Un tunnelier est une machine qui excave des tunnels dans des sols et roches variés, allant du sable au granite, en soutenant le front de taille et les parois grâce à un bouclier et, selon le type, à une pression de confinement à base de boue ou de terre. Cette technique permet de creuser dans des terrains instables ou soumis à des charges hydrostatiques élevées, là où un soutènement classique ne suffirait pas à contenir les afflux d'eau ou les éboulements. Les tunneliers à confinement de boue utilisent une tête de coupe à attaque globale et maintiennent le front de taille par la mise en pression d'un liquide de forage dans la chambre d'abattage, un principe que l'ITA-AITES qualifie d'adapté aux « tunnels forés dans du matériau instable, soumis à des charges hydrostatiques élevées ou à un afflux important d'eau ».

Comment fonctionne un bouclier à confinement de boue ?

Dans un bouclier à boue, la tête de coupe assure le forage tandis que le soutènement du front de taille repose sur la contre-pression exercée par une boue, composée soit d'une suspension de bentonite, soit d'un mélange d'argile et d'eau appelé coulis. Cette suspension est pompée dans la chambre d'abattage, où elle atteint le front de taille et pénètre dans le sol. Selon la nature du terrain, elle forme :

  • une fine membrane d'imprégnation, appelée cake de filtration ;
  • une cloison imperméable dans les sols fins ;
  • une zone imprégnée dans les sols grossiers.

Ce mécanisme garantit le transfert de la contre-pression au front de taille. Le mélange de boue et de déblais est ensuite évacué par marinage hydraulique vers une station de séparation située en surface, qui recycle le coulis bentonite-argile pour une réutilisation en circuit fermé.

Quels sont les composants principaux d'un tunnelier à boue ?

Selon le Groupe de travail 14 de l'ITA-AITES, la machine repose sur quatre éléments clés :

  • la tête de coupe, équipée de molettes, de lames ou de dents ;
  • le bouclier protecteur, qui contient l'ensemble des composants de la machine et dont la cloison avant sépare le bouclier de la chambre d'abattage pressurisée ;
  • les vérins de poussée longitudinaux ;
  • le système de séparation des boues et des déblais, habituellement installé en surface.

Une catégorie particulière, les « hydroshields », fonctionne selon le même principe mais ajoute une zone tampon métallique créant une chambre partiellement remplie d'air, reliée à un compresseur. Ce dispositif permet d'ajuster la contre-pression sur le front de taille indépendamment du circuit hydraulique d'alimentation en bentonite.

Dans quels terrains utiliser un tunnelier à boue ?

Ces machines conviennent avant tout au forage de sols à stabilité limitée, en particulier le sable et les graviers limoneux. L'installation d'un concasseur dans la chambre d'abattage permet de désagréger les blocs trop volumineux pour le système de marinage hydraulique, tandis que des molettes de coupe autorisent le forage en roche. Pour les sols riches en limon et en argile, des polymères peuvent être ajoutés afin de faciliter l'excavation. Ces tunneliers sont également privilégiés en présence d'eau souterraine sous pression, un contexte où le confinement par air comprimé seul atteint ses limites au-delà d'une certaine charge hydrostatique.

Comment se positionne le tunnelier à boue face aux autres méthodes de creusement ?

Le creusement au tunnelier constitue l'une des quatre grandes méthodes d'exécution de tunnels, aux côtés de la méthode traditionnelle à l'explosif, de l'attaque ponctuelle et du prédécoupage mécanique, ces deux dernières étant plutôt réservées aux terrains rocheux ou difficiles. Contrairement à l'abattage à l'explosif, qui nécessite un soutènement provisoire après excavation — par boulonnage d'ancrage ou treillis métallique par exemple — le tunnelier à boue assure un soutènement continu du front de taille pendant toute la progression, ce qui limite les risques de décompression du terrain. Pour les grands ouvrages urbains à proximité de la nappe phréatique, cette approche en tunnelier grand diamètre pour tunnels urbains reste une référence du génie civil souterrain. Les fabricants de tunneliers, à l'image d'Herrenknecht, documentent ce fonctionnement via leurs supports techniques dédiés aux « mixshields ».