Brevet FR2797466A1 — publié le 20010216

La présente invention concerne les procédés pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol au moyen d'une sonde apte à mesurer ce paramètre, cette partie de sol étant située à une distance donnée de sa surface. La présente invention concerne aussi les dispositifs permettant de mettre en oeuvre ces procédés. Il existe déjà des procédés pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol située à une distance donnée de sa surface, au moyen d'une sonde apte à mesurer ce paramètre. Ces procédés connus consistent essentiellement, tout d'abord à forer le début d'un puits sur une certaine profondeur au moyen d'un outil de forage et à effectuer des premières mesures au niveau de cette première portion de puits. Lorsque ces premières mesures sont terminées, la paroi de la première portion de puits est chemisée au moyen d'un tube. Le forage du puits est ensuite poursuivi au moyen généralement du tube de chemisage lui-même dont l'extrémité est utilisée comme outil de forage, jusqu'à atteindre par pas successifs, le niveau voulu en sous-sol, les mesures du paramètre étant effectuées au fur et à mesure que le puits est foré, après avoir chaque fois relevé le tube de chemisage d'une quantité suffisante pour permettre à la sonde d'effectuer la mesure. Ces mesures sont donc effectuées à partir d'un niveau proche de la surface du sol pour se terminer au niveau profond du sous-sol voulu. Ce procédé antérieur connu présente incontestablement des inconvénients. Notamment, sa mise en oeuvre est relativement longue car il faut exécuter plusieurs manoeuvres successives, et de façon répétitive, pour chaque niveau de mesures. En effet, il faut tout d'abord creuser une partie du puits, par exemple avec le tube de chemisage, puis enlever les déchets de forage, relever le tube de chemisage d'une quantité déterminée, mettre en place la sonde, effectuer la mesure, enlever la sonde, et recommencer ainsi de suite plusieurs fois toutes ces opérations jusqu'au niveau profond du sol à atteindre. De plus, les déchets produits par le forage peuvent bien entendu remonter par l'intérieur du tube de chemisage, mais aussi entre la paroi extérieure du tube et la paroi de la portion de puits déjà forée. Or, ces déchets comportent des particules solides qui peuvent endommager la paroi du puits, ce qui peut être un inconvénient pour les opérations ultérieures. Il est aussi possible qu'un temps important s'écoule ente le début du forage du puits et l'instant de la dernière mesure, celle qui s'effectue quand le puits a atteint la profondeur voulue. Cet espace de temps peut entraîner des erreurs dans les mesures, notamment dans le cas par exemple de la mesure de la pression qui règne dans le sol, car les roches du sol sur lesquelles doivent être effectuées les mesures ont alors le temps de se détendre avant que la dernière mesure ne soit effectuée. Les résultats ne sont alors pas réellement représentatifs des vraies valeurs du paramètre que présentait le sol avant le forage du puits. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de mettre en #uvre un procédé pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol située à une distance donnée de sa surface, qui permette de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus des procédés de l'art antérieur. Notamment, la présente invention a pour but de mettre en #uvre un procédé pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol située à une distance donnée de sa surface, qui permette, par rapport aux procédés de l'art antérieur, de gagner du temps entre les différentes mesures du paramètre à différents niveaux. La présente invention a aussi pour but de mettre en #uvre un procédé pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol située à une distance donnée de sa surface, utilisant un puits de forage pour descendre une sonde de mesure du paramètre, qui évite l'altération de la paroi du puits, notamment par les déchets de forage. La présente invention a aussi pour but de mettre en #uvre un procédé pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol située à une distance donnée de sa surface, qui minimise de façon très importante la durée du forage du puits et le temps compris entre la première mesure du paramètre et la dernière. La présente invention a aussi pour but de réaliser un dispositif permettant de mettre en #uvre le procédé selon l'invention. