Brevet FR2813327A1 — publié le 20020301

DISPOSITIF POUR DRAINER UN SOL EN PROFONDEUR La présente invention concerne un dispositif pour drainer un sol en profondeur au moyen d'au moins un drain, ledit drain comprenant une chambre obturée en sa partie inférieure par un clapet agencé pour être ouvert lorsque la chambre est en dépression par rapport à l'extérieur et se fermer quand la chambre est en surpression, la chambre comportant un détecteur de niveau de l'eau ou du liquide à évacuer par le drain au sein de ladite chambre, un tuyau d'arrivé d'air comprimé connecté à une réserve d'air comprimé et un tuyau d'évacuation de l'eau refoulée hors de ladite chambre par l'air comprimé et aboutissant en zone inférieure de la chambre. Un dispositif de ce genre peut être particulièrement adapté pour drainer un sol suite à un glissement de terrain profond mais aussi pour rabattre la nappe, par exemple, lors de réalisation de grandes fouilles, pour des terrains moyennement perméables. Lors d'un glissement de terrain dont la surface de cisaillement est située à une profondeur importante, c'est-à-dire supérieure à la dizaine de mètres, les techniques de stabilisation sont très limitées et il est souvent nécessaire de se contenter de suivre la déformation sans pouvoir la stabiliser. Les solutions mécaniques de stabilisation sont beaucoup trop lourdes compte tenu des masses énormes à stabiliser. Les solutions de drainage paraissent plus séduisantes. Les techniques de puits verticaux classiques sont fréquemment envisagées avec des pompes classiques immergées. Cependant, rutilisation de ces pompes entraîne des difficultés de gestion, d'entretien et de pérennité car les débits à extraire par puits sont très variables et souvent faibles: 10 à 500 /h est la gamme de débits les plus courants, sauf cas rares pour lesquels des débits ponctuellement forts peuvent alors être gérés correctement par des pompes immergées. On peut utiliser également des drains dits "siphons" pour lesquels révacuation de l'eau se fait par un siphonnage traditionnel. Cependant, la profondeur à laquelle on peut drainer l'eau est limitée par la dénivelée maximale entre le point haut du siphon et son exutoire. Cette solution nécessite un exutoire en dénivelée suffisante par rapport à la tête du siphon et son rendement est diminué lorsque l'eau est chargée de matières en suspension, ce qui est généralement le cas lors d'un glissement de terrain. On connaît par ailleurs dans le brevet allemand DE-B-1 242 516 un dispositiftel que décrit en préambule. Cependant, dans ce dispositif, l'extérieur de la chambre est constamment mis en dépression. Cela signifie qu'il faut prévoir sur les lieux du drainage des moyens de création d'une telle dépression, particulièrement difficiles à mettre en place sur un forage. D'autre part, le dispositif utilise en alternance dans la chambre de rair comprimé ou une dépression, pour enchaîner sans discontinuer les phases de remplissage et d'évacuation de l'eau. Il peut y avoir alors une consommation inutile d'air s'il n'y a pas d'eau à pomper dans le terrain. Plus particulièrement lorsque le débit à extraire est discontinu, cela peut également entraîner un disfonctionnement du drain si reau ne remonte pas pendant un certain temps jusque dans la zone supérieure de la chambre. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif qui permet de drainer un sol à grande profondeur, pouvant fonctionner à des débits quasi nuls et/ou discontinus tout en ne nécessitant que des forages de faibles diamètres, et qui permet de réaliser des économies en ce qui concerne la consommation d'air comprimé. Dans ce but, l'invention concerne un dispositif du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que la chambre est obturée en sa partie supérieure par une cloison disposée en profondeur dans le drain, ladite cloison comportant trois passages pour recevoir le détecteur de niveau, le tuyau d'évacuation et le tuyau d'arrivée d'air comprimé, et en ce que ledit tuyau d'arrivée d'air comprimé aboutit dans la zone supérieure de la chambre. D'une manière particulièrement