Brevet FR2309881A1 — publié le 19761126

La présente invention concerne un appareil destiné à rechercher les objets en fer et autres analogues qui sont enterrés en profondeur. On sait déjà que, pour repérer des objets en fer de nature quelconque dont on soupçonne l'existence à une certaine profondeur dans le sol (ou sous le fond marin), on utilise couramment des sondes détectrices du champ magnétique, déjà connues et avec lesquelles on effectue la prospection de la zone à explorer. (Sondes appelées dans la suite "sondes magnétiques"). Dans la région de sensibilité de l'appareil, on peut effectuer la prospection facilement en parcourant lentement en surface toute la région à explorer, grâce à quoi l'existence éventuelle d'objets en fer à une profondeur ne dépassant pas la profondeur de sensibilité de l'appareil se trouve facilement décelée et signalée, et permet ensuite les interventions considérées comme nécessaires, par exemple pour enlever ces objets. Mais quand on doit effectuer certains travaux (par exemple en vue de l'édification d'une construction sur un terrain) qui intéressent une profondeur supérieure à la profondeur de sensibilité de l'appareil, il est évident qu'on se trouve devant un grave problème, lié à a présenoe possible, à ces profondeurs supérieures, d'objets en fer du genre des bombes, mines et autres engins très dangereux et dont la présence est incompatible avec l'emploi ultérieur prévu pour ce terrain0 Pour garantir une prospection réelle du terrain en profondeur, spécialement lorsqu'on soupçonne la présence-d-'engins explosifs à mettre en évidence et à enlever, une pratique répandue consiste~~donc a procéder à des déblaiements successifs du terrain, chaque fois sur une profondeur ne dépassant pas l'intervalle de sensibilité de la sonde détectrice0 Chaque déblaiement est suivi par une exploration de la surface du terrain à la nouvelle cote, Fie qui permet ainsi, en faisant alterner les déblaiements et les explorations, de certifier la présence ou l'absence d'engins dangereux. Comme ce procédé traditionnel est extrêmement onéreux au point de vue du temps nécessaire et des dépenses qui en résultent, on a cherché depuis longtemps une voie permettant de rendre plus rapides et fonctionnelles ces méthodes de recherche en profondeur, sans que celà se fasse aux dépens de la sécurité. Jusqu'à aujourd'hui, le meilleur de ces procédés perfectionnés prévoit que, at lieu d'exécuter des déblaiements, qui intéressent une très grande quantité de matériaux, on perce des forages répartis suivant une Forte de réseau sur le terrain et dont les espacements~sont fonction de la sensibilité de la sonde magnétique.Chacun de ces forages est percé de façon discontinue, en ce sens qu'on creuse chaque trou sur une profondeur qui dépend de la sensibilité de la sonde, après quoi l'organe perforateur est enlevé ou arrêté, la sonde est introduite au fond du forage, et c'est seulement après avoir constaté l'absence d'objets en fer dans la zone de sensibilité de la sonde, que celle-ci est enlevée et qu'on procède à une nouvelle pénétration limitée de l'outil, et ainsi de suites En choisissant convenablement les espacements des forages et la profondeur de descente dans chaque forage entre deux mesures successives, d'une façon qui dépend de la sensibilité de la sonde, on parvient à explorer une zone aussi grande qu'on le désire, en un temps très inférieur, avec une dépense très inférieuré et avec un minimum d'équipement et de main-d'oeuvre. L'inconvénient de ce procédé perfectionné de la technique déjà connue, qui est d'ailleurs très efficace, consiste en ce qu'on est obligé de procéder de façon intermittente dans le forage de chaque trou, c'est-à-dire de faire suivre la pénétration de l'organe perforateur sur une certaine hauteur, par son extraction ou son arrêt, par I'introduction de la sonde jusqu'au fond du forage déjà creusés et par la remise en place de l'organe perforateur. Quand on pense au grand nombre des forages à réaliser en général dans une région de terrain, on comprend facilement qu'un tel procédé intermittent pose un problème, consistant à rechercher un perfectionnement réduisant considérablement les temps de recherches. La première solution de cet inconvénient, qui est également la plus immédiate, aurait pu consister à utiliser des procédés déjà connus pour le creusement continu des forages, en complétant ces procédés par une lecture simultanée et continue des indications fournies par un instrument ou par une sonde descendus dans le forage en même