Brevet FR2734276A1 — publié le 19961122

UTIUSATION POUR LA FABRICATION DE PAROIS MOULEES D'UN FLUIDE DE FORAGE COMPRENANT UN SYSTEME EN MILIEU APOLAIRE La présente invention conceme l'utilisation pour la fabrication de parois moulées d'un fluide de forage à base d'eau de composition spécifique. On appelle paroi moulée, un écran vertical en béton, armé ou non, construit sans blindage ni coffrage à partir de la surface du sol par excavation à l'aide de machines appropriées. Ce procédé de construction permet de construire des murs ou écrans au sein même du terrain avant d'effectuer le terrassement correspondant aux fouilles de pleine masse. On peut distinguer deux catégories dans les applications possibles de la paroi moulée: les écrans d'étanchéité et les parois formant soutènement. Les écrans d'étanchéité ont pour objet d'assurer l'étanchéité d'une enceinte et de rester définitivement enfouis dans le terrain. II peut s'agir par exemple d'enceintes permettant la construction d'un barrage. Les parois moulées peuvent également être utilisées pour empêcher la contamination de la nappe phréatique par des dépôts de déchets. Les parois formant soutènement ont elles une de leur face dégarnie. II s'agit par exemple des cuvelages de caves d'immeubles, des parkings souterrains, des silos enterrés, des murs de soutènement à l'entrée des tunnels, La construction des parois moulées consiste à percer une tranchée à l'endroit désiré pour la construction de la paroi à l'aide de machines de perçage spécifiques à cette technique. Au fur et à mesure que la machine de percement creuse la tranchée, cette dernière est constamment remplie d'un fluide de forage spécial. Ce fluide a plusieurs rôles. Tout d'abord, il permet de maintenir la stabilité dimensionnelle de la tranchée en évitant une chute de terrain suite au percement. En effet, si on exécutait sans précaution particulière une fouille verticale de grande profondeur, des effondrements de parois se produiraient inévitablement. Ensuite, le fluide permet d'éviter les infiltrations d'eau dans la tranchée. C'est pourquoi les fluides utilisés doivent présenter de bonnes propriétés de rétention d'eau. Enfin, il permet d'éliminer les déblais produits par le percement et restant dans le fond de la tranchée. II forme avec les déblais du terrain une boue qui est pompable. Pour cela, le fluide de forage doit présenter des propriétés pseudo-plastiques. Une fois que les dimensions souhaitées de la tranchée ont été atteintes, on peut facilement remplacer le fluide par du béton à l'aide d'un tube plongeant dans le bas de la tranchée. On coule ainsi le béton en le moulant exactement dans le volume excavé dans le sol. Le béton arrivant au fond de la tranchée remonte lentement, chassant le fluide de forage. Le fluide de forage usuellement utilisé est de l'eau chargée de bentonite, la bentonite étant une argile de type montmorillonite. Ce fluide de forage pour parois moulées à base de bentonite présente divers inconvénients. Tout d'abord, la bentonite doit être utilisée en quantité importante pour formuler les fluides de forage, d'où un grand volume à manipuler et un coût élevé. Ensuite, la bentonite après utilisation reste sous la forme de boue, mélange de bentonite, d'eau et de déblais du terrain. Cette boue représente aussi un grand volume qui nécessite un coût élevé de mise en décharge. Un but de la présente invention est de proposer un nouveau fluide de forage pour la fabrication de parois moulées ne présentant ces inconvénients. Dans ce but Invention conceme l'utilisation pour la fabrication de parois moulées d'un fluide de forage à base d'eau comprenant un système (S) en milieu apolaire comprenant: - 100 (a+b+c+d+e) parties en poids d'au moins un milieu apolaire (MApo), - une quantité (a) de l'ordre de 0,5 à 6, de préférence de l'ordre de 1 à 4 parties en poids d'au moins un agent tensio-actif liquide "multicaténaire sous forme acide (ATMC), soluble ou dispersable dans ledit milieu apolaire, - une quantité (b) d'au moins un agent