La grande fouille

Quand le président dwight d. Eisenhower a signé la législation du Federal Highway System en 1956, il n'aurait pas pu imaginer le projet de construction géant qui est actuellement entrepris à Boston pour achever le système. Les représentants du gouvernement l'appellent le projet Central Artery/Tunnel (CA/T) ; les habitants disent juste le Big Dig. Au moment où elle sera terminée en 2004, cette route comprendra un segment de huit voies de large, 3,5 miles de long, complètement enfoui sous le quartier financier animé de l'une des plus anciennes villes du pays. Le nouveau tunnel remplacera l'artère centrale tant décriée de Boston - un viaduc en acier délabré qui coupe les gratte-ciel du centre-ville - par un tronçon de la plus grande autoroute souterraine du monde. Un tunnel sous-marin (achevé en 1995) alimentera le trafic de l'aéroport vers l'artère, le tout pour un coût sans précédent de plus de 10 milliards de dollars.

Bien que l'enfouissement de l'autoroute promet de laisser un environnement amélioré pour les habitants de la surface de Boston - plus propre, plus silencieux, plus ouvert - cela augmente les enjeux pour les voyageurs souterrains. Les embouteillages et les crevaisons, simplement gênants au-dessus du sol, peuvent devenir mortels en dessous si les automobilistes sont piégés dans une brume de gaz d'échappement toxiques. Ajoutez à cela un incendie de voiture ou une explosion de pétrolier et la situation pourrait devenir dramatique. Les ingénieurs de Big Dig sont donc à l'avant-garde de nouvelles technologies dans la construction, la gestion du trafic et le contrôle des incendies, toutes conçues pour que la vie se déroule sans heurts et en toute sécurité dans l'artère.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mai 1998

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Les cerveaux derrière l'opération

au-delà de la pose d'acier et du coulage du béton, les équipes de Big Dig déploient des centaines de caméras de télévision en circuit fermé, des capteurs infrarouges et des panneaux à messages variables dans tout le système, le connectant à un système informatique capable de résister à une attaque terroriste et construisant un centre de commandement tellement rempli d'écrans, de claviers et d'appareils de projection qu'il ferait pâlir d'envie Dark Vador. Tout cela fait partie de la Central Artery/Tunnel Smart Highway, ou système de transport intelligent.

Travaillant dans le centre de contrôle de Star Wars, la demi-douzaine d'opérateurs humains du CA/T s'efforceront de maximiser la circulation et de minimiser l'exposition des automobilistes au monoxyde de carbone. Les outils à leur disposition comprendront des feux de circulation, des panneaux de limitation de vitesse, des signaux de fermeture de voie, des émetteurs radio AM et FM, des équipements de ventilation et même des pompes à eaux usées.

Les ordinateurs du CA/T surveilleront en permanence le flux de trafic à travers le système. S'il y a une interruption soudaine - disons que le trafic dans une voie passe de 60 à 5 mph - l'ordinateur balancera automatiquement une caméra pour pointer la zone en question. L'ordinateur peut calculer la gravité de l'incident, désigner un opérateur humain approprié pour le gérer (en fonction de sa formation et de ses missions actuelles) et faire apparaître l'image vidéo sur la console de l'opérateur. Ensuite, l'ordinateur recommandera une stratégie pour gérer la situation, mais laissera la décision finale à l'humain, qui peut changer les lumières, ajuster l'équipement de ventilation ou envoyer des messages aux conducteurs, le tout pour éviter qu'un petit pare-chocs ne devienne une catastrophe majeure.

Mais que doit réellement faire un opérateur en cas d'urgence ? Fermer les voies ? Trafic lent ? Détourner le trafic ? Et combien de temps les voies doivent-elles rester fermées ? Pour répondre à ces questions, le Massachusetts Highway Department a passé un contrat avec le groupe Intelligent Transportation Systems du MIT ( http://its.mit.edu/ ) pour créer une simulation informatique avancée qui modélise jusqu'à 10 000 véhicules se déplaçant dans des rampes et des tunnels.

Nous simulons les décisions des conducteurs telles que l'accélération, la décélération, le changement de voie, la fusion et la cession, explique le professeur Moshe Ben-Akiva, qui dirige le groupe MIT. On peut simuler des incidents en bloquant des voies pendant une certaine durée. Nous pouvons simuler des changements dans les conditions de visibilité. Le système peut même déterminer l'effet de la fermeture des sorties ou de l'ajout de nouvelles.

En plus du simulateur de trafic, le groupe MIT a construit un deuxième simulateur qui modélise les opérateurs humains et le système de gestion du trafic du CA/T. Cela permet aux chercheurs de voir l'effet que différentes stratégies de gestion du trafic auront sur le flux et le reflux du trafic à l'intérieur du tunnel. Lorsqu'il y a un accident à l'intérieur du tunnel, par exemple, les lumières du portail sur l'autoroute passent immédiatement du vert au rouge pour empêcher plus de voitures d'entrer. À l'aide du simulateur, les chercheurs ont calculé combien de temps les opérateurs doivent attendre une fois l'accident résolu avant que les feux du portail ne passent du rouge au vert. Les plans initiaux de changer immédiatement les lumières du portail en vert n'étaient pas une bonne idée, dit Ben-Akiva. Vous devez retarder le changement jusqu'à ce que vous ayez laissé le trafic à l'intérieur s'évacuer. Sinon, vous générez des ondes de choc de trafic à l'intérieur du tunnel.

