II. m

La machine à laquelle on s'est arrêté, après de longues expériences comparatives préalables, et qui a fonctionné, tant du côté anglais que du côté français, n'est autre chose qu'une énorme tarière qui, s'enfonçant dans le banc de craie, y découpe une tranche circulaire, assez semblable à ces grosses formes de fromage de Gruyère que l'on voit chez les marchands de comestibles. C'est une sorte d'emporte-pièce qui, en un clin d'œil, taille et enlève un cylindre de craie, de 2 mètres de diamètre.

L'inventeur de cette machine est le directeur de l'usine de V Association anglaise pour les études du tunnel, le colonel Beaumont.

Les figures 150, 151 et 152 feront comprendre la manœuvre de cette grosse tarière mécanique.

L'outil principal consiste, comme le montrent la figure 150, qui représente en perspective la machine Beaumont en action, et surtout les figures 151 et 152, en une sorte de T, dont la croix porte une série de couteaux, F, F destinés à attaquer la roche. La longueur de la croix correspond, par conséquent, au diamètre de la galerie à creuser. La disposition et le mode d'attache de ces couteaux rappellent beaucoup ceux des crochets de tours ou des machines à raboter. Ces dispositions se reconnaissent sur la figure 151, qui représente le plan, ainsi que trois élévations latérales et par bouts, du mécanisme que nous décrivons.

Le long arbre en acier, A, reçoit son mouvement de rotation grâce à une série d'engrenages, B, très solidement construits, qui ralentissent successivement le mouvement qui a été pris, à l'origine, sur l'arbre-manivelle d'une machine à deux cylindres conjugués, actionnée elle-même par de l'air comprimé, ainsi qu'il a été fait dans le percement des tunnels du mont Cenis et du mont Sainl-Gothard. L'air comprimé, en sortant des cylindres où sa détente s'est effectuée, sert à l'aérage delà galerie.

En même temps que se produit le mouvement de rotation, un système hydraulique, G, G, analogue à celui des ascenseurs que l'usage dans quelques habitations de Paris et dans les hôtels garnis des grandes villes, a déjà rendus familiers, produit un mouvement de translation, qui peut avoir lieu en avant, en arrière, ou être suspendu, par un simple jeu de valve.

Pour permettre, grâce à cet appareil hydraulique, le mouvement de la machine, celle-ci se compose de deux parties, qui se déplacent, l'une par rapport à l'autre, par glissement. La partie inférieure consiste en un segment de chaudière en forte tôle, d'un rayon presque égal à celui de la galerie à creuser. Elle constitue une sorte de berceau portant des glissières, sur lesquelles se meut la partie supérieure, puissant bâti en fonte qui porte tout le mécanisme. ' .

Le berceau est relié au piston de l'ascenseur, et le bâti au corps cylindrique ; de sorte que, lorsque l'on introduit l'eau, par une petite pompe, dans le corps cylindrique C, D, le piston étant relié au berceau, qui lui-même repose sur le sol de la galerie, c'est le corps cylindrique, et le bâti de la machine faisant corps avec lui, qui, sous l'effort de la pression, s'avance sur les glissières, en appuyant contre le front de taille de la galerie les outils découpeurs. Ceux-ci, dans un mouvement lent de rotation de 1 tour et demi à 3 tours par minute , accomplissent leur œuvre.

Les débris de la roche tombent sur le sol de la galerie, d'où ils sont relevés par de vastes cuillers, formées par deux évidements réservés dans l'arbre A.

qui constitue le porte-outil. Ces cuillers, dans leur mouvement de rotation, se vident, comme on le voit sur les figures 150 et 151, dans une chaîne à godets , E, laquelle, en passant dans le corps cylindrique formant berceau et prenant son mouvement, par un engrenage conique, sur l'arbre de la manivelle, vient rejeter les déblais en arrière de la machine, à une hauteur qui permet leur chargement direct dans des wagonnets. H, disposés à cet effet (fig. 151).

