La gare la plus haute d’Europe se trouve à Jungfraujoch (également connu sous le nom de « Top of Europe »), situé à 3 454 mètres altitude dans l’Oberland bernois, au sud de la Suisse: c’est l’un des ouvrages d’art les plus difficiles à réaliser, malgré une ligne ferroviaire qui ne couvre qu’une distance de 9.34 km. Le train parcourt un dénivelé net de près de 1400 mètres, au départ de la gare Petite Scheidegg (à 2061 mètres d’altitude) et atteignant sa destination finale à près de 3500 mètres d’altitude.
Parmi les différents défis d’ingénierie de ce projet, le pente maximale de 25% du parcours représentait l’un des principaux obstacles: voyons plus en détail cet intéressant projet.
Le plus haut projet ferroviaire d’Europe en Suisse
Le chemin de fer du Jungfraujoch (Jungfraubahn) représente l’une des plus grandes expressions de l’ingénierie ferroviaire au monde, conçue par l’entrepreneur suisse Adolf Guyer-Zeller et construit sur une période de seize ans, entre 1896 et 1912. Ce chemin de fer a été développé sur un écartement métrique (1 000 mm) pour une longueur totale de 9,34 kmcouvrant une différence verticale nette de 1 393 mètres au départ de la gare d’échange de Petite Scheidegg (2 061 m d’altitude) jusqu’au sommet du Jungfraujoch, situé à 3 454 mètres d’altitude. Le tracé présente une pente maximale de 25 % sur une grande partie de son développement, une valeur qui ne permettait pas de s’appuyer uniquement sur la simple adhérence roue-rail, faisant de cet obstacle l’un des défis majeurs.
Afin de relever avec succès ce défi, les concepteurs ont adopté le Système de rack Strub. Ce brevet porte sur l’installation d’un troisième rail central profilé à chaud et à dents à pas constant, sur lequel engrènent les roues motrices dentées des trains. Le choix du système Strub s’est avéré judicieux dès le départ grâce à la résistance mécanique aux contraintes de cisaillement et à la facilité d’assemblage des modules, éléments cruciaux pour résister aux contraintes dynamiques induites par les charges axiales sur les fortes pentes.
L’aspect le plus extraordinaire de l’œuvre réside dans son configuration plano-altimétrique: bien 7,6km du parcours développer souterraindans un galerie creusé dans les entrailles rocheuses de l’Eiger et du Mönch. L’excavation du massif rocheux représentait un autre défi technique important et complexe, car elle a été réalisée à une époque antérieure à la mécanisation moderne avec le TBM (Tunnel Boring Machine). Cette opération a en effet été réalisée entièrement avec l’utilisation de techniques de forage manuel ou, tout au plus, grâce à l’utilisation de perforateurs pneumatiques, et grâce à un usage massif d’explosifs de carrière, au premier rang desquels la dynamite.
D’un point de vue géotechnique et géomécanique, les concepteurs et les ouvriers ont été contraints de creuser à l’intérieur de formations calcaires compactes (calcaire de l’Eiger) et des zones de transition vers les gneiss et micaschistes de l’amas cristallin de l’Aar. Cette transition géologique a conduit à des changements brusques du module d’élasticité de la roche et de l’état de contrainte recouvrant la masse. L’eau à l’intérieur de la masse rocheuse, en raison des températures constamment en dessous de zéro, a provoqué phénomènes cryoclastiques (c’est-à-dire lorsque des « fissures » se forment du fait des cycles de gel et de dégel de l’eau) entraînant ainsi une déstabilisation constante de la voûte du tunnel avant la pose du revêtement définitif.
Afin de gérer et surtout d’éliminer les matériaux pierreux résultants et de garantir la ventilation des faces de fouille, les concepteurs ont dû créer une série de tunnels de service transversaux qui coulait directement sur les parois verticales de la montagne. Ces ouvertures, connues sous le nom de stations Eigerwand et Eismeer, servaient de fenêtres technologiques pour leévacuation des débris par gravité et pour l’approvisionnement en matériaux cimentaires, en dépassant les limites logistiques structurelles de la ligne à voie unique.
L’impact socio-économique du Jungfraujoch
La construction du chemin de fer du Jungfraujoch en 1912 a nécessité une série de profonds changements dans le paysage socio-économique de l’Oberland bernoisavec une transformation majeure de ce qui était essentiellement une zone rurale liée à l’élevage ovin de subsistance, en un pôle touristique et scientifique d’importance mondiale.
Le passage du tourisme d’élite au flux de masse – qui dépasse aujourd’hui millions de passagers par an – a eu un effet qui a effectivement multiplié le PIB régional, conduisant également à la création de complexes hôteliers, de réseaux commerciaux et de remontées mécaniques satellites dans les pôles logistiques de Grindelwald et Wengen.
Cette expansion des infrastructures a apporté aux vallées alpines un grand avantage en termes de stabilité démographique, grâce également à la création de nouveaux emplois qualifiés et permanents dans la maintenance mécanique, l’automatisation ferroviaire et la gestion de la sécurité dans des contextes critiques. Outre l’impact et l’avantage en termes purement commerciaux, la ligne acquiert un rôle social et scientifique fondamental grâce à la construction, en 1931, du Station de recherche internationale et ensuite Observatoire du Sphinx.
Le train à crémaillère a résolu le problème logistique du transport d’instruments lourds et sensibles (tels que des spectromètres et des laboratoires chimiques) à haute altitude, permettant aux scientifiques et aux lauréats du prix Nobel d’opérer de manière stable à 3 450 mètres. Aujourd’hui, le Jungfraujoch est un centre névralgique mondial pour la surveillance atmosphérique inséré dans le réseau Veille de l’atmosphère globaleun objectif socioculturel et scientifique impossible à atteindre sans le soutien du transporteur ferroviaire.
L’impact environnemental
Comme toute grande œuvre, l’analyse de l’impact environnemental qu’elle a eu semble revêtir une importance fondamentale. L’inclusion d’une œuvre de cette ampleur au sein d’un écosystème fragile, inscrit au patrimoine mondial de l’UNESCO, a nécessité des solutions d’ingénierie environnementale de pointe pour atténuer l’impact sur le paysage et les glaciers. Le choix de conception d’aménager près de 80 % du tracé en tunnels a évité d’avoir recours à des interventions massives. travaux d’excavation des pistes de l’Eiger et du Mönch, éliminant ainsi l’impact visuel et réduire le risque hydrogéologique superficiel lié aux glissements de terrain ou aux avalanches.
En phase opérationnelle, le Jungfraubahn se distingue par son efficacité thermodynamique grâce au système de freinage régénératif : lors de la descente, les moteurs électriques des trains inversent la polarité agissant comme des alternateurs et transformer l’énergie cinétique en électricité haute tension. Cette énergie, une fois produite, est réintroduite dans la ligne aérienne bifilaire et consommée directement par les convois montants, avec une réduction drastique et avantageuse du prélèvement global d’énergie sur le réseau suisse selon un modèle d’économie circulaire.
Actuellement, le principal défi environnemental est représenté par le réchauffement climatique, qui provoque la dégradation thermique du permafrost, c’est-à-dire glace profonde qui scelle les fractures de la masse rocheuse assurer la stabilité structurelle des voûtes du tunnel. Afin de préserver l’ouvrage, les ingénieurs surveillent la roche avec capteurs à fibre optique et fonctionnent avec des tirants en acier précomprimé à haute résistance, injectés avec des mélanges de ciment spéciaux à faible chaleur d’hydratation.