Brevet FR2868465A1 — publié le 20051007

Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine industriel du forage sur terre en vue de 5 creuser un puits ou de mettre en place une conduite verticale de captation d'un point d'alimentation notamment en eau. Etat de la technique Pour les forages à profondeur moyenne, pouvant aller jusqu'à une centaine de mètres, on utilise couramment un appareillage mobile, monté sur un support et amené sur site en surplomb du point présumé de la source ou nappe de liquide à capter; cet appareillage comporte, sur une structure porteuse, des moyens moteurs entraînant un outil rotatif formé d'une colonne creuse, dont l'extrémité inférieure active formant l'outil de forage est constitué d'un mandrin pourvu de dents, attaquant verticalement la roche et la désagrégeant. Une insufflation ou injection permanente de fluide, notamment d'air ou eau, dans l'intérieur de la colonne engendre une surpression dans la cavité en cours de forage et la remontée sous pression du fluide vers l'extérieur, dans la zone périphérique autour de la colonne, ce qui permet l'entraînement et l'évacuation des débris, résidus inertes, poussières ou boues constituant les effluents résultant de l'opération en cours. Ces effluents émergent donc spontanément vers le milieu extérieur au débouché supérieur du puits en cours de forage et se répandent en constituant une gêne considérable. D'une part ces effluents parasites, liquides, boues ou particules en suspension sont une source de perturbation, d'agression et de dommages pour l'ensemble mécanique, électrique ou électronique qui meut et contrôle le travail rotatif de la colonne et qui est nécessairement situé à proximité immédiate de l'orée du forage; de plus et d'autre part les dits effluents se répandant dans l'environnement périphérique immédiat entraînent pour le personnel des conditions de travail particulièrement pénibles, tant sur le plan respiratoire que sur le plan de l'inconfort corporel, avec projection et dépôt de poussières ou boues sur les vêtements, le visage et le corps; l'envahissement du voisinage par ces effluents se déposant et répandant de façon incontrôlée dans le milieu représente une source pollution locale, particulièrement désagréable dans le cas de forage en milieu habité et dans les zones périurbaines. Enfin le travail de récupération, ramassage, mise en benne, évacuation de ces effluents doit encore être suivi d'opération de remise en état, de nettoyage, restauration, opérations coûteuses en main d'oeuvre et grevant le coût de l'opération. io L'invention vise à remédier à ces inconvénients et prévoit un procédé et des moyens pour opérer la récupération et le stockage des effluents parasites résultant de la mise en oeuvre d'opérations de forages. Ainsi l'invention permet d'éviter une pollution du milieu environnant et une dégradation du paysage par suite de la dispersion de poussières, particules, boues étalés sur plusieurs mètres ou dizaines de mètres autour du point de forage. L'invention épargne au personnel des conditions de travail pénibles et peu satisfaisantes au plan de l'hygiène, comme elle économise d'importants de travaux de remise en état des lieux. Caractéristiques de l'Invention L'invention concerne un procédé pour la protection du milieu environnant des projections et dépôts de matières résiduelles à l'état pulvérulent liquide ou pâteux, notamment terres, débris, poussières ou boues, provenant du travail de forage du sol par un outil rotatif avec injection de fluide, notamment air ou eau pour la remontée et l'évacuation des résidus inertes résultant de la désagrégation des roches forées, caractérisé en ce que l'on pose autour de la colonne de forage portant l'outil une structure d'enveloppement en contact d'étanchéité par son pourtour avec le sol périphérique et en son centre avec la dite colonne, en constituant une chambre de confinement fermée, reliée par une canalisation à un réceptacle de volume approprié pour permettre la décantation des dits résidus et l'évacuation du fluide vecteur. Plus spécialement l'étanchéité périphérique de la structure d'enveloppement est obtenue en pratiquant dans le sol, autour de la colonne de forage et à distance appropriée une saignée périphérique en couronne dans laquelle on dépose la base de la jupe constituant la dite structure d'enveloppement, après quoi on coule dans la dite saignée une matière liquide ou serai-liquide