Brevet FR2113980A1 — publié le 19720630

La présente invention se rapporte à un procédé de congélation du sol au moyen d'azote liquéfié et plus précisément à un procédé destiné à congeler uniformément un volume de sol donné au moyen d'azote liquéfié et des vapeurs froides qui s'en dégagent, ainsi qu'à une installation pour la mise en œuvre de ce procédé. On utilise depuis de nombreuses années la congélation du sol pour renforcer les parois des puits de mine, des égoûts, des tunnels et d'autres ouvrages d'art. Elle permet de percer les tunnels avec plus de précision et de manière plus sûre. Par exemple, l'article de H,W. MILLER et T.P. GORDON BROWIÏ, paru dans The Journal of Réfrigération de décembre 1967» à la page 338, sous le titre "Eécents développements dans la congélation du sol", donne tin court historique de cette technique et indique qu'on a utilisé déjà en 1862 la congélation au moyen de saumure pour forer un puits de mine. On utilise encore actuellement cette congélation à la saumure dans certains cas, notamment pour les puits profonds des réserves de potasse du SASKATCHEWAN au Canada. La saumure permet de congeler le sol à une grande profondeur et de conserver longtemps, jusqu'à un an par exemple, la paroi de glace. La congélation au moyen d'azote liquéfié est plus coûteuse que la congélation par la saumure et ne pourrait être utilisée en pratique pour congeler un grand volume du sol ou le maintenir congelé pendant une longue durée. Cependant, l'azote congèle le sol beaucoup plus rapidement que la saumure, et cette faible durée de refroidissement fait qu'il peut être effectivement moins onéreux pour certains travaux, parce qu'il n'oblige pas à attendre longtemps pour forer le tunnel et le maçonner. Il permet par exemple de former une paroi congelée épaisse de 0,90 m en trois jours, alors qu'il faut quatre semaines avec la saumure. Pour construire un tunnel par exemple, on peut congeler une certaine longueur de paroi pendant que l'on creuse la partie qui a été congelée antérieurement. La basse température créée par l'azote liquide maintient le sol au-dessous de la température de- congélation pendant assez longtemps pour que l'on puisse excaver-. complètement le centre non congelé. On a donc tenté d'utiliser déjà l'azote liquéfié pour 71 40822 2 2113980 congeler le sol. Dans la revue Compressed Air Magazine de janvier 1954, page 16, un article intitulé "Un autre travail pour la cryogénie", décrit la façon de congeler une canalisation de 90 cm de diamètre au moyen d'azote liquéfié. On a 5 fait passer ce liquide d'un réservoir dans des tubes de cuivre enfoncés dans le sol. L'azote se vaporisait dans ces tubes et s'échappait à l'atmosphère par une autre conduite. Mais on a constaté que pour congeler une masse plus importante il était difficile de régler la température dans les 10 diverses zones. Dans un secteur du tube de congélation, l'azote produit un refroidissement intense, tandis que le fait qu'il s'évapore rapidement donne, dans un secteur adjacent, une température exceptionnellement élevée. On suppose que ce phénomène d'à-coup& d'ébullition, qui provoque des "poches de 15 congélation" dans le circuit,provient de variations de pression dans le système des phases liquide et gazeuse. On comprendra qu'il gêne la conduite de la congélation. Il peut aussi être dangereux parce qu'une partie de la paroi peut n'être pas complètement congelée et par conséquent s'ébouler pendant le 20 forage. On a constaté que l'on pouvait diminuer notablement cette irrégularité de congélation par un procédé qui supprime pratiquement les variations de pression dans le système liquide et gazeux. 