Brevet FR2492043A1 — publié le 19820416

La présente invention est relative à une installation pour insérer en continu un tube flexible d'une manière sensiblement verticale dans le sol et, en particulier mais non exclusivement, des tubes qui sont destinés à conduire un fluide. Dans la recherche d'autres sources d'énergie, l'utilisation de l'énergie géothermique éveille, en général, de plus en plus d'intérêt. Si l'on fait abstraction des sources d'eau chaude jaillisant en surface, que l'on trouve en Islande, il y a actuellement deux procédés principaux de recueillir l'énergie géothermique. Un procédé implique le forage de puits géothermiques dont on tire des profondeurs de la terre du liquide ou du gaz. L'autre procédé consiste à récupérer l'énergie solaire emmagasinée dans le sol par des phénomènes naturels, cette énergie étant désignée parfois sous le nom de chaleur de la terre. Dans ce dernier procédé, on dispose des conduits suivant des rangées horizontales à une profondeur de 1 mètre environ en-dessous de la surface du sol. On fait ensuite passer de l'eau dans les conduits et on utilise la chaleur ainsi recueil lie, par l'intenddiaire d'une poppe mettant en oeuvre la chaleur de la terre, à des usages de chauffage domestique par exemple. Suivant la nature du sol et la quantité de chaleur requise, la surface qui doit être couverte pour satisfaire aux exigences d'une habitation normale varie de 300 à 500 m2.La possibilité d'utiliser la chaleur terrestre comme source d'énergie est souvent exclue par le fait que la surface du sol disponible est insuffisante, à quoi s'ajoutent les coûts relativement élevés de l'installation. Une installation expérimentale destinée à chauffer 34 appartements ou logements exige une longueur totale de tuyauteries de 1400 mètres, ce qui illustre entre autres la surface de sol dont on a besoin. C'est pourquoi l'utilisation des techniques actuelles est très limitée. En regard de cela, l'invention repose sur le chauffage du sol à l'aide, par exemple, de capteurs d'énergie solaire à une profondeur de 10 à 20 mètres, mais pas nécessairement sur une grande surface. On préfère que la terre soit surtout argileuse. Néanmoins, la manière suivant laquelle la terre est chauffée ou la nature de la terre ne font pas partie de l'invention, celle-ci consistant à fournir de nouveaux moyens d'utiliser la chaleur terrestre disponible à des profondeurs importantes en-dessous de la surface du sol. Il va de soi que la mise en place de conduits horizontaux pour récupérer cette chaleur suivant les techniques actuelles est impraticable à de telles profondeurs. L'invention vise donc une installation pour insérer en continu une certaine longueur de tube d'une manière sensiblement verticale dans le sol, caractérisée en ce qu'elle comprend une structure mobile dressée et un outil tubulaire rigide allongé, ayant une tête de travail cylindrique creuse à l'extrémité inférieure et étant agencée de manière à se déplacer verticalement dans la structure, l'outil tubulaire étant agencé pour recevoir ladite longueur de tube en provenance d'une réserve, la paroi de la tête de travail étant munie d'une fente ouverte par laquelle le tube peut passer de manière à se trouver à l'extérieur de la tête, celle-ci étant munie de moyens de fermeture du fond qui sont agencés de manière à fermer le fond de la tête quand on l'insère dans le sol, et à ouvrir ce fond quand la tête est reit#ntée, des moyens de guidage du tube étant destinés à guider le tube entrant dans la tête pour en former une boucle, et pour faire passer le tube dans la fente, hors de la tête, afin de former en-dessous du sol une boucle de tube, les parties de boucle ayant une longueur sensiblement- égale. Une vitesse d'insertion réaliste du tube, dans le cas de l'argile, est d'environ 0,3 mètre/seconde, ce qui signifie que le temps mis pour poser une boucle de tube à une profondeur de 10 mètres est d'environ 1 minute. Pour avoir le moins de frottement possible entre les moyens de guidage du tube et le tube lui-même, ces moyens de guidage ont de préférence la forme d'une roue qui peut être en trainée en rotation sur un arbre on montée rotative sur un arbre. En outre, les moyens de fermeture du fond sont plus larges que la tête de travail et que l'outil allongé, et ont une configuration pointue, de manière à faciliter l'entrée de la tête dans le sol. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple la figure 1 est un schéma illustrant l'installation suivant l'invention ; et la figure 2 est une vue à plus grande échelle de la partie inférieure de la tête de travail. Comme le montre le dessin, l'installation suivant l'invention comprend une structure mobile, désignée par la référence générale 10, ayant un châssis 11 en forme de caisson porté par deux paires de roues 12, dont une paire au moins peut être conduite. L'une, ou les deux paires de roues peuvent être entraînées par des moyens non représentés, ou la structure peut être munie de moyens grâce auxquels elle peut être remorquée par un autre véhicule. La structure 10 peut être aussi munie de vérins hydrauliques permettant de la dresser. La structure 10 comprend en outre une tour 13 dressée ayant un agencement en treillis qui est, de préférence, disposé au centre du châssis 11. Un outil 14 rigide,allongé,de forme tubulaire, et de préférence de section droite rectangulaire, est monté dans la tour 13 de manière à pouvoir se déplacer verticalement, la longueur de l'outil 14 et la hauteur de la tour 13 coincidant de préférence à peu près avec la profondeur du trou à forer qui est, par exemple, de 10 mètres. L'outil 14 tubulaire allongé est ouvert au sommet et est muni, au bas, d'une tête ou trépan 15 tubulaire qui est de préférence en une matière dure résistant à l'usure, les dimensions de la tête étant adaptées à celles du forage souhaité, etc. La tête 15 est munie d#un élément 16 de fermeture de forme convenable qui, dans le mode de réalisation représenté, est monté par charnière en 17. La largeur de l'élément 16 de fermeture est de préférence supérieure à celle de la tête 15. Sur le châssis 11 et au voisinage de la tour 13 est prévu un magasin 20 pour stocker une longueur indéfinie de tube 18 flexible. Dans le mode de réalisation représenté, le magasin 20 a la forme d'un tambour monté rotatif sur un arbre 19. Comme il ressort de la figure 1, le tube 18 est évidé du tambour 20 et passe par l'intermédiaire d'un galet 26 de guidage, vers le bas dans l'outil 14 allongé. En se reportant à la figure 2, l'extrémité libre du tube 18 passe dans la tête 15,qui peut être d'une pièce avec l'outil 14 ou qui peut être un élément rapporté fixé à cet outil 14 et autour de moyens 23 de guidage du tube de manière à ce que celui-ci revienne sur lui-même sous la forme d'une boucle pour des raisons qui apparaîtront ci-après. Dans le mode de réalisation représenté, les moyens 23 de guidage ont la forme d'une poulie ou d'une roue pouvant tourner librement sur un arbre 22 et se trouvant relativement près du fond de la tête. Une partie d'un coté de la tête 15 est découpée pour former une fente à extrémité ouverte s'étendant verticalement, par laquelle le tube 18 peut passer lorsqu'il se déplace autour de la poulie 23. Ainsi, quand on commence un cycle de travail, l'extrémité libre du tube 18 passe sur le galet 26 de guidage, descend dans l'outil 14 allongé pour aller dans la tête 15, passe autour des moyens 23 de guidage et sort par la fente 24 de manière à se trouver à l'extérieur de la tête 15 et de l'outil 14, en étant parallèle au tronçon du tube se trouvant dans cet outil. On peut faire alors démarrer les moyens (non représentés) destinés à entraîner l'outil 14 allongé dans le sol.Au fur et à mesure que l'outil 14 et la tête 15 sont enfoncés dans le sol, le tube 18 se déroule continuellement du tambour 20 et passe autour des moyens 23 de guidage pour sortir par la fente 24 latérale, de sorte que,quand l'outil 14 et la tête 15 ont été enfoncés à la profondeur souhaitée, le tube 18 a la forme d'une boucle à brins sensiblement parallèles. Ainsi, après avoir atteint la profondeur souhaitée, on fait pivoter les moyens 16 de fermeture sur la charnière 17 de manière à ce qu'ils viennent pendre sensiblement verticalement vers le bas, ce qui ouvre le fond de la tête 15. A la suite de l'ouverture du fond de la tête 15, on élève l'outil 14 et la tête 15 pour les amener dans une position où ils sont à distance du sol. Comme aucune partie de la tête 15 ou de l'outil 14 ne vient en contact avec le tube 18 lorsqu'ils sont relevés, il n'est pas porté atteinte à la configuration en boucle du tube. Quand la tête 15 est à distance du sol, on peut déplacer le châssis 11 vers un nouvel endroit, par exemple à une distance de 1 mètre environ de l'endroit où il était juste auparavant et on peut fermer