnée de s’associer aux propriétaires, aux ingénieurs et aux entrepreneurs afin d’élaborer un plan permettant de mener à bien tout projet de tunnelier en toute sécurité, avec succès et de manière durable.
Au sujet de l’autrice :
Cristina Oñate, Ph. D.
Mme Oñate est représentante technico-commerciale pour l’UTT de MAPEI. Son travail est majoritairement axé sur les travaux de creusement mécanisé de tunnels. Mme Oñate est titulaire d’un doctorat en ingénierie environnementale – creusement de tunnels de l’Université polytechnique de Turin (Italie), et d’un baccalauréat-maîtrise en ingénierie civile de l’Université centrale du Venezuela et de l’Université polytechnique de Turin.
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