Comment l'industrie chinoise des tunneliers a réalisé un développement rapide

Le tunnelier à bouclier intègre des technologies telles que les machines, l'électricité, l'information et l'intelligence artificielle, et est connu comme le « roi des machines d'ingénierie ». Il y a plus de 20 ans, la Chine ne disposait pas de son propre tunnelier à boucliers ; pourtant, aujourd'hui, les tunneliers à bouclier chinois (TBM) représentent près de 70% du marché mondial.

En partant de zéro, du rattrapage au fonctionnement parallèle, puis en leader dans certains domaines, comment les tunneliers à boucliers chinois ont-ils pu réaliser pareilles percées ? Un journaliste a récemment visité une entreprise de production de tunneliers à bouclier pour découvrir le « mot de passe » du saut de cette industrie.

Le 26 février 2024, le tunnelier à bouclier de très grand diamètre « Yongzhou » a été officiellement lancé à Changsha, capitale de la province du Hunan (centre de la Chine). (Li Jian / Pic.people.com.cn)

Au début de l'année 2000, lorsque la China Railway Corporation (CRRC) a décidé de fabriquer ses propres tunneliers à boucliers, « certains ont dit que nous ne faisions que rêver ». Wang Dujuan, ingénieur en chef de China Railway Hi-Tech Industry Corporation Limited (CRHIC), une filiale de China Railway, a rappelé qu'il y avait plus de 20 000 composants pour les tunneliers à boucliers et que chaque système de contrôle compte plus de 2 000 points de contrôle. « A cette époque, de nombreux collègues n'avaient même jamais vu de tunnelier à bouclier ».

Après 8 ans passés à surmonter de nombreuses difficultés et à investir une grande quantité de talents et de ressources financières, la première machine à bouclier composite à équilibre de pression de terre n° 1 de China Railway avec des droits de propriété intellectuelle indépendants, ou « China Railway n° 1 TBM » est finalement sortie des chaînes de montage.

Le 6 février 2009, la China Railway n° 1 TBM a commencé à creuser pour des travaux de métro à Tianjin (nord de la Chine). Quatre mois plus tard, le tronçon de la ligne droite Yinghe de la ligne 3 du métro de Tianjin a été connecté avec succès et le tassement du sol a été contrôlé à moins de 3 millimètres. Toutes les inspections d'experts ont été réussies.

Depuis lors, l'industrie a commencé à faire des efforts et un groupe d'entreprises compétitives de fabrication de tunneliers à boucliers représenté par China Railway Equipment, China Railway Construction Heavy Industry et China Communications Tianhe a été progressivement créé et développé. À ce jour, le nombre de tunneliers à bouclier en Chine est d'environ 5 000, ce qui classe le pays au premier rang mondial. Plus de 90% des tunnels de métro en Chine sont construits selon la méthode des tunneliers à bouclier.

Un tunnelier à bouclier fait l'équivalent d'un immeuble de plusieurs étages de haut, pèse des centaines d'éléphants et est composé de dizaines de milliers de composants. Pour renforcer la résilience des chaînes industrielles et d'approvisionnement, tous les maillons doivent travailler ensemble.

« L'industrie des tunneliers à boucliers en Chine suit le chemin des machines entières entraînant des composants », a déclaré Zhang Zhiguo, directeur général du China Railway Equipment Group. Il y a dix ans, la chaîne industrielle présentait des lacunes, telles que la nécessité d'importer des roulements, des réducteurs et d'autres composants. Aujourd'hui, toutes ces faiblesses sont progressivement résolues, a-t-il souligné.

La percée la plus difficile a été le roulement principal. Le roulement principal est connu comme le « cœur » des tunneliers à bouclier, car il est confronté à des conditions de travail extrêmement difficiles telles qu'une surcharge, une charge excentrique importante et une charge variable à fréquence. Il doit répondre à des exigences de performances clés telles qu'une fiabilité élevée et une longue durée de vie. Ses matériaux, sa conception, sa fabrication et ses tests sont extrêmement difficiles, et il se situe au sommet de la chaîne industrielle des roulements de précision haut de gamme à grande échelle.

