Intégration de l'adaptation dans la conception du métro de Copenhague

Tant la partie souterraine du métro de Copenhague que la partie au-dessus du sol posent des défis liés au changement climatique. En particulier, les fortes précipitations, les ondes de tempête (qui peuvent être intensifiées par l’élévation du niveau de la mer) et les tempêtes peuvent avoir une incidence sur les infrastructures, affectant l’exploitation du métro et la sécurité des passagers. Les projections concernant l'élévation du niveau de la mer et la survenue de phénomènes météorologiques extrêmes ont considérablement changé ces dernières années. On s'attend à ce que le changement climatique augmente le risque d'explosions nuageuses et d'ondes de tempête plus que prévu, modifiant ainsi les conditions de conception pour un niveau élevé de sécurité pour le métro. Par conséquent, des exigences plus strictes pour garantir la résilience au changement climatique du métro de Copenhague ont été progressivement adoptées.

Selon le rapport 2014 de l'Institut météorologique danois (DMI) sur le climat futur au Danemark, qui décrit l'évolution du climat danois jusqu'en 2100, le pays connaîtra une élévation du niveau de la mer et des phénomènes météorologiques extrêmes plus fréquents et plus graves. Les résultats de ce rapport sont basés sur les scénarios du GIEC du RE5. Les simulations climatiques et les incertitudes associées sont améliorées par des projections calculées par un ensemble de modèles climatiques CMIP5 (projet d'intercomparaison de modèles couplés, phase 5). Selon le rapport, le niveau de la mer autour du Danemark sera plus élevé de 0,1 à 0,6 m pour le scénario le plus optimiste (RCP2.6), de 0,2 à 0,7 m pour le scénario intermédiaire RCP4.5, et de 0,3 à 0,9 m pour le scénario le plus pessimiste (RCP8.5). Ces chiffres se rapportent à la fin du siècle (2081-2100) par rapport à la période de référence 1986-2005. L'élévation du niveau de la mer, combinée à l'évolution des régimes de vent, entraînera probablement une augmentation de la hauteur des ondes de tempête.

Outre l'élévation du niveau de la mer, on s'attend à ce que des phénomènes météorologiques extrêmes (tempêtes et explosions nuageuses) se produisent plus souvent et soient plus graves en raison du changement climatique, exacerbant ainsi le risque d'inondation pour le métro de Copenhague. Ces événements qui ont des impacts locaux sont difficiles à projeter, car ils peuvent varier considérablement à une courte distance.

Les mesures conçues et mises en œuvre visent à améliorer la protection du métro de Copenhague contre les risques liés au changement climatique, principalement les inondations dues aux fortes précipitations et aux ondes de tempête. Les mesures visent à protéger les infrastructures et l'exploitation du métro, ainsi que la sécurité des passagers.

La stratégie d'adaptation au changement climatique de Metroselskabet soutient l'intégration de l'adaptation au changement climatique au début de la phase de planification et de dimensionnement des lignes de métro, de sorte que seuls des ajustements mineurs en cours sont nécessaires par la suite.

Afin d'améliorer la protection du métro de Copenhague contre les inondations, le niveau d'eau le plus élevé attendu en raison des fortes précipitations et des ondes de tempête a été estimé séparément pour chaque station. Cela a permis d'identifier le niveau d'élévation exact pour chaque entrée, escalier, ventilation du tunnel, rampe, salle technique, puits, ascenseur et centre de contrôle et de maintenance. En dehors de la voie, les zones et installations mentionnées ci-dessus sont les plus vulnérables et en cas de défaillance peuvent affecter l'exploitation du métro et sa sécurité.

Pour identifier le niveau d'eau le plus élevé de chaque station causé par des événements de nuages, un événement d'inondation de 1:2 000 ans a été envisagé, un événement qui a 5% de chances de se produire dans la vie du métro (100 ans). Jusqu'à présent, les travaux d'ajustement climatique de Metroselskabet se sont concentrés sur les lignes M1 et M2. En raison des changements climatiques, le niveau de sécurité sur ces lignes ne correspond plus au niveau initialement prévu. Ces lignes sont maintenant entièrement protégées contre les inondations causées par les nuages. Pour les tronçons nouvellement construits (M3 City Ring, M4 Nordhavn) et les tronçons de métro en construction (M4 Sydhavn), les projections climatiques actualisées de l’occurrence et de l’intensité futures des épisodes d’explosion nuageuse et de tempête ont été prises en compte. Sur la base de ces hypothèses, il a été constaté que les stations de métro devraient être placées à différents niveaux, entre trois et cinq mètres, afin de protéger les installations fixes contre une inondation de 10 000 ans.

