Brevet FR2461088A1 — publié le 19810130

DISPOSITIF DE FORAGE POUR EFFECTUER DES ERUL!VSiEETS DE CAROTTES DAIS LE SOL. ET DOUILLE DE CAROTTAGE CORRESPONDANTE La présente invention concerne un dispositif de forage, pour ef- fectuer des prélèvements de carottes dans le sol. L'invention concerne éga- lement une enveloppe de carottage spécialement adaptée à ce dispositif de forage. Celui-ci comporte un tube de forage tournant, muni d'une couronne de forage qui présente un épaulement interne sur lequel peut reposer une douille interchangeable en matière plastique servant d'enveloppe pour chaque carotte. On connaît un dispositif de ce genre d'après le brevet suisse CH 543.781, qui décrit une enveloppe de carotte constituée par une douille cylindrique en matière plastique pourvue d'un fond fixe disposé en haut pour le forage. Pour permettre l'échappement de l'air pendant que la carotte pénètre dans la douille, des trous sont percés dans le fond de celle-ci. Les douilles décrites dans ce brevet présentent des parois lisses, et le fond qui les ferme d'un c8té oblige à leur donner une épaisseur assez impor- tante, pour leur assurer la rigidité nécessaire, leur permettant de con- server leur forme cylindrique au cours du stockage et du transport. L'encom- brement de ces douilles est donc considérable. En outre, pour obturer ces douilles et isoler les carottes qu'elles contiennent, ce brevet prévoit des couvercles cylindriques dont l'encombrement est également assez important, au stockage comme au transport. Le but de l'invention est de remédier à de tels inconvénients, pour permettre des opérations de carottage commodes, grâce à un dispositif de forage comportant des enveloppes de carottage faciles à stocker, à trans- porter et à utiliser. Selon l'invention, un dispositif de forage tel que défini ci- dessus est caractérisé en ce que la douille constituant l'enveloppe de chaque carotte est faite d'une feuille de matière plastique mince et pré- sente deux extrémités ouvertes; cette douille peut être conservée provi- soirement sous forme aplatie, facile à stocker et à transporter; elle peut ensuite reprendre sa forme élargie de section arrondie, lorsqu'on l'introduit dans le tube de forage; cette douille est adaptée à recevoir deux couvercles d'obturation identiques à entrées évasées, montés chacun sur une des extrémités de la douille. D'une manière avantageuse, la douille présente une série de lignes de pliage, parallèles à son axe et régulièrement espacées, pour donner à la 2 2461088 douille une section transversale polygonale. Les douilles conformes à l'invention sont faciles à fabriquer, par découpage, dans une feuille de matière plastique et par formage sur chacue pièce de lignes de pliage en long, puis en enroulement de ces pièces pour associer par recouvrement deux bordures- fixées l'une à l'autre, par collage ou pxr sondage. L'enveloppe cylindrique ainsi formée est facile à emballer pour le transport ou le stockage, en l'aplatissant suivant deux lignes de pliage diamétralement opposées, pour lui faire reprendre sa forme de section arrondie au moment de l'utiliser. Il est facile de repren- dre à la main la déformation résultant ainsi du pliage accentué de deux génératrices, pour permettre à la douille de revenir d'elle mkme, à sa forme voulue de section arrondie, lorsqu'on l'enfile dans le tube de forage. Par ailleurs, les nombreuses lignes de pliage assurent un certain raidis- sement de la paroi de la douille, ce qui permet d'utiliser sans inconvé- nient une feuille de matière plastique un peu plus mince que pour les douilles à parois lisses habituellement utilisées jusqu'à présent. On monte les deux couvercles aux extrémités de la douille contenant la carotte prélevée dans le sol, après avoir extrait la douille du tube de forage. Grace aux entrées évasées des couvercles, il est facile de mettre les couvercles en place sur la douille, mais en outre, il est facile d'empiler ces couvercles qui sont tous identiques, en les emboitant l'un dans l'autre pour réduire leur encombrement au stockage et au trans- port. D'une manière avantageuse, le dispositif de forage comporte au moins