Lorsque l'outil, sous l'action de la pression hydraulique, a parcouru une

LE TL'.NiNEL SOUS-MAKIN DL l'AS-DE-C A L AIS 4fl9^

longueur de l'^^ST, on arrête quelques instants le mouvement, pour soulever tout l'appareil de 0'°,02 ou 0°',03, avec une combinaison de crics appro-

t'iG. 153. — MACHI>E BRU?«TO.\, POUR LE CREUSEMENT DES TUNNELS DANS LES ROCHES TENDRES A, arbre moteur; B, C. roues d'engrenage; DD' disques excavateurs.

priés : le berceau cesse alors de reposer sur le sol de la galerie, et en faisant agir la pression de l'eau sur l'autre face du piston, le berceau, relié à la lige du piston, est entraîné à son tour, par rapport au bâti, immobilisé sur les-

crics; el il vient reprendre, sous l'action de la pompe hydraulique, sa place originaire. Les crics sont alors soulagés, et l'appareil est prêt pour un nouvel avancement.

Toute cette manœuvre est fort simple, et n'exige que quelques instants.

La machine Beaumont était alimentée, au chantier deSangatte, avec de l'air comprimé, à une pression de 2 atmosphères, ou plus, par les appareils du professeur CoUadon.

La distribution d'air est agencée pour donner à l'arbre-manivelle une vitesse normale de 100 tours par minute ; mais les engrenages changent cette vitesse, et ne laissent à l'outil raboteur qu'une vitesse de i tour et demi par minute.

Le mouvement hydraulique est calculé pour produire un avancement de 0°',012 par tour, soit 0°, 018 par minute, en rapport avec la dureté de la craie grise où les galeries doivent être percées.

Dans ces conditions de marche, l'avancement de la galerie serait d'un mètre par heure.

Telle est la machine Beaumonl, qui a l'unclionné dans la section française des travaux. La machine qui travaillait du côté anglais, quoique d'un type moins puissant, atteignait des avancements dont le maximum a été de 15 mètres en vingt-quatre heures, soit environ 0'",60, à l'heure.

La forme parfaitement circulaire des galeries et la netteté de leurs parois, frappaient vivement les personnes qui les visitaient. La machine Beaumont a évidemment réalisé un progrès considérable dans l'art du mineur, lorsqu'il s'agit d'exécuter des travaux souterrains dans des roches de dureté moyenne et de composition assez régulière, comme la craie grise. La suppression de l'emploi de la poudre ou d'autres agents explosifs, et la sécurité plus grande qui en résulte pour les ouvriers mineurs, tant par un meilleur aérage, que par l'absence d'ébranlements, lesquels, en se propageantà travers les bancs dérocher, créent toujours le danger de communication avec les couches aquifères voisines, jointes à la rapidité de l'avancement, sont des traits caractéristiques d'une grande importance, au point de vue de l'exécution d'un travail aussi spécial et aussi nouveau que celui de la construction d'un tunnel sous-marin.

La machine perforatrice du colonel Beaumont n'est pas la seule que l'on ait expérimentée, et dont on ait fait usage dans les travaux préliminaires de VAssociatiofi française. Un autre appareil, dû également à un constructeur anglais, M. Brunton,a servi, du côté français, à effectuer le percement d'une galerie d'essai.

La machine établie à Sangatte, par M. Brunton, au commencement de l'été

de 1882, était destinée à percer, sous la mer, une galerie cylindriciue, de 2°, 15 de diamètre, à peu près dans la direction du tunnel projeté.

Cet appareil d'excavation, que l'on avait essayé, depuis quelques années, dans des travaux de carrières, a subi de nombreux clianc;ements, mais son principe essentiel se retrouve dans ses diverses transformations.

D'après ce principe, au lieu d'attaquer tout le front de taille avec un seul découpoir de grand diamètre, comme le fait le colonel Beaumont, on creuse sa surface par trois ou plusieurs disques, de diamètres restreints, placés excentriquement et armés, chacun, de burins.

Nous représentons dans la figure 153 la machine perforatrice Briniton. On reconnaît que cette machine diffère de celle du colonel Beaumont par la substitution de disques multiples au rabot unique, F, F (fig. 152), qui opère dans la première de ces machines.

Ces disques sont animés d'un double mouvement, en quelque sorte, planétaire, c'est-à-dire un mouvement rapide de rotation autour d'un axe individuel, et un mouvement lent de transport circulaire autour de l'axe du tunnel.