25 La présente invention concerne donc des perfectionnements aux procédés de congélation du sol au moyen d'azote liquéfié. Elle concerne aussi une installation de congélation qui permet de régler de manière plus précise qu'auparavant le passage de l'azote dans le circuit, et de déterminer le volume de sol 30 congelé en modifiant la pression d'injection de l'azote liquéfié et la température de sortie de l'azote gazeux. Une installation selon l'invention comprend plusieurs tuyaux de congélation qui sont montés en série et dont chacun consiste en tan tube conducteur fermé en haut et en bas et 35 contenant un tube collecteur qui est monté coaxialement sur pratiquement toute la longueur de ce tube conducteur et qui comporte à son extrémité inférieure une ouverture destinée à laisser passer le fluide dans l'extrémité inférieure dudit tube 40822 3 2113980 conducteur, l'extrémité supérieure du premier de ces tubes collecteurs communiquant avec une source d'azote liquéfié, une première conduite mettant l'extrémité supérieure du premier tube conducteur en communication avec celle du tube collecteur du second tuyau de façon à laisser passer le fluide qui sort de ce premier tube conducteur, une autre conduite, reliée à l'extrémité supérieure du tube conducteur de ce second tuyau, étant destinée à laisser passer le fluide qui provient de ce tube collecteur dudit second tuyau, ce dernier tube collecteur étant percé à sa partie inférieure de trous qui sont répartis sur au moins le quart de sa-hauteur et dont la section, totale est au moins le double de celle dudit tube. le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes on fait passer continuellement de l'azote liquéfié et comprimé dans le tube collecteur du premier tuyau de congélation et on le fait passer, par le bas de ce tube, dans l'extrémité inférieure du tube collecteur de ce premier tuyau, de façon qu'il remplisse pratiquement ce dernier tube, on fait passer l'azote qui en déborde dans le tube collecteur, puis dans le tube conducteur du second tuyau, par des ouvertures qui sont pratiquées dans ce tube collecteur et dont la section totale est égale au moins au double de celle dudit tube collecteur, et on fait sortir l'azote par l'extrémité supérieure de ce tube conducteur du second tuyau, cet azote passant dans ces tuyaux à xine vitesse telle qu'à la sortie sa température soit au plus de -62°C. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, deux formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 est une coupe verticale partiellement schématique d'une forme de réalisation d'une installation de congélation du sol ; la figure 2 est un diagramme des surfaces congelées à divers moments au moyen de l'installation de la figure 1 ; la figure 3 est un diagramme d'isothermes et indique les 71 40822 4 2113980 zones du sol qui sont congelées au fur et à mesure que la durée augmente ; et la figure 4 est un plan schématique de huit ensembles congélateurs disposés en cercle autour d'une source d'azote 5 liquéfié, de façon à congeler une paroi circulaire destinée à permettre de creuser ion tunnel. Sur la figure 1, on a représenté trois tuyaux de congélation 1a, 1b et 1c, montés en série. Ces tuyaux sont enfoncés dans le sol 2 jusqu'à une profondeur de 12,20 mètres. La 10 distance entre les axes des tuyaux 1a et 1b est de 1,07m et celle qui sépare les axes des tuyaux 1b et 1c est égale à 0,76m. Un réservoir 3 d'azote liquéfié, disposé sur le sol, comporte une conduite 4 d'alimentation de ces tuyaux, sur laquelle une soupape de sûreté 5 est montée. 15 Cette conduite est reliée à la conduite 6a d'alimentation du tuyau 1a. Un robinet 7 est monté entre ces deux conduites de façon à régler le passage de l'azote liquéfié. Un manomètre 8a branché sur la conduite 6a, indique la pression de cet azote à l'entrée de l'installation. Ce tuyau 1a se compose 20 d'un tube conducteur extérieur 9a et d'un tube collecteur intérieur 10a disposé coaxialement. Le tube conducteur a été enfoncé dans le sol jusqu'à une profondeur de 12,20m, et sortait du sol sur environ 45cm. Cette partie extérieure était isolée extérieurement au moyen de polyuréthane ou de néoprène, afin 25 de diminuer les pertes calorifiques. Le tube collecteur 10a est en cuivre ou en acier inoxydable, d'un diamètre extérieur de 21mm et intérieur de 19inm, et va de la conduite 6a jusqu'à environ 150mm du fond du tube conducteur. Il comporte en bas une ouverture destinée à laisser passer l'azote dans ce tube 30 conducteur. Celui-ci est en acier au carbone, à parois de 5ï5nntt et son diamètre intérieur est cbe 76mm