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol située à une distance donnée de la surface dudit sol, caractérisé par le fait qu'il consiste à forer un puits à partir de la surface du sol au moyen d'un outil de forage pour atteindre ladite partie du sol, à descendre un tube de chemisage le long de la paroi du puits à mesure que progresse le forage du puits, le diamètre extérieur du tube de chemisage étant égal au diamètre du puits réalisé par l'outil de forage, ledit tube de chemisage suivant l'outil de forage au fur et à mesure que ledit outil de forage descend dans le sol pour forer ledit puits, les déchets résultant du forage du puits étant éliminés par l'intérieur du tube de chemisage, à escamoter l'outil de forage lorsque le puits a atteint la profondeur souhaitée, l'escamotage de l'outil de forage étant obtenu en amenant ledit outil de forage dans une configuration dans laquelle son diamètre hors tout extérieur est inférieur au diamètre intérieur du tube de chemisage, à retirer ledit outil de forage escamoté en le remontant par l'intérieur du tube de chemisage, à introduire, dans ledit puits par l'intérieur du tube de chemisage, en lieu et place de l'outil de forage, une sonde apte à mesurer ledit paramètre, jusqu'au niveau situé juste au- dessous de l'extrémité inférieure du tube de chemisage, et à effectuer des mesures du paramètre au moyen de la sonde en la remontant après chaque mesure, le tube de chemisage étant remonté sensiblement de la même quantité que la sonde de façon que la sonde demeure au-dessous de l'extrémité inférieure du tube de chemisage. La présente invention a aussi pour objet un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus, ce dispositif se caractérisant par le fait qu'il comporte au moins un tube de chemisage d'un puits d'un diamètre donné, le diamètre extérieur du tube de chemisage étant égal au diamètre donné du puits, et un outil de forage apte à présenter deux configurations, une première configuration dite "configuration de travail" dans laquelle ledit outil de forage présente un rayon hors tout extérieur d'une valeur sensiblement égale au rayon extérieur du tube de chemisage, et une seconde configuration dite "configuration d'escamotage" dans laquelle ledit outil de forage présente un diamètre hors tout extérieur d'une valeur inférieure au diamètre intérieur du tube de chemisage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels Les figures 1, 2 et 3 illustrent différentes étapes du procédé selon l'invention pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol située à une distance donnée de sa surface, la figure 2 représentant elle-même deux de ces étapes, et Les figures 4 et 5 représentent deux vues en coupe schématiques d'un mode de réalisation de l'un des moyens essentiels du dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, la figure 4 étant une coupe référencée IV-IV sur la figure 5, la figure 5 étant une coupe référencée V-V sur la figure 4. Il est tout d'abord précisé que, sur l'ensemble des figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quel que soit le mode de représentation de ces éléments. Le procédé selon l'invention pour mesurer un paramètre d'une partie 2 d'un sol I située à une distance donnée de la surface 4 de ce sol, consiste à forer un puits 5 à partir de la surface 4 du sol au moyen d'un outil de forage 9 pour atteindre la partie 2 du sol, figure 1, et à descendre un tube de chemisage 6 le long de la paroi du puits à mesure que progresse le forage du puits, figure 1, le diamètre extérieur du tube de chemisage 6 étant égal au diamètre du puits réalisé par l'outil de forage 9, le tube de chemisage 6 suivant l'outil de forage 9 au fur et à mesure que l'outil de forage descend dans le sol pour forer le puits et les déchets 7 résultant du forage du puits étant éliminés par l'intérieur 8 du tube de chemisage 6, par exemple au moyen d'un fluide apte à véhiculer ces déchets. Un tel fluide est connu en lui- même et ne sera donc pas particulièrement décrit ici. Quand le forage du puits a atteint la profondeur désirée, le procédé consiste alors à escamoter l'outil de forage 9, en amenant l'outil de forage dans une configuration dans laquelle son diamètre hors tout extérieur, figure 2, est inférieur au diamètre intérieur du tube de chemisage 6. Un mode de réalisation possible pour un tel outil de forage sera décrit ci- après en regard des figures 4 et 5. Le procédé consiste alors à retirer l'outil de forage 9 escamoté en le remontant par l'intérieur 8 du tube de chemisage 6, figure 2, cette figure 2 représentant aussi une phase du procédé au cours de laquelle l'outil de forage 9 serait introduit dans le tube de chemisage 6 qui aurait été disposé dans un avant-puits préalablement réalisé, pour continuer le forage du puits, l'outil de forage prenant alors la configuration illustrée sur la figure 1. Après les opérations décrites ci-dessus, le procédé consiste à introduire dans le puits 5, en la descendant par l'intérieur 8 du tube de chemisage 6, en lieu et place de l'outil de forage 9, une sonde 3 apte à mesurer le paramètre souhaité, jusqu'au niveau situé juste au-dessous de l'extrémité inférieure 10 du tube de chemisage 6, figure 3, puis à effectuer des mesures du paramètre au moyen de cette sonde 3 en la remontant après chaque mesure, le tube de chemisage 6 étant lui aussi remonté