Brevet FR2841932A1 — publié le 20040109

i L'invention concerne les appareils de forage portatifs, et plus particulièrement de tels appareils de forage suffisamment légers pour être maintenus à main d'homme, sans ancrage particulier au sol. On a proposé différents appareils de ce type, et notamment dans le US 4 213 504, un appareil particulièrement léger, puisque entraîné par une simple perceuse à main. Un tel appareil ne permet pas des forages de quelques dizaines de mètres, comme il est pourtant souhaité de les faire dans le domaine du forage de recherche et de sondage en sous-sol. On a certes proposé également des appareils dans lesquels un moteur thermique de forte puissance est porté sur un guide manuel de la même façon que pour un appareil de jardin portatif. De tels dispositifs, dans le domaine du forage, se sont avérés assez dangereux car des blocages de tiges ou freinages brusques se sont parfois traduits par des endommagements de moteur et projections corporelles sur les utilisateurs. Le but de l'invention est de proposer un appareil de forage de type portatif qui ne présente pas ces inconvénients, c'est à dire qui présente certes une légèreté et une maniabilité importante, mais qui ne présente pas les dangers d'utilisation des dispositifs proposés jusqu'ici. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un ensemble de forage comprenant notamment une tige et une tête d'entraînement en rotation de la tige, ainsi qu'une structure de maintien manuel portant cette tête d'entraînement, la structure de maintien et la tête d'entraînement étant suffisamment légers pour être maintenus manuellement lors du forage sans l'aide d'un ancrage additionnel au sol, l'ensemble de forage étant caractérisé en ce qu'il comporte également une centrale de production d'énergie pour alimenter en énergie la tête d'entraînement, ainsi qu'une liaison de transport d'énergie de type souple entre la centrale et la tête d'entraînement pour un positionnement déporté de la centrale par rapport à la tête d'entraînement. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une vue générale d'un exemple de dispositif selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective d'un volant de préhension de foreuse selon l'invention; - la figure 3 est une vue en perspective d'un châssis de transport de centrale de production d'énergie de ce dispositif; - la figure 4 est une vue en perspective d'un sabot et d'une clef de déverrouillage pour ce même dispositif. L'ensemble de forage décrit ici s'articule autour de deux sousensembles, l'un 100 d'entraînement en rotation, l'autre 200 de production d'énergie nécessaire à cet entraînement. Le premier sous-ensemble, celui d' entraînement en rotation 100, se compose principalement d'une tête de rotation 110 à entraînement hydraulique située sensiblement dans l'axe et au-dessus d'un train de tiges de forage 120. Cet organe de petite taille présente un carter soudé par sa périphérie à un ensemble de branches radiales en étoile. Ces branches radiales rejoignent à leur extrémité un arceau entourant en cercle l'ensemble de la tête de forage. Cet arceau 130, d'un diamètre d'environ 1 m, remplit la fonction de volant de maintien pour 2 à 6 personnes. Ainsi maintenu, le volant 130 empêche une rotation de la tête d'entraînement, par réaction du train de tige. Ce volant de maintien 130 présente en d'autres termes un diamètre suffisant pour permettre à une ou quelques personnes d'appliquer un couple résistant s'opposant de manière suffisante à un auto-entraînement en rotation de la tête 1 10. Bien entendu, le nombre de personnes nécessaire pour le maintien dépend de la nature du sol, de la profondeur du forage et de la rencontre éventuelle de couches dures ou de roches sur le parcours des tiges. Cette tête d'entraînement, ici de type hydraulique, est d'un poids particulièrement faible, car alimentée par une énergie directement de nature mécanique, à savoir ici un fluide (de l'huile) sous pression. Une telle tête de rotation hydraulique est par exemple un organe rotatif disponible dans le commerce sous la référence Balco 200. La tête de rotation est munie ici d'un raccord pour tige de forage de diamètre de 50 mm, les tiges étant assemblées par pas de vis et munies d'un pas carré à quatre filets pour dévissage par clé de déverrouillage. Contrairement aux moteurs thermiques habituellement portés directement par les manipulateurs, un tel moteur n'effectue pas la transformation d'un hydrocarbure en mouvement de rotation, qui requiert habituellement un ensemble-moteur trop lourd. Ce moteur n'effectue ici qu'une simple transformation d'une pression en rotation, d'o un volume particulièrement réduit bien que la force de rotation transmise soit élevée. On notera en outre que le volant de manoeuvre 130 est muni d'un levier de déclenchement pilotant un déviateur hydraulique à tiroirs, la rotation n'étant commandée que lorsque ce