environ. Il porte en haut line collerette sur laquelle une plaque 11a est boulonnée de façon à réaliser 1'étanchéité. Cette plaque est percée d'ouvertures destinées à laisser passer la conduite 6a, une 35 conduite de sortie 12a et la tige d'un manomètre 13a. L'extrémité inférieure de ce tube 9a est obturée par un bouchon qui y est soudé. Quatre supports 14a sont répartis sur la longueur du tube 40822 5 2113980 collecteur 10a de manière à le placer dans l'axe du tube conducteur 9a. Des écrans 15a, d'un diamètre de 63,5mm, sont disposés tous les 760mm environ le long du tube 10a. . Ils servent à freiner la montée de l'azote liquide et gazeux, d'une manière que l'on expliquera plus loin. Dans le tuyau 1a, ils servent essentiellement à ralentir l'ébullition ou la vaporisation de l'azote liquéfié, qui créerait une température relativement élevée dans la zone du sol adjacente au point de dégagement des bulles de vapeur. Il est très important de régler cette ébullition dans le tuyau 1a, de façon à éviter des à-coups qui nuirait à l'uniformité de la congélation créée par l'installation. La conduite de sortie 12a est reliée à la conduite d'alimentation 6b de façon à faire passer l'azote liquide et vaporisé, du tube conducteur 9a au tube collecteur 10b du tuyau de congélation/ manomètre 8b monté sur cette conduite 6b relève .la pression de l'azote gazeux qui pénètre dans ce tuyau. Le tube conducteur 9b a les mêmes dimensions que le tube 9a, une plaque 11b est fixée à son extrémité supérieure et il est obturé par un bouchon à son extrémité inférieure. Le tube collecteur 10b diffère en plusieurs points du tube 10a. Il porte quatre supports 14b et, dans la forme de réalisation de la figure 1, onze plaques-écrans équidistantes sont disposées sur sa moitié supérieure. Sa moitié inférieure est percée d'un certain nombre de trous qui sont destinés à projeter la vapeur d'azote dans le tube 9^« Dans "cette forme de réalisation, il y a 100 trous d'un diamètre de 3,45mm, répartis radialement sur la partie inférieure du tube. En plus de ces trous, un bouchon vissé sur l'extrémité inférieure de ce tube comporte un trou axial d'un diamètre de 6,35mm» L'azote venant de la conduite 6b et pénétrant dans ce tube 10b est pratiquement en totalité à l'état gazeux. Pour que la congélation créée par l'installation soit uniforme, cet azote gazeux est projeté par ces 101 trous au lieu de sortir par tm seul passage comme dsns le tube 10a. On utilise encore des écrans pour créer une contre-pression et augmenter la vitesse du gaz sur la paroi du tuyau, en augmentant ainsi le taux d'échange de chaleur. Ces écrans sont placés de façon à créer 71 40822 6 2113980 xine congélation uniforme sur la longueur du tuyau. L'azote gazeux sort par le haut du tube conducteur 9b par une conduite 12b. Un manomètre 13b, monté sur la plaque 11b, indique la pression de cet azote en ce point. 5 La conduite 12b est reliée à la conduite d'alimentation 6c du tuyau 1c, si bien que le gaz qui sort du tube 9b est envoyé dans le tube collecteur 10c. Un manomètre 8c, monté entre ces conduites, relève la pression de ce gaz. Le tube 10c est semblable au tube 10b, sauf en ce qui concerne les 10 dimensions des trous de sa moitié inférieure. Dans la forme de réalisation considérée, il comporte 100 trous d'un diamètre de 4,1mm et un trou inférieur de 12,7mm dans le bouchon vissé à son extrémité. Cette augmentation des diamètres, et par conséquent de la section totale de ces trous, est destinée à 15 tenir compte du fait que le volume de l'azote est plus grand, parce que sa température est plus élevée que dans le tuyau 1b. On stabilise la pression du gaz dans l'installation en compensant son augmentation de température par une augmentation de n -r -, , des écrans . la section des trous.Le nombre et les positions des supports 14c et/ 20 15c sont les mêmes que pour le tube 10b. Une conduite de sortie 12c, montée dans la plaque 11c, est destinée à laisser échapper l'azote dans l'atmosphère. Un manomètre 13c, monté sur cette plaque, mesure la pression de cet azote à l'extrémité supérieure du tube 9c. 25 On remarquera que, bien que l'on préfère une installation à trois tuyaux, on a obtenu une congélation satisfaisante en utilisant une installation à deux tuyaux. Avec une installation à cinq tuyaux ou plus en série, il serait difficile d'obtenir une congélation appropriée et uniforme dans tous ces tuyaux. 