temps que l'organe perforateur.A titre informatif, un exemple de ces procédés déjà connus est décrit par le brevet allemand 405243 qui remonte à 1923, et qui décrit précisément un appareil constitué par un organe perforateur descendant de façon continue dans un forage réalisé progressivement: dans le fond de l'organe perforateur, qui a la forme d'un tube pourvu d'une tête perforatrice, se trouve une sonde reliée par un fil à un instrument installé en surface0 Cette sonde descend en meme temps que le tube perforateur, ce qui donne à chaque instant une indication sur la présence d'objets, par exemple objets magnétiques,- dans son rayon de sensibilité, -c'est-à-dire en avant de la pointe perforatrice. Mais la difficulté constatée au sujet de la protection de la sonde, pour protéger cet organe délicat au cours des opérations de forage, s'opposait à l'utilisation concrète et intuitive de ces procédés de la technique déjà connue. Il est en effet facile de comprendre que les contraintes que subit une tarière perforatrice ou autre outil analogue, ne sont absolument pas acceptables ou supportables Far un instrument délicat comme une sonde sensible.D'autre part, meme dans les cas où l'on avait perçu l'existence du problème consistant à assurer une protection de la sonde contre les sollicitations mécaniques pouvant lui être transmises'par,Ie tube, comme ce Mut le cas dans le brevet déjà cité 405243, on n'avait pas pu aller au-delà de projets généraux consistant à maintenir un isolement plus ou moins bon entre la sonde et le tube et l'on n'avait pas pu descendre jusqu'à des indications concrètes, direc- tement applicables par les techniciens de ce secteur El is d'autre part, pour souligner encore l'importance extresmement grande du problèmes il suffit de dire que les procédés dont il est question ici peuvent être appliqués pour déceler des engins explosifs enterrés en profondeur: il ne serait pas admissible d'effectuer des recherches de ces engins meurtriers en exécutant des forages poursuivis sans aucune interruptitn jusqu'à la profondeur maximale de prospection, si l'on ne peut pas avoir la certitude absolue qu'à chaque instant la sonde est capable de percevoir en temps voulu la présence de ces engins dans son propre rayon de sensibilité, c'est-à-dire que la sonde est entièrement à l'abri d'avaries ou détériorations intempestives.En effet, si un dommage ou incident dont on ne peut pas être averti en temps voulu met la sonde hors de service, ou simplement altère sa zone de sensibilité, la perforation pourrait provoquer l'explosion de l'engin en ne s'arrentant pas instantanément. On comprend donc pourquoi, jusqu'à aujourd'hui, on n'a pas encore pu appliquer le procédé déjà connu qui consiste à forer et mesurer simultanément et de façon os continue, parce qu'on n'avait pas encore conçu des solutions techniques qui, tout en garantissant une descente simultanée de la sonde et de la tarière, isolent complètement ces deux éléments l'un de l'autre, et protegent ainsi rigoureusement I 'intégrité de l'instrument ainsi que la précision de ses mesures L'appareil prévu par la présente invention est caractérisé, au point de vue le plus général, en ce qu'il comprend un pieu creux de forage dont l'extrémité inférieure de travail et l'extrémité supérieure agissent en liaison avec un premier système pouvant imprimer à ce pieu un mouvement de forage et de descente dans le sol, une sonde détectant les objets en fer et installée à l'intérieur de ce pieu dans le voisinage de l'extrémité de travail mais isolée de cette extrémités un deuxième système pouvant imprimer à la sonde un mouvement de descente relié au mouvement du pieu, un troisième système pouvant isoler mécaniquement la sonde relativement au pieu et au premier système. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à a locture de la description détaillée qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation préférés mais non exclusifs et en se référant aux dessins annexés donnés à titre indicatif et non limitatif sur lesquels:: La fig. la représente schématiquement l'ensemble de l'installation au début d'une opération dans laquelle on pratique un forage en profondeur dans le terrain; La fige lb représente schématiquement, en coupe verticale, un forage exécuté par l'appareil de perforation, à la fin de son opération; Les fig. 2, 3, 4, 5, 6 représentent en coupe suivant un plan vertical de symétrie diverses formes différentes de réalisation d'un appareil appliquant le procédé de l'invention; La fig. 7 représente