vignette|Construction du tunnel sous la Tamise en 1830.
Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin pour piétons). Sont apparentés aux tunnels par leur mode de construction les grands ouvrages hydrauliques souterrains, tels que les aqueducs, collecteurs et émissaires destinés soit à l'amenée, soit à l'évacuation des eaux des grands centres et certaines conduites établies en liaison avec les barrages et usines hydroélectriques.
Un tunnel est un ouvrage d'art complexe qui nécessite des études préalables parfois très lourdes pour anticiper les difficultés qui seront rencontrées et définir sa géométrie. En fonction de la nature du terrain (roches, sols friables, présence d'aquifères), du contexte (tunnel sous-marin, tunnel urbain), des caractéristiques du tunnel (longueur, usage), différentes méthodes de réalisation peuvent être employées : explosifs, attaque ponctuelle, tranchée couverte, tunnelier…
Les premiers tunnels sont réalisés dès l'Antiquité principalement pour acheminer l'eau jusqu'aux lieux de sa consommation. Les progrès techniques réalisés à la fin du Moyen Âge (mise au point des explosifs à mèche lente et de pompes efficaces) permettent la réalisation d'ouvrages plus longs. Mais c'est au que les progrès les plus importants sont effectués pour permettre la construction des réseaux ferroviaires. C'est à cette époque que sont mis au point la technique du bouclier qui permet de protéger les ouvriers des éboulements, les perforatrices à air comprimé qui permettent d'accélérer le creusement et de systèmes de ventilation efficace permettant de réaliser des tunnels de grande longueur. Les progrès technologiques se poursuivent au notamment la mise au point de tunneliers permettant d'accroitre la productivité et de forer dans tous les types de terrain. Les besoins nés du développement des transports interurbains et d'une croissance urbaine exponentielle entrainent la multiplication des tunnels ferroviaires et routiers toujours plus audacieux comme le tunnel sous la Manche.
thumb|Le passage en tunnel est souvent la meilleure solution pour diminuer la fragmentation des écosystèmes par les voies de transport.Ici les déplacements animaux et des graines et propagules de végétaux ne sont pas entravés par la route, comme cela aurait été le cas si elle avait coupé la forêt.
Terminologie thumb|Twin Tunnels (Kittatinny and Blue Mt.) on Pennsylvania Turnpike. Carte postale Tichnor Brothers. Entre 1930 et 1945.
Étymologie Le terme « tunnel » est d'abord attesté sous la forme « tonnelle » en 1794 pour traduire l'anglais , puis sous la forme « tunnel » en 1825 ou 1827... Le mot anglais dérive lui-même du français « tonnelle » évoquant la forme du tonneau. Ce mot apparaît après la construction du tunnel sous la Tamise construit par Marc Isambart Brunel. Le mot anglais a été ensuite repris par Marc Seguin au moment de la construction de la ligne de chemin de fer Saint-Étienne–Lyon, de préférence au terme officiel de « souterrain » qui a été conservé par Voies navigables de France (VNF) pour les canaux.
Le mot est d'abord féminin, d'après le genre de « tonnelle », avant de devenir masculin.
Définition de « tunnel » Un tunnel désigne dans le langage courant un ouvrage linéaire souterrain ouvert à la circulation routière ou ferroviaire. Pour les ouvrages hydrauliques (adduction d'eau, égouts), les ouvrages de petite section (galeries de reconnaissance, passages de câbles) le terme galerie est le plus souvent employé. Un ouvrage souterrain utilisé par les piétons est un passage souterrain. Dans tous ces cas de figure, les méthodes de construction utilisées sont identiques.
Dans le domaine du génie civil, bien que cette définition ne soit pas totalement admise, on considère souvent qu'un tunnel doit être au moins deux fois plus long qu'il n'est large pour mériter cette désignation. Il doit en outre être fermé de tous les côtés, excepté à chacune de ses extrémités, ce qui le différencie d'un passage en tranchée. L'article R118-1-1 du code de la voirie routière français précise :
Définitions connexes La section transversale d'un tunnel (profil de travers) peut prendre différentes formes en fonction de la méthode de construction retenue (l'utilisation d'un tunnelier implique une section circulaire alors que la méthode de la tranchée couverte implique une section rectangulaire), du besoin, de la nature du terrain (dans un terrain déformable la section circulaire est préférée alors que dans un terrain constitué de roches stables, on est libre de choisir une forme différente par exemple ovale) Dans tous les cas les piédroits désignent les parties verticales de la section transversale du tunnel, comprises entre la voûte et le sol de fondation de l'ouvrage et par extension les parties latérales de la section transversale d'un tunnel. Le radier est la partie inférieure du tunnel située entre les deux piédroits. Le terrain encaissant est la nature de terrain dans lequel est réalisé le tunnel. Il peut être surmonté par des couches de terrain de nature différente. La couverture est la distance verticale entre la surface du terrain naturel et la clé de voute du tunnel. Le soutènement est la partie du tunnel qui assure la stabilité de l'ouvrage (par exemple voussoirs). La face interne du tunnel peut être recouverte d'un revêtement qui vient compléter le soutènement dans son rôle et/ou assurer d'autres fonctions (finition…). Un tunnel percé dans des roches dures peut être dépourvu de soutènement et de revêtement.
Usages très variés thumb|Tunnel pédestre à Louvain-la-Neuve.
Un tunnel peut être utilisé pour permettre le passage de personnes : piétons, cyclistes, trafic routier, trafic ferroviaire, péniches (canal en tunnel) ou navires de plaisance et de trafic maritime (ex : projet de tunnel à bateaux reliant deux fjords).