de neutralisation (AN) dudit agent tensic actif multicaténaire, correspondant à environ 2 à 30 fois, de préférence 4 à 20 fois la quantité stoechiométriquement nécessaire à la neutralisation dudit agent tensio-actif multicaténaire sous forme acide (ATMC), - une quantité (c) d'eau correspondant à environ 0,2 à 5, de préférence environ 0,3 à 3 molécules d'eau par molécule d'agent tensio-actif liquide "multicaténaire" sous forme acide (ATMC), I'eau étant introduite au moins en partie par l'intermédiaire dudit agent tensio-actif multicaténaire sous forme acide (ATMC) et'ou par l'intermédiaire dudit agent de neutralisation (AN), - éventuellement une quantité (d) au moins suffisante d'au moins un agent émulsifiant pour émulsifier ledit gel dans l'eau ou dans un milieu aqueux - et une quantité (e) de l'ordre de 10 à 50, de préférence de l'ordre de 20 à 40 parties en poids d'au moins un hydrocolloide susceptible d'épaissir les milieux aqueux. On entend par "milieu apolaire (MApo) tout constituant liquide à la température de préparation dudit gel, qui, situé dans l'espace de solubilité de HANSEN (Handbook of solubility parameters and other cohesion parameters - Allan F.M. BARTON, CRC Press Inc., 1983 -), présente les paramètres suivants: . bP d'interactions Keesom inférieur à 10 (J/cm3)1/2 . 6H de liaisions hydrogène inférieur à 10 (J1cm3)112 . 6D d'interactions London supérieur à 15 (J/cm3)1/2 A titre d'exemple de milieu apolaire (MApo), on peut citer: . les triglycérides d'acides gras saturés ou insaturés ayant au moins 12 atomes de carbone et de préférence de 14 à 20 atomes de carbone ; il peut s'agir de triglycérides de synthèse ou de préférence naturels, tels que les huiles végétales du type huile de colza, huile de soja, huile d'arachide, huile de beurre, huile de graine de coton, huile de lin, huile de noix de coco, huile d'olive, huile de palme, huile de pépin de raisin, huile de poisson, huile de ricin, huile de coprah, . les coupes pétrolières aromatiques, . les composés terpéniques (D-limonène, L-limonène...), . les mélanges de diesters succinateladipatelglutarate de diméthyle, dipropyle, diisobutyle, dibutyle..., les hydrocarbures aliphatiques contenant au moins 6 atomes de carbone (isooctane, kerosène, essence, essence diesel, huiles minérales, huiles lubrifiantes...), . les solvants aromatiques (anisole, toluène...), . les solvants chlorés (trichloro-1 ,1 ,1 éthane), . les huiles essentielles. On entend par tensio-actif multicaténaireZ (ATMC), tout tensio-actif liquide constitué d'au moins deux chaînes hydrophobes reliées par l'intermédiaire d'une tête hydrophile, ledit tensio-actif étant sous forme acide. A titre d'exemples, on peut citer notamment les tensio-actifs à base de diesters phosphates d'alcools aliphatiques saturés ou insaturés, linéaires ou ramifiés en C6-C30, de préférence en C6-C20, ou d'alkylphénols dont le radical alkyle est en C6-C30, de préférence en C6-C20, alkoxylés présentant de 2 à 20, de préférence de 4 à 10 motifs oxyalkylène, de préférence oxyéthylène. Les agents de neutralisation (AN) dudit tensio-actif "multicaténaire" (ATMC), sont de préférence les liquides et non solubles dans ledit milieu de suspension apolaire. Parmi ceux-ci on peut mentionner les amines primaires, secondaires ou tertiaires, les alcanolamines .. A titre d'exemples, on peut citer la triéthanolamine, l'aminométhylpropanol, la cocoamine, la butylamine ... Comme exemple d'agent susceptible d'émulsifier ledit gel de l'invention dans l'eau ou dans un milieu aqueux, on peut citer les tristyrylphénols éthoxylés, les sulfates ou phosphates de tristyrylphénols éthoxylés etlou propoxylés, les acides ou les alcools gras éthoxylés et(ou propoxylés, les copolymères blocs éthoxylésipropoxylés, le dodécylbenzène sulfonate de sodium. Les hydrocdloSdes susceptibles d'épaissir les milieux aqueux peuvent être choisis parmi les polysaccharides d'origine bactérienne (la gomme xanthane, le succinoglucane, le rhamsan, le welan, le gellan ...), les galactomannanes (gommes