dense, notamment un coulis de ciment, dans laquelle est ainsi noyée la dite base de la jupe. L'invention concerne également Ies moyens de mise en oeuvre du dit procédé et caractérisé en ce qu'ils comportent a) une structure volumique en forme de coiffe, ouverte vers le bas dont la base formant jupe est apte à être posée sur le sol, étant noyée dans la dite saignée remplie de liquide d'étanchéité, le sommet de lo la dite structure comportant en son centre un premier passage de préférence circulaire pour ceinturer la colonne de forage et un second passage pour l'évacuation des résidus en suspension, b) une capacité fermée formant réceptacle pour les résidus évacués et en cours de décantation, la dite capacité comportant une sortie supérieure pour l'évacuation du fluide vecteur, c) une canalisation, notamment souple, apte à être reliée d'un coté au dit second passage prévu sur la structure d'enveloppement et de l'autre au dit réceptacle. Notamment la dite structure volumique d'enveloppement et de confinement est en forme de calotte sphérique, ouverte vers le bas et présentant une base en forme de jupe tronconique, propre à être placée et noyée dans la dite saignée périphérique d'étanchéité pratiquée dans le sol. La dite structure volumique d'enveloppement est de préférence réalisée en deux parties, aptes à être reliées l'une à en venant de deux cotés diamétralement opposés de la colonne de forage, le dit premier passage étant conformé par deux encoches semi-circulaires disposées chacune sur une des deux parties de la dite structure, les dites parties étant aptes à venir en regard l'une de l'autre pour former après leur solidarisation réversible un passage circulaire entourant avec faible jeu la colonne de forage. De préférence les deux parties de la structure volumique sont formées de deux moitiés symétriques, l'une des moitiés comportant le second passage d'évacuation des effluents, les deux moitiés étant propres à être connectées et solidarisées de façon réversible selon leur plan de symétrie, ce dernier traversant la colonne de forage selon son diamètre Avantageusement les bords semi-circulaires des encoches conformant, après réunion des deux moitiés de la structure d'enveloppement, le dit premier passage ceinturant la colonne de forage comportent des moyens d'étanchéité permettant la rotation libre de la colonne de forage, dans le passage fixe, notamment constitués de roulements à billes ou à aiguilles. Et le réceptacle pour la décantation et la contention des résidus sera notamment constitué d'une benne mobile ou transportable comportant une bâche de recouvrement et de fermeture de sa partie supérieure Et de façon plus particulière la dite benne comporte sur une paroi latérale un passage pour recevoir la connexion de la canalisation d'évacuation des résidus en provenance de la structure d'enveloppement, cette canalisation débouchant ainsi dans l'enceinte de la dite benne Enfin ou peut prévoir une canalisation souple de liaison entre la structure d'enveloppement et le dit réceptacle de décantation et de contention réalisée en matériau transparent, permettant de visionner le flux des résidus évacués. Description détaillée D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui va suivre et qui est donnée, en relation avec le dessin annexé, à titre d'exemple de réalisation présenté sans caractère limitatif La figure 1 représente un schéma montrant le principe du procédé et de l'appareillage selon la présente invention. La figure 2 représente un exemple schématique de réalisation de la chambre d'enveloppement et de confinement de l'invention. L'ensemble représenté de façon schématique pour illustrer les fonctions mises en oeuvre comporte sur un sol 1 en cours de forage une colonne rotative de forage 2, entraînée en rotation selon son axe par des moyens moteurs non représentés. A la base de la colonne est monté un outil de forage en forme de cloche dentée 3 propre par sa rotation à déliter les roches du sol travaillé. Une insufflation ou injection de fluide, depuis une pompe 4 est envoyée depuis le sommet de la colonne à l'intérieur de celle-ci et aboutit à créer une surpression dans l'intérieur de la colonne et de là dans la zone de forage attaquée par la cloche 3. Ce gradient de pression entre la base de la colonne et le milieu extérieur provoque la remontée vers l'extérieur du fluide injecté, en suivant le faible interstice cylindrique 4 périphériques