La machine Brunton qui a été employée à Sangatte, se compose d'un chariot massif roulant sur deux rails et portant l'appareil excavateur.

Celui-ci est formé de deux pièces concentriques distinctes, ayant des vitesses angulaires différentes autour d'un nxe horizontal commun, qui est aussi l'axe du souterrain.

La pièce centrale est un arbre en acier, A ( fig. \ 53), de gros diamètre, long de 4 mètres environ, portant, cà l'une de ses extrémités, une forte roue dentée, B. Une autre roue dentée, C, placée à l'arrière de celle-ci, reçoit et transmet à son arbre un mouvement de rotation rapide produit i)ar le moteur à air. La roue dentée B, fixée près du front de taille, doit servir à faire tourner, autour de leur axe spécial, les disques planétaires excavateurs, D, D'.

L'arbre central horizontal. A, est logé à l'intérieur d'un gros cylindre, un peu plus court (qui n'a pu être représenté sur la figure 153), qui l'entoure, le soutient et le fait avancer lentement vers le front de taille. Cette enveloppe cylindrique porte, à son extrémité voisine du front de taille, trois ou plusieurs appendices, se relevant à angle droit, comme autant de rayons divergents et massifs, équidistants entre eux. Chacun de ces appendices est muni d'un arbre court spécial, dont l'axe est parallèle à celui du grand arbre central.

A l'extrémité antérieure de ces arbres courts spéciaux, est un fort pignon, qui doit s'engrener avec la roue dentée fixée en A, à l'avant du long arbre central, .et ce pignon est lié, du côté du front de taille, à des disques découpeurs, D et D', centrés avec lui.

472 LES NOUVELLES CONaUÊTES DE LA sniENCE

Quand la machine travaille, le cylindre en fer fondu, à l intérieur duquel peut tourner librement l'arbre central, reçoit aussi un mouvement individuel lent de rotation, auquel participent ses appendices, leurs pignons et leurs disques excavateurs.

Ces disques D, D' et leurs burins, par leur mouvement de rotation rapide autour de leur axe individuel, découpent le front de taille, en se promenant circulairement et lentement autour de son centre de figure et de l'axe du tunnel ; tandis que le chariot sur lequel l'appareil est solidement attaché, avance d'une quantité convenablement réglée, selon la résistance de la roche à excaver.

La machine Brunton est ingénieuse dans son principe, mais elle est compliquée dans ses détails d'exécution, et plus exposée aux accidents que celle du colonel Beaumont. Celle qui fut installée à Sangatte, dans la section française, éprouva de graves avaries, et on dut renoncer à son usage. La machine Beaumont a pu, par contre, continuer sans accident à creuser la galerie inférieure, et son chemin progressif quotidien assurait une vitesse moyenne d'avancement de 15 à 20 mètres par vingtquatre heures. Un des jours de février 1883 on atteignit 24°', 80. en 24 heures.

La force qui mettait en action, du côté français, les machines du percement, commencé à titre d'essai, c'était, nous l'avons dit, l'air comprimé. Lesavantages reconnus à cet agent mécanique, dans les travaux du mont Cenis et du Saint- Gothard, ne permettaient pas d'hésiter pour son adoption. L'air comprimé, qui développe une importante énergie, sert, en même temps, à l'aération; il assure la salubrité de l'air aux ouvriers employés à la perforation et au transport des déblais. C'est donc un agent providentiel, pour ainsi dire, dans le cas particulier du percement des longs tunnels.

Aussi, dès la constitution de V Association française du chemin de fer sous-matin, le président de celle Associatiofi, M, Léon Say, ayant demandé à M. Colladon un travail sur les meilleurs moyens d'utiliser l'air comprimé, pour transporter la force motrice de l'extérieur des puits jusqu'aux travaux intérieurs du tunnel sous-marin, M. Colladon proposa-t-il d'adopter les appareils compresseurs qui venaient de fonctionner avec tant de succès dans le souterrain du mont Saint-Gothard, en se bornant à remplacer par une machine à vapeur les chutes d'eau dont on avait fait usage à Gœschenen et à Airolo,

Le comité directeur du tunnel, ayant approuvé cette proposition, décida l'adoption d'une machine à vapeur et d'appareils h comprimer l'air, d'une

LE TUNNEL SOUS-MAP.IN l)V PAS-DE-CALAIS 47*

grande puissance, afin d'assurer la sécurité des travailleurs pendant le

ensuite, sans perte de temps, des mêmes machines, pour poursuivre l'entreprise, si Texécution définitive était décidée.