30 Eteint donné que la température de 1 ' azote gazeux augmente rapidement d'un tuyau à l'autre, il faudrait refouler l'azote liquide sous une pression relativement élevée pour que le dernier tuyau crée une congélation. Un autre facteur de limitation est constitué par l'augmentation de la section qu'il 35 faudrait donner aux trous des tubes collecteurs pour équilibrer la pression dans l'installation et diminuer la chute de pression dans chaque tuyau. Cependant, une installation à quatre tuyaux pourrait donner satisfaction et même être préférable pour 71 40822 7 2113980 certains forages de grandes dimensions. Dans un essai de congélation du sol au moyen de l'installation représentée sur la figure 1, l'azote liquide, qui se trouvait dans le réservoir 3 sous une pression comprise entre 5 3,8 et 5>2 "bars, a été envoyé dans le tube collecteur 10a par les conduites 4 et 6a, lorsque le robinet 7 a été ouvert. A son entrée dans le tuyau 1a, sa pression , indiquée par le manomètre 8a, était de 2,4 à 3,45 bars, ce qui correspond à une consommation de 2265 à 2830m /heure d'azote gazeux aux 10 pressions et températures normales pendant le cycle de congélation. L'azote liquide du-tube 10a passait au fond du tube conducteur 9a. Il a tendu à monter pendant 24 heures dans ce tube, jusqu'à ce que ce dernier soit rempli, un peu d'azote vaporisé se trouvant à son extrémité supérieure, près de la 15 conduite de sortie 12a. Pendant que cet azote/dans ce tube, il se vaporise et passe rapidement par les passages étroits situés entre les écrans 15a et la paroi dudit tube. On a constaté que sans ces écrans, tin peu de cet azote vaporisé tendait à glouglouter à travers l'azote liquide en provoquant 20 de fortes variations de pression, appelées"engorgement"0 Par ailleurs, sans ces écrans, l'azote liquide se répartit lentement dans le tube, de sorte qu'il se vaporise bien avant que le niveau du liquide n'atteigne le haut de ce tube. Par suite, la température est répartie inégalement et elle est relative-25 ment élevée en haut du tuyau de congélation. Les écrans ont permis de maintenir des températures relativement constantes. Le liquide et le gaz qui sortaient du tube 10a ont été amenés dans le tube collecteur 10b par les conduites 12a et 6b. Puis l'azote a été projeté par les trous du bas et de l'extré-30 mité de ce tube. Il a rempli le bas du tube conducteur 9b et a continué à monter jusqu'en haut de ce tube en passant à côté des écrans 15b. Ceux-ci servent à diminuer la section de passage, de façon à augmenter la vitesse du gaz et à forcer celui-ci à lécher la paroi dudit tube. Sans eux, le gaz 35 pourrait monter de plus en plus vite sans absorber la chaleur de la paroi du tube, ce qui diminuerait donc très fortement l'effet de refroidissement. Le manomètre 12b enregistrait la pression du gaz en haut du tuyau. 71 40822 8 2113980 Les conduites 12b et 6c ont amené ce gaz dans le tube collecteur 10c. Sa pression à l'entrée étant indiquée par le manomètre 8c. Puis le gaz a été projeté par les trous de ce tube. Il a rempli le bas du tube conducteur 9c et a continué 5 à monter en passant autour des écrans 15c. Le gaz qui s'échappait par le haut de ce tube 9c a été envoyé à l'atmosphère par la conduite 12c. On a continué à congeler pendant 96 heures et pendant ce temps on a fait passer au total 30,215 tonnes d'azote liquéfié 10 dans les tuyaux de congélation. Après ces 96 heures, on avait congelé environ 66nr de sol. La température de ce sol au-dessous de la surface était de 10°C. Ce sol était composé d'une vase argileuse humide moyennement dense. Des thermocouples enfoncés dans cette vase à des distances différentes des tuyaux 15 ont montré qu'après 96 heures, 1'épaisseur/de la zone congelée qui entourait chacun de ces tuyaux était la suivante : tuyau 1a 1,95 m tuyau 1b 2,135m tuyau 