schématiquement la répartition des forages de prospection sur une région de terrain à explorer. On considérera ici l'exemple d'une prospection d'un terrain pour recherche d'objets en fer ou autres analogues, et en particulier d'épaves explosives de guerre. Mais le procédé et l'équipement correspondant sont utilisables également dans des travaux sous-marins. On a indiqué en 1 le terrain a explorer four rechercher des objets en fer. On suppose que le procédé est appliqué à l'aide d'une sonde magnétique capable de fournir un signal indiquant l'existence d'objets en fer dans un volume sphérique dont le rayon peut être confondu avec la distance de sensibilité de la sonde. Sur ce terrain 1 on trace prénla- blement une soute de réseau de points 2 dans lesquels on effectuera les forages successifs des sondages. Les points 2 sont mutuellement espacés d'une d-stance qui dépend de la sensibilité de la sonde.Ils sont répartis de toute façon, de façon que les volumes explorés par chaque forge -se recoupent et par suite couvrent un volume global qui coincide avec celui qu'on veut explorer. Dans les exemples considérés, on emploie un appareil de forage qui, dans la forme de réalisation considérée comme 1?. forme préférée, travaille en liaison avec un ensemble qui peut imprimer au pieu de forage une énergie vibrat@ire. L transmission de cette énergie au pieu de forage fait que celui-ci, d'une façon déjà connue, @énètre dans le sol d'une façon progressive et sensiblement uniforme, sans aucune difficulté appréciable. On a indiqué en 3 un véhicule automobile à chenilles qui porte une volée de grue 4; à ltextrémité de cette volée se déroule un câble 5 portant à son extrémité inférieure un croc de suspension 6 On décrira maintenant l'ensemble de l'appareil. Le croc 6 supporte l'appareil 8 qui imprime l'énergie de forage à l'outil perforateur. On ne décrira pas ici l'appareil 8 d'une façon détaillée, du fait qu'il est déjà connu dans cette technique; on répètera simplement qu'il peut par des vibrations, imprimer un mouvement de descente continu à l'outil 9. L'alimentation de l'appareil 8 (normalement de type hydraulique) est assurée par des organes de liaison avec une source portée par le véhicule 3 et non représentée. L'outil de forage est constitué par un tube 9 en une seule pièce, dont la longueur est choisie directement en fonction de la profondeur de forage0 Cette profondeur étant choisie, on relie à l'appareil 8 le tube 9 qui appuie tout d'abord sur le terrain par son extrémité de travail 10, tandis que son extrémité opposée il est associée à l'appareil 8, qui lui imprime donc le mouvement de descente d'une façon connue. A l'intérieur du tube 9 est introduite la sonde 12 du détecteur du champ magnétique. Cette sonde est descendue jusque dans le voisinage immédiat de la pointe 10, et est suspendue à l'intérieur du tube 9 par un organe de suspension i La sonde 12 est reliée électriquement, par exemple par le câble 14, à un instrument de signalisation placé dans la cabine du véhicule 3, sous l'observation de l'opérateur qui agit dans l'intérieur0 La sonde 12 est capable de déceler la présence d'objBt3 en fer ou autres objets analogues qui se trouvent dans une sphère dont le rayon est égal à la distance de sensibilité de la sonde e1le-mêmeO Sur la-fig. la, où le forage n'est pas encore commencé, le tracé en petits traits 15 indique la zone hémi phérique de terrain qui est déjà sous explorationo L'installation étant ainsi préparée, on commence le forage en faisant fonctionner l'appareil 8. De cette façon, le tube 9 descend progressivement jusqu'à atteindre la profondeur finale d'explorations si la sonde n'émet aucun signal indiquant la présence d'objets ferreux dans tout le volume 15aO La descente du tube de forage 9 dans le trou se fait de façon continue; en meme temps descend la sonde 12 qui se maintient constamment à proximité de la pointe de forage 10. Il en résulte que l'opérateur, qui file le câble 5, observe constamment l'instrument indicateur relié à la sonde 12, de façon que le forage soit immédiatement interrompu quand la sonda perçoit la présence d'un objet en fer dans son propre rayon d'action. On signale que la sonde 12 ne peut pas être influencée par le fait qu'elle se trouve à l'intérieur du tube 9 car celui-ci est réalisé en une matière amagnétique. Le procédé ainsi appliqué progresse donc de façon continue, et chaque trou 2 est foré rapidement sur toute sa profondeur, tant qu'on ne relève pas la présence d'un objet ferreux dans le volume de sensibilité