PREMIERS BOUCLIERS AMÉRICAINS

Premiers brevets. — Pendant la longue interruption de sept ans des travaux du tunnel sous la Tamise, un brevet n^ 6018 fut pris en 1830 par l'amiral Lord Goehrane, depuis comte de Dundonald. A en croire les termes du brevet, qui dit « qu'il s'agit d*une (( entreprise semblable à celle en cours d'exécution sous la Tamise a à Rotherhithe », on est en droit de penser que Lord Cochrane avait en vue le travail même de Brunel '. Le brevet est conçu dans

les termes suivants: un appareil pour comprimer « Tair et

« maintenir la pression dans les fouilles souterraines afin que

« le supplément d'élasticité obtenu par Tair et maintenu par lui à

« l'aide de Tappareil pût compenser la tendance de Teau, qui

« se trouve au-dessus de la fouille, à y couler sous l'action de la « gravité... ; cet appareil est en même temps disposé de manière « à permettre aux ouvriers d'exécuter leur travail comme d'habi- « tude, pour foncer un puits, exécuter une fouille ou une galerie

« dans l'espace rempli d'air comprimé et aussi de passer faci-

« lement de l'air comprimé à l'air libre et réciproquement. »

Le texte et le dessin (fig. 46) annexé au brevet montrent d'abord un puits foncé à l'air comprimé avec un sas à air au sommet, une chaîne à godets pour l'extraction des déblais et une écluse à air en

* On a dit également que Tingcnieur français CoUadon avait propose, dès 1828, à Brunel de combattre Teau par Tair comprimé.

bas. Ils indiquent également une galerie ou un souterrain horizontal, avec un sas à l'entrée, prolongé jusque sous la rivière. Lord Cochrane pensait qu'il sérail possible ainsi, sans autre précaution, de construire un tunnel sous une rivière, quelle que soit la nature du terrain traversé ; il disait a que dans certains cas la pression de » l'air devrait être suFOsante pour équilibrer une colonne d'eau de « même hauteur que celle de la surface de l'eau dans la rivière

t< au-dessus du souterrain mais qu'il ne serait pas nécessaire

« de maintenir toujours une pression aussi forte dans la fouille, •• mais seulement quand le terrain rencontré serait assez meuble <c pour faire craindre une irruption de la rivière dans le souterrain.

Fi),'. 46. — Brevet Coobrane.

'< Quand le sol est ferme et sûr, on peut considérablement réduire tt la pression de l'air. »

Le problème n'était pas si simple que le pensait Lord Cochrane et les accidents du souterrain de l'Hudson montreront que l'air comprimé sans le bouclier n'est qu'un palliatif insuffisant qui n'assure que bien rarement le succès et que, même avec le bouclier, il y a bien des accidents à redouter et des précautions à prendre. Il était toutefois intéressant de rappeler ce brevet antérieur de quelques années au premier emploi de l'air comprimé à Chalonnes-sur-Loire en France en 1839 et d'environ quarante ans au premier emploi de l'air comprimé dans une galerie horizontale , qui fut fait en 1879 au port d'Anvers par l'entrepreneur français bien connu, M. Hersent.

Avant de commencer l'exameo du second travail exécuté par

la méthoite du bouclier, il est indispensable de rappeler deux brevets pris par Peter William Barlow. qui ont élé les premières esquisses de la méthode employée dans la construction du souterrain de la tour de Londres [Tower Siibtvay). En 1863, cet ingénieur était occupé à diriger le fonçage des cylindres de fondation du pont de Lambeth. Il pensa qu'il serait tout aussi facile de faire progresser un cylindre horizontal pour la construction d'un souterrain. En conséquence, il prit en 1863 un brevet pour la construction des souterrains sous les rivières, dans les villes et en général dans tous les endroits où l'on ne peut sans graves dommages attaquer ni occuper la surface. li prévoyait l'emploi d'un cylindre en fer ou en acier, d'un diamètre un peu plus grand que le souterrain à construire. L'arête d'avant du cylindre était amincie et les ouvriers déblayaient à l'intérieur ce qu'elle découpait. Le cylindre était avancé, dès que le déblai était terminé sur une longueur suffisante pour permettre la pose dans la partie arrière d'un anneau métallique ; cet anneau devait être assez fort pour constituer le revêtement permanent du souterrain. Il fallait avoir soin de ne donner à l'enveloppe métallique du

cylindre mobile qu'une épaisseur aussi faible que possible, afin que le vide laissé entre l'extérieur des anneaux et le sol ne put amener un tassement ultérieur qui se flt sentir & la pj j,

surface. Coupe en long. — Premier breTet Barlo».