à l'extérieur de la colonne 2, ce fluide chargé des poussières, débris, éventuellement liquide sous forme de boues est donc évacué selon les fléchés F et serait donc appelé à se répandre dans le milieu extérieur en polluant le sol, l'air et tout le milieu avoisinant. Selon l'invention on a disposé autour de la colonne 2 une coiffe d'enveloppement 5 de forme générale de calotte de sphère et constituée de deux moitiés formant les demi-coquilles 5a et 5b symétriques selon le plan de symétrie passant par le diamètre de la colonne. Ces deux moitiés sont assemblées selon leur plan de symétrie formant leur plan de joint par tout moyen approprié, notamment des dispositifs de solidarisation rapide tel fermeture à genouillères ou autres. La chambre d'enveloppement ainsi réalisée enserre la colonne 2 qui traverse son sommet. Ce sommet de la coiffe ou chambre d'enveloppement 5 est occupé par un passage 6 (figure 2) venu de deux encoches semicirculaires 6a et 6b pratiquée dans le sommet des deux moitiés 5a et 5b de la coiffe en forme de calotte sphérique, ces deux encoches conjuguées et venant en regard, conforment le passage circulaire à la dimension de la colonne 2 figurée en pointillés sur la figure 2. La colonne est entourée par ce passage 6, éventuellement avec des moyens d'étanchéité, permettant la rotation de la colonne 2 par rapport à la coiffe fixe 5, par exemple au moyen de roulements à bille ou à aiguille. La base de la coiffe 5 une fois les deux moitiés assemblées, forme une jupe conique 7 (ou segment de calotte sphérique) déposée dans une saignée circulaire 8 pratiquée à bonne place autour de la colonne 2 et du forage en cours. Un coulis de ciment est déposé dans cette saignée ou tranchée circulaire et procure une étanchéité satisfaisante évitant l'évacuation du fluide vecteur sous pression depuis l'espace intérieur de la chambre vers l'extérieur. Cette évacuation est opérée via le passage 9 pratiqué dans la moitié 5b de la coiffe de confinement 5. Ce passage est desservi par un tuyau souple, par exemple annelé et de matériau transparent, pour permettre de visionner le passage des effluents depuis la chambre 5 vers la structure d' évacuation et de stockage. Cette structure de récupération, de décantation et de stockage est constituée notamment d'une benne I l mobile pour l'enlèvement et l'évacuation future des effluents parasites récoltés et stockés dans cette benne. Sur la benne vient se raccorder le tube 10 d'évacuation déversant les débris et effluents provenant du forage via le passage l 1 a. La benne est refermée à son sommet par une bâche 1 lb évitant la dispersion dans l'atmosphère des poussières et particules en suspension dans l'air évacué. La benne permet une décantation et un dépôt de ces particules et débris, l'air purifié par décantation peut s'échapper par les bords de la bâche repliée contre les parois de la benne selon les flèches F2 La nature du fluide vecteur pour l'entrainement des effluents n'est pas caractéristique et suivant la nature des roches rencontrée et de la proximité de la nappe phréatique, et donc en fonction de l'avancement de l'outil de forage, air et/ou eau seront utilisés, cela en fonction des besoins. On comprend ainsi que I'invention permet des conditions de travail saines pour le personnel et sures pour le matériel, tout en respectant le milieu environnant; on économise un temps précieux l'opérateur étant disposé d'une tache lourde de remise en état d'un espace pollué et dégradé. La description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple d'une forme de réalisation de l'invention et l'on pourra à partir des éléments décrits réaliser diverses variantes; par exemple l'interface entre les bords supérieurs 6a, 6b, de la structure d'enveloppement 5 et le tube rotatif 2 peut être réalisée par des paliers, en place des roulements cités à titre d'exemple mais non représentés sur les dessins. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la protection du milieu environnant des projections et dépôts de matières résiduelles à l'état pulvérulent liquide ou pâteux, notamment terres, débris, poussières ou boues, provenant du travail de forage du sol par un outil rotatif avec injection de fluide, notamment air ou eau pour la remontée et l'évacuation des résidus inertes résultant de la désagrégation des roches forées, caractérisé en ce que l'on pose autour de la colonne de forage (2) portant l'outil de forage (3) une structure d'enveloppement (â) en contact d'étanchéité par son pourtour avec le sol périphérique et en son centre avec la dite colonne, en constituant une chambre de confinement fermée, reliée par une canalisation à un réceptacle (11) de volume approprié pour permettre la décantation des dits résidus et l'évacuation du fluide vecteur. 