Brevet FR2750430A1 — publié le 19980102

La présente invention concerne une mousse destinée à être projetée sur le front de taille d'un forage creusé par un tunnelier à pression d'air. Pour réaliser des forages, en particulier des forages horizontaux, on connaît les tunneliers qui avancent dans le sol en creusant une galerie à mesure de leur progression. A l'avant d'un tunnelier, ou de toute autre machine de forage du même type, on prévoit un dispositif permettant de former un bouclier à air comprimé qui est en fait une chambre située entre la tête du tunnelier et le front de taille, chambre dans laquelle de l'air est maintenu à une pression suffisante pour équilibrer la pression des terres et la pression hydrostatique et ainsi empêcher l'effondrement du front de taille. Si l'utilisation d'un bouclier à air comprimé est très fiable dans les terrains peu perméables, elle peut s'avérer beaucoup plus délicate à mettre en oeuvre lorsque les terrains sont perméables et mal consolidés. En effet, dans ce cas, l'air fuit entre les pores du terrain, lequel peut s'effriter ou s'effondrer à l'avant du tunnelier. La surpression d'air n'atteint alors pas son objectif. Pour rendre le front de taille imperméable à l'air, on connaît déjà plusieurs techniques, et notamment celle consistant à projeter un coulis de bentonite et de ciment sur le front de taille. Cette méthode ne donne cependant pas satisfaction car le front de taille n'est imprégné que superficiellement de coulis de sorte que le terrain peut s'effondrer par blocs s'il est mal consolidé en aval du front de taille. Cet inconvénient a déjà suscité le remplacement du coulis par une mousse qui pénètre dans le terrain sous l'effet de la pression de l'air qui règne dans la chambre. Néanmoins, lorsque le terrain est très ouvert et très perméable, la mousse s'enfonce trop profondément et trop rapidement dans les pores du terrain et n'agit plus sur le front de taille. En outre, de par sa faible viscosité, qui est nécessaire pour faciliter sa pénétration, la mousse ne parvient pas à maintenir efficacement la cohésion du terrain. Une autre solution connue, qui fournit de meilleurs résultats, consiste à injecter un coulis de bentonite et de ciment ou un gel dans un forage réalisé soit depuis le tunnelier, soit depuis la surface du sol et aboutissant dans une région située en aval du tunnelier. Cette autre solution présente cependant l'inconvénient majeur d'être lourde et coûteuse à mettre en oeuvre. La présente invention vise à fournir une nouvelle mousse qui est destinée à être projetée sur le front de taille et qui permet d'obtenir une bonne tenue du terrain en aval du front de taille. La présente invention a pour objet une mousse destinée à être projetée sur le front de taille d'un forage en cours de réalisation à laide d'une machine de forage munie d'un bouclier à air comprimé, caractérisée par le fait qu'elle présente la composition suivante - silicate, - sel ou acide, - polymère ou mélange de polymères, - agent de réticulation du ou des polymères. - agent moussant, - eau. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la mousse est obtenue par mélange de deux constituants à savoir, d'une part, un premier constituant qui est composé d'une solution de silicate, et d'autre part un second constituant qui est composé d'un sel ou un acide, d'un polymère ou un mélange de polymères, et d'un agent de réticulation de polymère dilués dans de veau, un agent moussant étant présent dans le premier constituant et/ou dans le second constituant. Avantageusement, le premier constituant présente un coefficient de dilution compris entre 1/4 et 1/3, tandis que le second constituant présente un coefficient de dilution compris entre 1/6 et 1/2. Au sens de l'invention, on entend par coefficient de dilution d'un produit la proportion en volume entre la quantité de produit considéré et la quantité d'eau dans laquelle ce produit est dilué. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le sel est un phosphate ou un polyphosphate de sodium ou de potassium, un carbonate ou hydrogénocarbonate de sodium ou de potassium, un nitrate de sodium ou de potassium ou un sulfate ou hydrogénosulfate de sodium ou de potassium ou encore un aluminate de sodium ou de potassium. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'acide est de l'acide sulfurique, de l'acide phosphorique, de l'acide chlorhydrique ou de l'acide nitrique ou encore un acide organique tel que l'acide acétique, citrique, ou sulfamique. Dans un mode de réalisation de l'invention, les polymères sont des polyacrylamides, des polyacrylates, des polysaccharides, des polymères cellulosiques, des xanthanes, ou encore des gommes de guar. Dans un dernier mode de réalisation, les agents de réticulation sont des borates de sodium ou de potassium, ou de l'acide orthoborique. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant huit exemples qui ne sont donnés qu'à titre indicatif, sans limitation de la portee de l'invention. Dans tous ces exemples, les deux constituants sont mélangés parts égales en volume. Exemple 1 On mélange les deux constituants suivants ler constituant - silicate de sodium de densité 35/37 Baumé dilué dans de l'eau à raison d'un coefficient de dilution de 1/4. 