Feu dans les montagnes

si les concepteurs et les opérateurs de ca/t ont eu des surprises lorsqu'ils ont commencé à simuler la circulation, ils ont été encore plus choqués lorsqu'ils se sont penchés sur un autre problème : comment protéger un tunnel et ses occupants des ravages de l'incendie. Ce n'était pas seulement la menace de brûlures directes qui les inquiétait. En fait, la fumée et la chaleur sont les véritables tueurs dans un incendie, déclare Richard W. Drake, directeur des opérations du Central Artery/Tunnel Project.

Pendant des années, explique Drake, les ingénieurs du monde entier ont construit des tunnels automobiles avec des équipements de ventilation suffisamment grands pour gérer la fumée du plus grand incendie imaginable. Mais ils n'avaient aucun moyen de savoir comment leurs conceptions du feu correspondraient à un véritable incendie. Bien que les incendies de tunnel - comme celui qui a éclaté en 1996 dans le tunnel sous la Manche qui relie le Royaume-Uni et la France - captent l'attention des médias internationaux, aucun n'a brûlé sous l'œil vigilant d'instruments scientifiques à grande vitesse. Ainsi, les ingénieurs ont toujours basé leurs conceptions d'ignifugation sur des modèles théoriques, et non sur des données concrètes.

Mal à l'aise avec cette incertitude, les ingénieurs ont pendant des décennies sur-construit leurs projets, ajoutant plus d'équipements de ventilation, d'isolation et de support structurel qu'ils ne le pensaient nécessaire, juste au cas où leurs modèles sous-estimeraient la chaleur et la fumée qu'un incendie de tunnel pourrait produire.

Ce dont les ingénieurs avaient besoin, c'était d'un banc d'essai, d'un système expérimental pour les incendies de tunnel. Et au début des années 1980, la Federal Highway Administration (FHA) en a proposé un, redirigeant une section de l'I74 d'une manière qui a laissé un tunnel vide de 1,1 mile dans les collines de Virginie-Occidentale. Là, la FHA s'est associée à Parsons Brinckerhoff, l'un des principaux sous-traitants de Big Dig, pour effectuer une série de brûlages à grande échelle qui mettraient enfin à l'épreuve les théories sur les incendies de tunnel.

L'équipe a dépensé 10 millions de dollars pour rénover le tunnel abandonné avec un système de ventilation de pointe et 10 millions de dollars supplémentaires pour installer des instruments de surveillance sophistiqués. Nous avons équipé le tunnel d'un système de grille afin que vous puissiez collecter des données sur la température, le débit d'air et le monoxyde de carbone dans tout le tunnel, explique Drake, qui a supervisé le projet.

Au milieu du tunnel abandonné, les ingénieurs ont construit de grands bacs en acier mesurant plus de 10 pieds de côté. Ils ont rempli les casseroles avec 6 pouces d'eau (pour protéger l'acier de la chaleur) puis un pouce de mazout. Un brûleur au propane télécommandé a enflammé le combustible.

En fin de compte, Drake a supervisé 101 brûlures. Le plus petit était de 10 mégawatts (MW), simulant une petite voiture s'enflammant. La plus grande était de 100 MW, soit environ la puissance libérée lorsqu'un petit pétrolier à essence a une collision frontale avec un camion.

Si vous voulez voir à quoi ressemble l'enfer, nous vous montrerons une photo d'un incendie de 100 mégawatts, dit Drake. C'est absolument stupéfiant de voir des carreaux s'envoler du mur. Les joints de dilatation d'asphalte et de goudron bouillonnent.

À la stupéfaction de l'équipe, le tunnel et l'équipement de ventilation ont bien mieux résisté à ces holocaustes que les modèles ne l'avaient prédit. Personne ne pensait que nous pourrions jamais éteindre ce nombre d'incendies. Ils pensaient que le tunnel s'effondrerait bien avant que nous n'en ayons fini, dit Drake.

La résilience du tunnel en Virginie-Occidentale indiquait une conclusion stupéfiante : dans le monde entier, des milliards de dollars avaient été gaspillés pour rendre les tunnels plus résistants au feu que jamais.

Bien que les résultats soient arrivés trop tard pour permettre une refonte complète de Big Dig, Drake a tout de même pu économiser des dizaines de millions de dollars en coûts de béton et d'excavation en réduisant certains puits de ventilation et en éliminant d'autres. Nous avons économisé environ 25 millions de dollars sur ce projet en coûts d'isolation seulement, dit Drake. Nous sommes convaincus que nous pouvons vous montrer 45 millions de dollars d'économies globales.

Plus important encore, les tests ont appris aux ingénieurs comment régler le système de ventilation du CA/T. En cas d'incendie, dit Drake, la sagesse conventionnelle a toujours soutenu que les ventilateurs fournissant de l'air frais aux régions du tunnel adjacentes aux flammes devaient être réglés à environ 50 pour cent de leur capacité. C'était une tentative pour trouver un équilibre délicat : vous ne voulez pas alimenter le feu en air frais, explique Drake, mais vous ne voulez pas non plus que les gens coincés dans leur voiture s'étouffent.

Encore une fois, la sagesse conventionnelle était fausse. Les expériences en Virginie-Occidentale ont montré qu'il est préférable de baisser les ventilateurs d'alimentation à proximité pendant un incendie à seulement 10 % ou 20 % de leur capacité. À ces réglages réduits, les tests prouvent que le système de ventilation fournira toujours suffisamment d'air frais pour les automobilistes pris au piège, et il n'attisera pas les flammes aussi haut. C'est un ajustement stratégique qui peut sembler mineur, mais avec un quart de million de véhicules attendus chaque jour pour franchir le tunnel d'ici 2010, son impact pourrait s'avérer énorme.

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