La figure 47 est une coupe longitudinale, dans laquelle sont représentés une série d'anneaux du revêtement du souterrain, assemblés avec des boulons, ainsi que le cylindre à l'intérieur et à l'abri duquel devait se foire le déblai.

Dans ce projet se retrouvaieat les mêmes éléments de protection contre la poussée des terres tout autour de la fouille du souterrain, que dans le bouclier de Brunel. Il avait la grande supé-

riorilé apparente d^ètre d'une seule pièce et par suite beaucoup plus simple ; mais rien ne prouve que ce cylindre, aux parois minces, sans aucun entreloisement, ne se fût pas écrasé et que les vis eussent suffi à le mouvoir. Pour qui connaît les difficultés contre lesquelles avait eu à lutter Brunel et les efforts auxquels avait été soumis son bouclier, il ne saurait y avoir de doute que celui de Barlow était trop faible. Le progrès n'est donc qu'apparent et tout au plus peut-on y voir Tindication de la voie dans laquelle il convenait de s'engager pour éviter les difficultés qu'avaient entraînées l'emploi d'un bouclier composé de pièces séparées. On ne saurait non plus considérer, comme une innovation, le recouvrement de la partie terminée du revêtement par l'extrémité arrière ou queue du bouclier ; Brunel avait déjà muni ses douves de plaques minces de recouvrement. Enfin Tenveloppe en fonte avait été imaginée par cet ingénieur dès 1818.

Si Barlow avait peu innové sur tous les points qui précèdent, il avait complètement négligé d'étudier le blindage du front d'attaque, objet de soins si méticuleux de la part de Brunel ; il se contentait en effet de dire, sans autre indication, que, si le terrain l'exigeait, on emploierait des planches de blindage. Il semble donc qu'on ne devrait voir dans le brevet dont il s'agit que l'expression d'un désir de simplification, sans étude bien sérieuse des moyens pratiques d'y arriver et que par suite on pourrait passer sans s'y arrêter sur un projet qui, heureusement pour son auteur, n'a pas été réalisé. Cependant on y trouve aussi une innovation importante, appelée plus tard à jouer un grand rôle ; Barlow émet en effet ridée, si brillamment mise en pratique par Greathead, de remplir le vide laissé par l'avancement du bouclier, entre le terrain et la paroi extérieure du tunnel, avec du ciment liquide.

Quoi qu'il en soit, Barlow avait confiance en son idée et il n'hésita pas en 1867 à proposer un système qu'il appela c souterrains pour omnibus » composé de souterrains avec revêtement métallique de 8 pieds (2,44 m.) de diamètre. Dans ces tubes devaient circuler des omnibus en acier, à 12 places, mus à bras d'hommes sur une pente. Les points d'arrêt ne pouvaient par suite être qu'à un niveau fixe ; aussi, pour arriver à desservir les quartiers élevés, était-il prévu trois séries de tubes à des niveaux

différentset des ascenseurs pour faire passer omnibus et voyageurs de l'un à fautre. On ne peut s'empêcher de faire un rapprochement entre ces tubes à omnibus et le réseau de tubes pour tramwaysélectriques actuellement en cours d'exécution ; il est bien évident que les chemins de fer électriques souterrains de faible diamètre dérivent directement du projet à peine esquissé par Barlow. Ce fut dans le but d'établir se service que cet ingénieur demanda la concession du tunnel de la Tour de Londres, qui lui fut accordée par acte du Parlement en 1868.