D'autres tunnels avaient fonction d'aqueduc, construits uniquement pour transporter de l'eau — destinée à la consommation, à l'acheminement des eaux usées ou à l'alimentation de barrages hydroélectriques — alors que d'autres encore sont creusés pour acheminer des câbles de télécommunication, de l'électricité, des hydrocarbures
Quelques tunnels secrets ou stratégiques ont été également construits à des fins militaires pour pénétrer des secteurs interdits, comme les tunnels de Củ Chi au Viêt Nam, les tunnels reliant la bande de Gaza en Israël, ou les tunnels de sape destinés à affaiblir des fortifications ou les murailles de châteaux.
Il existe aujourd'hui des écoducs, tunnels spécifiquement destinés à permettre à des espèces menacées de traverser des routes sans danger.
Tunnels hélicoïdaux vignette|Tunnel hélicoïdal sur la Ligne de l'Albula.
Un tunnel hélicoïdal est construit en spirale à l'intérieur de la montagne, il permet un dénivelé important sur une très courte distance apparente (la sortie se fait souvent à l'aplomb de l'entrée).
Histoire des tunnels Antiquité Diverses installations fortifiées étaient équipées de tunnels plus ou moins secrets permettant à leurs occupants de s'enfuir ou de circuler sans être vus. De nombreux tunnels ont été construits dans le cadre d'activités minières ou nécessaires pour amener de l'eau, ainsi les qanats qui ont été réalisés dans des régions désertiques ou les tunnels construits en Israël à Jérusalem (tunnel construit par Ézéchias, vers , amenant l'eau de la source de Gihon au bassin de Siloé) ou à Gezer (tunnel d'une longueur d'environ construit au milieu du pour permettre l'accès à une source souterraine)Jacques Bonnin, L'eau dans l'Antiquité. L'hydraulique avant notre ère, Eyrolles, Paris, 1984.. La plus ancienne mention d'un tunnel est celle de Diodore de Sicile décrivant le tunnel de Babylone qui aurait été construit par la reine Sémiramis, il y a près de Károly Széchy, Traité de construction des tunnels, Dunod, Paris, 1970.. Eupalinos dirigea la construction d'un tunnel à travers une montagne pour amener l'eau d'une source dans la ville de Samos vers Sur la Via Flaminia a été construit le tunnel routier du Furlo entre Cagli et Fossombrone réalisé sous Vespasien et terminé en Les constructions à l'époque romaine des aqueducs nécessaires à l'alimentation en eau les villes ont été l'occasion de construire des galeries souterraines. Il en était de même pour l'évacuation des eaux usées et on peut encore voir à Rome le cloaca maxima datant, dans sa structure actuellement visible, de l'époque d'Auguste. Des galeries souterraines ont été construites pour réguler les niveaux de lacs, comme celle du lac Fucino avec un tunnel de de longueur ainsi que de pour le du lac de NemiJean-Pierre Adam, La construction romaine. Matériaux et techniques, Éditions A. et J. Picard, Paris, 1984..
Apports de la Renaissance thumb|Le tunnel de Malpas sur le canal du Midi.
À partir de la Renaissance plusieurs progrès techniques permettant des améliorations déterminantes dans le creusement des tunnels : le creusement de tunnels à grande profondeur nécessite souvent d'évacuer l'eau qui envahit le chantier. Si des pompes à piston avaient été inventées dès l'Antiquité (Ctesibos d’Alexandrie, en ), ce n'est qu'à partir de la Renaissance que celles-ci sont suffisamment perfectionnées pour être utilisées régulièrement pour le creusement des tunnels ; dès le Moyen Âge la poudre explosive (poudre noire : mélange de soufre, de charbon de bois et de salpêtre) est connue et utilisée. Mais on usage dans les tunnels nécessite de pouvoir déclencher l'explosion à distance. C'est l'invention de la mèche lente qui permet son utilisation pour le creusement à compter de 1613 ; à partir de la fin du on commence à estimer les poussées exercées par les terrains et les risques d'effondrement en utilisant des calculs mathématiques à partir de mesures physiques effectuées sur place ou dans les laboratoires.
Parmi les ouvrages remarquables réalisés à cette époque figure le plus ancien tunnel construit pour le passage d'un canal. Le souterrain de Malpas long de est le premier tunnel réalisé à l'explosif. Il est utilisé par le construit par le canal du Midi conçu par Pierre-Paul Riquet et inauguré en 1679. Un autre ouvrage remarquable de cette période est le grand égout circulaire de Paris, long de et haut de , qui est achevé en 1740.
Percées techniques du Le développement du réseau ferroviaire au entraine le percement de très nombreux tunnels pour éviter les rampes importantes (non seulement à cause de la faible adhérence des roues sur les rails, mais aussi du ratio puissance/poids médiocre des locomotives à vapeur). En France le premier tunnel ferroviaire est celui de Terre Noire réalisé sur la ligne de Saint-Étienne à Lyon. Long de il est construit entre 1827 et 1832. Le premier grand tunnel routier en France est celui du Lioran (Cantal) long de réalisé entre 1839 et 1847. Celui-ci est construit de manière traditionnelle à la main et à l’explosif en réalisant de petites galeries qui sont élargies par la suite. Au cours de ce siècle des réalisations de plus en plus complexes entrainent la mise au point de nouvelles techniques : La première de ces réalisations est le tunnel sous la Tamise à Londres réalisé entre 1825 et 1843 pour le passage de véhicules hippomobiles sous la Tamise (le tunnel est aujourd'hui utilisé par une des lignes du métro de Londres). Le chantier de ce tunnel long de est dirigé par Marc Isambart Brunel qui met au point la technique du bouclier. Cet échafaudage mobile situé au niveau du front de taille et s'appuyant sur la maçonnerie du tunnel déjà réalisé, permet aux ouvriers de creuser en étant protégés des éboulements par un soutènement.