levier est maintenu par un utilisateur contre le volant, un lâcher du levier provoquant un retour de ce dernier et un arrêt de l'entraînement en rotation. Ce dispositif empêche une rotation lors d'un lâcher accidentel ou par mégarde. L'énergie hydraulique est ici transmise à la tête par une conduite souple 300 reliant ce premier sous-ensemble à un deuxième sous25 ensemble 200 formant centrale de mise sous pression, que l'on va décrire maintenant. Représenté à la figure 1, ce deuxième sous-ensemble 200 est principalement un moteur thermique 210 de mise sous pression hydraulique de type connu en soi. Ce moteur 210 est d'une taille et d'un poids plus importants que la tête de rotation 110. Il est posé au sol, à proximité du sous-ensemble portatif 100 précédemment décrit. Ce moteur peut être placé à plusieurs mètres, voire plusieurs dizaines de mètres des utilisateurs. Sauvegardé aussi d'une sollicitation mécanique inhabituelle telle que blocage brusque ou vibrations brutales, le moteur thermique est préservé. Une explosion de cette partie est ainsi évitée, et si elle devait arriver tout de même, elle ne menace aucunement les utilisateurs. Pour une transportabilité aisée, le moteur thermique 210 est monté sur un portant 220 constitué d'un châssis tubulaire en forme de chaise à porteur. Ce portant est constitué sensiblement d'un quadrilatère 222 tubulaire prolongé par deux paires de manches opposées 225. Deux porteurs viennent ainsi se placer entre chacune de ces paires de manches 225 pour véhiculer manuellement ce sous-ensemble 200. Ainsi, une partie lourde et à forte concentration d'énergie potentielle est déporté de la zone de forage, pour une plus grande sécurité des utilisateurs, et pour une réduction notable du poids maintenu manuellement par ces derniers. Le système s'en trouve amélioré du point de vue de la facilité d'utilisation ainsi que de la sécurité. Le moteur thermique 210 est surélevé sur le châssis 220 de manière à éviter l'immersion dans les zones légèrement inondées. On notera que la centrale hydraulique peut être équipée de bouées de flottaison permettant de la surélever en cas d'immersion de la zone. On notera que le système ici décrit sur la base d'une production d'énergie hydraulique, pourrait également être basé sur la production déportée de toute énergie susceptible d'être transformée en rotation. L'énergie fournie par une centrale hydraulique est préférée. De manière plus détaillée, la centrale est ici un bloc de distribution hydraulique incorporant notamment un déviateur à commande par poignée et un distributeur à manettes crantée. Le moteur de la centrale hydraulique est un moteur de huit chevaux, couplé à une pompe hydraulique à engrenages, ici de 6,3 cm3, immergée dans un réservoir d'huile et protégée par un limiteur de pression. Le réservoir hydraulique est ici un réservoir en aluminium. Les connections hydrauliques se font par des raccords rapides. Pour améliorer encore la sécurité, on propose dans ce mode de réalisation un ensemble de déverrouillage des tiges évitant les risques de blessure ou de déverrouillage, o une clé de déverrouillage 400 est projetée à distance sous l'effet d'une rotation inattendue. Ainsi, la clef de déverrouillage 400 présente ici principalement une portion d'emboîtement 420 et un manche 410. La portion d'emboîtement 420 est prévue pour venir s'accoupler autour d'une partie à facettes parallèles opposées d'une tige, en vue d'une rotation relative entre cette tige et celle qui la suit. Le dévissage des vis se fait donc, de manière classique en soi, par maintien de méplats usinés dans la tige. Afin d'éviter une rotation accidentelle de cette clé au cas o le train de tige serait accidentellement entraîné en rotation au cours d'un dévissage, on propose ici un aménagement particulier. Il s'agit ici principalement d'un sabot 500 qui maintient cette clé de déverrouillage 400, en formant une liaison mécanique entre elle et le sol. Ainsi, une tige étant rendue solidaire du sol, la tige adjacente à celle emboîtée dans la clef 400 peut être entraînée, soit manuellement, soit par l'intermédiaire de la tête d'entraînement hydraulique 110 pour effectuer le vissage ou le dévissage mutuel. L'inversion du sens d'entraînement en rotation, possible également grâce à une tête de forage, permet par exemple le dévissage sans effort. On décrira maintenant plus précisément la structure avantageuse du sabot 500, ainsi que la forme particulière de la clef 400 pour une coopération optimale avec le sabot. Le sabot 500 comporte un cadre U 510 formant réceptacle de la clef. La section de chaque branche de ce U (branche de fond et branches latérales) est en forme de L. La clef forme quant à elle un contour complémentaire à l'espace interne du U, et vient donc se poser sur le flanc horizontal de chaque section en L de ce U. La clé forme donc un plateau 430 principal, ici de forme carré, qui comporte en son