La Chine creuse le tunnel ferroviaire sous-marin le plus profond du monde, à 113 mètres sous le fond marin

Un record sous la mer

En avril 2026, un gigantesque tunnelier chinois opérant sous l’une des voies navigables les plus fréquentées du sud de la Chine a franchi une étape inédite pour un projet de ce type. Le Shenjiang-1, une machine d’excavation conçue dans le pays, a creusé le tunnel de l’estuaire de la rivière des Perles jusqu’à 113 mètres sous le fond marin, établissant un nouveau record mondial pour le tunnel ferroviaire à grande vitesse sous-marin le plus profond jamais construit. Cette prouesse marque une avancée décisive pour la ligne ferroviaire à grande vitesse Shenzhen-Jiangmen, longue de 116 kilomètres, conçue pour relier les rives est et ouest de la zone de la Grande Baie Guangdong-Hong Kong-Macao, vitale pour l’économie. Une fois achevée, la ligne ramènera le temps de trajet entre Shenzhen et Jiangmen à moins d’une heure, et le parcours entre Qianhai, à Shenzhen, et Nansha, à Guangzhou, prendra environ 30 minutes.

Le tunnel s’étend sur 13,69 kilomètres sous l’estuaire, entre Dongguan et Guangzhou, dont environ 11,05 kilomètres directement sous l’eau. Les ingénieurs prévoient que l’excavation atteindra une profondeur maximale encore plus importante, de 116 mètres, avant que le tunnel ne remonte vers l’autre rive. À ces profondeurs, le projet doit faire face à des pressions hydrostatiques approchant les 11 bars, comparables aux forces d’écrasement subies par les plongeurs dans les grandes profondeurs océaniques. Dans ces conditions, les ouvriers ne peuvent accéder sans danger au front de taille : toute l’excavation doit donc être réalisée au moyen de commandes à distance et de systèmes automatisés. L’environnement ne laisse aucune place à l’erreur : toute défaillance de pression pourrait provoquer une arrivée d’eau soudaine, une instabilité du sol et des dommages structurels catastrophiques.

Le dragon d’acier à l’œuvre

Au cœur de cette prouesse d’ingénierie se trouve le Shenjiang-1, un tunnelier à bouclier à pression de boue fabriqué par la 14e division du groupe China Railway. La machine mesure environ 130 mètres de long, pèse 3 800 tonnes et est équipée d’une tête de coupe d’environ 13,42 mètres de diamètre, ce qui en fait l’un des tunneliers de plus grand diamètre actuellement utilisés dans un projet ferroviaire sous-marin dans le monde. Sa tête de coupe arbore un motif décoratif de lion dansant, reflet du patrimoine culturel de la province du Guangdong, bien que sa fonction soit purement industrielle. La machine a été entièrement conçue et fabriquée en Chine et bénéficie de droits de propriété intellectuelle entièrement nationaux. Sa pression nominale maximale de 12 bars lui permet de fonctionner face aux pressions hydrostatiques extrêmes, qui augmentent à chaque mètre de profondeur.

Depuis le début de son parcours, en décembre 2021, le Shenjiang-1 a travaillé sans interruption pendant plus de quatre ans, avançant sur plus de quatre kilomètres dans certaines des conditions géologiques les plus hostiles jamais rencontrées par un tunnelier. La cadence moyenne, de seulement deux mètres par jour, peut sembler lente aux observateurs extérieurs, mais elle reflète l’extrême difficulté du terrain plutôt qu’un manque de puissance mécanique. La machine doit constamment ajuster sa vitesse de rotation, la pression de la boue et son rythme d’avancement, au fil de sa progression dans des matériaux allant de l’argile marine meuble au granite intact, dont la résistance à la compression dépasse 124 mégapascals. Chaque mètre nécessite un réglage minutieux, car les couches géologiques passent sans prévenir des sédiments meubles à la roche cristalline dure.

Pourquoi la profondeur change tout

L’estuaire de la rivière des Perles présente l’un des profils géologiques les plus complexes du sud de la Chine. Le tracé du tunnel traverse 13 couches géologiques distinctes, cinq types de roches composites et six zones de faille accumulées au fil de millions d’années. Chaque couche réagit différemment au passage d’une machine de 3 800 tonnes. L’argile marine meuble peut s’écouler et se déplacer lorsque la tête de coupe la traverse, tandis que le sable fin risque de se liquéfier sous l’effet de vibrations prolongées. La roche fracturée peut s’effondrer soudainement en blocs, sans avertissement, et le granite dur use rapidement les outils de coupe, qui doivent entamer une pierre dont la résistance à la compression dépasse 124 mégapascals. Un tronçon de 490 mètres traversant des zones de faille, avec des couches rocheuses irrégulières et une pression d’eau particulièrement élevée, a présenté des risques majeurs lors des premières phases des travaux. Il a fallu procéder à des ajustements constants pour stabiliser le front d’excavation et éviter l’affaissement du terrain au-dessus du tracé du tunnel.

