LE METRO DE LILLE A L'HEUREDES « GRANDS FRANCHISSEMENTS EUROPÉENS »

A. PRÉSENTATION GÉNÉRALEDU PROGRAMME

Lorsqu'un congrès comme celui del'A.F.T.E.S. se réunit quelque parten France, c'est en général unegrande fierté, pour les responsablesdes grands travaux de la métropoled'accueil, de faire visiter leur chan-tier à leurs collègues et invités. Cetexte a été préparé lors des Jour-nées de l'A.F.T.E.S. à Lille en octo-bre 1990. Il n'a pas pu être publiédans les documents de ces jour-nées.A l'occasion de la présente session,les responsables du Métro de laCommunauté Urbaine de Lille n'ontpas eu cette chance car, pour eux,1990 est une année creuse, la seuled'ailleurs qu'ils devraient connaîtresur une période de vingt ans d'in-tense activité.En effet si l'on examine, sur le plangénéral de l'agglomération, le plan-ning en haut à gauche, on constatequ'il n'y a qu'une petite bande deblanc : l'année 1990 (voir planchen° A.l)Pour le reste, on distingue sur le do-cument les deux premières lignesde métro respectivement mise enservice en 83/84 pour la ligne n° 1et en 89 pour la seconde ligne,

Michel VINCENT

Chef de mission S.O.F.R.E.T.U.

Fabien MAUROY

Mission S.O.F.R.E.T.U. à Lille

appelée ligne 1 bis ; l'ensemble re-présentant 25 km de réseau et 34stations dont 2 de correspondance.Quant aux futurs travaux, que laC.U.D.L. va engager, dans quel-ques semaines, avec ses partenai-res habituels (Matra, l'exploitantT.C.C. et S.O.F.R.E.T.U. ils compor-tent trois volets :• le prolongement de la ligne 1 bis ;• la rénovation complète du tram-way Mongy ;• la construction d'un premier tron-çon de la ligne n° 2 reliant Roubaixà Tourcoing.Il s'agit là d'un programme ambi-tieux de 6 milliards de francs, qui vase développer sur 7 ans. Quelquesdates clés vont jalonner cette réali-sation.En septembre 93, il est prévu de li-vrer au public le tramway rénové etl'amorce de la ligne n° 1 bis, de fa-

çon à relier le réseau de transporturbain à la gare du T.G.V. qui seraterminée à cette date.Un an plus tard le prolongement dela ligne 1 bis atteindra la ville deMons.Fin 96 enfin, l'ensemble du program-me présenté sera achevé ; il ne res-tera plus alors qu'à relier Roubaixà Mons à échéance de l'an 2000.Ce vaste plan de campagne étantainsi brossé, nous parlerons plus endétail de la ligne de Roubaix-Tour-coing qui présente les particularitéssuivantes (planche n° A. 2).Les caractéristiques principales decet ouvrage sont les suivantes :• longue de 10 km environ, la lignedessert quinze stations ;• elle relie les quartiers Sud de Rou-baix, à la hauteur du Parc Barbieux,à l'Hôpital Nord de Tourcoing.A ce propos on remarquera que leterminus du Métro n'est qu'à une en-cablure de la frontière Belge et,qu'à quelques mètres près, le Mé-tro de Lille respectait parfaitementle thème des journées « A.F.T.E.S. »,en devenant européen.