1c 1,525m 20 L'épaisseur maximum de cette zone était de 2,26m et se trouvait à peu près à mi-chemin entre les tuyaux 1a et 1b. Sa profondeur maximum était de 3,26m. Sa température variait de -196°C à 0°C. On a constaté que, pour que l'on obtienne une congélation de cette importance, il faut que l'azote passe dans 25 les tuyaux à une vitesse telle, que la température du gaz qui s'échappe par la conduite 12c soit au plus égale à -62°C, et de préférence à -73°C, mais ne soit pas inférieure à -84°C pour des raisons économiques. La température du gaz qui s'échappait était d'environ -68 - 2°C pendant la période 30 initiale, au cours de laquelle on a constaté une certaine variation de pression entre les tuyaux. Pendant les 80 dernières heures de la période de ocongélation, on n'a pas observé de variation de cette pression et la température du gaz qui s'échappait par la conduite 12c était de -68°C. 35 On a maintenu la pression de l'azote liquide envoyé dans le tube collecteur du tuyau 1a entre 2,4 et 3»45 bars, ce qui correspond à une consommation d'azote de 2250 à 2830m^/heure. Pendant les 16 premières heures, qui constituent la période 40822 9 2113980 initiale de refroidissement, la pression a varié cycliquement dans les tuyaux de congélation à la fréquence d'environ 20 périodes/heure. Ces variations ont été au maximum égales à 3,1 "bars. Après cette période initiale, ou n'a plus constaté de variation cyclique. Lesdites variations étaient provoquées par l'ébullition dans le tuyau 1a et on les a corrigées au moyen d'un réglage de la pression et des écrans. La variation moyenne d'enthalpie de l'azote liquide a été de 697 frigories par kg, répartie comme suit : tuyau 1a 361 frigories/kg tuyau 1b 107,7 " tuyau 1c 101,3 " Total consommé dans les tuyaux 370 " perdu dans l'atmosphère 127 " 697 " La figure 2 indique la surface de sol congelé à diverses périodes au cours des 96 heures de congélation. Elle indique les températures enregistrées par les thermocouples, ainsi que les températures à des distances différentes des tuyaux à la fin d'intervalles de temps prédéterminés. On a utilisé une trentaine de ces thermocouples pour relever la température du sol le long de ces tuyaux et à des distances différentes de ces derniers. On comprendra qu'ils étaient reliés de manière classique à un dispositif enregistreur placé sur le sol. On a constaté que la surface congelée à diverses périodes était la suivante : p durée (heures) surface (m ) 24 1,66 36 . 2,27 48 3,00 60 3,73 72 4,53 84 5,00 96 5,42 40822 10 2113980 On a fait cette constatation très importante que l'on peut prévoir la vitesse de congélation du sous-sol si la pression d'alimentation de l'azote reste comprise entre 2,75 et 3,45 "bars et si la température du gaz qui s'échappe reste maintenue entre -62 et -73°C. Les isothermes de la figure 2 ont une forme constante et on peut les prévoir pour un sol particulier, ce qui permet de supprimer tous les thermocouples, sauf un qui est placé perpendiculairement au milieu de la distance séparant les tuyaux 1a et 1t. On peut supprimer tous les manomètres utilisés dans l'essai, sauf le manomètre 8a de la conduite d'alimentation. On comprendra que cela simplifie beaucoup le réglage de la congélation et diminue le prix de l'installation. On peut constater à l'examen de la figure 2 que la zone congelée a la profondeur maximum en un point situé à peu près au milieu entre les tuyaux 1a et 1b. Pour mesurer ces températures, on a enfoncé dans le sol 42 thermocouples au total. Ils étaient constitués de fil de cuivre et de constantan de 0,914mm. On a utilisé un pyromètre "Sigma" 110 avec deux sélecteurs à 24 positions. Ce pyromètre était équipé d'un.compensateur automatique de résistance afin de compenser les différences de longueur des thermocouples et d'un compensateur de température ambiante pour corriger les variations de cette température. La précision à la température ambiante (21°C) était de £ 1% de la déviation complète de l'aiguille qui correspondait à 250°C entre -212°C et 38°C, ce qui donnait aux indications une précision de - 2,5°C pour la déviation complète. Dans l'essai considéré, le pyromètre a fonctionné sous une température ambiante comprise entre -17,8 et +4,4°C, ce qui est bien inférieur à la température optimale de fonctionnement mécanique de l'instrument et peut diminuer légèrement la précision de lecture. On a constaté que le procédé de congélation du sol par l'azote est plus économique pendant la première partie du cycle de congélation et le devient moins lorsque la durée de ce cycle augmente, ce qui est mis en évidence par le fait que la zone congelée s'agrandit de plus en plus lentement quand cette durée augmente. 