MM. Sautter et Lemonnier, de Paris, reçurent, quelque temps après, la commande de monter, à Sangatte, un atelier d'air comprimé, basé sur l'établissement d'une machine à vapeur de 150 chevaux de force et de quatre compresseurs d'air, analogues à ceux adoptés à l'extrémité nord du grand tunnel du Saint-Gothard. Les essais de ces machines faits à Sangatte, devant des experts, le 4 mai 1882, démontrèrent que le rendement promis était dépassé.

Les quatre compresseurs d'air, du système CoUadon, construits dans les ateliers de MM. Sautter et Lemonnier, à Paris, peuvent agir ensemble ou séparément. La tension de l'air peut être portée, au besoin, à 8 atmosphères; mais pour les premiers kilomètres et l'excavation d'une galerie d'essai, on se contenta de la pression de 2 atmosphères.

L'exécution de la machine à vapeur avait été confiée, par MM. Sautter et Lemonnier, à M. Farcot.

Les nombreuses délégations d'ingénieurs français et étrangers qui ont visité les appareils établis à Sangatte, ont admiré ces belles installations.

Nous allons donner une description de Vatelier des appareils compresseurs d'air de l'usme française de Sangatte, près de Calais, qui comprenaient la machine à vapeur produisant la force motrice, et les cylindres compresseurs, qui préparaient les provisions d'air comprimé.

L'air doit être comprimé à des pressions variant de 2 à 8 atmosphères, afin de pouvoir desservir utilement des machines perforatrices de différents systèmes, notamment la machine perforatrice du colonel Beaumont, et la machine Brunton, qui peut exiger des pressions plus élevées.

Aidés des conseils judicieux de M. Colladon, les constructeurs adoptèrent la disposition de deux groupes de deux cylindres conjugués chacun, soit, en tout, quatre cylindres compresseurs, actionnés directement par une machine à vapeur ; ce qui permet de faire une compression d'air variable selon le nombre des cylindres que l'on emploie.

Les dispositions adoptées pour le chantier de Sangatte présentent, du reste, beaucoup de ressemblances avec celles qui furent imaginées et que nous avons décrites, pour le tunnel du mont Saint-Gothard. Elles sont le résultat d'examens faits tant à Airolo qu'à Goschenen, et d'expériences acquises par une marche continue durant huit années.

Les compresseurs d' air (fig. 154), au nombre de quatre, forment deux groupes de deux cylindres. A, A. Ceux-ci sont, conformément aux procédés Colladon, à double enveloppe, avec circulation d'eau et injection d'eau pul-

vérisée, pour un rapide refroidissement. Ils sont assujettis, à la hauteur de l'axe, par de larges nervures, sur un bâti commun.

Le piston de chaque compresseur a 0'",41 de diamètre et 0",7o de course ; il est muni de deux garnitures, système Giffard, formées d'un anneau en caoutchouc durci sur la face extérieure, et élastique dans l'autre partie. Cette dernière s'appuie sur le fond d'une rainure pratiquée dans le piston, et se trouve en communication, par de petits orifices, avec l'air comprimé, dont l'action s'ajoute à l'élasticité de la bague, pour former une garniture étanche.

La tête du [tiston se meut sur deux glissières plates. Les arbres moteurs sont coudés deux fois, à angle droit. Ils sont reliés ensemble et avec l'arbre de couche de la machine à vapeur, par des plateaux en fonte.

Les soupapes d'aspiration et de compression se composent d'un disque mince d'acier, appliqué sur un siège en bronze par un ressort à boudin.

Le refroidissement de l'air, pendant sa compression, est obtenu, comme il vient d'être dit, d'après le procédé Colladon, par une circulation d'eau entre les deux enveloppes, et, en second lieu, par une injection d'eau pulvérisée sous pression.