deux tubes de forage engagés l'un dans l'autre de manière télesco- pique, les do illes de carottage ayant un calibre correspondant au calibre interne du tube intérieur, de diamètre plus faible lue l'autre tube. On peut ainsi prélever dans le sol des carottes jusqu'à une profondeur de quel-, ques mètres, et par longueurs unitaires de 25 cm par exem;ples correspondant à la longueur standard des douilles de carottage. Comme il faut en pareil cas un grand nombre de douilles, les douilles de section polygonale con- formes à l'invention sont particulièrement avantageuses, grâce à l'encom- brement réduit qu'elles offrent, ainsi que leurs couvercles, pour le stockage et le transport. TL'exp?érience montre que le dispositif conforme a l'invention permet de prélever des carottes dans le sol, jusqu'à une profondeur de forage de quelques mètres. Il est alors particulièrement avantageux d'atiliser 0our le tube de forage plusieurs troncons montés l'un dans 3 z 24 6108 8 l'autre, de manière à assurer le guidage du tube allant à la plus grande profondeur, en le faisant passer dans le tube qui correspond à la tran- che-de profondeur immédiatement supérieure. L'emploi d'un tel dispositif suppose cependant qu'on procède d'abord au prélèvement du noyau de forage correspondant au tube de forage externe, sous forme d'un nombre approprié de carottes emballées chacune dans une douille. Puis on enfonce à nouveau dans le sol le tube externe vide, en l'utilisant comme guide pour le tube de forage de rang suivant, au moyen duquel on prélève une deuxième série de carottes correspondant à la tranche de profondeur suivante. On a cons- taté alors que, pour obtenir des carottes intactes en les prélevant ainsi, il fallait laisser dans le sol le tube de forage correspondant. Or ceci, n'est pas normalement possible, avec les tubes de forage usuels, qui pré- sentent intérieurement un épaulement prévu pour retenir directement l'en- veloppe de la carotte. Dans le dispositif conforme à l'invention, cette difficulité est résolue, par insertion dans le tube de forage, d'un élément cylindrique intermédiaire pour contenir l'enveloppe de la carotte; cet élément cylindrique est associé à un système de tiges d'extraction qui passent dans le tube de forage, et permettent de récupérer l'enveloppe garnie de sa carotte, en faisant sortir l'élément cylindrique par le haut du tube de forage. Un dispositif de ce genre pour forages profonds est relativement lourd, mais demande en outre un moteur d'entraînement assez puissant et lourd. Dans les dispositifs connus, ce moteur est monté au-dessus du tube de forage, et dans l'axe de celui-ci. Il faut donc obligatoirement déplacer ce moteur lourd, chaque fois qu'on extrait une carotte. Dans le dispositif conforme à l'inventions cette autre difficulté est également résolue, par l'entraînement en rotation du tube de forage par l'intermédiaire d'une trans- mission montée sur une plaque d'assise qui porte également la tête du tube de forage. Le moteur qui attaque la transmission a son axe décalé latéralement par rapport à l'axe d'une tète d'accouplement, à laquelle le tube de forage peut être relié. On peut ainsi faire sortir par le haut du tube de forage, l'élément cylindrique contenant l'enveloppe de carot- tage garnie de sa carotte, sans avoir à séparer la tête d'accouplement et le tube de forage. Cette disposition permet de réduire d'une manière consi- dérable la durée des opérations de prélèvements de carottes, jusqu'à des profondeurs assez importantes, pouvant atteindre quelques mètres. 4 2461088 D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description d'un mode de réalisation préféré, présenté ci- après à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un tube de forage con- forme -? l'in-vention, contenant une douille de carottage en position de travail; - la figure 2 est une vue en élévation avec arrachement de la douille de carottage de la figure 1, pourvue de deux couvercles; - la figure 3 est une coupe de la figure 2, suivant III-III; - la figure 4 est une vue en plan de la douille de carottage des figures 1 à 3, représentée vide et aplatie; - la figure 5 est une vue en élévation d'un dispositif utilisant un tube télescopique de forage, en position de travail; - la figure 6 est une coupe détaillée et agrandie des mécanismes du dispositif de forage de la figure 5. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le tube de forage 1, pourvu d'outils coupants en métal dur, est relié par une tète d'accouple- ment 2 à la tige 3 d'entraînement en rotation d'une machine de forage à moteur électrique (non représentée). Sur un épaulement interne 4 en bas du tube de forage 1, et correspondant à un élargissement de l'âme du tube, repose une douille 5 servant d'enveloppe pour une carotte de forage. Cette douille est constituée d'une feuille relativement mince en matière plastique transparente. La section transversale de la douille 5 présente un profil sensiblement polygonal, correspondant à une série de lignes de pliage 6, disposées dans le sens des génératrices du volume cylindrique. L'une des bordures d'extrémité de la douille 5 comporte une encoche de marquage 7. Celle-ci est réalisée ainsi que les lignes de pliage 6 au cours d'une même opération, au moment du décourage à plat de la feuille destinée à constituer la douille 5. Celle-ci peut être coiffée par deux couvercles identiques 8, présentant chacun une entrée évasée, et servant à obturer les extrémités de la douille 5 retirée du tube de forage 1, et contenant la carotte à conserver. Les couvercles 8 sont également en matière plastique, mais d'une épaisseur nettement plus forte que celle de la paroi de la douille 5 2461088 D'une manière avantageuse, on prend pour chaque enveloppe deux couvercles 8 de couleurs différentes, pour pouvoir reconna tre immédia- tement le haut et le bas de la carotte prélevée dans le sol. Comme on pose les deux couvercles 8 sur la douille 5 seulement après avoir extrait celle-ci du tube de forage, il est commode de conserver les couvercles en pile, enfoncés l'un dans l'autre pour un moindre encombreraent en magasin et au transport. Par contre, les douilles vides 5 ont peu de rigidité à cause de leur paroi mince, et il est facile de les aplatir assez complète- ment, suivant deux lignes de pliage 6 diamétralement opposées. Leur encoem- brement en magasin et au transport est donc très faible. Avant d'utiliser une douille 5 (figure 4), il suffit de lui faire reprendre sa forme sensi- blement arrondie, en appuyant légèrement sur les lignes de pliage (suivant les flèches a de la figure 4), et en lissant au besoin celles-ci. Comme le calibre de la douille correspond exactement à celui du volume interne du tube de forage 1, la douille s'adapte automatiquement à la forme cylindri- que interne du tube lorsqu'on l'y introduit. Sur les figures 5 et 6, on a représenté un mode de réalisation par- ticulierement avantageux d'un dispositif de forage permettant d'effectuer des prélèvements de carottes dans le sol, jusqu'à des profondeurs impor- tantes. Ce dispositif comporte un support constitué par un chevalet tripode dont les pieds 10 sont articulés sur une platine 12 par des axes 11. La platine 12 comporte une ouverture centrale en regard de laquelle est montée une poulie de renvoi à gorge 13a, associée à une autre poulie de renvoi 13b et à un treuil à tambour 13c, qui sont fixés à l'un des pieds 10 du tripode, pour la manoeuvre d'un câble de hissage. L'extrémité de ce câble passe par le trou central de la platine 12 et porte un crochet 14, auquel est pendue une élingue à trois pattes 15, servant au hissage d'un dispositif de forage décrit plus loin. Les pattes de l'élingue 15 sont fixées à une plaque-sup- port 16 (figure 6), qui présente un trou central 16a dont le pourtour reçoit un flasque annulaire inférieur 17a d'un carter cylindrique 17, contenant deux paliers à billes 18 qui reposent ainsi sur la-laque 16, et sont centrés par rapport à celle-ci. Un arbre creux 19 monté dans le carter 17 par l'intermédiaire des paliers à billes 18 porte à sa partie supérieure, au - dessus du flasque annulaire supérieur 17b du carter, une poulie 20a associée par une courroie 21 à une autre poulie 20b. Au montage du système, la poulie b est ernfilée par l'embout conique 22 de l'arbre