avantageuse, le détecteur de niveau est constitué par un câble électrique trois conducteurs terminés par un contact et aboutissant à des niveaux différents, respectivement un premier contact au voisinage de la partie inférieure de la chambre, un deuxième contact légèrement au-dessus du tube d'évacuation d'eau puis un troisième contact au voisinage de l'extrémité du tube d'arrivée d'air comprimé. Ledit détecteur de niveau est relié à une commande d'électrovanne alimentée électriquement et elle-même reliée à une électrovanne trois voies agencée pour injecter de l'air comprimé lorsque le niveau d'eau dans la chambre atteint le troisième contact au voisinage de l'extrémité du tube d'arrivée d'air comprimé et pour arrêter l'injection d'air comprimé lorsque le niveau d'eau repasse au-dessous du deuxième contact. L'électrovanne peut être reliée à une réserve d'air comprirmé alimentée par un compresseur. Avantageusement, le tuyau d'évacuation de l'eau comprend au moins un clapet anti- retour du côté de son extrémité aboutissant à la chambre. Le tuyau d'évacuation de l'eau peut être dirigé dans une zone de dénivelée inférieure à son niveau de sortie du drain pour constituer une canne de siphonnage. Le dispositif peut comprendre une série de drains tels que définis cidessus, chaque drain ayant sa propre commande d'électrovanne et sa propre électrovanne, 'ensemble des électrovannes étant alimenté par une seule réserve d'air comprimé pouvant être alimentée par un compresseur. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente schématiquement une coupe du dispositif selon l'invention mis en place au sein d'un puits de forage. Le dispositif de drainage 20 selon rinvention comprend un drain 1 positionné au niveau d'un forage. Ce drain pourrait bien entendu être lancé, c'est-à-dire enfoncé par injection d'eau à la base du drain ou mis en place pour tout autre procédé connu. Le drain 1 est mis en place verticalement mais peut aussi être incliné. Perpendiculairement au drain 1 est creusée une canalisation 15 dans laquelle débouche le drain 1, et comportant des regards de visite 2 permettant un accès au drain 1. Il est bien sûr possible de prévoir que le drain 1 débouche directement au niveau du sol. Le drain 1 comporte du côté de son extrémité inférieure une chambre 3 constituant un volume fermé et obturée en sa partie inférieure 17 par un clapet 4 et en sa partie supérieure par une cloison 16. La chambre 3 est positionnée en profondeur à l'intérieur du drain 1 de sorte que sa partie inférieure 17 est à proximité de l'extrémité inférieure du drain I au contact de l'eau et que la cloison 16 soit elle- même disposée en profondeur et suffisamment éloignée du sol en fonction de la profondeur du forage. Le clapet 4 est agencé pour être ouvert pour laisser rentrer dans la chambre 3 le liquide à pomper lorsque la chambre 3 est en dépression par rapport à l'extérieur et se fermer quand la chambre 3 est en surpression. Tout autre système assurant les mêmes fonctions peut être utilisé. Dans cette variante, la chambre 3 est intégrée au drain. Dans ce cas, la paroi du drain 1 sur la hauteur de la chambre 3 est pleine et non crépinée pour constituer un volume clos. Dans une autre variante non représentée, la chambre peut être dissociée du drain et portée par un support, le drain pouvant alors présenter une partie crépinée. La cloison 16 de la chambre 3 comporte trois passages pour recevoir un détecteur de niveau du liquide à évacuer 5, un tuyau 6 d'arrivée d'air comprimé et un tuyau 7 d'évacuation du liquide refoulé hors de la chambre. Le détecteur de niveau du liquide à évacuer est constitué par un câble électrique 5. comportant trois fils conducteurs, chaque fil étant arrêté à des profondeurs différentes et dont l'extrémité est dénudée et terminée par un contact. Ainsi, un fil est arrêté au voisinage de la partie inférieure de la chambre 3 définissant un premier contact A. Un autre fil est arrêté à un niveau légèrement supérieur (environ 10 cm) à l'extrémité du tuyau 7 définissant un contact B et le dernier fil est arrêté, en partie supérieure de la