Au milieu du XIXe siècle, Londres faisait face à un défi urbain sans précédent résultant de son expansion démographique et économique rapide. La population de la ville avait considérablement augmenté, passant d'environ 2,3 millions en 1841 à près de 3,2 millions en 1861, entraînant une congestion sévère sur ses rues de surface. Ces artères étaient principalement desservies par un réseau de plus en plus inadéquat d'omnibus à cheval et de voitures privées, qui, malgré leur nombre dans les milliers, ne pouvaient atteindre des vitesses moyennes que de 5 à 8 miles par heure. Cette période a également vu une montée des préoccupations concernant la santé publique, exacerbées par des conditions de vie exiguës et une sanitation inadéquate. Le système de transport de surface, tentaculaire et inefficace, ne faisait qu'aggraver ces problèmes en entravant le mouvement rapide des marchandises et des personnes à travers la métropole, impactant le commerce et contribuant à une perte de productivité. La demande pour une solution de transport en commun efficace devenait de plus en plus critique, mais les défis d'ingénierie et financiers d'une telle entreprise étaient redoutables, en particulier pour une ville construite sur un substratum complexe.
Diverses propositions de chemins de fer souterrains avaient émergé tout au long des années 1830 et 1840. Beaucoup d'entre elles, comme les premiers projets de chemins de fer atmosphériques, étaient jugées impraticables ou financièrement irréalisables compte tenu des limitations technologiques de l'époque, manquant de méthodes de construction éprouvées pour les environnements souterrains ou d'alternatives viables de puissance motrice. Cependant, une vision persistante pour un chemin de fer souterrain reliant les principales gares ferroviaires au cœur de la City de Londres a gagné en traction, largement menée par Charles Pearson, le conseiller juridique de la ville. Pearson était un fervent défenseur de la connexion des différentes gares de lignes principales, telles que Paddington (Great Western Railway), Euston (London and North Western Railway) et King's Cross (Great Northern Railway), qui avaient créé de nouveaux nœuds de congestion à la périphérie de la ville alors que les passagers et les marchandises débarquaient. Son plan était de les relier au cœur commercial de Londres, allégeant ainsi le trafic de rue et facilitant un mouvement plus rapide pour les navetteurs et les marchandises. Pearson a consacré des décennies à faire pression sur le Parlement, les responsables de la ville et les investisseurs potentiels, défendant constamment les avantages économiques du projet et son potentiel à améliorer le bien-être public en réduisant les temps de trajet et en allégeant la charge sur les rues de surface.
Le concept qui a finalement vu le jour était le Metropolitan Railway. Incorporée en 1854 avec un capital autorisé initial de 1 million de livres sterling (ultérieurement augmenté), la société visait à construire une ligne principalement en utilisant la méthode du « cut-and-cover ». Cette technique consistait à creuser une large tranchée, à construire un tunnel en briques robustes à l'intérieur, puis à remettre la terre en place pour restaurer la surface. Cette approche a été choisie en raison de sa relative simplicité et de son coût inférieur par rapport au creusement en profondeur, qui à l'époque présentait d'importants défis structurels, de ventilation et de sécurité en raison du manque de boucliers de creusement efficaces et des difficultés de travail à de grandes profondeurs sous des fondations existantes. La conception technique du Metropolitan Railway était supervisée par John Fowler, un ingénieur civil accompli connu pour son travail sur de nombreuses lignes de chemin de fer et ponts. Fowler a dû faire face à l'immense tâche de naviguer dans le labyrinthe souterrain de Londres, qui était rempli de canalisations existantes (y compris le célèbre Fleet Sewer), de conduites de gaz, de tuyaux d'eau et de fondations de bâtiments, nécessitant un arpentage précis et des solutions d'ingénierie innovantes.