Entre temps, Barlow avait cherché à perfectionner son engin d'exécution et pris un second brevet en 1868. Dans ce brevet, il déclarait vouloir mettre dans le cylindre de son premier projet

une cloison transversale, avec une ouverture soit au milieu soit au-dessous de l'axe, qui pourrait être fermée en totalité ou en partie. De cette manière, en cas d'irruption d'eau, il serait encore possible de continuer à alimenter la partie supérieure du souterrain en air sous pression sans qu'il pût s'échapper, puisque la voûte formerait avec la partie haute de la cloison une véritable cloche à air. Aussitôt que le souterrain aurait été avancé suffisamment pour arrêter l'écoulement d'eau, rien n'empêcherait de laisser tomber la pression. L'idée était excellente et se retrouvera sous des formes diverses dans les plus heaux ouvrages modernes. Cependant, si la cloison renforçait un peu le cyUndre, rien n'était fait pour remédier aux défauts du premier projet. Ce n'est toujours qu'un engin théorique, dessiné avec une inconscience absolue des dan-

IHPLOI DU BOUCLIER. 4

gers auxquels un pareil travail est exposé et de la valeur des efforts contre lesquels il faut lutter. Ces réserves faites, et le côté pratique laissé de côté, voici en résumé les idées justes émises par Barlow : construire le bouclier tout d'une pièce, l'approprier à l'emploi de l'air comprimé déjà indiqué par Lord Cochrane en constituant un écran de sécurité de manière à maintenir toujours l'air dans la partie haute du souterrain ; enfin faire des injections de mortier dans les vides laissés par Tavancement du bouclier. L'usage et la lutte contre les difficultés se chargeront d^amener cette conception théorique à la forme pratique qu'elle gardera presque sans changement pendant plus de vingt ans.

Souterrain de la Tour de Londres. — Tout le monde ne partageait pas d'ailleurs la confiance de Barlow. Aussi, quand il eut obtenu l'autorisation du Parlement pour l'exécution du souterrain de Londres, aucun entrepreneur ne voulut se charger du travail. Un homme cependant comprit que l'idée était bonne, quoique la forme sous laquelle elle était présentée fût encore défectueuse ; ce fut un élève et aide de Barlow, un ingénieur, Greathead, qui entreprit le souterrain à ses risques et périls. C est le grand honneur de cet ingénieur de s'être mis en avant au moment critique, pour démontrer, malgré l'incrédulité générale, la possibilité du procédé de construction repris par Barlow. S'il n'a rien inventé, il a su trouver les modifications nécessaires pour rendre pratique ce qui n'était encore que vaguement indiqué sur le papier. C'est dans ces conditions que Barlow et Greathead commencèrent en 1867 le souterrain de la Tour de Londres avec 7 pieds (2,13 m. de diamètre.

Le bouclier, qui fut définitivement employé, est le prototype de tous ceux construits ultérieurement par Greathead et dont les dessins sont donnés plus loin. Il était fort léger puisqu'il ne pesait que 2 1/2 t. Il se composait d'un cylindre en fer d'une épaisseur de un demi-pouce (0,0127 m.), ou plus exactement d'un tronc de cône dont les génératrices étaient faiblement inclinées sur l'axe, et dont le diamètre le plus grand était à l'avant. Greathead espérait ainsi réduire le frottement contre le terrain, pendant l'avancement du bouclier ; malheureusement cette idée très séduisante avait le grand

défaut de faire ouvrir une fouille trop large que ne remplissait qu'incomplètement le bouclier et par suite de déterminer à Tarrière des tassements et des mouvements de terrain; aussi a-t-elle été abandonnée, quoique la trace s'en retrouve dans le couteau mobile du bouclier du City and Soutb London Railway.