chambre 3 définissant un troisième contact C. Ainsi, les contacts A, B, C sont destinés à détecter le niveau de liquide dans la chambre 3 respectivement au fond de celle-ci légèrement au-dessus de l'arrivée du tuyau d'évacuation de l'eau et au niveau du tuyau d'arrivée d'air comprirmé. Le câble 5 est relié à une commande d'électrovanne 9 alimentée électriquement et activant une électrovanne trois voies 10. La chambre 3 comporte également un tuyau 6 d'arrivée d'air comprimé dont l'extrémité inférieure aboutit dans la zone supérieure de la chambre 3 sensiblement au niveau du contact C. Le tuyau 6 d'arrivée d'air comprimé passe dans la canalisation de protection 15 et son autre extrémité est reliée à l'électrovanne trois voies 10, elle-même reliée, au moyen d'une vanne 11 à une réserve 12 d'air comprimé alimentée par un compresseur 13. La réserve 12 est régulée entre une pression mini et une pression maxi. L'électrovanne 10 est agencée pour injecter de l'air comprimé dans la chambre 3 par le tuyau 6 lorsque le niveau d'eau dans ladite chambre 3 atteint le contact C au voisinage de l'extrémité du tube 6 d'arrivée d'air comprimé, pour arrêter l'injection d'air comprimé lorsque le niveau d'eau repasse au-dessous du deuxième contact B et pour remettre la chambre 3 à la pression atmosphérique. La chambre 3 comporte également un tuyau 7 d'évacuation de l'eau hors de la chambre 3, aboutissant en zone inférieure de la chambre 3, à un niveau légèrement inférieur au contact B. Le tuyau 7 d'évacuation comporte au moins un clapet anti-retour 8 choisi pour supporter le poids de la colonne d'eau évacuée. Le tuyau 7 d'évacuation passe dans la canalisation de protection 15 et se dirige vers un exutoire 14 situé à une cote et à une distance indifférentes. Il peut toutefois être intéressant d'utiliser le tuyau 7 comme canne de siphonnage si la dénivelée de l'exutoire 14 le permet. Pour cela, il sera conduit dans une zone en dénivelée inférieure par rapport au point haut du siphon. Son extrémité peut alors être traitée soit en la relevant vers le haut, soit en l'immergeant dans un réservoir rempli d'eau, l'ensemble permettant alors de travailler suivant un principe de siphonnage. Le dispositif selon l'invention constitue un drain électropneumatique qui fonctionne de la manière suivante: lorsque la colonne d'eau au sein du forage atteint une certaine hauteur, la chambre 3 devient alors en dépression par rapport à la pression exercée par reau. De ce fait, la clapet 4 s'ouvre, le fluide de forage pouvant alors pénétrer dans le chambre 3 de par la seule pression hydrostatique de la colonne d'eau. Parallèlement, la chambre 3 est mise à la pression atmosphérique par l'intermédiaire du tuyau 6 et de rélectrovanne 10 dont la voie à rair libre est ouverte. Le passage du fluide devant le contact B ouvre le circuit de rélectrovanne 10. Lorsque la chambre 3 est pleine, le contact C ouvre 'électrovanne 10 de telle sorte à injecter de l'air comprimé par le biais du tuyau 6. La chambre 3 devient alors en surpression par rapport à l'extérieur et le clapet 4 se ferme. L'air comprimé refoule le liquide hors de la chambre 3 par le biais du tuyau d'évacuation 7 aboutissant à la vidange de ladite chambre 3, jusqu'à ce que le fluide repasse devant le contact B, induisant alors la fermeture de l'électrovanne 10 et la remise de la chambre 3 à la pression atmosphérique. Le contact entre C et A ouvre donc l'électrovanne 10. En revanche, rabsence de contact entre B et A ferme ladite électrovanne, si celle-ci est ouverte. L'eau contenue dans le tuyau d'évacuation 7 ne peut pas redescendre dans la chambre 3 du fait des clapets anti-retour 8. Si le tuyau 7 est utilisé comme canne de siphonnage, ledit tuyau 7 est alors amorcé, le volume évacué de la chambre 3 étant calibré pour être supérieur au volume nécessaire pour que le tuyau 7 s'amorce. Le siphon débite alors jusqu'à son désamorçage éventuel. L'opération peut ainsi être renouvelée de manière périodique un grand nombre de fois pour aboutir à la vidange du forage. Le drain électropneumatique selon rinvention permet de pouvoir