38 TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 103 - JANVIER-FÉVRIER 1991

Cette parenthèse étant faite, si onobserve ce tracé on constate deuxchoses :1. Pour répondre aux objectifs dedesserte de cette ligne de transportsouhaités par les municipalités con-cernées, la ligne est très sineuse etcomporte de nombreuses courbesde faible rayon,2. On note par ailleurs qu'une pro-portion non négligeable de la lignepasse en tréfonds d'immeubles, leszones considérées étant marquéesen noir sur le plan.Si l'on examine maintenant le profilen long de la ligne on remarqueque sur la quasi totalité du parcours,le métro est profond (8 m au mini-mum et 16 m au maximum) (figuren° B.7).Cette configuration à deux origines :• le passage en tréfonds d'immeu-bles, signalé précédemment ;• la nature géologique du terrain,caractérisée par l'existence d'unecouche d'argile de bonne épaisseur,calée entre des alluvions quaternai-res supérieurs et un substratum siltosableux.La description détaillée de ces di-vers horizons étant traitée dans lasuite de l'exposé, nous nous conten-terons pour l'instant d'indiquer dansquelle mesure la géologie rencon-trée à influencé le projet.Mais avant de parler du tunnel nousdirons quelques mots des stationsqui vont desservir la ligne de métro.Afin d'améliorer l'image de marquedes transports publics urbains, lesconcepteurs de nouveaux métro cher-chent à donner à leurs stations uncachet architectural en général ba-sé sur les deux concepts suivants :• abandonner le modèle « boîte àchaussure » et donner aux stationsdes formes originales ;• aérer au maximum les volumes in-térieurs en supprimant les zones deplancher, non indispensables à lacirculation des voyageurs.Sur la ligne précédente la Commu-nauté Urbaine de Lille avait déjà sui-vi cette ligne de conception ainsiqu'en témoigne la photo de la sta-tion Cormontaigne (planche n° A.3).Devant le succès remporté, elle asouhaité poursuivre dans ce sens et,pour répondre à cette demande, laS.O.F.R.E.T.U. a proposé ce type deprojet.

agréables dans lesquels se déve-loppent escaliers et mezzanines, né-cessaires aux circulations des voya-geurs.Il n'est pas question bien entendude traiter l'ensemble des stations defaçon aussi raffinée et pour le restenous en sommes restés à des con-ceptions plus simples, en essayanttoutefois de respecter le critère d'es-pace visuel intérieur a mentionné »plus haut, comme en témoigne laplanche n° A.5.

La station « Aima Gare », par exem-ple, a été conçue autour d'un puitscentral cylindrique de 26 m de dia-mètre, dégageant des volumes libres

Pour terminer cet exposé, nous abor-derons maintenant la question destunnels en rappelant les données debase du projet.L'objectif est de construire 10 kilo-mètres de tunnel de 6,80 m de dia-mètre intérieur, dans un sol argileuxbaigné par une nappe haute.Les travaux sont découpés en 2 lotsde longueurs sensiblement égales(5 200 m pour le 1er et 4 800 m pourle 2e), le tracé est très sineux et tour-menté et passe largement en tréfondsd'immeuble, comme je l'ai indiquétout à l'heure.Sur ces bases il est clair que latechnique des Boucliers à confine-ment est bien adaptée, le problèmemajeur étant le choix du principe deconfinement.Pour y voir clair, la S.O.F.R.E.T.U.a donc mené, dans le cadre des étu-des de définitions du projet, une ré-flexion d'ensemble consistant à met-tre en évidence les avantages et in-convénients des différentes filièresde bouclier existantes (boue, air com-primé, pression de terre) au regardd'une cinquantaine de critères clas-ses en 4 thèmes Ga sécurité, la pro-duction, la protection de l'environ-nement, la qualité des ouvrages fi-nis).Le tableau (planche A.6) résume laméthodologie de cette étude.On lit horizontalement les thèmes decritères et verticalement les famillesdes critères qui ont été testés.Dans la partie basse du document,nous ont été listés les 6 scénariosétudiés.A l'issue de cette démarche nousavons bien entendu établi notre pro-pre classement, en répertoriant lespoints forts et les points faibles desdiverses filières.Nous avons toutefois considéré, enaccord avec le Maître d'Ouvrage,qu'il serait illogique et anti-économi-que d'adopter une attitude trop di-

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LES sccxwis

rective, consistant à promouvoir, voi-re à imposer, telle ou telle solutionlors de la consultation des Entrepri-ses.Nous avons donc opté pour une atti-tude d'ouverture, laissant aux entre-preneurs et à leur constructeur lesoin de présenter, dans leur dossierd'offre, la technologie qui leur pa-raissait la meilleure, tous critèresconfondus.Cette liberté de choix s'accompa-gne toutefois de certaines garantiesdemandées par la C.U.D.L., dansson cahier des charges, garantiesque l'on peut classer en deux caté-gories :• des spécifications imposées pourcertaines composantes du projet ;• des justifications précises et argu-mentées, répondant à un question-naire technique établi à partir denotre matrice de critères.Les spécifications visées ci-dessusconcernent essentiellement les pointssuivants :• la progression normale du bou-clier se fera en mode fermé ;• le bouclier sera articulé ;• le revêtement sera constitué devoussoirs en béton armé constituantdes anneaux universels, sachant quepour faciliter l'inscription du revê-tement dans les courbes il est prévud'utiliser des anneaux courts (0,70 m)en panachage avec des anneauxnormaux (1,15 m).Quant au questionnaire techniqueson intérêt est double :• l'ensemble des problèmes, notam-ment ceux intéressant la sécurité etla protection de l'environnement, se-ront nécessairement traités par l'en-semble des concurrents ;• l'harmonisation des dossiers re-mis par les candidats facilitera lescomparaisons techniques et accélé-rera le jugement des offres.