40822 n 2113980 On a évalué le volume de cette zone congelée en prolongeant la surface congelée obtenue après une durée donnée, jusqu'à une profondeur de 12,20m* en tenant compte de la longueur des tuyaux de congélation qui était enfouie dans le sol. Pendant l'essai, la profondeur de cette zone a passé de 0 à 0,60m au-dessous de ces tuyaux, ce qui a donné une bonne approximation de la zone réellement congelée et a été utilisé pour calculer le volume. Après les 96 heures de congélation, ce volume était égal à 5*4-2 x.12,2 = 66,124m^. Pendant les 96 heures de l'opération : Consommation d'azote liquide 30,215 tonnes Volume du sol congelé 66nr Densité de ce sol 1,7 Poids de ce sol 112,2 tonnes Par conséquent, 1kg d'azote liquide a congelé 3?85 kg de sol. La décongélation a pris 403 heures. Cela a été la durée nécessaire pour que la température du sol passe à 0°C ou plus, et cette durée a été 4,2 fois plus longue que celle de la congélation. On suppose que cela provient du fait que la température du sol au-dessous de la surface n'était égale qu'à 10°C et que la température moyenne du mur de glace créé par la congélation était de -12,2°C. Par conséquent, pendant cette période de décongélation,le gradient de température était beaucoup plus faible que pendant la période de congélation. On a fait un essai analogue avec une installation à deux tuyaux. Dans cette installation, un tuyau de congélation semblable au tuyau 1a de la figure 1 et un seul tuyau à azote gazeux, analogue au tuyau 1b,ont été montés en série. Les autres éléments de l'installation étaient semblables à ceux qui ont été représentés sur la figure 1. Les tuyaux n'ont été enfoncés qu'à une profondeur d'environ 6m, à 0,60cm d'axe en axe. On a maintenu la pression de l'azote liquéfié envoyé dans le tube collecteur du premier tuyau entre 1,5 et 1,7 bars pendant la plus grande partie de la période de congélation. Le tableau ci-dessous donne les températures moyennes des tuyaux pendant les 24 premières heures et les 47 heures suivantes d'un cycle de 71 heures. 71 40822 12 2113980 Premier tuyau (essentiellement liquéfié) les premières les 47 heures 24 heures • suivantes température au fond -180°C -191°C 5 température en haut - 46°C -158°C température du gaz évacué -111°C -176°C Second tuyg.u (essentiellement No gazeux) température au.fond -23,7°C - 82,5°C température en haut -35 °C - 96 °C 10 température du gaz évacué -67 °C -123 °C 7. Pendant cet essai de 71 heures, on a consommé 8744m , soit environ 10,147 tonnes, d'azote liquide. Le second tuyau était équipé initialement d'un tube collecteur à injection de liquide, mais on l'a remplacé après 15 24 heures par un tube à projection de gaz comme celui du tuyau 10b de la figure 1, parce que le collecteur à projection de liquide freinait le passage de l'azote, ce qui empêchait d'obtenir, dans le premier tuyau, la température voulue pour l'azote liquéfié. Ce remplacement explique la grande différence 20 de température de ce tuyau pendant les 47 dernières heures. La figure 3 représente le rayon de la zone congelée à diverses périodes de l'essai. Les températures ont été enregistrées au moyen de 19 thermocouples disposés logiquement. Ce rayon était le suivant : 25 Durée (heiires) Rayon de la zone congelée (m) premier tuyau second tuyau 24 0,424 0,311 40 0,47 0,39 56 0,56 0,493 30 71 0,647 0,560 40822 13 2113980 2 la surface de cette zone après 71 heures était de 1,88m z et son volume était de 11,44m . le sol était un terrain erratique glaciaire relativement sec de densité 2,41. Le