Brevet FR2837868A1 — publié le 20031003

les extrAmM6s audit Avide m ent longlludinal (3). PROCEDE D' INTRODUCTION D'UN EQUIPEMENT DANS UN TROU DE FORAGE, ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne la mise en terre d'un équipement par introduction de celui-ci dans un trou de forage. Un tel procédé trouve une application particulière pour la mise en terre de sondes thermiques de pompes à chaleur à capteur enterré. En général, ces sondes sont enterrées dans des tranchées creusces pour les recevoir, lorsque le site d'accuail le permet, ce qui nlest pas touj ours le cas, notamment en rénovation lorsque le terrain est déjà aménagé et/ou planté. Ce problème peut être résolu en insérant les sondes dans des trous de forage, ce qui permet en outre une répartition de celles-ci non plus en deux mais en - - trois dimensions, en inclinant plus ou moins les trous de forage. Cependant, dans le cadre de cette application et d'applications similaires telle la mise en place de cables de mise à la terre "profonde", pour des questions de coût et d'accessibilité sur les sites d' installation, il convient de se limiter à un diamètre de forage juste nécessaire pour l' insertion des équipements, qui soit réalisable avec une machine de forage légère. A contrario, 1létroitesse des trous peut rendre l' insertion des sondes difficile et, d'autre part, il faut compter avec des sous-sols de natures très diverses bien souvent non homogènes, et fréquemment aussi, insuffisamment cobérents pour empêcher des éboulements et affaissements à l'intérieur des trous dès le retrait des tiges de forage. Dans des terrains sablonneux ou très humides, cette technique peut même n'être pas envisageable. Et dans tous les cas, de telles conditions adverses obligent à recourir à des techniques lourdes, notamment la technique dite de "tubage à l'avancement" qui consiste à descendre simultanément avec l'outil de forage, enfilés autour des tiges de forage, des tubes destinés à chemiser le trou au moins pendant le temps du travail à effectuer. L'outil de forage est prévu expansible pour avoir un diamètre de travail supérieur à celui desdits tubes, et pouvoir se rétracter ensuite pour passer à l'intérleur de ceux-ci lorsqu'il est remonté. D'autre part, lesdits tubes sont collés ou vissés les uns aux autres, et il est important que les raccordements soient lisses tant à l'extérieur qu'à l'intérieur, pour ne pas gêner leur progression en terre ni l' insertion d' équipement à l' intérieur. Les tubes sont laissés en terre à demeure, ou bien retirés en fin d'opération. Cette seule description succincte montre déjà clairement que cette technique nocessite des moyens et des temps de mise en _uvre autrement 2s conséquents que ceux requis pour opérer dans des terrains normaux. Elle nécessite d'autre part une main- d'_uvre ayant des connaissances et des compétences dans le métier nettement au-delà de la normale. La présente invention procède d'une réflexion menée en vue d'apporter des solutions plus adaptées aux problèmes énoncés ci-dessus relatifs à l' insertion d'éléments dans des trous de forage. Au plus général, elle consiste en ce que, pour l' insertion d'un équipement dans un trou de forage, il s est prévu d'utiliser des tiges de forage creuses avec en bout un outil de forage perdu, c'est-à-dire un outil de forage qui restera au fond du trou réalisé, l'équipement à placer dans ledit trou pouvant ainsi être inséré dans le tuhage constitué par les tiges de forage préalablement à leur retrait. Autrement dit, l' invention se rapporte à un procédé de mise en place d'un équipement dans un trou de forage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (a) réaliser un trou avec lesdites tiges de forage et ledit outil de forage perdu; (b) insérer ledit équipement dans le tutage constitué par lesdites tiges creuses; et (c) retirer seules lesdites tiges creuses, désolidarisées d'avec ledit outil de forage avant ou dès l'amorce de leur remontée. Selon une autre caractéristique avantageuse de l' invention, ledit procédé peut comporter une étape supplémentaire entre les étapes b) et c), consistant à accrocher ledit équipement à placer dans le trou audit outil de forage, pour retenir positivement ledit équipement lors du retrait desdites tiges de forage à l'étape (c). L' invention se rapporte également à un dispositif de forage destiné à la mise en _uvre du procédé sus- défini, caractérisé en ce qu'il comprend une machine de forage avec des moyens de forage comprenant des tiges de forage creuses et un outil de forage perdu. Ces caractéristiques et avantages de l' invention, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement dans la description suivante et les dessins joints, dans lesquels: la Fig. 1 représente schématiquement la première étape de mise en _uvre du procédé selon l' invention; la Fig. 2 est une vue schématique en coupe de lo l'une quelconque d'un ensemble de tiges de forage pour - un dispositif de mise en _uvre du procédé selon l' invention; la Fig. 3 est une vue schématique en perspective de la tige de forage du même ensemble destinée à porter 1S l'outil de forage; la Fig. 4 est une vue schématique en perapective d'une pièce servant à la