2e constituant - phosphate de sodium 350 à 400kg, - xanthane 5 à 50kg, - agent moussant 20 à 50 litres, - Eau 400 à 800 litres, le deuxième constituant ayant un coefficient de dilution de 1/6. Les deux constituants ci-dessus sont mélangés par un dispositif situé juste en amont du générateur de mousse, à mesure que la mousse est consommée. A la sortie du générateur de mousse, la mousse est projetée sur le front de taille. Dans les premiers instants suivant sa projection, la mousse pénètre dans le terrain sous l'effet de la surpression d'air existant dans la chambre. La rigidité de la mousse est alors d'environ 0,1 à 0,3g/cm2. Au bout de 3 minutes, la rigidité de la mousse atteint 1,0 à 2,5 g/cm2. Ainsi, après avoir imprégné un volume important de terrain en aval du front de taille alors qu'elle était suffisamment fluide, la mousse s'est rigidifiée pour étanchéifier et consolider le terrain. Exemple 2 ler constituant - silicate de densité 35/37 Baumé dilué à 1/4. 2e constituant - sulfate de potassium 75 à 150kg, - polyacrylamide + polyacrylate 5 à 50kg - agent moussant 20 à 50 litres, - eau 950 litres le deuxième constituant ayant un coefficient de dilution de 1/4. La mousse projetée atteint une rigidité de 2 à 2,5g/cm2 apres 2 minutes et 30 secondes. Exemple 3 ler constituant - silicate de sodium dilué à 1/4 2e constituant - carbonate de potassium 50 à 125kg, - combinaison de polyacrylate et de polysaccharide 10 à 30kg, - agent moussant 20 à 50 litres, - eau 950 litres le deuxième constituant ayant un coefficient de dilution de 1/3. Le temps de rigidification de la mousse après projection est de 4 minutes pour atteindre une rigidité de 2 à 2,5g/cm2. Exemple 4 ler constituant - silicate de sodium dilué à raison d'un coefficient de dilution de 1/3. 2e constituant - nitrate de sodium 100 à 150kg, - polymère cellulosique 3 à 10kg, - agent moussant 20 à 50 litres, - eau 950 litres le deuxième constituant ayant un coefficient de dilution de 1/6. La mousse devient rigide (rigidité de 2 à 2,5g/cm2) au bout de 3 minutes et 50 secondes. Exemple 5 ler constituant - silicate de sodium dilué à raison d'un coefficient de dilution de 1/3. 2e constituant - acide sulfurique 25 à 50kg, - Xanthane 5 à 10kg, - agent moussant 20 à 50 litres, - eau 950 litres le deuxième constituant ayant un coefficient de dilution de 1/4. La mousse se rigidifie rapidement après sa projection. Elle atteint une rigidité de 2 à 2,5g/cm2 1 minute après sa projection. Exemnle 6 ler constituant - silicate dilué à raison d'un coefficient de dilution de 1/3. 2e constituant - phosphate de sodium 300 à 400kg, - polyacrylamide 5 à 50kg, - agent moussant 20 à 50 litres, - eau 750 à 800 litres. le deuxième constituant étant dilué à raison d'un coefficient de dilution de 1/3. La mousse atteint une rigidité de 2 à 2,5g/cm2 après 1 minute et 50 secondes pendant lesquelles elle pénètre dans le terrain en aval du front de taille. Exemnle 7 ler constituant - silicate de sodium dilué à raison d'un coefficient de dilution de 1/3. 2e constituant - sulfate de sodium 100 à 150kg, - gomme de guar 5 à 50kg, - agent moussant 20 à 50 litres, - agent de réticulation (Borate de sodium) 10 à 50g, - eau 950 litres le deuxième constituant ayant un coefficient de dilution de 1/2. La mousse est projetée sur le front de taille et pénètre dans le terrain pendant les 4 minutes qui suivent sa projection, après quoi elle atteint une rigidité de 2,5 à 3g/cm2. Exemple 8 ler constituant - silicate de sodium dilué à raison d'un coefficient de dilution de 1/4. 2e constituant - aluminate de sodium 1 à 5kg, - polysaccharide 5 à 50kg, - agent moussant 20 à 50 litres, - eau 950 litres. La mousse a atteint un niveau de rigidité suffisant, soit environ 2 à 2,5g/cm2 après 2 à 3 minutes suivant sa projection. I1 est bien entendu que les exemples qui viennent d'être décrits ne présentent aucun caractère limitatif, et pourront recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Mousse destinée à être projetée sur le front de taille d'un forage en cours de réalisation à l'aide d'une machine de forage munie d'un bouclier à air comprimé, caractérisée par le fait qu'elle présente la composition suivante - silicate, - sel ou acide, - polymère ou mélange de polymères, - agent de réticulation du ou des polymères, - agent moussant, - eau. 2. Mousse selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est obtenue par mélange de deux constituants à savoir, d'une part, un premier constituant qui est composé d'une solution de silicate de sodium, et d'autre part un second constituant qui est composé d'un sel ou un acide, et d'un polymère ou un mélange de polymères et d'un agent de réticulation du ou des polymères, dilués dans de l'eau, un agent moussant étant présent dans le premier constituant et/ou dans le second constituant. 3. Mousse selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le premier constituant présente un coefficient de dilution compris entre 1/4 et 1/3, tandis que le second constituant présente un coefficient de dilution compris entre 1/6 et 1/2. 4. Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le sel est un phosphate ou un polyphosphate de sodium ou de potassium, un carbonate ou hydrogénocarbonate de sodium ou de potassium, un nitrate de sodium ou de potassium ou un sulfate ou hydrogénosulfate de sodium ou de potassium, ou encore un aluminate de sodium ou de potassium. 5. Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'acide est de l'acide sulfurique, de l'acide phosphorique, de l'acide chlorhydrique ou de l'acide nitrique ou un acide organique tel que l'acide acétique, citrique ou sulfamique. 6. Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que les polymères sont des polyacrylamides, des polyacrylates, des polysaccharides, des polymères cellulosiques ou des xanthanes, ou encore des gommes de guar. 7. Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que l'agent de réticulation est du borate de sodium ou de l'acide orthoborique.