poids de sol congelé était donc : 2,41 x 11,44 = 27,57 tonnes. Puisqu'on a utilisé 10,147 tonnes d'azote liquide, 1kg de cet azote a congelé 2,71kg de sol. On reproduit ci-dessous les résultats obtenus au cours des deux essais à titre de comparaison: RESUME.COMPARATIF essai 1 essai 2 Installation 1 tuyau à î 2 tuyaux à N2 gazeux 1 tuyau à $2 gazeux durée de congélation 96 heures 71 heures consommation de liquide 30,215 t. 1®, 147 t. consommation horaire 315 kg 143,15 kg épaisseur de la zone congelée: tuyau 1 1,95 hl 1,29 m tuyau 2 2,13 m 1,14 m tuyau 3 1,52 m — épaisseur maximum du mur de glace entre les tuyaux 1 et 2 2,26 m 1,29 m longueur de la zone congelée 3,26 m 1,82 m surface de cette zone 3,42 m2 1,88 m2 profondeur de congélation 12,20 m 6,10 m volume du sol congelé 66 m3 11,44 m3 rendement du ïï"- liquide 3,85 kg de sol par kg 2,71 kg de sol -, Par kg temperature moyenne du gaz évacué -68°C -105°C réfrigération donnée : par le tuyau 1 361 frig/kg 376,3 frig/kg par le tuyau 2 107,7 " 122,7 " par le tuyau 3 101,3 " Total 570 frig/kg 499 frigories perdues dans l'atmosphère 127 219 température du sol 10°C 7,8°C 71 40822 2113980 Bien que les formes de réalisation décrites ci-dessus concernent des installations à deux ou trois tuyaux, on peut en utiliser aussi une à quatre tuyaux ou plus. Four que l'azote circule régulièrement et pour supprimer efficacement 5 les variations de pression dans ces tuyaux, il faut augmenter progressivement la section des trous des tubes collecteurs, d'un tuyau au suivant. C'est ainsi que, comme on l'a indiqué plus haut à propos de la figure 1, la section totale des trous du tube 10b est 4 fois celle de ce tube. Dans le tube 10c, 10 ce rapport est égal à 5» Si on utilisait un quatrième tuyau, le rapport de la section des trous de son tube collecteur, à celle de ce tube serait beaucoup plus grand. Mais on comprendra que quatre tuyaux représentent à peu près la limite pour réaliser industriellement la congélation. 15 La température de l'azote dans un cinquième tube ne conviendra pas pour congeler efficacement une grande surface, à moins que cet azote ne soit refoulé dans l'installation sous une pression beaucoup plus élevée, que cependant on ne peut obtenir en pratique avec les équipements actuels. 20 S'il faut congeler une grande surface, une variante convenable consiste à monter en parallèle un certain nombre d'installations à trois tuyaux, ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 4. Cette figure représente la disposition de huit installa-25 tions composées de trois tuyaux en série et montées en parallèle. Ces tuyaux sont semblables à ceux qui ont été décrits en relation avec la figure 1 et sont donc désignés par 1a, 1b, 1c, comme dans cette figure 1. On peut cependant remarquer que 1'écart entre les tuyaux 1a et 1b est plus grand qu'entre les tuyaux 30 1b et 1c. Une conduite 4 amène l'azote liquide d'un réservoir (non représenté) à un tuyau d'alimentation 100, qui est disposé au-dessus du sol et est fortement isolé dé manière à rendre minimales les pertes thermiques. Ce tuyau est relié à la con-35 duite 4 par un raccord en î, 101,si bien que l'azote est envoyé dans les deux moitiés du cercle formé par ledit tuyau. L'azote est envoyé dans les conduites d'alimentation des tuyaux 1a par des ouvertures pratiquées le long de ce tuyau 100. Dans 71 40822 15 2113980 la forme de réalisation représentée, ces tuyaux 1a sont écartés d'environ 2,55m. La distance entre les tuyaux 1c et le tuyau 1a suivant est d'environ 0,90a. Les tuyaux de réfrigération se suivent en délimitant me circonférence d'environ 24m. 5 On peut utiliser une installation de ce genre pour congeler le pourtour d'un grand puits, de façon que ses parois ne s'effondrent pas avant qu'on ait coulé la paroi de "béton. Il va de soi que la présente invetion n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et 10 que l'on pourra y apporter diverses variantes sans sortir de son cadre. 