Utilisation de la méthode de congélation sous la gare de Berne

Son mobile dans la main, Martin Schäfer observe de ses yeux perçants la pelleteuse fendre le sol gelé et en extraire un morceau de la future galerie. Si le sol de la zone des voies s’affaisse ou se soulève au-delà des valeurs maximales autorisées, Martin Schäfer, expert responsable en construction de tunnels chez Basler & Hofmann et directeur en chef de ce chantier ambitieux, est alerté sur son téléphone. «En tant que constructeur de tunnels, ce n’est pas tous les jours que l’on peut endosser la responsabilité d’un tel projet. Nous creusons la galerie sous les voies de la gare centrale de Berne. En dessous, nous excavons à la pelleteuse pendant qu’au-dessus les trains circulent vers toute la Suisse. Ce chantier est comparable à une opération à cœur ouvert, la différence étant que notre opération dure six semaines. Il ne faut pas se laisser déborder.» Le téléphone sonne. Martin Schäfer décroche immédiatement. Sa femme lui demande s’il sera rentré pour coucher les enfants.

La société Basler & Hofmann assure la direction de la communauté de planification pour la construction de la nouvelle gare souterraine. Pour excaver les deux cavernes des futures voies, une galerie d’accès est en construction à partir d’un puits d’accès en bordure de la zone; la galerie est creusée en transversal entre 9 et 12 m de profondeur sous les voies 1 à 3 de la gare centrale de Berne. La construction de la galerie est un défi particulier: les quelque 46 premiers mètres de sol (sur un total de 123 m) se composant de terres meubles perméables et aussi instables que du sable, le sol de cette section est gelé à l’aide de la méthode de congélation avant d’entamer les travaux d’excavation. Une fois le processus réalisé, le sol sablonneux est dur comme la pierre et peut être creusé comme tel.

Un procédé spécial à la longue histoire

Si la méthode de congélation n’est pas courante, elle est connue de longue date en Suisse: il y a 30 ans déjà, elle a été utilisée pour construire un tunnel pour le train de banlieue, entre 2,5 et 3,5 m sous le lit de la Limmat à Zurich. Basler & Hofmann était en partie impliquée dans ce projet – une expérience précieuse pour les travaux à Berne.

Aux côtés de Markus Gresz, chef de chantier chez Basler & Hofmann, Martin Schäfer inspecte les déblais, fasciné. «Ici, au front de taille, c’est impressionnant de voir aux égratignures de la pelleteuse à quel point le sol s’est durci suite à la congélation», explique-t-il. «Si d’autres processus ont été testés de manière approfondie, la congélation s’est imposée comme la meilleure option», explique Martin Schäfer. «Il n’y a pas de construction de tunnel sans risque. Nous planifions et procédons de manière à réduire les risques le plus possible. Nous avons instauré une excellente gestion des incidents qui nous permettrait de faire face en cas de souci».

Une machine frigorifique pour la construction de tunnels

Pour geler les terres, la première étape a consisté à percer le sol et tirer des gaines de 60 m à courts intervalles dans la zone de la future galerie. Grâce au forage directionnel horizontal, les gaines ont été positionnées avec une précision extrême de 20 cm. Dans ces gaines ont été glissés des tubes réfrigérants, des chaînes thermométriques et des canalisations d’irrigation et de drainage. Via les nombreuses conduites réfrigérantes noires, les tubes réfrigérants ont été rattachés à la machine frigorifique. En utilisant la saumure comme réfrigérant, la chaleur a été supprimée dans toute la section transversale de la galerie. L’élaboration du corps réfrigérant a duré de début août à début septembre. Le 11 septembre, la percée de la paroi moulée est validée. Les travaux de creusement de la galerie sont alors entamés.

Markus Gresz remonte un couloir de maintenance sous le tunnel. Il fait sombre, humide et froid. Muni d’une torche, il éclaire les têtes gelées des tubes réfrigérants. «Sur une partie des têtes des tubes, nous avons placé des thermomètres pour contrôler la température localement», explique-t-il. La mesure de la température est ingénieuse: dix chaînes thermométriques ont été installées. «A présent que le sol est gelé, nous arrêtons et rallumons la machine frigorifique par intermittence. Le corps réfrigérant ne doit pas grandir indéfiniment car la glace se dilate et pourrait provoquer des élévations non souhaitables des voies», indique Markus Gresz.

Numérisation de la direction des travaux

Ressorti du couloir, Markus Gresz se rend auprès de Martin Schäfer. Ils contrôlent et documentent l’avancée des travaux actuels. Alors que cette étape se faisait encore récemment sur papier et avec appareil photo, la procédure est aujourd’hui directement effectuée sur tablette. «Un logiciel nous permet de directement traiter des listes de contrôle, créer des documents et journaux et générer des tâches. Cela améliore l’efficacité et simplifie la communication», souligne Martin Schäfer. La galerie a été intégralement conçue par Building Information Modelling (BIM). Grâce au modèle numérique, il a été possible de vérifier avant et pendant l’exécution des travaux si des conflits existaient entre les forages directionnels et la voûte du tunnel.

Phase de congélation réussie

A la mi-novembre, tout était fini: après deux mois de travaux, la phase critique avec corps réfrigérant prend fin – la machine frigorifique peut être définitivement arrêtée. Pendant l’excavation de la galerie dans les terres meubles, la sécurité d’exploitation des lignes ferroviaires au-dessus de la galerie a pu être maintenue en continu. Désormais, la construction de la galerie se poursuit dans la roche. La mise en service de la nouvelle gare des RBS est prévue pour 2027.