guar et leurs dérivés, caroube, tara ...), les canraghénanes, les alginates, les carboxyméthylcelluloses, les méthylcelluloses, les hydroxypropylcelluloses, les hydroxyéthylcelluloses, les polyacrylates de métaux alcalins, les alcools polyvinyliques, les polyéthylène glycols, les polyvinylpyrrolidones ...seuls ou en association entre eux. Le système (S) peut être préparé en introduisant sous agitation mécanique dans le milieu apolaire (MApo), I'agent tensio-actif "multicaténaire" (ATMC), ragent émulsifiant éventuel, puis l'agent de neutralisation (AN), et enfin l'hydrocolloide. Selon l'invention, on utilise des fluides de forage pour la fabrication de parois moulées ledit fluide comprenant de 0,01 à 3 partie(s) en poids d'hydrocolloïde susceptible d'épaissir les milieux aqueux, de préférence de l'ordre de 0,05 à 1 partie(s) en poids, pour 100 parties d'eau ledit hydrocolloide étant introduit par l'intermédiaire du système (S). Le système (S) est introduit directement dans de l'eau de manière à former le fluide de forage. L'utilisation selon l'invention pour la fabrication de parois moulées de fluides de forage comprenant le système (S) présente plusieurs avantages. Tout d'abord, ces fluides ne comprennent que de l'eau et de faibles quantités du système (S). Le fait que de faibles quantités de système (S) soient utilisées permet, après utilisation, de mettre le fluide de forage comportant les déblais de terrain en décharge non classifiée. En effet, le système (S) étant rapidement biodégradable, le stockage des déblais ne nécessitent aucune condition particulière. Ensuite, les fluides de forage à base du système (S) présentent une rétention d'eau importante, ce qui évite les infiltrations d'eau dans le terrain au cours du percement de la tranchée. Ces fluides présentent enfin des propriétés rhéologiques adaptées à leur utilisation pour la fabrication de parois moulées. Ils présentent en particulier un comportement pseudo-plastique tel qu'il est possible de les pomper facilement sans qu'il soit nécessaire de mettre en oeuvre des moyens d'agitation trés cisaillants. Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif. EXEMPLES Exemple 1 - préparation d'un système (S) selon l'invention Protocole général de préparation du système (S) Le milieu apolaire (MApo) est placé dans un conteneur de 1 litre. On y introduit l'agent Zmulticaténaire (ATMC) à température ambiante, sous agitation à l'aide d'une pale déflocculeuse Raynerie commercialisée par Rayneri, tournant à 400 tours/minute ; on agite encore pendant 5 minutes. On introduit ensuite l'agent de neutralisation (AN) et on agite 5 minutes. On ajoute enfin l'hydrocollolde. Après agitation pendant 5 minutes, on laisse reposer le milieu pendant 2 heures environ. On prépare selon le mode opératoire ci-dessus, le système suivant: Tableau 1 ingrédients parties en poids % en poids huile de colza 335 67 LUBRHOPHOS LL550 ) * 10 2 aminométhyl propanol 5 1 RHODOPOL 23 150 30 * tensio-actif wmulticatenaire à base de diester phosphate éthoxylé en C8-C14, présentant 5,5 motifs oxyéthylène, contenant de l'eau en quantité inférieure à 2% en poids, commercialisé par Rhône-Poulenc ** gomme xanthane commercialisée par Rhône-Poulenc Exemple 2 étude des propriétés rhéologiques du système (S1) Le système (S1) est dispersé dans reau, selon une quantité permettant d'obtenir un fluide de forage présentant une concentration en gomme xanthane de 0,5% en poids. La figure 1 montre que la variation de viscosité dynamique du milieu obtenu en fonction du gradient de vitesse, mesurée à l'aide du Rheomat 1 1 5 commercialisé par Contraves, présente des propriétés pseudo-plastiques. REVENDICATIONS 1. Utilisation pour la fabrication de parois moulées d'un fluide de forage à base d'eau comprenant un système (S) en milieu apolaire comprenant: - 100 - (a+b+c+d+e) parties en poids d'au moins un milieu apolaire (MApo), - une quantité (a) de l'ordre de 0,5 à 6, de préférence de l'ordre de 1 à 4 parties en poids d'au moins un agent tensio-actif