sensiblement de la même quantité que la sonde 3, figure 3, de façon que la sonde demeure constamment au-dessous de l'extrémité inférieure 10 du tube de chemisage et avantageusement dans la même position relative. Dans des mises en oeuvre possibles, soit la sonde 3 est remontée pas à pas, le tube de chemisage 6 étant remonté en phase par rapport à la sonde, dans un déplacement pas à pas d'une même valeur de pas que le déplacement de la sonde, soit la sonde 3 est remontée de façon continue, le tube de chemisage 6 étant alors remonté en phase par rapport à la sonde, dans un déplacement continu et à la même vitesse que la sonde. Dans une mise en oeuvre préférentielle, le procédé consiste à protéger la sonde 3, quand elle est située à un niveau juste au-dessous de l'extrémité inférieure 10 du tube de chemisage 6, par exemple au moyen d'une gaine de protection qui est apte à se déformer au moins radialement. De façon avantageuse, cette gaine est par exemple constituée par un tube dit "lanterné", connu des hommes du métier, qui est abouté à l'extrémité inférieure du tube de chemisage 6 et dans son axe. A titre d'exemple, ce tube lanterné est constitué par un tube à paroi relativement mince dans laquelle sont réalisées des fentes longitudinales qui permettent au tube de se gonfler radialement en se raccourcissant, par compensation, sous l'action de forces radiales exercées par exemple par la sonde 3 comme celle qui est définie ci-après. Ce tube lanterné présente une longueur qui est déterminée de façon qu'il entoure totalement en toutes circonstances la sonde 3. De cette façon, quand la sonde vient coopérer avec la paroi du puits, elle est au moins séparée de celle-ci par la paroi de ce tube lanterné et en est donc protégée. En outre, de façon préférentielle, pour connaître la direction selon laquelle les mesures seront effectuées par la sonde 3, le procédé consiste avantageusement à indexer ou déterminer la position de la sonde en au moins l'une de ces positions suivantes : position en profondeur et position angulaire dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe 11 du puits 5. Ces moyens pour indexer la sonde 3 ne présentent pas de difficulté de réalisation pour un homme du métier. Ils peuvent être constitués par exemple par des butées, des encoches, qui seront par exemple réalisées dans la paroi intérieure du tube lanterné, quand il est présent lors de la mise en ouvre du procédé et qu'il est fixe par rapport au tube de chemisage 6, ou directement dans la paroi du tube de chemisage lorsque le tube lanterné est absent. La figure 3 représente à titre illustratif la phase du procédé selon l'invention décrite ci- dessus. La sonde 3 et le tube de chemisage 6 se trouvent par exemple tout d'abord dans la position représentée en traits-points. Quand la première mesure est effectuée, la sonde 3 et le tube 6 sont remontés de la quantité P, pour prendre la position représentée en traits-points- points, et une deuxième mesure est effectuée. Quand cette deuxième mesure est effectuée, la sonde et le tube sont à nouveau remontés d'une même quantité, égale à P ou différente, selon les cas. Cette position est illustrée sur la figure 3 en traits pleins. Il est bien précisé que, si la sonde 3 est apte à effectuer des mesures en continu, la sonde 3 et le tube de chemisage 6 seront remontés tous les deux en continu. Dans une mise en oeuvre préférentielle, le forage du puits 5 est effectué au moyen d'un outil de forage 9 animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe sensiblement confondu avec l'axe prévu 11 pour le puits 5. Quant au tube de chemisage, il peut être constitué d'un tube réalisé d'un seul tenant, par exemple pour un puits de profondeur relativement faible. Mais, pour des profondeurs plus importantes, par exemple de l'ordre de la centaine de mètres ou de plusieurs centaines de mètres, le tube de chemisage peut être réalisé par une pluralité de portions de tubes aboutées les unes aux autres. Cette opération est bien connue de l'homme du métier et ne sera donc pas décrite plus amplement ici, dans l'unique souci de simplifier la présente description. La présente invention a aussi pour objet un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé tel que décrit ci-dessus. Ce dispositif comprend essentiellement un tube de chemisage 6 d'un puits 5 d'un diamètre donné, le diamètre extérieur du tube de chemisage 6 étant égal au diamètre donné du puits, et un outil de forage 9. Selon une caractéristique importante de l'invention, cet outil de forage est apte à présenter deux configurations, une première configuration dite "configuration de travail" comme celle représentée sur la figure 1, dans laquelle il présente un rayon R hors tout extérieur, c'est-à-dire le rayon de la section de forage qu'il peut réaliser quand il est entraîné en rotation, d'une valeur égale au rayon extérieur du tube de chemisage 