A Tavant Tancienne partie amincie du cylindre formant couteau était remplacée par un solide anneau en fonte avec arête circulaire, sage retour vers le tranchant des douves de Brunel. Les nombreux accidents, qui ont entraîné des avaries aux couteaux de bien des boucliers, ont montré combien il eût été imprudent de se fler à Tarête mince de Barlow. Cet anneau avait d'ailleurs aussi pour but de s'opposer aux déformations du cylindre sous FelTet de la pression des terres; il était à cet égard complété par la cloison, ou diaphragme, transversale dont Greathead modiOa heureusement le tracé. Il la fit en tôle de fer et la boulonna à l'anneau de fonte ; il changea également la forme de Touverlure qui devint rectangulaire, ce qui permettcût de Tencadrer de fortes pièces d'entretoisement, bien supérieures aux pièces rayonnantes de la cloison indiquée par Barlow. Cette modification de l'ouverture fut cependant accompagnée d'un changement très regrettable; au lieu de conserver au-dessus une partie pleine, constituant, comme il a été dit, un écran de sécurité, l'ouverture fut prolongée jusqu'à quelques pouces du toit. Cela permettait peut-être un passage plus facile aux hommes et aux déblais, et il est assez naturel que sur un assez faible diamètre les néc.essités du service aient conduit à donner le plus de hauteur possible à l'ouverture; mais le précédent était dangereux et, appliqué un peu légèrement au souterrain sous la rivière Yarra, à Melbourne, il devait être en partie cause de la mort de plusieurs hommes.

En arrière il y avait six vérins à vis de 2 pouces et demi (0,064 m.) de diamètre, mus à bras d'hommes, qui prenaient leur point d'appui, pour faire avancer le bouclier, contre la partie déjà mise en place du revêtement du souterrain. Ces vérins pouvaient développer un effort total de 60 t. Le revêtement était en fonte et se composait d'anneaux de 18 pouces (0,467 m.) de largeur, formés de 3 segments et d'une clef. L'épaisseur du métal était de 7/8 de pouce (0,022 m.) et chaque segment était entouré

d'une nervure ou collet pour le boulonner avec les voisins. Ceà nervures faisaient une saillie de 2 pouces 1/8 (0,054 m.) sur la paroi intérieure et, par suite, de 3 pouces sur la paroi extérieure. Le diamètre intérieur libre n'était par suite plus que de 6 pieds 6 pouces (1,98 m.) au lieu de 7. Chacun des segments de cette enveloppe métallique pesait 4 cwt (203,208 kg.) et la clef 1 cwt (50,802 kg.), soit un poids total de 660,406 kg. par anneau et 1418 kg. par mètre courant. En comparaison des ouvrages construits plus tard, ce poids est bien au-dessous de la moyenne ; cela tient surtout au grand espacement et au peu de saillie des nervures. Les injections se faisaient avec une seringue à main et du mortier de chaux préparé dans un baquet.

Le souterrain de la tour a 1 350 pieds (411,47 m.) de longueur. En profil, il possède un point bas vers le milieu, relié par des rampes de 1/40 (0,025 m. par mètre) aux deux puits de rive, dont les profondeurs sont de 50 pieds (15,24 m.) et de 60 pieds (18,29 m.) avec un diamètre de 10 pieds (3,05 m.). Le puits de rive gauche, sur la place de Tower hill, put être commencé le 12 février 1869; le souterrain fut attaqué aussitôt après et arriva au point correspondant à la laisse des hautes eaux sur cette rive (Middlesex) le 26 mai. La traversée du lit de la rivière qui correspond à une longueur de 890 pieds (271,27 m.), fut achevée le 8 septembre. Il ne fallut donc que quinze semaines pour traverser la Tamise. La vitesse maxima fut de 9 pieds (2,74 m.) dans une journée de vingt-quatre heures, avec trois équipes d'ouvriers se relevant à huit heures d'intervalle. La vitesse moyenne ressort à 8 pieds 5 pouces 5/7 (2,58 m.). L'avancement a donc été très régulier. Le puits de rive droite (Surrey) put être attaqué le 15 octobre, en bordure de Tooley Street. A Noël 1869, moins de onze mois après le commencement des travaux, le gros œuvre était terminé. A ce moment les dépenses s'élevaient à 14 500 livres sterlings (362 500 fr.). Avec toutes les installations elles atteignirent 20 000 livres (500 000 fr.). Le fonçage des puits et l'exécution du tunnel proprement dit avaient été exécutés par Greathead, moyennant 10 000 livres, environ 150 000 fr., ce qui fait ressortir le prix du mètre courant à 607,60 fr. et celui du mètre cube à 170,07 fr., revêtement compris.