centre une découpe 400 à bords internes parallèles, bords parallèles qui constituent la partie d'emboîtement de la clef. Cette découpe, après avoir bordé les pans carrés de la tige, vient se fermer contre la branche de fond du U, la tige étant alors totalement entourée. Ce cadre en U est maintenu horizontal par quatre pattes 520 se terminant chacune par un pic d'ancrage, pattes placées à chaque extrémité des branches latérales 512 du U et à chaque extrémité de la branche 515 de fond du U. On notera en outre la présence de quatre raidisseurs diagonaux entre pattes 520 et cadre 510 en U, agissant contre le flambage des pattes 520. Ainsi planté au sol, ce sabot 500 de maintien permet de bloquer la clef 400 contre toute rotation, mais également contre tout glissement le long de la tige. On notera en outre que dans le présent exemple de réalisation, les tiges utilisées sont préférentiellement des tiges creuses dans lesquelles on injecte de l'eau sous pression en vue d'améliorer la puissance de forage, l'injection se faisant par l'intermédiaire d'un raccord pompier qui émerge de la tige de forage. Il s'agit donc ici d'une injection par axe de rotation creux. Pour l'appareil présenté ici, qui vise une profondeur de forage de 10 à 20 mètres sur un diamètre de 76 mm, la tête de forage présente et son volant de maintien présente ici un poids de 45 kg, tandis que la centrale hydraulique présente un poids de 60 kg. Le système de forage réalisé ici présente un couple de forage maximal de 40 m.kg, une vitesse pouvant aller jusqu'à 120 tr/mn et la pression fournie pour cela par la centrale hydraulique est une pression de bars avec un débit de 20 I/mn. REVENDICATIONS 1. Ensemble de forage comprenant notamment une tige (120) et une tête (110) d'entraînement en rotation de la tige, ainsi qu'une structure de maintien manuel (130) portant cette tête d'entraînement (110), la structure de maintien (130) et la tête d'entraînement (110) étant suffisamment légers pour être maintenus manuellement lors du forage sans l'aide d'un ancrage additionnel au sol, l'ensemble de forage étant caractérisé en ce qu'il comporte également une centrale de production d'énergie (200) pour alimenter en énergie la tête d'entraînement (110), ainsi qu'une liaison de transport d'énergie (300) de type souple entre la centrale (200) et la tête d'entraînement (110) pour un positionnement déporté de la centrale (200) par rapport à la tête d'entraînement (110). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la centrale de production d'énergie (200) est de type à production d'énergie mécanique, et la liaison souple (300) est une liaison de transport de cette énergie mécanique. 3. Ensemble de forage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tête d'entraînement est de type à entraînement fluidique, et la liaison souple (350) est une conduite de transport d'un fluide sous pression. 4. Ensemble de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de maintien manuel (130) de la tête d'entraînement (110) forme un volant entourant l'ensemble de la tête d'entraînement. 5. Ensemble de forage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le volant (130) est un volant circulaire relié à la tête d'entraînement (110) par un ensemble de branches sensiblement radiales. 6. Ensemble de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la centrale de production d'énergie (200) est montée sur un châssis (220) de transport formant une série de poignées de préhension pour un levage manuel par au moins deux personnes. 7. Ensemble de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il inclut une clé de déverrouillage (400) prévue pour être accouplée à une tige (120) et appliquer une résistance en rotation à cette dernière, ainsi qu'un sabot de maintien (500) de cette clé (400) formant liaison de blocage en rotation entre le sol et cette clé (400). 8. Ensemble de forage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la clef (400) présente un contour à au moins deux côtés rectilignes parallèles, et en ce que le sabot de verrouillage (500) présente au moins deux montants de maintien aptes à recevoir de manière complémentaire ces deux bords rectilignes. 9. Ensemble de forage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le sabot de déverrouillage (500) présente une partie supérieure en forme de U (510), dont chacune des deux branches latérales (512) et de la branche de fond (515) présente une section transversale en forme de L, de manière à produire un maintien de la clé à la fois contre une rotation dans le plan du U (510) et à la fois contre un déplacement de la clef (400) à travers ce cadre en U (510). 10. Ensemble de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tiges (120) sont des tiges creuses et en ce que la tête d'entraînement (110) est prévue pour transmettre un fluide sous pression depuis une alimentation en ce fluide jusqu'à l'intérieur des tiges (120).