L'eau de circulation débouche par un robinet dans une cuvette, fixée à la partie arrière et au-dessous de chaque cylindre. Le réglage du courant s'obtient ainsi facilement, et sa vérification nécessite un simple coup d'œil.

L'introduction de l'eau dans l'intérieur du cylindre peut s'effectuer de deux manièi'es, soit par la soupape d'aspiration, soit par une injection d'eau pulvérisée. La première a l'avantage de la simplicité ; son emploi n'exige pas une eau aussi pure ; mais un plus grand volume d'eau est nécessaire pour obtenir le même degré de refroidissement.

Pendant les travaux du mont Saint-Gothard, les deux moyens furent successivement employés. On constata alors que le refroidissement par injection nécessite, pour une compression de l'air variant entre 6 et 7 atmosphères, une quantité d'eau égale au aijsD du volume d'air aspiré; tandis que la consommation était quatre fois plus grande en utilisant les soupapes.

L'inconvénient d'introduire un excès d'eau, qu'il faut expulser ensuite, conduit à dire que, dans les cas où l'injection est possible, elle doit être préférée. Néanmoins, les constructeurs ont disposé les soupapes pour servir, au besoin, au refroidissement de l'air.

Au-dessous et en avant de chaque fond de cylindre, se trouve un tuyau en cuivre rousfe, branché avec trois conduites verticales. Ces dernières sont munies de joints articulés, pour faciliter l'enlèvement des fonds; en se rabattant, elles aboutissent à des busettes disposées en triangle.

L'eau de refroidissement vient d'un réservoir, soumis à la même pression T|ue l'air comprimé. Son arrivée dans le cylindre s'effectue par deux orifices convergents, de un demi-millimètre de diamètre, sous la forme de jets très minces qui, en se rencontrant, se pulvérisent réciproquement.

Après une fdtration préalable, l'eau d'injection est introduite dans le réservoir, par l'action d'une pompe, mue par un excentrique calé sur l'arbre moteur.

Les deux soupapes de refoulement d'un compresseur sont mises en communication, à l'aide d'une tubulure en fonte, avec le tuyau collecteur, et des robinets servant à isoler chaque cylindre. Grâce à la disposition des soupapes de refoulement placées à la partie supérieure des fonds, sans gêner pour cela l'évacuation de l'eau, tous les joints d'un cylindre sont bien accessibles.

L'alimentation des appareils perforateurs doit se faire avec de l'air sec, pour éviter les dépôts de glace aux orifices. Dans ce but, MM. Sautter et Lemonnier ont adjoint à leur appareil, un sécheui\ formé de deux cylindres concentriques en tôle, contenant une série de surfaces coniques, dont la concavité est dirigée alternativement vers le haut et vers le bas. L'air, en traversant ces espaces successifs, y laisse son humidité. Il s'échappe par le tube C (fig. 154), pour se distribuer dans les galeries.

La machine à vapeur, B,D (fig. 154) est du système Farcot. Elle est à un seul cylindre, avec distribution par soupapes et condensation. Le piston a 0",57 de diamètre et 1°',20 de course.

Le cylindre est entouré d'une enveloppe de vapeur ; son eau de condensation est évacuée au générateur par une pompe, qui maintient l'intérieur de cette enveloppe dans un parfait état de siccité. La consommation de vapeur par cheval et par heure, est de 8 kilogrammes, pour un travail de 100 à 150 chevaux.

Avec une marche normale de 45 tours par minute, la production par cylindre est de 830 litres d'air comprimé à une pression de 8 kilogrammes. Trois cylindres compresseurs absorbent ainsi le travail de la machine à vapeur. Dans ce cas, la production totale d'air comprimé est de 2,490 litres à la minute, avec une vitesse des pistons compresseurs égale à 1°',25.

Pour obtenir une pression de 2 kilogrammes seulement, les quatre cylindres fonctionnent ensemble, et le volume d'air comprimé est porté à 10,000 litres.

Travaux commencés sur la côte anglaise, en vue de l'exécution du tunnel. — Puits. — Percement d'une galerie d'essai. — Une visite au chantier du Rocher de Shakespeare.