2 Procédé selon la revendication 1 et caractérisé en ce que l'étanchéité périphérique de la structure d'enveloppement est obtenue en pratiquant dans le sol, autour de la colonne de forage et à distance appropriée une saignée périphérique (8) en couronne, dans laquelle on dépose la base (7) en forme de jupe de la dite structure d'enveloppement (5), après quoi on coule dans la dite saignée une matière liquide ou semi- liquide dense, notamment un coulis de ciment, dans laquelle est ainsi posée la dite jupe, noyée dans le joint liquide formé par le coulis de ciment. 3 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 et caractérisé en ce qu'il comporte a) une structure volumique formant coiffe (5), ouverte vers le bas dont la base formant jupe (7) est apte à être posée sur le sol, étant noyée dans une saignée (8) remplie de liquide d'étanchéité, le sommet de la dite structure comportant en son centre un premier passage (6) de préférence circulaire pour ceinturer la colonne de forage (2) et un second passage (9) pour l'évacuation des résidus en suspension, b) une capacité fermée formant réceptacle (11) pour les résidus évacués et en cours de décantation, la dite capacité comportant une sortie supérieure pour l'évacuation du fluide vecteur, c) une canalisation (10) notamment souple, apte à être reliée d'un 9 2868465 coté au dit second passage (9) prévu sur la structure d'enveloppement (5) et de l'autre au dit réceptacle (11) 4- Dispositif selon la revendication 3 et caractérisé en ce que la dite structure volumique d'enveloppement et de confinement (5) est en forme de calotte sphérique, ouverte vers le bas et présentant une base en forme de jupe sensiblement tronconique (7), propre à être placée et noyée dans la dite saignée périphérique d'étanchéité (8) pratiquée dans le sol. 5- Dispositif selon la revendication 3 et caractérisé en ce que la dite structure volumique d'enveloppement est constituée de deux moitiés formant les demi coquilles (5a et 5b) aptes à être reliées l'une â l'autre en venant de part et d'autre de la colonne de forage (2), les deux demi coquilles comportent à cet effet à leur sommet des encoches serai circulaires (6a et 6b), ces deux encoches conjuguées et venant en regard conformant ensemble le dit premier passage (6) entourant avec un faible jeu la colonne de forage. 6- Dispositif selon la revendication 5 et caractérisé en ce que les deux parties (5a et 5b) de la structure volumique sont formées de deux moitiés symétriques, l'une des moitiés comportant le second passage (9) d'évacuation des effluents, les deux moitiés étant propres à être connectées et solidarisées de façon réversible selon leur plan de symétrie (S), ce dernier traversant la colonne de forage (2) selon le diamètre de cette dernière 7- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bords semi-circulaires des encoches (6a et 6b) conformant, après réunion des deux moitiés (5a et 5b)de la structure d'enveloppement, le dit premier passage (6) ceinturant la colonne de forage (2) comportent des moyens d'étanchéité permettant la rotation libre de la colonne de forage (2), dans le passage fixe (6), notamment constitués de roulements à billes ou à aiguilles. 8- Dispositif selon la revendication 3 et caractérisé en ce que le réceptacle (1 l) pour la décantation et la contention des résidus est constitué d'une benne mobile io ou transportable comportant une bâche (1 lb) de recouvrement et de fermeture de sa partie supérieure 9- Dispositif selon la revendication 8 et caractérisé en ce que la dite benne (11) comporte sur une paroi latérale un passage (1 la) pour recevoir la connexion de la canalisation d'évacuation (10) des résidus en provenance de la structure d'enveloppement, cette canalisation débouchant ainsi dans l'enceinte de la dite benne io 10- Dispositif selon la revendication 3 et caractérisé en ce que la canalisation (10) de liaison entre la structure d'enveloppement (5) et le dit réceptacle (11) de décantation et de contention réalisée en matériau souple et transparent, permettant de visionner le flux des résidus évacués.