les moyens 16 de fermeture de manière à être prêt à une nouvelle opération de pose de tube. La figure 1 illustre que 120 mètres de tube ont été insérés verticalement dans le sol à une profondeur de 10 mètres sur une distance de 5 mètre Pour une vitesse d'insertion de 0,3 mètre/seconde, la durée totale pour effectuer cette opération est de 5 minutes. On peut effectuer l'ouverture des moyens de fermeture qui sont, de préférence, pointus, de manière à faciliter la pénétration dans le sol de toutes manières convenables. C'est ainsi que les moyens de fermeture peuvent être commandés électromagnétiquement et fonctionner en étant télécommandés. En outre, l'outil 14 et la tête 15 peuvent être agencés de manière à avoir un déplacement vertical continu ou intermittent dans la tour 13, et peuvent être entraînés par tout moyen convenable. Pour maintenir le tube 18 flexible au moins légèrement tendu dans l'outil 14, on peut le faire passer entre deux galets 28, comme représenté à la figure 2. Ces galets peuvent avoir commodément des surfaces de contact rugueuses et peuvent être entraînés par une source d'entraîne- ment distincte. Comme indiqué ci-dessus, comme la largeur des moyens 18 de fermeture pointus est supérieure à celle de l'outil 14 et de la tête 15, les côtés du#trou formé sont tels que la distance comprise entre la tête 15 et la paroi du trou est suffisante pour que l'on soit sûr que la partie du tube 18 se trouvant d'un côté de la tête 15 ne soit pas modifiée lorsque la tête descend dans le sol et en est relevée. L'élément 23 de guidage,qui détermine la distance entre deux parties de boucle adjacentes,n'a pas besoin d'être monté à rotation, mais comme on désire avoir le moins de frottement possible, il vaut mieux que cet élément soit entraîné en rotation, ou soit monté fou en rotation. Le tube 18 peut être un tube à paroi unique ou à double paroi, et peut être en une matière synthétique. Dans le mode de réalisation illustré, une raclette 29 est disposée au voisinage de la fente 24 pour nettoyer les moyens 23 de guidage alors qu'ils tournent pendant une opération de mise en place du tube. Si le tube 18 doit être mis en place afin de recueillir de la chaleur terrestre, on enlève d'abord le sol sur une profondeur donnée, par exemple d'un mètre. Après avoir placé le tube, on remplace la terre enlevée pour pouvoir cultiver le site. REVENDICATIONS 1. Installation pour insérer en continu une certaine longueur de tube d'une manière sensiblement verticale dans le sol, caractérisée en ce qu'elle comprend une structure (10) mobile dressée et un outil (14) tubulaire rigide allongé, ayant une tête (15) de travail cylindrique creuse à l'extrémité inférieure et étant montée de manière à se déplacer verticalement dans la structure (10), l'outil (14) tubulaire étant agencé pour recevoir ladite longueur de tube en provenance d'une réserve, la paroi de la tête (15) de travail étant munie d'une fente (24) ouverte par laquelle le tube peut passer de manière à se trouver à l'extérieur de la tête, celle-ci étant munie de moyens (16) de fermeture du fond qui sont agencés de manière à fermer le fond de la tête (15) quand on l'insère dans le sol, et à ouvrir ce fond quand la tête est remontée, des moyens (23) de guidage du tube étant destinés à guider le tube entrant dans la tête pour en former une boucle, et pour faire passer le tube dans la fente, hors de la tête, afin de former en-dessous du sol une boucle de tube, les parties de boucle ayant une longueur sensiblement égale. 2. Installation suivant la revendication 1, caracté- risée en ce que les moyens de guidage du tube comprennent une roue tournante. 3. Installation suivant la revendication 1 ou 2, carac térisée en ce que les moyens (16) de fermeture du fond ont une configuration pointue et sont articulés à la manière d'une char nière à la tête de façon à pouvoir être ouverts pour prendre une position pendante sensiblement suivant la verticale. 4. Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens (16) de fermeture du fond ont une largeur plus grande que celle de la tête (15) et de l'outil (14) allongé. 5. Installation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée par des moyens pour maintenir le tube tendu dans l'outil allongé. 6. Installation suivant la revendication 5, caractéri- se en ce que les moyens comprennent deux galets, pouvant être entraînés, montés dans la tête de travail.