Après avoir fait connaître les beaux travaux exécutés par VA ssociation française., sur la côte de Calais, en vue de rexécution du tunnel sous-marin, nous avons à décrire ceux que les ingénieurs anglais ont entrepris, de leur côté, et qui sont beaucoup moins importants.

En 1880, une Association, rivale de celle que dirigeait sir .John Hawkshaw, se constituait, sous le patronage de la Compagnie du chemin de fer de South-Eastern. C'était la Submarine continental railway company. Présidée par sir Edward Watkin, elle avait pour ingénieur M. F. Brady, et le colonel Beaumont était l'entrepreneur de cette nouvelle perforation.

Cette Compagnie fit creuser deux puits sur la côte de Douvres, et elle commença, dans l'assise de la craie grise., une galerie sous-marine, inclinée à 12,5 millimètres.

La Compagnie du South-Eastern railivay., entretenait des rapports suivis avec V Association française. Se basant sur les indications géologiques que celle-ci s'était empressée de lui fournir, elle fit achever à 8chakespeare-cliff (rocher de Shakespeare), entre Folkestone et Douvres, un puits de 49 mètres de profondeur, entièrement creusé dans la craie de Rouen [craie grise), et dont le fond se trouve à la cote de 29 mètres audessous des plus basses mers.

Rassurée par l'étanchéité des parois de ce puits, on entreprit de percer, depuis sa base inférieure, une galerie, qui s'avance sous la mer, avec une pente descendante de 12 millièmes et demi. Cette galerie, entièrement percée avec la machine Beaumont , a avancé régulièrement , en se maintenant dans la craie grise. Au printemps de 1882, elle avait dépassé une longueur de 1,800 mètres, dont 1,400 sous la haute mer; son

niveau le plus bas se trouvait à 51 mètres au-dessous du niveau de la mer.

Les rares venues d'eau rencontrées pendant le percement de ces

1,800 mètres de galerie, furent arrêtées facilement par des espèces de ceintures intérieures en fer fondu, formées de cinq segments réunis et consolidés par des boulons. Ces ceintures, ou anneaux intérieurs, pressent fortement contre les parois du tunnel, et refoulent des couches de mastic préalablement

interposées, contre les fissures qui laissent suinter des filets d'eau. Celte galerie avait déjà atteint une longueur de 2,000 mètres, lorsque les

FiG. 156. — COUPE DU ruiTS uu Hocher de Shakespeare

travaux furent suspendus, par ordre du gouvernement anglais, avec défense de les continuer avant la solution d'une enquête, essentiellement militaire, et la décision à prendre par le Parlement au sujet de l'achèvement du tunnel.

Pendant ce long trajet de deux kilomètres, et quoique cette galerie aille en descendant à mesure qu'elle avance sous la mer, les infiltrations furent si rares et si peu abondantes qu'elles n'occasionnèrent aucun obstacle sérieux à la rapidité des travaux.

On se proposait, lorsque la galerie sous-marine aurait atteint son niveau le plus bas, de drainer toute la partie descendante par un souterrain percé du fond d'un puits creusé sur le rivage anglais entre Douvres et Sainte-

FlG. 1S7. — BENNE POUR LA DESCENTE DANS LE PUITS

Marguerite, jusqu'au point le plus bas de la ligne du tunnel sous les eaux anglaises.

Tel est l'ensemble des travaux qui ont été exécutés par les deux Associaiio?îs anglaises. Ils ont beaucoup moins d'étendue et d'importance' que ceux accomplis par X Association française sur notre territoire.

Quoiqu'il en soit, au mois de mai 1882, la Company submarine continental railway, invita ses principaux administrateurs et une cinquantaine de représentants de la presse britannique, à visiter le tunnel, donnant ainsi,

pour la première fois, l'occasion de faire connaître au public l'étal de ses travaux.

Les voyageurs du chemin de fer qui vont de Folkestone à Douvres, traversent la région dans laquelle se trouve le. puits de descente. Près de

Douvres, et à quelques mètres ouest de l'entrée du tunnel qui s'engage sous le Rocher de Shakespeare, on peut apercevoir, de l'intérieur du train, entre la voie ferrée et le rivage, les constructions légères qui abritent les machines et appareils de V Association anglaise 135).