C'était un remarquable succès ; il est vrai que, par une heureuse

circonstance, le travail fut exceptionnellement facile. Le souterrain fut creusé dans l'argile compacte (London Clay) en pleine masse ; l'épaisseur entre le dessus de la fouille et le fond du lit de la rivière ne descendit pas au-dessous de 22 pieds (6,70 m.) et tout le travail put être exécuté sans employer l'air comprimé. Grâce à ce concours de circonstances, le bouclier, qui eût été certainement insuffisant pour un travail difficile, se trouva bien approprié au service assez aisé qu'il eut à faire ; il n'avait qu'à soutenir le poids

Fig. 50. — Coupe en long du souterrain de la. Tour do Londres.

de l'argile sèche. On ne saurait trop s'en féliciter, car un échec eût certainement retardé et peut-être enrayé pour toujours le développement d'une méthode, qui devait rendre d'immenses services et permettre l'exécution de travaux sans cela inabordables.

Encouragé par ce premier succès, Barlow demanda et obtint en 1870 un acte du Parlement pour percer un second souterrain entre Southwark et la Cité, sous la Tamise, suivant un tracé presque identique à celui que suit le City and South London Raiiway exécuté ultérieurement. Une compagnie fut formée en 1871 pour l'exécution de ce souterrain par les mêmes procédés qu'à la Tour

de Londres, ainsi qu*il résulte des prospectus qui furent lancés. Toutefois le diamètre était prévu un peu plus grand, de 8 pieds (2,44 m.) sur une longueur de 1 200 yards (1 097,26 m.). II devaity avoir des ascenseurs pour 20 voyageurs à chaque extrémité et des voitures remorquées par un câble au moyen de deux machines fixes. L'échec du projet d'omnibus souterrains pour lesquels le souterrain de la Tour avait été creusé fit, pour le moment du moins, renoncer à ce travail et en 1873 le Parlement adopta l'acte d'abandon de concession.

Projet Greathead. — A cette période se rattache immédiatement un projet de 1876 pour la construction d'un souterrain sous la Tamise, le Norlh and Soulh Woolwich Subway. Un bouclier et un grand nombre de segments en fonte furent construits sur les dessins de Greathead; mais les entrepreneurs durent, pour des motifs étrangers à ce travail, résilier leur contrat. Feu M. T. -A. Walker, qui ne croyait pas au bouclier, offrit d'exécuter le souterrain par les moyens ordinaires; mais, après avoir foncé un puits, il ne put arriver à construire le souterrain, même à l'air comprimé, et le travail fut abandonné. II aurait été très intéressant de retrouver les dessins de ce bouclier que Greathead avait conçu pour la traversée des sables et des graviers et qui était bien différent de ceux qui ont été employés sur ses conseils dans l'argile compacte de Londres; malheureusement ces dessins faisaient partie des papiers personnels de cet ingénieur et depuis sa mort il a été impossible d'en avoir communication. On ne possède qu'un croquis et quelques indications données par lui dans une communication à la Société des Ingénieurs civils de Londres.

Dans ce croquis (fig. 31) la cloison verticale était beaucoup plus éloignée de l'arête du couteau ; elle avait une forme courbe et ne possédait qu'une ouverture tout à fait en bas. En arrière, à la hauteur des presses hydrauliques destinées à l'avancement, il y avait deux autres cloisons destinées à servir de sas à air. Cette dernière disposition n'a été reproduite qu'au grand bouclier du souterrain de Blackwall. Celle de ces cloisons qui était le plus près du front d'attaque parlait du bas et montait plus haut que l'ouverture du diaphragme d'avant de manière à empêcher tout échappement d'air,

tant que sa pression ne dépassait pas celle de Teau ou toute rentrée d'eau tant que sa pression n'excédait pas celle de Tair sur la surface horizontale comprise entre la cloison et l'ouverture. Ce bouclier parait avoir la plus grande analogie avec celui qui a été employé au tunnel sous la Mersey, dont il sera parlé plus loin.