Outre l’augmentation des niveaux d’élévation des éléments critiques du métro, une grande variété de mesures ont été recensées et intégrées dans la conception du métro afin d’améliorer sa résilience aux inondations, notamment:

• La zone autour des entrées des stations de métro est conçue pour assurer le ruissellement des eaux de pluie loin des ouvertures. De plus, dans certaines stations de métro, une marche a été incorporée, ce qui nécessite une marche avant de descendre à la station.
• Lorsque le métro passe des sections au-dessus du sol dans les tunnels, une forte grille de drainage a été établie à travers les voies où l'eau de pluie s'accumule et est pompée pour ne pas entrer dans les tunnels.
• Dans le système de métro hors sol, des drains sont installés le long des voies menant l'eau dans le système d'égout local.
• Toutes les stations de métro ont une capacité de pompage, donc en cas d'inondation du tunnel, l'eau sera automatiquement pompée.
• Des vannes d'inondation sont installées dans certaines stations de métro où le système de métro est directement relié à d'autres infrastructures, afin de sécuriser le métro contre les inondations provenant d'autres parties du système de train de transport public.
• Les stations de métro sont protégées contre le reflux du réseau d'égouts de la ville.
• Les installations de portes extérieures étanches dans les salles techniques de plusieurs stations ainsi que dans les installations électriques et mécaniques les ont rendues imperméables.
• Les salles techniques sont installées avec une porte surélevée de 0,3 m.
• Les murs de Gabion ont été construits le long de certaines sections de métro exposées au-dessus du sol, comme sur l'est d'Amager. Un mur de gabion est un mur fait d'une cage remplie de roches; une technique utilisée dans les défenses côtières et les brise-lames. Ce sont des éléments structurels utilisés dans les tronçons hors sol, qui ne sont cependant pas assez seuls pour protéger contre les inondations.
• Des murs imperméables (combinaison de murs en béton et en gabion) jusqu'à 2,3 m de haut ont été installés sur les lignes M1 et M2 offrant une protection contre les vagues le long des sections de métro hors sol exposées. Dans les lignes nouvelles et prévues, la hauteur des murs pourrait être plus élevée, reflétant les exigences accrues en matière de protection du climat.

La protection contre les explosions de nuages et les tempêtes a également été assurée pendant la période de construction, afin de protéger les travailleurs et les machines.

Malgré l'ajustement climatique, la conception des lignes de métro existantes et prévues peut ne pas être suffisante pour une protection complète contre les événements extrêmes, l'élévation du niveau de la mer et les ondes de tempête à l'avenir, compte tenu de la nature évolutive du changement climatique et des projections connexes. Les analyses préliminaires effectuées par Metroselskabet montrent que la protection complète d'un métro en exploitation entraîne des coûts élevés. Metroselskabet a estimé que la protection externe de l'ensemble de la région du Capitole, le Grand Copenhague, est plus appropriée sur le plan socio-économique que la protection des seules installations du métro. Le niveau des mesures nécessaires pour protéger le métro dépend fortement de la manière dont il est décidé de protéger le Grand Copenhague en général. La municipalité de Copenhague travaille à la protection progressive des éléments urbains, ce qui nécessitera des décennies.

Le principal acteur institutionnel impliqué dans la construction, l'exploitation et la protection contre le changement climatique du métro de Copenhague est Metroselskabet, une entreprise financée par la ville de Copenhague (50%), le gouvernement danois (41,7%) et la ville de Frederiksberg (8,3%). La préparation du projet de réseau urbain a comporté une consultation publique, sur la base de l’évaluation des incidences du projet sur l’environnement, réalisée en 2008; 200 citoyens ont fait part de leurs préoccupations concernant le projet. Le projet final a été approuvé par les deux villes concernées en janvier 2009 et par le ministère des transports en mars 2009. Le projet a été achevé et mis en service en 2019.