71 40822 16 2113980 REVSIïï)IC ATI0IT5 1. Installation de congélation du sol, caractérisé par le fait qu'elle comprend plusieurs tuyaux de congélation qui sont montés en série et dont chacun consiste en uryéube conducteur fermé 5 en haut et en "bas et contenant un tube collecteur qui est monté coaxialement sur pratiquement toute la longueur de ce tube conducteur et qui comporte à son extrémité inférieure une ouverture destinée à laisser passer le fluide, dans l'extrémité inférieure dudit tube conducteur, l'extrémité supérieure du premier de ces 10 tubes collecteurs communiquant avec une source d'azote liquéfié, une première conduite mettant l'extrémité supérieure du premier tube conducteur en communication avec celle du tube collecteur du second tuyau de façon à y laisser passer le fluide qui sort de ce premier tube conducteur, une autre conduite, reliée à l'extrémité 15 supérieure du tube conducteur de ce second tuyau, était destinée à laisser passer le fluide qui provient de ce tube colUe cteur dudit second tuyau, ce dernier tube collecteur étant percé à sa partie inférieure de trous qui sont répartis sur au moins le quart de sa hauteur et dont la section totale est au moins le double de celle 20 dudit tube. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'autre conduite est mise en communication avec le tube collecteur d'un troisième tuyau de congélation de façon à faire passer dans ce dernier le fluide qui est sorti du tube col- 25 lecteur du|deuxième tuyau, une conduite d'évacuation étant branchée à l'extrémité supérieure du tube collecteur de ce troisième tuyau de façonà laisser partir ce fluide, et le bas de ce troisième tube collecteur étant percé sur au coins le quart de la hauteur de ce dernier, de trous dont la section totale est égale h au moins 30 quatre fois celle dudit tube. 3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que des plaques-écrans sont disposées sur au moins une partie de la hauteur des tuyaux de congélation, ce qui diminue la section de passage ménagée entre le tube collecteur et 35 le tube conducteur. 4. Procédé de congélation du sol par passage d'azote dans cLes tuyaux de congélation montés en série, enfoncés dans le sol 71 40822 17 2113980 et composés d'un tube conducteur et d'un tube collecteur qui y est monté eoaxialement et se prolonge sur pratiquement toute la longueur de ce tube conducteur, caractérisé par les étapes suivantes : on fait passer constamment de l'azote liquéfié dans le tube 5 collecteur du premier tuyau, et on évacue l'azote gazeux par le haut du tube conducteur du dernier tuyau, à une température comprise entre -62°C et -84°C, l'azote passant dans ces tuyaux sous débit sensiblement constant, ce qui permet de prévoir l'importance de la congélation du sol. - 10 5. Procédé de congélation du sol par passage d'azote dans des tuyaux de congélation montés en série, enfoncés dans le sol et composes d'un tube conducteur et d'un tube collecteur qui y est monté eoaxialement et se prolonge sur pratiquement toute la longueixr de ce tube conducteur, caractérisé par les étapes sui-15 vantes : on fait passer continuellement de l'azote liquéfié et comprimé dans le tube collecteur du premier tuyau de congélation et on le fait passer, par le bas de ce tube, dans l'extrémité inférieure du tube conducteur de ce premier tuyau, de façon qu'il remplisse pratiquement ce dernier tube, on fait pas-20 ser l'excès d'azote dans le tube collecteur, puis dans le tube conducteur du second tuyau, par des ouvertures qui sont pratiquées dans ce tube collecteur et dont la section totale est égale au moins au double de celle dudit tube collecteur, et on fait sortir l'azote par le haut du s econd tube conducteur:, l'azote passant dans les 25 tuyaux à une vitesse telle, qu'à la sortie sa température atteigne au plus -62°C. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'on fait passer l'azote qui sort du tube conducteur du second tuyau, dans le tube collecteur d'un troisième tuyau et on 30 le fait passer dans le tube conducteur de ce troisième tuyau par des ouvertures qui sont percées dans ce dernier tube collecteur et dont la section totale est égale à au.moins quatre fois celle dudit dernier tube, et l'on fait sortir cet azote pai- le haut de ce troisième tube conducteur..