Le financement du Metropolitan Railway s'est avéré être une entreprise complexe. Le capital initial a été levé grâce à une combinaison d'investissements privés, obtenus auprès d'un réseau de personnes riches et de fonds d'investissement, et d'une contribution stratégique significative de la Great Western Railway. La Great Western, sous la direction du président Daniel Gooch, a vu d'énormes avantages stratégiques à avoir un accès direct à la City de Londres, permettant à ses passagers et à ses marchandises de contourner des transbordements encombrants et de rivaliser plus efficacement avec d'autres compagnies ferroviaires qui avaient des terminaux plus proches du centre-ville. Le scepticisme public concernant les voyages souterrains, alimenté par des préoccupations concernant la sécurité, la qualité de l'air et même les implications morales des environnements souterrains, couplé à l'ampleur même des travaux d'ingénierie, signifiait que la sécurisation de fonds adéquats était une lutte continue tout au long de la phase de construction. L'acquisition de terrains, en particulier dans les zones urbanisées le long du parcours proposé de 3,75 miles, présentait également des obstacles juridiques et financiers considérables. La société devait fréquemment recourir à des ordonnances d'expropriation, un processus complexe et souvent long impliquant des négociations avec des centaines de propriétaires fonciers et de promoteurs immobiliers, impactant considérablement le budget et le calendrier du projet.
La construction a commencé en mars 1860, à partir de Paddington. Le projet impliquait une main-d'œuvre allant jusqu'à 4 000 hommes, utilisant du travail manuel avec des pioches et des pelles, et des chariots à cheval pour excavater un immense volume de terre, estimé à plus d'un million de mètres cubes. Les déblais étaient ensuite transportés à travers des rues déjà congestionnées, un défi logistique en soi. Le parcours nécessitait une planification minutieuse pour éviter les infrastructures existantes, maintenir la stabilité du sol et gérer le flux d'eau souterraine, en particulier dans les zones proches des anciennes rivières et des marais. L'une des considérations technologiques les plus significatives était le choix de la puissance motrice. Bien que la traction électrique en était encore à ses débuts expérimentaux et loin d'être pratique pour le rail lourd, les locomotives à vapeur étaient la seule option viable. Conçues spécifiquement pour l'exploitation souterraine, ces machines incorporaient des condensateurs pour recirculer la vapeur et réduire considérablement la fumée et les émissions d'échappement dans les tunnels fermés. Ce design, pionnier par Daniel Gooch de la GWR, était une innovation critique, bien qu'il présentât encore des défis de ventilation dans l'environnement confiné des tunnels, nécessitant la construction de sections en plein air et de puits de ventilation.
Malgré de nombreuses difficultés techniques, des contraintes financières persistantes et des appréhensions publiques concernant les voyages dans un tunnel enfumé sous la ville, l'engagement indéfectible de ses partisans et ingénieurs a assuré la progression du projet. La vision d'un système de transport urbain rapide et à haute capacité capable de surmonter la congestion de surface paralysante de Londres était un puissant motivateur, reconnu par un public et un gouvernement de plus en plus tournés vers l'industrie. La construction elle-même était un témoignage de l'ambition d'ingénierie victorienne, traçant un chemin à travers le substratum urbain et démontrant une profonde croyance dans le progrès technologique comme solution aux défis métropolitains.
À la fin de 1862, la section principale du Metropolitan Railway, reliant Paddington à Farringdon Street, était sur le point d'être achevée. D'importants essais ont été menés pour garantir la sécurité et l'efficacité opérationnelle, abordant les préoccupations liées à la signalisation, à la stabilité des voies et à la performance des locomotives à vapeur à condensation dans l'environnement souterrain. Ces tests impliquaient de faire circuler plusieurs trains, simulant les conditions des passagers, et vérifiant minutieusement tous les aspects de la nouvelle infrastructure, permettant aux ingénieurs et aux opérateurs d'affiner le système avant son lancement public. Le chemin de fer a été officiellement établi en tant qu'entité corporative avec sa propre structure opérationnelle distincte, un conseil d'administration et une équipe de gestion, prêt à ouvrir au public. Le 10 janvier 1863, le Metropolitan Railway a ouvert ses portes. Le service initial proposait des trains toutes les 10 à 15 minutes, complétant le trajet de 3,75 miles en environ 30 minutes, nettement plus rapidement que toute alternative de surface. La réalisation de la vision de Pearson, longtemps chérie, a marqué un moment décisif dans l'évolution de l'infrastructure urbaine, prouvant immédiatement son succès commercial avec environ 26 000 passagers le jour de son ouverture et transportant plus de 9,5 millions de passagers au cours de sa première année complète d'exploitation, ouvrant la voie à une nouvelle ère de transport de masse sous les rues animées de Londres.