d'entraînement 24 d'un moteur de forage 23, et clavetée sur cet arbre. L'arbre d'entraînement 24, monté sur des paliers à billes 25 dans un carter 26, est parallèle à l'arbre creux 19, et décalé latéralement par rapport à l'arbre creux 19. Les deux carters 17,26 contenant les paliers des deux arbres, sont montés sur une plaque commune d'assise 27, pourvue latéralement de poignées en saillie 28. Les deux poulies 20a, 20b, reliées par la courroie 21, forment avec celle-ci un réducteur de vitesse de ro- tation, protégé par un capot cache-courroie 29 fixé au boitier 17. Vers le bas, l'arbre creux 19 présente un embout de raccordement 19a, qui passe dans le trou de la plaque-support 16, et comporte latéra- lement deux fentes en 'IL" 30 recevant chacune un doigt d'accouplement 31 servant à solidariser le tube de forage 32a (figure 5) avec l'arbre creux 19. Celui-ci joue le rôle d'une tête d'entraînement, pour assurer la rotation du tube de forage 32a, sous l'action du moteur 23, par l'inter- médiaire du mécanisme décrit ci-dessus. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, deux tubes de forage 32a, 32b sont associés téléscopiquement. Le tube 32b de plus grand diamètre a déjà foré la longueur correspondante dans le sol o on l'a laissé provisoirement immobile, après l'avoir désaccouplé de l'arbre creux 19. Le tube interne 32a, représenté en position d'accouplement sur l'arbre creux 19, a par ailleurs la même configuration que l'autre tube de forage 32 b, et comporte comme celui-ci (figure 6) une couronne de forage interchangeable 33, formant intérieurement un épaulement sur lequel repose une sonde cylindrique creuse 36. Dans celle-ci, on a enfilé une enveloppe ouverte aux deux bouts, faite d'une feuille de matière plastique trans- parente, pour contenir une carotte, comme déjà indiqué. L'enveloppe 35 en forme de douille a, par exemple, une section transversale polygonale, analogue à la section déjà décrite en référence aux figures 1 à 4, et résultant d'un formage préalable. iais grâce à sa paroi mince et sans rigi- - dité, l'enveloppe 35 peut être facilement aplatie pour être commode à stocker et à transporter, et ceci sans dommage, même si elle ne comporte pas les lignes de pliage correspondant à la section polygonale en question. La sonde cylindrique 36 qui contient l'enveloppe de carottage 35 est fixée à un train de tiges 37 dont l'extrémité supérieure, située au - dessus du canot cache-courroie 29, porte un filetage engagé dans une poignée 39 réglable dans le sens axial, et pouvant être bloquée sur la tige adjacente 37 par un contre-écrou 38. La poignée 39 est recouverte 7 2 461088 par un capot amovible 40 fixé au carter 17 comme le capot cache-courroie 29, et servant de butée axiale à la poignée 39, assurant ainsi la mise en appui du train de tiges 37 sur l'épaulement 34 du tube de forage, par l'intermédiaire de la sonde 36. En outre, on choisit les dimensions de l'arbre creux 19 et d'une ouverture adjacente du capot cache-courroie 29, pour pouvoir démonter le capot supérieur 40 afin d'extraire par le haut le train de tiges 37 au moyen de la poignée 40, pour récupérer la sonde 36 contenant l'enveloppe 35 garnie d'une carotte qui vient d'être prélevée dans le sol. Pour extraire ainsi le train de tiges 37, afin de récupérer l'enve- loppe 35 garnie d'une carotte, il n'est pas nécessaire de démonter ni de désaccoupler le moteur de forage 23 monté latéralement par rapport à l'arbre creux 19 et au tube de forage. En outre, en utilisant une sonde 36 séparée du tube de forage, pour contenir l'enveloppe de la carotte, il est facile d'effectuer successivement tous les prélèvements de carottes nécessaires avant d'atteindre la limite de profondeur de forage corres- pondant au tube de forage utilisé, et ceci sans avoir à remonter le tube de forage à chaque fois. Grâce au dispositif de forage conforme à l'invention, les deux extrémités de chaque carotte prélevée restent absolument intactes, de sorte qu'on peut obtenir un noyau de forage complet et couvrant toute la profondeur de forage, malgré les prélèvements successifs de carottes séparées. Par ailleurs, grâce au cable de