En ce moment même dans le monde, plus de 1600 chantiers de tunnels sont en cours. Lorsqu’ils seront achevés, ils viendront s’ajouter aux plus de 5200 km déjà en service à travers la planète. Si les projets d’ouvrages d’art souterrains se multiplient, c’est qu’ils présentent de nombreux avantages dans un contexte de pression foncière urbaine toujours plus forte : emprise au sol réduite, tracés se jouant des massifs montagneux, ils sont bien souvent la seule solution pour traverser rapidement de vastes agglomérations ou des obstacles naturels infranchissables en surface.
« Mais de plus en plus souvent, ces projets souterrains sont entrepris dans des massifs rocheux dégradés car les contraintes environnementales ou foncières amènent à conduire les projets dans des terrains géologiquement défavorables » alerte Angeline Defay. « D’où la nécessité d’optimiser les projets dès leur conception et de développer des méthodes de simulation spécifiques aux milieux rencontrés. C’est tout l’objet de ma thèse. »
Ce projet de thèse est en effet né de la volonté de faire progresser la modélisation des roches dégradées en utilisant des méthodes numériques pointues bénéficiant des avancées récentes en termes de puissance de calcul.
« Dans le domaine des tunnels, la méthode classique (convergence-confinement) donne des résultats incertains pour ce type de terrain et n'avait pas été actualisée depuis une quinzaine d'années. De manière générale, les massifs rocheux dégradés sont des matériaux qui présentent des comportements particuliers, non linéaires. Des éléments complexes entrent en jeu qui impactent les approches théoriques puis les modélisations qui en découlent.
La première partie de ma thèse a consisté à proposer et développer des approches théoriques de façon à bien représenter les particularités de ces comportements, et ne pas les négliger par rapport à d’autres. »
Dans un deuxième temps, Angeline Defay a utilisé ces développements théoriques pour les inclure dans des méthodes de modélisation numérique, avec une approche centrée sur la performance. Depuis que ces méthodes existent, il y a eu en effet d’importantes progressions dans le matériel qui permettent de prendre en compte ces éléments, ce qui n’était pas possible précédemment pour des raisons de coûts d’algorithme.
Afin de diriger et encadrer sa thèse, Angeline Defay a sollicité l’expertise d’Habibou Maitournam, directeur de l’Unité de mécanique d’ENSTA Paris, de Siegfried Maïolino, directeur de projets valorisation et partenariat industriels au CEREMA et de Didier Subrin, chef du pôle géologie, géotechnique et dimensionnement du Centre d’étude des tunnels (CETU).
Au final, les méthodes exposées dans cette thèse vont être utiles en prédimensionnement afin d’estimer l’intérêt, la pertinence et les coûts des travaux souterrains dans les situations concernées par le sujet.