B. ÉTUDES DES TUNNELSDE LA LIGNE 2

I. ContexteComme il a été indiqué dans la pre-mière partie de l'exposé, l'ensem-

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 103 - JANVIER-FÉVRIER 1991 39

blé du tronçon « Tourcoing-Roubaix »de la ligne 2 du Métro de Lille se dé-veloppe dans l'argile des Flandres.On sait que le mot argile couvre unegrande variété de terrains allant devase, à des argiles très raides.Lors de la réalisation de la ligne 1 bisde bonnes performances de creuse-ment au bouclier furent atteintes : parexemple 9 m par jour de progres-sion moyenne sur les 3 200 m du lot3. Toutefois sur ce même chantier,la rencontre locale d'Argile de Lou-vil provoquait des colmatages quiralentissaient considérablement lecreusement. Nous avons donc apprisà nous méfier du comportement desargiles.• La figure B.l montre le collage del'argile sur les outils et le collage del'argile en mottes dans la chambre.

Les outils de coupe colmatéspar le matériau excavé

Figure B 1Le front, une motte de déblais agglomérés

• La figure B.2 montre la comparai-son d'avancement du tunnelier dansune zone sans problème de colma-tage (interstation « Maison des En-fants — Fin de Lot ») et dans une zo-ne avec problème de colmatage (in-terstation « Canteleu — Lomme Lam-bersart »).

IL Orientationsde l'étude S.O.F.R.E.T.U.Du fait des questions spécifiques po-sées par l'argile nous avons menéles études d'avant projet avec deuxorientations distinctes.• une orientation géologique visantà identifier en place tel ou tel typed'argile ;• une orientation pragmatique visantà qualifier le comportement des ma-tériaux rencontrés dans des essaissimples, englobant différents phéno-mènes en particulier les phénomè-nes de collage.Les études pragmatiques ont con-sisté essentiellement en des essaisde malaxage (réalisés par Simecsol)et des essais de vis réalisés avec laSociété Moret à Saint-Quentin.Nous parlerons des études géologi-ques puis des essais de malaxage.Les essais de vis nécessitent pourleur part d'être visualisés sur film.

III. Etude géologiqueCette étude a été menée sous maî-trise d'oeuvre S.O.F.R.E.T.U. par leGroupement C.E.T.E. - B.R.G.M. -S.A.D.E.Si l'argile des Flandres est au nordde l'agglomération Lilloise un ensem-ble de 70 m d'épaisseur environ,d'apparence homogène, des diffé-rences de comportement sont appa-rues très vite, en sondage, mais sur-tout à l'exécution des deux premiè-res galeries de reconnaissance éta-blies l'une à Motte-Bossut (Commu-ne de Roubaix), l'autre à Sébastopol(Commune de Tourcoing).

InterstationMaison des enfants - Fin de lot

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InterstationCanteleu - Lomme JJambersart

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Figure B 2 — Avancement du tunnelierligne 1 bis dans 2 interstations

III. 1. Les puits de Motte-Bossutet SébastopolLes caractéristiques des argiles ren-contrées dans ces deux puits sontprésentées figure B.3.L'argile identifiée à Motte-Bossutprésentait un caractère homogène,elle était très cohérente, difficile àdétacher du front par abattage ma-nuel. Un enfoncement lent des piedsde cintres a été observé lors ducreusement d'une galerie.

