Refroidissement de la roche dans le tunnel du Simplon. Modélisation par calcul analytique.

Pahud, Daniel and François, Vuataz and Gabriele, Bianchetti (1993) Refroidissement de la roche dans le tunnel du Simplon. Modélisation par calcul analytique. SIA Ingénieurs et architectes Suisses (25). pp. 490-498.

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Abstract

Dans la cadre du programme de prospection des ressources géothermiques du Valais (Géothermoval), une étude systématique du tunnel du Simplon a été entreprise. De très nombreuses sources thermales et subthermales on été recoupées lors du percement du tunnel au début du siècle. Actuellement, un canal d’évacuation draine toutes les eaux vers les portails nord et sud, ce qui représente un potentiel thermique global de 11 MWt. Quatre forages de 65 à 148 m de profondeur on été réalisés dans le but de rencontrer soit des circulations d’eau chaude, soit des zones sèches permettant d’évaluer le gradient géothermique. Deux d’entre eux ne sont pas productifs et ils ont pu servir à l’étude du refroidissement de la roche dans le tunnel depuis 1902. Le calcul de ce refroidissement a nécessité la mise au point d’une solution analytique pour résoudre l’équation de diffusion de la chaleur dans la géométrie fixée par le tunnel. Depuis le percement, la roche autour du tunnel a été refroidie par l’accélération de la circulation d’eau souterraine et par les courants d’air induits dans les deux galeries, en raison du passage des trains et des différences barométriques entre les versants sud et nord du massif du Simplon. La température de la roche est la somme de trois contributions : la température initiale, l’effets du gradient géothermique et l’effet du refroidissement. Les très nombreuses mesures et observations de Schardt (1898 - 1907) ont permis de retrouver la température initiale à l’endroit des forages F2 et F4. Sur la base de la température initiale du rocher et de ses caractéristiques thermiques, de l’évolution de la température dans le tunnel et de la température mesurée au fond des forages, les profils de température dans F2 et F4 sont recalculés et comparés aux mesures. Le résultat des simulations pour la zone du forage F2 montre que le flux de chaleur dans le tunnel atteint actuellement une valeur de 110 W/m. Le gradient géothermique sous le tunnel, corrigé du refroidissement, vaut 40+/-5°C/km. Pour la zone du forage F4, le flux de chaleur atteint actuellement 150 W/m. Quant au gradient géothermique sous le tunnel, il vaut 28+/- 7°C/km. Ces valeurs de flux sont à considérer avec une marge d’erreur de 20%, et la valeur de 100 W/m peut être extrapolée à l’ensemble du tunnel. L’épaisseur de roche refroidie sous le tunnel a pu être calculée comme atteignant 250 m en 1990. A cette profondeur, la température de la roche actuelle devrait en effet être égale à la température initiale existant avant le percement du tunnel du Simplon.

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