L'équipe de recherche et développement a testé des centaines de matériaux et de procédés, effectué des milliers de vérifications théoriques et d'optimisations de conception, analysé des dizaines de milliers de données de test et expérimentales et finalement déterminé le plan de conception final.

En collaboration avec les plus grandes entreprises nationales d'acier spécial, CRHIC a mené des recherches approfondies sur l'optimisation et l'inclusion de la correspondance des éléments de matériaux et sur la technologie de contrôle du carbure pour briser le goulot d'étranglement des principaux matériaux de roulement.

Le 12 octobre 2023, le roulement principal d'un tunnelier à bouclier d'un diamètre de 8,61 mètres a été mis en service à Changsha, capitale de la province du Hunan (centre de la Chine). C'est le roulement principal de tunnelier à bouclier intégré le plus grand, le plus lourd et le plus porteur au monde. « Cela signifie que les capacités de recherche et de développement des roulements principaux de très grand diamètre produits dans le pays ont atteint le premier rang mondial. Les roulements principaux des tunneliers à bouclier produits dans le pays ont atteint une couverture complète depuis les petits et moyens diamètres jusqu'aux très grands diamètres », a déclaré Liu Feixiang, scientifique en chef du China Railway Construction Heavy Industry Group.

En outre, les entreprises chinoises s'orientent constamment vers le renseignement, en explorant les fouilles indépendantes et le contrôle à distance.

Le tunnelier à bouclier « Linghang » (« Navigateur ») développé indépendamment en Chine est équipé d'un système de surveillance de l'état des composants clés, qui peut surveiller les informations sur l'usure et la température des outils de coupe, des tuyaux de boue en circulation et d'autres composants en temps réel, et fournir une prévision des dommages, ce qui permet d'améliorer l'efficacité de la construction du tunnelier à bouclier. Excavation intelligente, assemblage intelligent, prédiction géologique avancée, avertissement de sécurité pour l'étanchéité de la queue du bouclier... Pour la géologie ordinaire, « Linghang » peut ajuster automatiquement les paramètres et effectuer une excavation autonome ; dans des circonstances particulières, le personnel peut opérer depuis le sol.

De leur existence à leur excellence, les tunneliers à bouclier chinois se développent également constamment sur les marchés étrangers.

En 2012, les tunneliers à bouclier chinois ont reçu leur première commande à l'exportation : ils ont remporté l'appel d'offres pour le projet de construction du métro de Kuala Lumpur en Malaisie. Pendant la construction, le « China Railway n° 50 TBM » a posé en moyenne 8 anneaux par jour, avec plus de 10 anneaux creusés pendant 7 jours consécutifs, établissant un record pour la construction de tunnels par une machine TBM dans le système de métro de Malaisie.

En 2015, les tunneliers à bouclier « Zhang Heng » et « Zhan Tianyou » ont remporté l'appel d'offres pour le projet du métro de Singapour ; en 2016, un tunnelier à tube supérieur rectangulaire a de nouveau remporté un appel d'offres, devenant un pionnier dans l'expansion à l'étranger des tunneliers chinois de forme spéciale.

En 2019, le tunnelier à bouclier China Railway 699 a remporté l'appel d'offres pour un projet ferroviaire dans le nord de l'Italie, marquant la première application de l'équipement d'excavation de tunnel haut de gamme chinois dans un pays de l'Union européenne. La même année, deux tunneliers à boucliers produits localement ont remporté l'appel d'offres pour un projet de construction du métro parisien en France.

« Cela indique la reconnaissance de la force globale des marques chinoises de machines à boucliers sur le marché international haut de gamme », a commenté Zhang Zhiguo.

(Par Li Xinping, journaliste au Quotidien du Peuple)