6, et une seconde configuration dite "configuration d'escamotage" comme celle représentée sur la figure 2, dans laquelle cet outil de forage 9 présente un diamètre hors tout extérieur D d'une valeur inférieure au diamètre de l'intérieur 8 du tube de chemisage 6. Un exemple de réalisation d'un tel outil est représenté schématiquement à titre d'exemple sur les figures 4 et 5. Dans ce mode réalisation, l'outil de forage 9 comporte une embase 20 de forme générale cylindrique de révolution d'un diamètre inférieur au diamètre de l'intérieur 8 du tube de chemisage 6, des premiers moyens de forage 21 montés en coopération avec cette embase 20, par exemple des dents de creusement ou analogue dont la forme n'est qu'évoquée sur ces figures 4 et 5. L'outil de forage comporte en outre une came 22, des seconds moyens de forage 23 montés en coopération avec la came 22, par exemple de même nature que les premiers moyens de forage 21, des moyens 24 pour monter cette came 22 en rotation par rapport à l'embase 20, par exemple un arbre de rotation 40 monté en coopération avec des paliers réalisés dans l'embase. Ces moyens 24 pour monter la came 22 en rotation par rapport à l'embase sont en outre agencés de façon que la came 22 puisse prendre deux positions, une première position représentée en traits continus sur les figures 4 et 5, dans laquelle au moins une partie 25 de cette came 22 est en saillie latérale par rapport à l'embase 20 (cette première position de la came 22 est également visible sur la figure 1), et une seconde position dans laquelle la came 22 est entièrement contenue dans la surface cylindrique 26 enveloppant l'embase, par exemple dans un logement 45 réalisé à cet effet à la périphérie 46 de cette embase, cette seconde position étant représentée en traits interrompus sur la figure 5 et visible, aussi bien en traits continus qu'interrompus, sur la figure 2. L'outil de forage 9 comporte des moyens 27 pour commander la rotation de la came 22 par rapport à l'embase 20 de façon à la faire passer de sa première position à la seconde et réciproquement. Ces moyens peuvent être constitués, par exemple, par un bras de commande 41 dont une première extrémité est liée par exemple à l'arbre 40 mentionné auparavant et dont l'autre seconde extrémité 43 émerge du puits 5 de façon que, en agissant en rotation sur ce bras 41 au moyen d'une clé ou analogue, dans un sens ou dans l'autre, il soit possible de faire passer la came 22 de l'une de ses deux positions à l'autre, ces deux positions étant par construction des états stables. L'outil de forage comporte aussi des moyens 28 pour commander la rotation de l'ensemble embase 20 - came 22 autour d'un axe sensiblement confondu avec l'axe de révolution 29 de l'embase. Ces moyens 28 représentés schématiquement sur la figure 4 peuvent par exemple être constitués d'une tige 60 dont une première extrémité 61 est liée par exemple à l'embase 20 et dont l'autre seconde extrémité 62 émerge du puits de façon que, en agissant en rotation sur la tige 60 par tout moyen, par exemple au moyen d'un moteur ou analogue, il soit possible d'entrainer en rotation cet ensemble embase 20 - came 22 . Pour permettre la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, le dispositif comporte en outre une sonde 3 apte à mesurer le paramètre souhaité, des moyens 30 pour descendre la sonde 3 dans le puits par l'intérieur 8 du tube de chemisage 6, et des moyens 31 pour commander la sonde 3 de façon qu'elle puisse effectuer la mesure du paramètre quand elle est située au-dessous de l'extrémité inférieure 10 du tube de chemisage comme explicité lors de la description du procédé. Il existe de nombreuses sondes 3 qui sont connues en elles-mêmes et qui répondent à la définition donnée ci-dessus. Ces sondes sont par exemple aptes à mesurer au moins l'un des paramètres suivants : résistance mécanique, pression statique, pression dynamique, température, perméabilité, porosité, champ magnétique rémanent. Une telle sonde, avec les moyens 30 et 31 définis ci-dessus, est par exemple commercialisée par la Société GEOMATECH sous la Marque de commerce GEOSTAR. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer un paramètre d'une partie (2) d'un sol (1) située à une distance donnée de la surface (4) dudit sol, caractérisé par le fait qu'il consiste à forer un puits (5) à partir de la surface (4) du sol au moyen d'un outil de forage (9) pour atteindre ladite partie (2) du sol, ledit puits étant réalisé suivant un axe donné (11), à descendre un tube de chemisage (6) le long de la paroi du puits à mesure que progresse le forage du puits (figure 1), le diamètre extérieur du tube de chemisage (6) étant égal au diamètre du puits réalisé par l'outil de forage (9), ledit tube de chemisage suivant l'outil de forage au fur et à mesure que ledit outil de forage descend dans le sol pour forer ledit puits, les déchets (7) résultant du forage du puits étant éliminés par l'intérieur (8) du tube de chemisage (6), à escamoter l'outil de forage (9) lorsque le puits a atteint la profondeur souhaitée, l'escamotage de l'outil de forage (9) étant obtenu en amenant ledit outil de forage dans une configuration dans laquelle son diamètre hors tout extérieur (figure 2) est inférieur au diamètre intérieur du tube de chemisage (6), à retirer ledit outil de forage (9) escamoté en le remontant par l'intérieur (8) du tube de chemisage (6) (figure 2), à introduire, dans ledit puits par l'intérieur du tube de chemisage, en lieu et place de l'outil de forage, une sonde (3) apte à mesurer ledit paramètre, jusqu'au niveau situé juste au- dessous de l'extrémité inférieure (10) du tube de chemisage (6), et à effectuer des mesures du paramètre au moyen de la sonde (3) en la remontant après chaque mesure, le tube de chemisage (6) étant remonté sensiblement de la même quantité que la sonde (3) (figure 3) de façon que la sonde demeure au-dessous de l'extrémité inférieure (10) du tube de chemisage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite sonde (3) est remontée pas à pas, ledit tube de chemisage (6) étant remonté en phase par rapport à la sonde, dans un déplacement pas à pas d'une même valeur de pas que le déplacement de la sonde. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite sonde (3) est remontée de façon continue, ledit tube de chemisage (6) étant remonté en phase par rapport à la sonde, dans un déplacement continu à la même vitesse que la sonde. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le forage du puits (5) est effectué au moyen d'un outil de forage (9) animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe (11) sensiblement confondu avec l'axe prévu pour ledit puits. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le tube de chemisage (6) est réalisé par une pluralité de portions de tubes aboutées les unes aux autres. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à protéger ladite sonde (3), quand elle est située à un niveau juste au-dessous de l'extrémité inférieure (10) du tube de chemisage (6), par une gaine de protection. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à indexer la position de ladite sonde (3) en au moins l'une des positions suivantes position en profondeur et position angulaire dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (l 1) du puits (5). 8. Dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un tube de chemisage (6) d'un puits (5) d'un diamètre donné, le diamètre extérieur du tube de chemisage (6) étant égal au diamètre donné du puits, et un outil de forage (9) apte à présenter deux configurations, une première configuration dite "configuration de travail" (figure 1) dans laquelle ledit outil de forage présente un rayon hors tout extérieur d'une valeur sensiblement égale au rayon extérieur du tube de chemisage, et une seconde configuration dite "configuration d'escamotage" (figure 2) dans laquelle ledit outil de forage (9) présente un diamètre hors tout extérieur d'une valeur inférieure au diamètre intérieur (8) du tube de chemisage (6). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit outil de forage (9) comporte une embase (20) de forme générale cylindrique de révolution d'un diamètre inférieur au diamètre de l'intérieur (8) du tube de chemisage (6), des premiers moyens de forage (21) montés en coopération avec ladite embase (20), une came (22), des seconds moyens de forage (23) montés en coopération avec ladite came (22), des moyens (24) pour monter ladite came (22) en rotation par rapport à ladite embase (20) de façon que ladite came puisse prendre deux positions, une première position dans laquelle au moins une partie (25) de ladite came (22) est en saillie latérale par rapport à ladite embase (20) et une seconde position dans laquelle ladite came (22) est entièrement contenue dans la surface cylindrique (26) enveloppant l'embase, des moyens (27) pour commander la rotation de ladite came (22) par rapport à l'embase (20), et des moyens (28) pour commander la rotation de l'ensemble embase (20) - came (22) autour d'un axe sensiblement confondu avec l'axe de révolution (29) de ladite embase. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une sonde (3) apte à mesurer le paramètre donné, des moyens (30) pour descendre ladite sonde (3) dans ledit puits par l'intérieur du tube de chemisage (6) et des moyens (31) pour commander ladite sonde de façon qu'elle puisse effectuer la mesure du paramètre quand elle est située au-dessous de l'extrémité inférieure (10) du tube de chemisage. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ladite sonde (3) est une sonde permettant de mesurer au moins l'un des paramètres suivants: résistance mécanique, pression statique, pression dynamique, température, perméabilité, porosité, champ magnétique rémanent.