indiqué par le tracé en petits traits 1 sur lafig. lb. On a dit au début qu'un tel procédé de forage pose un grave problème, constitué par l'intégrité de la sonde 12. Cette dernière est en effet exposée à des détériorations pouvant provenir de l'énergie de percussion ou de vibration transmise au tube 9o Il est donc nécessaire d'isoler mécaniquement la sonde 12 relativement au tube 9, tout en assurant la descente coordonnée de ces deux organes. Les fig. 2 à 6 représentent quelques solutions de ce problème. On voit sur la fig. 2 que la sonde ou instrument de mesure 12 est introduite par le haut à l'intérieur et dans le fond du tube de forage 9, à travers deux lucarnes opposées 16 traversées par une barrette de suspension 12. L'instrument de mesure 12 est suspendu à cette barrette 17 par un ressort ou autre élément élastique équivalent 18, et la barrette 17 est eIle-même reliée à une traverse portante 19 par d'autres organes élastiques 20. L'appareil 8 transmet l'énergie de percussion ou de vibration à la tête du tube 9, car il est isolé par l'élément élastique d'amortissement 7, relativement au crochet portant 6 qui est placé à l'extrémité du câble 5. De son côté, la sonde .12 est suspendue à cette même structure 5-6, directement ou avec interposition des organes élastiques 18-20.Il en résulte que, tandis que le pieu 9 descend suivant un mouvement vibratoire ou intermittent, la sonde se maintient dans le fond et descend d'une fagon presque uniforme avec le câble 50 On ne peut donc observer que de petits mouvements relatifs verticaux entre le tube 9 et la sonde 120 Pour éviter tout contact entre la sonde et la paroi intérieure du tube dans le cas d'une descente imparfaitement verticale, il est utile de prévoir que la sonde 12 est maintenue à distance de cette paroi par un dispositif déformable quelconque, à la limite simplement en fixant sur la sonde 12 des soies souples 21 disposées radialement. Naturelement, la sonde 12 est en outre reliée par le fil 14 à un instrument indicateur 22 situé dans une position commode pour être constamment contrôlé par un opérateur. On voit sur la fig 3 que le petit câble 1-3, qui porte la sonde 12 est fixé à la traverse 23 qui traverse les ouvertures 16 comme dans l'exemple précédent. L'ensemble 5-6 comporte deux cuvettes 24 qui contiennent de l'eau par exemple, 25. Deux flotteurs respectifs 26, rigidement reliés par les montants 27 n la traverse 23, plongent dans les cuvettes 24. Ce type de suspension de la sonde 12 au câble 5 assure un fonctionnement efficace de la scinde elle-même.En effet il se produit à chaque instant un phénomène d'auto-compensation par lequel, à chaque descente des cuvettes 24 (ce qui fait émerger légèrement et momentanément les flotteurs 26), la diminution de la poussée hydrostatique sur les flotteurs fait descendre ceux-ci. On obtient ainsi une descente toujours contrôlée de la sonde 12, et cette descente est coordonnée avec celle de l'ensemble de l'équipage, bien qu'entre la sonde et la structure portante il n'existe aucune liaison matérielle et rigide exposée aux effets du travail de perforation0 Dans la forme de réalisation de la fig. 4, il est prévu que c'est l'intérieur du tube 9 qui contient de l'eau sur une certaine parte de sa hauteur.La sonde 12 est suspendue à une sorte de chaine constituée par plusieurs boules creuses 28 reliées entre elles par des liaisons souples 29. D'une façon tout à fait analogue à ce qu'on a vu dans le cas précédents la descente du tube 9 sur une petite distance fait d'abord émerger partiellement celle des boules 29 qui est la plus élevée, et supprime ainsi une fraction de la poussée qui assure normalement la flottabilité de la sonde 12 dans le voisinage immédiat de la pointe 10. La réaction immédiate fait descendre légèrement la sonde et rétablit ainsi les conditions initiales, c'est-à-dire sa position à proximité du fond du tube. Il faut comprendre oue, dans le cas d'une descente presque continue du tube, ces phénomènes se produisent eux-mêmes pratiquement d'une façon continue. hutrement dit, les phases diverses qu'on vivent d'énoncer sont presque imperceptibles. Dans la variante de la fig0 5, le crochet 6 supporte un équipage formant deux chambres ou cloches 30 qui sont de préférence cylindriques, sont ouvertes en bas et sont fermées en haut.La traverse à laquelle est suspendue la sonde 12, comme indiqué fig. i porte à ses extrémités deux séries de ballons 31 qui sont relies entre eux par des éléments souples 32, en fil par exemple. Les petits ballons 31 