traction hors du sol des tiges de forage; la Fig. 5 est une vue schématique de côté d'un outil de forage selon l' invention, dans une forme de réalisation conçue pour être portée en bout de la tige de forage représentée à la Fig. 3; et les Figs. 6 et 7 sont des vues schématiques représentant respectivement, de face et en coupe axiale, l'outil de forage de la Fig. 5 en position de travail en bout de la tige de forage représentée à la Fig. 3. Considérant d'abord la Fig. 1, elle illustre l' invention dans une application consistant à mettre en terre un équipement en l'insérant dans un trou oblique, cet équipement étant par exemple une sonde thermique de capteur enterré pour pompe à chaleur, pouvant faire une longueur de l'ordre de 20 à 25 m pour un diamètre de l'ordre de 50 mm. La Fig. 1 représente donc en ses moyens essentiels une machine de forage 1 regroupant classiquement sur un châssis porté sur des chenilles 10 et pourvu de pieds stabilisateurs escamotables 11, un réservoir d'eau 12, une centrale hydraulique 13, un moteur thermique 14, un poste de commande 15, et un tablier longitudinal 16 réglable en inclinaison, qui porte la tête 17 d'entraînement des moyens de forage, et en son extrémité aval, un étau 18. La tête 17 peut être commandée en va-et-vient le long du tablier 16, en rotation et en percussion, à partir du poste de commande 15. Bien entendu, cette machine est décrite à titre d'exemple, mais elle peut être concue différemment, et notamment plus légère selon les applications. Selon l' invention, les moyens de forage comprennent des tiges de forage 2 qui sont creuses et raccordables entre elles ainsi qu'à la tête d'entraînement 17; et un outil de forage 3 qui a la particularité d'être concu d'une manière telle qu'il puisse être désaccouplé de la tige qui le porte lorsque celle-ci est remontée à la fin du travail de forage, pour rester au fond du trou en tant qu'outil perdu. Il peut alors servir également en tant qu'ancrage de l' extrémité inférieure de l' équipement à mettre en terre, étant pourvu de moyens d'accrochage à cet effet. Ceci a entre autres avantages de permettre de limiter le diamètre intérieur des tiges au plus juste au-dessus de celui de l'équipement à mettre en terre, et par - conséquent de limiter d'autant la puissance d'entraînement nécessaire. D'autre part, étant donné que l'outil de forage 3 ne doit servir qu'une fois, il S peut être fabriqué de façon simple et à moindre coût, par exemple par: assemblage et soudure d'éléments découpés dans un acier relativement bon marché. Comme le montre la Fig. 2, les tiges de forage 2 sont des mêmes tronçons de tube ayant en leurs extrémités des filetages intérieur et extérieur respectifs 20 et 21, qui sont complémentaires pour permettre leur raccordement sans solutions de continuité entre leurs surfaces intérieures ni entre leurs surfaces extérieures, ainsi que le raccordement à la tête d'entraînement 17. En variante, les tiges 2 peuvent avoir un filetage extérieur 21 en chacune de leurs deux extrémités, pour être jointes avec des manchons de raccordement. Les tiges 2 ont pour fonction de porter et entraîner l'outil de forage 3, d'apporter jusqu'à celui-ci de l'eau sous pression lors du forage, et de constituer un tutage pour l' insertion de l'équipement à mettre en terre. La connexion des tiges 2 à l'outil de forage 3 s'établit par l'intermédiaire d'une tige particulière 2s 2a, Fig. 3, ayant son extrémité inférieure conformée à cet effet, et qui peut être prévue beaucoup plus courte que les autres. L'outil de forage 3 des Figs. 5 à 7 a une section cruciforme. Il comporte un premier élément 3a découpé dans une plaque en acier pour former une pointe de forage triangulaire 30 s'élargissant à mi-hauteur par des premiers épaulements 31 opposés transversalement et orientés vers l' avant. A la base de la pointe traingulaire 30, l'élément 3a est rétréci par des - seconds épaulements 32 opposés transversalement et orientés vers l'arrière, et il se prolonge en une partie rectangulaire 33 encore rétrécie à mi-hauteur en une partie arrière 35 par des troisièmes épaulements 34 opposés transversalement et orientés vers l'arrière. Deux mêmes ailes 3b sont jointes en croix par soudage au premier élément 3a, lesquelles ailes 3b reproduisent - orthogonalement sa forme, avec donc un même profil extérieur que le sien, assorti pour cette raison des mêmes références dans les dessins. Le plus grand diamètre de l'outil de forage 3, soit la distance entre les extrémités extérieures des seconds épaulements opposés 32 de l'élément 3a, est légèrement supérieur au diamètre des tiges 2, 2a, comme le montre la coupe de la Fig. 7. On y voit également que le diamètre de la partie dTextrémité arrière 35 de l'outil de forage 3, soit la distance entre les extrémités intérieures des troisièmes épaulements opposés 34 de l'élément 3a, est quant à lui très légèrement inférieur au diamètre intérieur de la tige 2a. D'autre part, en son extrémité de raccordement, celle-ci comporte quatre fentes longitudinale 25, à 90 les unes des autres, destinces à admettre les parties latérales de l'élément 30 comprises entre les deuxièmes et troisièmes épaulements 32 et 34, et les parties correspondantes