liquide "multicaténaire" sous forme acide (ATMC), soluble ou dispersable dans ledit milieu apolaire, - une quantité (b) d'au moins un agent de neutralisation (AN) dudit agent tensioactif "multicaténaire", correspondant à environ 2 à 30 fois, de préférence 4 à 20 fois la quantité stoechiométriquement nécessaire à la neutralisation dudit agent tensio-actif "multicaténaire" sous forme acide (ATMC), - une quantité (c) d'eau correspondant à environ 0,2 à 5, de préférence environ 0,3 à 3 molécules d'eau par molécule d'agent tensio-actif liquide "multicaténaire" sous forme acide (ATMC), reau étant introduite au moins en partie par l'intermédiaire dudit agent tensio-actif "multicaténaire" sous forme acide (ATMC) etlou par l'intermédiaire dudit agent de neutralisation (AN), - éventuellement une quantité (d) au moins suffisante d'au moins un agent émulsifiant pour émulsifier ledit gel dans l'eau ou dans un milieu aqueux - et une quantité (e) de l'ordre de 10 à 50, de préférence de l'ordre de 20 à 40 parties en poids d'au moins un hydrocolloîde susceptible d'épaissir les milieux aqueux. 2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le milieu apolaire (MApo) est choisi parmi les triglycérides d'acides gras saturés ou insaturés ayant au moins 12 atomes de carbone et de préférence de 14 à 20 atomes de carbone, les coupes pétrolières aromatiques, les composés terpéniques, les mélanges de diesters succinateladipatelglutarate de diméthyle, dipropyle, diisobutyle, dibutyle, les hydrocarbures aliphatiques contenant au moins 6 atomes de carbone, les solvants aromatiques, les solvants chlorés et les huiles essentielles. 3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'agent de neutralisation (AN) dudit tensio-actif "multicaténaire" (ATMC), est liquide et non soluble dans ledit milieu de suspension apolaire. 4. Utilisation selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'agent tensio-actif "multicaténaire" (ATMC) est choisi parmi les tensio-actifs à base de diesters phosphates d'alcools aliphatiques saturés ou insaturés, linéaires ou ramifiés en C6-C30, de préférence en C6-C20, ou d'alkylphénols dont le radical alkyle est en C6-C30 de préférence en C6-C20, alkoxylés présentant de 2 à 20, de préférence de 4 à 10 motifs oxyalkylêne, de préférence oxyéthylène. 5. Utilisation selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'agent de neutralisation (AN) est choisi parmi les amines primaires, secondaires ou tertiaires et les alcanolamines. 6. Utilisation selon la revendication 5 caractérisée en ce que l'agent de neutralisation (AN) est choisi parmi la triéthanolamine, l'aminométhylpropanol, la cocoamine, la butylamine. 7. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'agent susceptible d'émulsifier ledit gel dans l'eau ou dans un milieu aqueux, est choisi parmi les tristyrylphénols éthoxylés, les sulfates ou phosphates de tristyrylphénols éthoxylés et(ou propoxylés, les acides ou les alcools gras éthoxylés etlou propoxylés, les copolymères blocs éthoxylésipropoxylés, le dodécylbenzène sulfonate de sodium. 8. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'hydrocollolde susceptible d'épaissir les milieux aqueux est choisi parmi les polysaccharides d'origine bactérienne, les galactomannanes, les carraghénanes, les alginates, les carboxyméthylcelluloses, les méthylcelluloses, les hydroxypropylcelluloses, les hydroxyéthylcelluloses, les polyacrylates de métaux alcalins, les alcools polyvinyliques, les polyéthylène glycols, les polyvinylpyrrolidones, seuls ou en association entre eux. 9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'hydrocolloide susceptible d'épaissir les milieux aqueux est de la gomme xanthane. 10. Utilisation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le fluide comprend de 0,01 à 3 partie(s) en poids d'hydrocollolde susceptible d'épaissir les milieux aqueux, de préférence de l'ordre de 0,05 à 1 partie(s) en poids, pour 100 parties d'eau ledit hydrocolloide étant introduit par l'intermédiaire du système (S).