La pression hydrostatique augmente d’environ un bar tous les dix mètres de profondeur. À la profondeur record actuelle de 113 mètres, l’eau et le sol environnants exercent sur la structure du tunnel une pression proche de 11 bars. Lorsque le tunnel atteindra sa profondeur maximale de 116 mètres, la pression atteindra 1,06 mégapascal. À titre de comparaison, cette force concentre sur une surface de la taille d’un ongle l’équivalent de plus de 10 kilogrammes. Ces pressions imposent à chaque élément structurel de résister à des forces très supérieures à celles subies par les tunnels ferroviaires classiques. Avant le lancement du projet, il n’existait dans le pays ni expérience d’ingénierie comparable ni normes de conception adaptées : les équipes ont donc dû élaborer des protocoles au fur et à mesure de leur progression. La combinaison d’une pression élevée et d’une géologie imprévisible explique pourquoi le Shenjiang-1 n’avance parfois que de deux mètres en une journée entière de travail continu : les opérateurs vérifient la stabilité à chaque étape avant de poursuivre.

Boue, béton et précision millimétrique

Pour maintenir la stabilité dans ces conditions, les équipes de chantier recourent à la méthode d’excavation au bouclier à pression de boue, une technique indispensable pour creuser des tunnels sous-marins profonds dans des sols saturés. Le procédé utilise de la bentonite, une argile absorbante, mélangée en une pâte épaisse qui soutient le front d’excavation et empêche l’eau et le sol de faire irruption dans le tunnel. Le Shenjiang-1 utilise deux circuits de boue interconnectés, qui jouent le rôle de système circulatoire de la machine. Le premier achemine de la boue de bentonite fraîche directement dans la chambre pressurisée derrière la tête de coupe, où elle forme une barrière protectrice dont la pression est réglée pour équilibrer exactement celle de l’eau et du sol environnants. Si la pression chute trop bas, le front se déstabilise et risque de s’effondrer ou d’être inondé. Si elle monte trop haut, elle peut déformer le sol environnant et compromettre la sécurité de l’ensemble de l’opération.

Le second circuit ramène à la surface, par un réseau de conduites, la boue chargée de déblais. À la centrale de séparation, les ouvriers filtrent les roches et l’argile excavées, puis traitent et recyclent la bentonite pour la réutiliser dans le tunnel. Le volume de matériaux retirés équivaut à peu près au chargement d’un camion-citerne toutes les heures de fonctionnement continu. Pendant ce temps, derrière la chambre d’excavation, un robot de pose installe des voussoirs préfabriqués en béton avec une précision millimétrique. Chaque anneau du tunnel est composé de neuf voussoirs courbes, chacun d’environ deux mètres de large. Ces pièces doivent s’emboîter parfaitement pour former une structure étanche conçue pour durer 100 ans, tout en supportant des voies destinées à des trains à grande vitesse circulant à 250 kilomètres par heure. Même de légers décalages, cumulés sur les 13,69 kilomètres, pourraient déformer la géométrie des voies, provoquer des vibrations et compromettre le confort des voyageurs comme la sécurité de l’exploitation à long terme.

Des outils qui se réparent eux-mêmes

La combinaison exceptionnelle de profondeur, de pression et de complexité géologique a contraint les ingénieurs chinois à mettre au point des solutions qui vont bien au-delà des équipements de creusement classiques. La première grande innovation permet au Shenjiang-1 de remplacer les outils de coupe usés sous une pression extrêmement élevée, sans envoyer d’ouvriers dans la chambre. Sur les machines classiques, ce type d’entretien nécessite généralement des plongeurs spécialisés et de longues procédures de décompression, qui interrompent les travaux pendant plusieurs jours. La deuxième avancée est un système de démontage sur site permettant aux équipes de désassembler la machine dans l’espace confiné sous le fond marin, car tous les points de l’estuaire ne se prêtent pas à l’installation de puits d’arrivée adaptés au retrait classique d’un tunnelier. Cette capacité est essentielle : les conditions géologiques varient tellement le long du tracé qu’il peut être nécessaire d’extraire ou de modifier la machine à des endroits où la construction de puits conventionnels est impossible ou d’un coût prohibitif.