40 TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 103 - JANVIER-FÉVRIER 1991

L'argile vue à Sébastopol était plusgrossière : plus silteuse et fracturéeen place. EUe se détachait par blocsprédécoupés. La mobilisation de larésistance du massif était quasi im-médiate, sans enfoncement des piedsde cintres.Les premières investigations géolo-giques ont donc visé à départagerces deux types d'argiles le long dutracé d'autant que ceux-ci corres-pondent effectivement aux deux fa-ciès habituellement décrits dans l'ar-gile des Flandres : faciès argiled'Orchies (au puits Motte-Bossut) etfaciès argile de Roubaix (au puits Sé-bastopol).111.2. Analyse statistiquedes sondagesLes résultats des sondages corrobo-raient ce qui fut constaté dans lesgaleries en ce sens que deux popu-lations furent également mises enévidence.La figure B.4 montre les répartitionsstatistiques des valeurs de l'indicede plasticité (Ip) et de la valeur derésistance à la pénétration dynami-que (valeur de N essai S.P.T.). Cha-cune de ces représentations montredeux populations distinctes :Plasticité :une population Ip moyen = 30une population Ip moyen = 45Consistance :une population S.P.T. moyen = 20une population S.P.T. moyen = 40La figure B.5 présente sur le profilen long des lignes caractérisantl'argile raide et plastique du puitsMotte-Bossut :— Ip > 40 (trait plein)- N > 22,5 (tireté)Cette analyse permet donc de pré-ciser que les argiles plastiques serencontrent essentiellement à la ba-se des sondages, sauf entre les sta-tions Aima Gare et Carlier, voire au-delà de Chanzy où ces argiles ap-paraissent à un niveau supérieur.Mais a-t-on à faire aux mêmes argi-les que celles reconnues dans lespuits ? Les questions suscitées parles discordances de niveaux et deconsistance d'argile ont amené àréaliser un sondage profond.111.3. Sondage profondLe sondage a été réalisé tout à faitau nord de la ligne de façon à tra-verser l'ensemble de la formationYprésienne. Il fait 72 m de profon-deur.Les résultats de ce sondage ont étédécisifs pour la compréhension dela géologie du site.En effet, si on retrouve bien lesdeux types d'argiles dites argilesd'Orchies et argile de Roubaix, avecune séparation à 29 m de profon-deur, le sondage profond montretrois ensembles géotechniques dis-tincts et non deux.On distingue (voir figure B.6) :• l'argile d'Orchies ensemble debase (les 11 à 12 m inférieur) où l'ar-

TravéeDescription - Nature géologique

Caractéristiques physiquesTeneur en eau naturelle W %

Poids spécifique apparent humide en T/m3 - YhPoids spéciferue apparent sec en T/m3 - YdPoids spécifique des grains es T/m3 - YsTeneur en eau de saturation Ws%Granulonîéîne (% < 0,G8mm)Caractéristiques mécaniques

Résistance au cisaillement Osais) CFrottement interne (degrés) 0Résistance à la corporation (bars) RcCompressibiliîé perméabilité

Indice des vides imSa! ea

Pression de consolidation (bars) 0Indice de compression CePerméabilité (m/s) KVitesse de consolidation (cmVs) Cv

Puits SébastopolXI haut XI milieu XII bas

Argue sûteuse cassantegris-vert bleutée

34.0

1.911,42

0.9

27.1

0.8S6

0.104

23.8

1,93

1.49

1.1

27.3

0.779

0.065

30.1

1.95

l.SO

1.2

26.6

0.767

0.083

Puits Moae-BossutX] haut XI milieu | xn bas

Argile plastique gris bleuà inclusions de mil stone

27.7

1.S9

l.SS

1,1

1.5

0.699

0197

27.9

1.33

1.58

1.5

NUL

0.699

0.176

29.3

1.97

1.83

0.9

5.4

0.733

0.195

(lî Caractéristiques à court terme Cuuyuu

(2) Caraetéretîïïues à long terms C"V'

Figure B 3 — Puits Sébastopol, puits Motte-Bossut. Résultats des essais en laboratoire

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Figure B4 — Consistance de-plasticité, diagrammes de fréquences

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 103 - JANVIER-FÉVRIER 1991 41

TOURCOING

Figure B 5 — Variation de la consistance et de la plasticité le long du tracé___ S.P.T.N. = 22,5