pomper à grande profondeur, en jouant sur la pression de l'air comprimé, des débits quasi nuls jusqu'à des débits inférieurs à 5 m3/h; tout en ne nécessitant que des forages de diamètres faibles, ce qui est particulièrement avantageux pour des forages de grande profondeur. D'autre part, selon l'invention, l'injection d'air comprimé se fait seulement lorsque la chambre 3 est pleine. Quand le drain, sur la hauteur du refoulement, est vide, il peut rester vide, sans besoin d'air comprimé. Cela permet une grande économie d'air comprirné. Enfin, la mise à la pression atmosphérique de la zone supérieure de la chambre 3 après le refoulement du liquide hors de la chambre permet une nouvelle rentrée de liquide dans la chambre 3 par le clapet 4 uniquement par le poids de l'eau à l'extérieur du drain. Cela évite l'utilisation d'air en dépression, d'o une économie importante au niveau de l'équipement du forage. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à toute modification et variante évidente pour un homme du métier. Notamment, il est possible de travailler avec plusieurs drains en série, chaque drain ayant sa propre commande d'électrovanne et sa propre électrovanne, l'électrovanne étant alimenté par une seule réserve d'air cornprimé alimentée par un compresseur. Revendications 1. Dispositif (20) pour drainer un sol en profondeur au moyen d'au moins un drain, ledit drain (1) comprenant une chambre (3) obturée en sa partie inférieure par un clapet (4) agencé pour être ouvert lorsque la chambre (3) est en dépression par rapport à l'extérieur et se fermer quand la chambre (3) est en surpression, la chambre (3) comportant un détecteur de niveau (5) de l'eau ou du liquide à évacuer par le drain au sein de ladite chambre, un tuyau (6) d'arrivé d'air comprimé connecté à une réserve (12) d'air comprimé et un tuyau d'évacuation (7) de l'eau refoulée hors de ladite chambre par l'air comprimé et aboutissant en zone inférieure de la chambre (3), caractérisé en ce que la chambre (3) est obturée en sa partie supérieure par une cloison (16) disposée en profondeur dans le drain, ladite cloison (16) comportant trois passages pour recevoir le détecteur de niveau (5), le tuyau d'évacuation (7) et le tuyau (6) d'arrivée d'air comprimé, et en ce que ledit tuyau (6) d'arrivée d'air comprimé aboutit dans la zone supérieure de la chambre (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de niveau est constitué par un câble électrique (5) trois conducteurs terminés par un contact et aboutissant à des niveaux différents, respectivement un premier contact (A) au voisinage de la partie inférieure de la chambre, un deuxième (B) contact légèrement au- dessus du tube (7) d'évacuation d'eau puis un troisième contact (C) au voisinage de l'extrémité du tube (6) d'arrivée d'air comprimé. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit détecteur de niveau (5) est relié à une commande d'électrovanne (9) alimentée électriquement et elle- même reliée à une électrovanne (10) trois voies agencée pour injecter de l'air comprimé lorsque le niveau d'eau dans la chambre (3) atteint le troisième contact (C) au voisinage de l'extrémité du tube (6) d'arrivée d'air comprimé et pour arrêter l'injection d'air comprimé lorsque le niveau d'eau repasse au-dessous du deuxième contact (B). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'électrovanne (10) est reliée à une réserve d'air comprimé (12) alimentée par un compresseur (13). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tuyau (7) d'évacuation de l'eau comprend au moins un clapet anti-retour (8) du côté de son extrémité aboutissant à la chambre (3). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tuyau (7) d'évacuation de l'eau est dirigé dans une zone de dénivelée inférieure à son niveau de sortie du drain pour constituer une canne de siphonnage. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une série de drains (1), chaque drain (1) ayant sa propre commande d'électrovanne (9) et sa propre électrovanne (10), rensemble des électrovannes (10) étant alimenté par une seule réserve d'air comprimé (1 2).