Parmi les autres avancées figurent le contrôle immédiat des tassements dans les sols instables, la surveillance continue des paramètres d’excavation grâce à des capteurs intégrés, des systèmes de gestion thermique pour la chambre pressurisée, des réseaux de communication redondants fonctionnant à très grande profondeur et des protocoles d’intervention d’urgence en cas d’événements géologiques soudains, tels que des arrivées d’eau imprévues ou des pics de pression. La China Railway Construction Corporation a documenté ces technologies sous forme de systèmes reproductibles pour de futurs projets sous-marins. Au lieu de considérer le tunnel de la rivière des Perles comme une prouesse isolée, les planificateurs chinois y voient un laboratoire industriel pour une nouvelle génération de passages sous-marins, susceptibles de desservir à terme des corridors ferroviaires, routiers et logistiques dans d’autres estuaires complexes du monde. Les connaissances acquises pour maintenir l’équilibre des pressions à 113 mètres de profondeur guideront les futures machines dans le creusement de passages sous-marins encore plus profonds ou plus longs.

Quand l’intelligence artificielle rencontre le socle rocheux

Le Shenjiang-1 fournit la puissance, mais un ensemble de systèmes numériques tient lieu de cerveau. Le China Railway Tunnel Group a déployé ce qu’il appelle les « Huit systèmes intelligents » pour gérer la construction du tunnel ferroviaire le plus profond de Chine, soumis aux plus fortes pressions d’eau. Ces systèmes couvrent le creusement intelligent, l’assemblage des voussoirs, la coordination, le diagnostic, la surveillance, la production des composants, la gestion des matériaux et la ventilation. Une plateforme de gestion intelligente regroupe en un seul tableau de bord la surveillance en temps réel, la gestion collaborative, l’assistance au creusement et l’analyse des mégadonnées. Lors du Congrès mondial des tunnels de 2024, à Shenzhen, des experts internationaux ont visité le chantier pour observer le fonctionnement de ces systèmes dans des conditions extrêmes réelles.

Le système de creusement intelligent s’appuie sur des réseaux neuronaux, l’apprentissage automatique et des algorithmes prédictifs pour anticiper le comportement géologique avant que la tête de coupe ne l’atteigne. Le contrôle par rétroaction en périphérie permet à la machine d’ajuster automatiquement ses paramètres en une fraction de seconde, tandis qu’un système de coupure d’urgence peut interrompre immédiatement les opérations si les capteurs détectent des pics anormaux de pression ou de température. Hong Kairong, ingénieur en chef du China Railway Tunnel Group, a expliqué que l’objectif général dépasse le cadre de ce seul projet.

En faisant progresser la recherche et le développement dans le domaine de la construction intelligente de tunnels, nous nous engageons à combler le fossé entre les données de construction et celles d’exploitation, et ainsi à établir de nouvelles normes dans le secteur.

Plus récemment, le projet a servi de terrain d’essai au premier grand modèle vertical chinois spécialement conçu pour le secteur des tunnels et des espaces souterrains. Lancé par le Laboratoire national clé des tunneliers, ce système d’intelligence artificielle s’appuie sur les données de 773 projets d’ingénierie et de 120 milliards d’enregistrements de chantier pour rendre la construction des tunnels plus sûre et plus efficace. Le modèle est déjà utilisé pour le tunnel de l’estuaire de la rivière des Perles, une étape vers des opérations de creusement entièrement numériques.

Rapprocher les deux rives de la Grande Baie

La ligne ferroviaire Shenzhen-Jiangmen n’est pas un simple exercice d’ingénierie. Elle figure parmi les projets prioritaires de la stratégie nationale chinoise d’intégration de la zone de la Grande Baie, une région qui compte environ 86 millions d’habitants et dont le produit intérieur brut cumulé approche les deux mille milliards de dollars. L’estuaire de la rivière des Perles constitue actuellement une barrière géographique centrale : les voyageurs entre la rive est, où se trouvent Shenzhen et Hong Kong, et la rive ouest, où sont situées Guangzhou, Jiangmen et Zhongshan, doivent prendre le ferry ou effectuer des trajets routiers de plus de deux heures. La nouvelle ligne ramènera le trajet entre Shenzhen et Jiangmen à moins d’une heure, tandis que le parcours entre l’aéroport de Shenzhen-Est et Nansha prendra environ une demi-heure.