____ I.P. = 40

LIMITES DATTERBEBS _COMPOWTCN M

Figure B 6 — Sondage profond - Résultats

Figure B 7 — Répartition des différents ensembles de l'argile des Flandres le long du tracé

Eau _Bentonitê^Ajouts

30

Raies de.varnjbies bcdomws

/sur l'ossature

M.OTEUR

W

W Varrabie

Figure B 8 — Schéma de la machine de malaxage

•——— TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 103 - JANVIER-FÉVRIER 1991 43

gile est plastique, sans que l'indicede plasticité ne dépasse 50 ;• l'argile d'Orchies ensemble plas-tique médian, d'une trentaine de mè-tres d'épaisseur, où l'indice de plas-ticité varie de 60 à 90, caractérisantune argile très plastique ;• argile de Roubaix où le sédimentse charge en particules silteuses, lesommet étant même sablonneux.Les résultats des sondages répartisle long de la ligne, comparés à ceuxdu sondage profond, ont donc per-mis d'établir un profil clair et cohé-rent des différents types d'argilesur le site (figure B.7).

III.4. Caprices de la natureDes sondages ont été réalisés entreles stations Aima Gare et Carlierspour confirmer les déductions faitesdes résultats de sondage profond.Le creusement d'un puits à AimaGare, pour reconnaître cette en-semble plastique médian a été dé-cidé.Le terrain rencontré dans ce puitsest en fait une argile silteuse, se dé-bitant en blocs, présentant de gran-des similitudes avec l'argile du puitsSébastopol, et non l'argile très plas-tique attendue.Il apparaît donc que l'argile pré-sente des « variations latérales » de

faciès. Le tracé se trouve dans cettezone en bordure du bassin de sédi-mentation de l'argile Yprésienne, etles eaux ne furent pas suffisammentprofondes ou calmes pour être pro-pices au dépôt des particules trèsfines caractéristiques de l'ensembleplastique médian...L'ensemble plastique médian paraîtdonc présenter l'évolution généralesuivante : argiles silteuses près desrives puis plus fines en allant versle nord, c'est-à-dire vers le cœur dubassin Yprésien.

IV. Essais de malaxage

Pour préciser le comportement col-lant où non collant des argiles tra-versées, des essais de sondage ontété mis au point et réalisés avec Si-mecsol.Ces essais consistent à réaliser àpartir de l'argile des cubes repré-sentant des copeaux excavés.Ces copeaux, additionnés à unequantité variable d'eau sont mala-xés par les pales de la machine pré-sentées (figure B.8).Les résultats mettent en évidenceune différence de comportement im-portante entre l'argile de Roubaix(prélevée au puits Sébastopol) etl'argile d'Orchies (prélevée au puitsMotte-Bossut).

L'argile de Roubaix a rapidementtendance à se décomposer en agré-gats (baignant souvent dans uneboue épaisse) et à coller à l'outil.Néanmoins, les blocs collés entreeux se détachent très facilementquand on les prend dans la main et,au moment du rinçage de la cuve(la machine tourne à vide avec uni-quement de l'eau), la pellicule argi-leuse qui se trouve sur les parois senettoie très facilement.En revanche, pour l'argile d'Or-chies, les blocs adhèrent plus tardi-vement mais en général sont plusnombreux à coller sur le bout despales et en haut de la cuve.Entre eux, les blocs adhèrent bienet ont tendance à faire ventouse,mais sont toujours glissants au tou-cher (savonnette). Lors du nettoyagede la cuve, il est difficile d'ôter lapellicule argileuse qui reste fixéesur les parois du tambour. H faut en-viron 4 à 5 fois plus de temps pourle rinçage de la cuve.De ces observations, il sembleraitque l'argile d'Orchies soit celle quiadhère le plus à l'outil métallique,l'argile de Roubaix celle qui adhèrele moins.L'argile de Louvil, rencontrée lorsde la ligne 1 bis, présente un com-portement intermédiaire entre cesdeux argiles.

II

SOCIETE FRANÇAISE D'ETUDES ET DE REALISATIONS DE TRANSPORTS URBAINS38, BOULEVARD HENRI IV - 75004 PARIS - TEL : 42 71 22 62 - TELEX : 210120 F - FAX ; 42 71 06 62

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