hissage manoeuvré par le treuil, on peut tirer vers le haut l'ensemble du système de forage, pour extraire le tube de forage hors du trou foré tout en faisant tourner le tube. Grâce au centrage exact du dispositif de forage par rapport au câble de suspen- sion monté sur le trépied-support, on évite d'endommager le trou de forage au cours de l'extraction du tube. On peut donc facilement utiliser les trous forés au moyen du dispo- sitif conforme à l'invention, pour y engager ensuite des tubes de gatnage de calibre correspondant à ceux des tubes de forage, afin de réaliser des regards permanents, par exemple pour surveiller les nappes phréatiques. BENIDICATI0OS 1. Dispositif de forage pour effectuer des pré1èvements de carottes dans le sol, comportant un tube de forage tournant muni d'une couronne de forage oui présente un épaulement interne sur lequel peut reposer une douille interchangeable en matière plastique servant d'enveloppe pour chaque carotte; ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite douillle(5) présente deux extrémités ouvertes, et est faite d'une feuille de matière plastique mince; cette douille pouvant être conservée provisoirement sous forme aplatie, pour être facile à stocker et à transporter, et pouvant ensuite reprendre sa forme élargie de section arrondie lorsqu'on l'intro- duit dans ledit tube de forage; et en ce que ladite douille est adaptée à recevoir deux couvercles d'obturation (8) identiques et pourvus d'entrées évasées pour être montés chacun sur une extrémité de ladite douille. 2. Dispositif de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la douille (5) présente une série de lignes de pliage (6) paral- lèles à son axe et régulièrement espacées pour donner à la douille une section transversale polygonale. 3. Dispositif de forage selon l'une des revendications 1 et 2, caractériséen ce que la douille de carottage (5) comporte un repère (7) à l'une de ses extrémités. 4. Dispositif de forage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du tube de forage (32a, 32b) est adaptée à être accouplée de manière amovible sur un arbre creux (19) servant de tête de forage; ledit arbre creux (19) étant entrainé en ro- tation par l'intermédiaire d'une transmission (20a, 21, 20b), au moyen d'un moteur (23) d'axe parallèle à celui dudit arbre creux, et déporté latéralement par rapport audit arbre; ledit arbre creux (19) étant monté rotativement dans un carter (17), l'arbre (24) de transmission co-axial au moteur (23) étant monté rotativement dans un autre carter (26) fixé sur une plaque d'embase (27) commune aux deux carters (17, 26). 5. Dispositif de forage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux tubes de forage (32a, 32b) engagés l'un dans l'autre de manière télescopique, pour permettre des prélèvements successifs de carottes à des profondeurs différentes dans le sol. 6. Dispositif de forage selon l'une des-revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde cylindrique creuse (36) pouvant reposer en position de service sur un épaulement interne (34) du tube de forage (32a), ladite sonde (36) contenant une douille (35) servant d'enveloppe à la carotte; avec des moyens pour extraire par le Maut, la- dite sonde (36), en laissant dans le sol ledit tube de forage (3za), et en tirant la sonde (36) au moyen d'untrain de tiges (37) passaa o dans ledit tube de foraTe (32a) et dans l'arbre creux (19). 7. Dis-!ositif de forage selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de la tige supérieure du train de tiges(37) porte une poignée vissée réglable (39) associée en position de service à un capot amovible (40), pour constituer une butée axiale maintenant la sonde (36) en appui sur l'épaulement (34) du tube de sondage. 8. Dispositif de forage selon l'une des revendications 4 à 7, carac- térisé en ce que le bottier (17) dans lequel est monté l'arbre creux (19) repose sur le pourtour d'un trou de centrage (16a) ménagé au centre d'une plaque support (16) suspendue en position de service, par l'intermédiaire d'une élingue (15), au crochet (14) du câble d'un système de hissage (13a,b,c) soutenu par un chevalet tripode (10).