sont avantageusenent renplis d'hélium ou d'un autre gaz plus léger que l'air, et le système est calculé de façon que, dans des conditions normales, il assure la flottabilité des petits ballons 31 à l'intérieur des cloches 30, et un lacement correspondant de la sonde 12 dans le voisinage de la loi te 10 du tube de forage 9. Pendant le forages à une descente du tube 9 correspond tout d'abord une'descente des cloches 30 grâce à quoi le plus élevé des petits ballons 31 va appuyer contre le plafond les cloches 3'o nela annule en partie la force de sustentation (produite à ce moment uniquement Der les paires de petits bllons inférieurs).Le système se déséquilibre et tend à descendre vers le bas, ce qui a un double résultat: rétablir la position relative de 1 sonde 12 rel@tivement au tube 9, et rétablir les cenditions statiques initiales par la réintervention de la poussée totale des petits ballons supérieurs 31. Dans la variante de la fig. 6, on obtient une flottabilité de la sonde 12 à proximité de la pointe du tube 9, en plaçant la sonde elle-même à l'intérieur d'un élément cylindrique 33 qui communique en haut, par un petit tube 34, avec une source extérieure d'air comprimé, tandis qu'en bas il forme un éjecteur en tuyère percé d'un trou 35. La paroi intérieure lu tube 9 est également avantageusement conformée de façon que son profil 36 se conjugue à celui de l'élément 33, et produise de plus un passage annulaire 37 autour de ce dernier. La conformation de la paroi interne du tube 9 et de la paroi externe de l'élément 33, ainsi que les dimensions des passages ou ouvertures 35 et 37 sont choisies de façon que, lorsque la tube 9 est immobile, l1équi- rage formé par la chambre 33 et la sonde 12 reste suspendu à proximité de la pointe 10 du tube 9. Mais, à une descente même limitée du tube 9, correspond une perturbation de l'équilibre des organes mentionnés initialement, si bien que la poussée descendante produite sur l'équipage 12-33 est plus forte que la réaction en sens contraire produite par le jet d'air sortant à travers la tuyère 35, provoquant ainsi une descente correspon dante de cet équipage qui reprend sa position relative initiale. Dans toutes les formes de réalisation de l'appareil objet de l'invention, on a atteint un résultat double et fondamental qui consiste à isoler mécaniquement la partie de la structure sujette à des percussions et vibrations pour descendre dans le sols relativement à la partie délicate qui aboutit à l'instrument de mesure. Simultanément, on obtient une adaptation instantanée, automatique et avec des dispositifs très simples, de la cote de la sonde relativement a celle du tube, de façon à assurer à tout instant que la sonde 12 descend en même temps que le tube 9. Il en résulte qu'au fur et à mesure que le tube descend dans le for@ge 2, 2, on lit de façon continue sur l'instrument 22, les indications concern@nt la sonde 12, de façon à arrêter au moment voulu la descente du tube lors de la détection d'un objet en fer dans le rayon de sensibilité e la sonde. Lien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de la présente invention0 REViNDIC4TIONS 1) Appareil destiné à rechercher des objets en fer et autres analogues, caractérisé en -ce qu'il comprend: un pieu creux de forage avec extrémité inférieure de travail; un premier système installé au-dessus de ce pieu, associé à ce pieu, et pouvant lui imprimer le mouvement de forage et de descendre dans le terrain, la longueur du pieu étant à peu près égale à la profondeur des trous qu'on veut réaliser; un organe pouvant maintenir suspendu le pieu au premier système et faire descendre l'ensemble progressivement au fur et à mesure que progresse le forage; un système amortisseur interposé entre l'organe de suspension d'une part et le pieu et le premier système d'autre part; un dispositif de sonde détectrice d'objets en fer et autres analogues qui est placé à l'intérieur du pieu près de son extrémité de travail mais est isolé mécaniquement de ce pieu; un deuxième système qui relie la sonde à l'organe de suspension et qui peut faire descendre la sonde d'une façon coordonnée avec la descente de l'organe de suspension; et un troisième système interposé entre la sonde et l'organe de suspension et pouvant isoler mécaniquement la première relativement au deuxième. 2) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième système est du type à amortisseur élastique. 3) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième système est du type à flotteurs et à compartiments d'air.