des ailes 3b, la profondeur des fentes 25 étant telle qu'elles reçoivent en appui par leur fond les troisièmes épaulements 34 tandis qu'en leur autre extrémité, le bord de la tige 2a arrive au niveau des seconds épaulements 32. Le maintien en alignement - de l'outil de forage 3 est dans le même temps également assuré de par llengagement de sa partie d'extrémité s arrière 35 en forme de croisillon à l'intérieur de la tige 2a. Cette connexion est unidirectionnelle en ce qu'elle est tout à fait efficace lorsqu'il s'agit de faire avancer l'outil de forage 3 en terre, mais qu'elle n'est aucunement opérante dans l'autre sens, la tige 2a se libérant de l'outil dès qu'elle est tirée en arrière. Au-delà de sa partie arrière 35 d' engagement ajusté dans la tige 2a, l'outil de forage 3 comporte des moyens d'accrochage, s'agissant ici d'un harpon 36 découpé en un seul bloc avec l'élément 3a. Le harpon 36 est destiné à pénétrer et s'accrocher dans une partie d'extrémité creuse de l'équipement à mettre en terre, et comme représenté, il est de préférence étagé en sapin de Noël. Bien entendu, de nombreuses autres formes ou moyens d'accrochage sont possibles. Conformément à l' invention, la mise en terre d'un équipement, telle une sonde thermique de capteur enterré pour pompe à chaleur, se déroule de la façon suivante. Tout d'abord, un trou de forage ayant le diamètre, la longueur et l'inclinaison souhaités est réalisé de façon classique avec la machine 1, les tiges 2 et 2a et l'outil de forage 3. Ensuite, la tête 17 est séparée et écartée de la dernière tige 2, pour permettre l' insertion, dans le tubage formé par les tiges 2, 2a, de la sonde à mettre en terre, jusqu'à ce qu'elle atteigne le moyen d'accrochage de l'outil de -forage 3 et s'y accroche. Si ce moyen d'accrochage est come dans 1'exeple dAcrit un harpon, ladite sonde est pourvue en extrAmit d'un embout creux destind venir colffer le harpon pour s'y accrocher. L'accrochage Atant ainsi assurA, les tiges 2 et 2a peuvent alors Atre sortie de terre, par traction au moyen d'un treuil {non reprAsent la Fig. 1) se trouvant en l'extrAmit amont du tablier 16, aprAs que la tAte d'entralnement 17 aura At dgage sur le catA. La connexion du cAble de treuil aux tiges 2 se fait de prA fArence par une pi ce 4 tel. le que reprAs entAe la Eig. 4, constitude d'une bague 40 avec un filetage mAle 41 pour Atre visse en bout des tiges 2, et d'une anse 42 d'accrochage du cAble de treuil, qui permet le passage sur le ct d'un Aventuel surplus de longueur de l'6quipement enterrer. un matAriau de remplissage peut Atre introduit dans le trou de forage de fagon concomitante avec la remonte des tiges 2, 2a, en le faisant passer travers celles-ci. REVENDICATIONS 1) Procédé de mise en place d'un équipement dans un trou de forage, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des tiges de forage creuses (2, 2a) avec en bout un outil de forage perdu (3) destiné à rester au fond du trou réalisé, et à insérer ledit équipement à placer dans ledit trou dans le tutage constitué par les tiges de forage (2) préalablement à leur retrait. lo 2) Procédé de mise en place d'un équipement dans un trou de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (a) réaliser un trou avec lesdites tiges de forage (2, 2a) et ledit outil de forage perdu (3); (b) insérer ledit équipement dans le tubage constitué par lesdites tiges creuses (2, 2a); et (c) retirer seules lesdites tiges creuses (2, 2a), désolidarisses d'avec ledit outil de forage (3) avant ou dès l'amorce de leur remontée. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire (d) entre les étapes b) et c), consistant à accrocher ledit équipement à placer dans le trou audit outil de forage (3) , pour retenir positivement ledit équipement lors du 2s retrait desdites tiges de forage à l'étape (c). 4) Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un matériau de remplissage est introduit dans le trou de forage de facon concomitante avec le retrait des tiges de forage (2, 2a), en le faisant passer à travers celles-ci. ) Dispositif de forage pour mettre en _uvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'il comprend une machine de forage (1) avec des moyens de forage comprenant des tiges creuses (2, 2a) et un outil de forage perdu (3). 6) Dispositif de forage selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'outil de forage (3) a un diamètre de forage légèrement supérieur au diamètre des tiges de forage (2, 2a). 7) Dispositif de forage selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit outil de forage (3) comporte en sa partie arrière un moyen d'accrochage de l'équipement à mettre en terre. 8) Dispositif de forage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit moyen d'accrochage de l'outil de forage (3) est un harpon (36). 9) Dispositif de forage selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ledit outil de forage perdu (3) a une section cruciforme, et est constitué d'éléments plans en acier découpé (3a, 3b) joints en croix par soudage. ) Dispositif selon ensemble les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que ledit harpon (36) est prévu en une seule pièce avec l'un (3a) desdits éléments (3a,