La ligne desservira sept gares : Xili, Shenzhen Airport East, Binhai Bay, Nansha, Zhongshan North, Henglan et Jiangmen. Deux d’entre elles, Xili et Shenzhen Airport East, seront souterraines. La seconde couvre une superficie de construction de 487 500 mètres carrés et permettra aux passagers de passer du train à grande vitesse au métro ou à l’avion en cinq minutes. Quatre gares seront surélevées, tandis que Jiangmen sera une gare de plain-pied. Le tracé constitue un maillon manquant essentiel du tronçon côtier est du réseau ferroviaire national chinois à grande vitesse, dit « huit axes verticaux et huit axes horizontaux », un maillage conçu pour relier les grands pôles de population du pays le plus peuplé du monde.

La réduction des temps de trajet devrait modifier la géographie économique de la région. Les habitants de Jiangmen ou de Zhongshan pourront plus facilement accéder aux bassins d’emploi de Shenzhen, tandis que les fabricants pourront relier plus aisément leurs chaînes de production et les zones de libre-échange situées de part et d’autre de l’estuaire. Chaque minute gagnée dans les transports d’une région aussi dense se traduit directement par des gains de productivité et un élargissement des marchés du travail. Le tunnel influencera les choix d’implantation des entreprises, les lieux où les familles achèteront leur logement et la manière dont l’une des régions les plus productives de Chine répartira sa croissance entre ses villes au cours des prochaines décennies.

Dernière ligne droite avant 2028

La construction de la ligne ferroviaire Shenzhen-Jiangmen a véritablement commencé en 2024, et sa mise en service est prévue pour 2028. Le tunnel de l’estuaire de la rivière des Perles est l’élément le plus exigeant sur le plan technique de l’ensemble du corridor, et son avancement détermine de fait le calendrier de toute la ligne. Le Shenjiang-1 a déjà dépassé la profondeur de 113 mètres, mais il doit encore atteindre le point le plus profond, à 116 mètres, avant d’entamer sa remontée vers la rive ouest. Après plus de quatre ans de fonctionnement continu, le tunnelier a démontré que des équipements conçus en Chine pouvaient fonctionner de manière fiable dans des conditions inédites pour un tunnel ferroviaire.

Le projet a déjà généré un important portefeuille de propriété intellectuelle, au-delà du tunnel lui-même. L’équipe a déposé cinq brevets d’invention et sept brevets de modèles d’utilité, ainsi que publié 17 articles techniques destinés à guider de futurs projets confrontés à des conditions géologiques similaires. Ces contributions vont des innovations mécaniques aux technologies de construction intelligente, notamment des outils avancés de prévision géologique et des robots de soudage automatisés capables de maintenir la qualité dans des conditions souterraines difficiles. La documentation et les données recueillies à 113 mètres sous le fond marin serviront de référence aux planificateurs qui étudient des passages sous-marins dans d’autres estuaires complexes, en Chine et potentiellement à l’étranger.

À son ouverture, la ligne s’ajoutera aux plus de 45 000 kilomètres de lignes à grande vitesse déjà en service en Chine, le plus vaste réseau de ce type au monde. Le tunnel de l’estuaire de la rivière des Perles se distingue pourtant au sein même de cet immense réseau. Il repousse les limites industrielles du creusement sous forte pression et valide une nouvelle génération de machines conçues dans le pays, d’outils d’intelligence artificielle et de méthodes de construction. Pour les millions d’habitants de la zone de la Grande Baie, le tunnel permettra des trajets plus rapides et renforcera les liens économiques. Pour la communauté mondiale de l’ingénierie, il établit un nouveau jalon pour la construction de tunnels ferroviaires sous-marins.

À retenir

• En avril 2026, le tunnel de l’estuaire de la rivière des Perles a atteint la profondeur record de 113 mètres sous le fond marin, devenant le tunnel ferroviaire à grande vitesse sous-marin le plus profond jamais construit.
• Le tunnelier Shenjiang-1, conçu en Chine, a creusé plus de 4 kilomètres en quatre ans, à travers 13 couches géologiques, cinq types de roches et six zones de faille.
• À la profondeur maximale, la pression hydrostatique atteindra 1,06 mégapascal. Le chantier nécessite une technologie de bouclier à pression de boue commandée à distance et un revêtement en béton préfabriqué conçu pour durer 100 ans.
• Les Huit systèmes intelligents, fondés sur l’apprentissage automatique et les réseaux neuronaux, guident l’excavation, aux côtés du premier grand modèle vertical chinois consacré à la construction de tunnels.
• À son ouverture en 2028, la ligne ferroviaire Shenzhen-Jiangmen, longue de 116 kilomètres, ramènera le temps de trajet entre les deux villes à moins d’une heure et renforcera l’économie de la zone de la Grande Baie Guangdong-Hong Kong-Macao.