Le consortium d'entreprises CASJV (Cowi, Arup et Systra), en charge de la conception de l'anneau urbain (M3), a utilisé un modèle mis à jour pour prendre en considération les inondations extrêmes dues à de fortes précipitations (comme celle survenue en 2016) et adapter la conception du métro aux résultats du modèle en conséquence. L'étanchéité climatique de la ligne M4 et de ses extensions (Norhavn et Sydhavn) a intégré des recommandations sur les mesures d'adaptation en plus de celles déjà prévues, qui ont été élaborées par la société de conseil Rambøll.

Les principaux facteurs de réussite sont les suivants: i) l’adoption d’une approche intégrée, incluant les questions d’inondation dans l’ensemble du concept de conception du métro depuis la phase de faisabilité; ii) dans le cas de l’anneau urbain, en s’appuyant sur l’expérience acquise lors de la conception et de l’exploitation des lignes de métro précédentes (M1 et M2), ouvertes respectivement en 2002 et 2007; iii) cohérence avec le plan d’adaptation aux changements climatiques à l’échelle de la ville.

Le principal facteur limitatif est lié aux exigences techniques et opérationnelles initialement établies pour le système de métro, qui visent principalement à garantir des services de transport public optimaux dans des conditions économiques durables. Ces exigences concernent l'emplacement des stations, l'emplacement des composants techniques, l'aménagement des stations de métro, l'acheminement des lignes de métro et autres. Dans certains cas, ils ont rendu plus difficile l'intégration des mesures d'adaptation.

La mise en œuvre de mesures de protection contre le changement climatique dans le métro de Copenhague a été financée par Metroselskabet. Le financement des solutions d'adaptation aux changements climatiques a été inclus à la fois dans les budgets de construction et d'exploitation. Le coût total de l’anneau urbain s’élevait à 22,4 milliards de DK, soit environ 3 milliards d’EUR, dépassant légèrement le coût initial prévu de 21,3 milliards de DKK. Le coût des mesures de protection contre le changement climatique est inclus dans ce montant et aucune information distincte n’est disponible.

Le principal avantage des mesures de protection contre le changement climatique est la prévention des dommages causés aux infrastructures et aux équipements du métro, des pannes d’exploitation et des pertes financières associées aux événements induits par le changement climatique, en particulier les inondations.

La construction de la ligne de métro M3 City Ring est basée sur une loi adoptée par le parlement national en juin 2007. La description du projet qui a servi de base à cette loi est fournie dans le rapport sur la City Circle Line, préparé en 2005. Les exigences en matière d'adaptation aux changements climatiques ont été incorporées dans la proposition de projet.

L'intégration des aspects liés au changement climatique dans la conception du métro est un processus continu et adaptatif, en cours depuis la planification et la construction de la première ligne de métro (2002) et qui se poursuit jusqu'à présent. En 2010, les travaux préliminaires de construction du nouvel anneau urbain de la ligne de métro (M3) ont commencé. Cette ligne a été ouverte en 2019, dotée d’un niveau de protection plus élevé contre les risques actuels et futurs liés au climat. Les travaux de construction se poursuivent avec les extensions de la ligne M4: (i) (Nordhavn) avec deux nouvelles stations ouvertes en 2020 (Nordhavn et Orientkaj), et (ii) Sydhavn qui devrait être mise en service en 2024. En raison de l'emplacement de ces sections près de la mer, l'intégration des aspects liés au changement climatique dans leur conception est particulièrement importante.

La durée de vie du système de métro est d'environ 100 ans, mais peut être encore plus longue en fonction de l'expérience d'autres villes du monde entier. Si elles sont bien entretenues, la durée de vie des mesures d’adaptation structurelle devrait couvrir la durée de vie de l’ensemble du réseau de métro.

Cecilie Elisa Juul Martiny
Architectural Engineer
Metroselskabet I/S
Metrovej 5
DK-2300 København S, Denmark
E-mail: cema@m.dk 

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