Brevet FR2914419A1 — publié le 20081003

La présente invention concerne un dispositif de protection de sondes géotechniques ou géophysiques de forme allongée, en particulier de sondes aptes à se déformer radialement. Elle concerne également une sonde revêtue d'un tel dispositif. On connaît différents types de sonde permettant de déterminer les caractéristiques d'un sol. Les sondes géotechniques sont utilisées pour déterminer les caractéristiques techniques d'un sol, comme par exemple la résistance mécanique. On emploie également des sondes géophysiques pour évaluer les caractéristiques physiques et chimiques des sols. Un type de sonde géotechnique bien connue est la sonde pour pressiomètre. Un pressiomètre est un appareil qui permet de mesurer in situ les caractéristiques de résistance et de déformabilité d'un sol. Il est constitué d'une sonde cylindrique tricellulaire, dilatable radialement, d'un ensemble d'organes de mise en pression et de régulation pneumatique, et d'un contrôleur de volume. Cet appareil permet de connaître l'augmentation du volume d'une tranche de forage en fonction des pressions appliquées. Ces pressiomètres sont bien connus de l'homme du métier depuis leur invention par L. Ménard en 1955. Ils sont notamment décrits dans la demande FR 1.117.983. On a développé depuis des dispositifs de protection de ces sondes, afin de protéger les sondes lorsqu'elles sont disposées dans des sols manquant de cohésion, graveleux, ou encore fracturés. On connaît ainsi un dispositif de protection de sonde constitué d'un tube flexible muni de fentes, tel que décrit dans les demandes FR 1.234.756 et FR 2.702.565. On connaît également un dispositif constitué de deux demi-tubes munis de fentes. DATCG1-FR-5 TEXTE DEPOSE_PG/CD - 2 Toutefois, lors de la dilatation de la sonde, des contraintes très importantes se développent aux extrémités des fentes, ce qui peut conduire à une déformation plastique provoquant un élargissement non réversible des fentes. Il est également connu de disposer des lames métalliques sur une gaine en caoutchouc. Un tel dispositif est toutefois très rigide, ce qui perturbe les essais pressiométriques. L'invention propose un dispositif de protection de sonde géotechnique ou géophysique, et notamment d'une sonde pressiométrique, remédiant à ces inconvénients. En particulier, l'invention propose un dispositif de protection de la sonde dans des sols durs et coupants, adapté à des dilatations importantes des cellules de la sonde, et qui n'altère pas la mesure de la déformation de la sonde. En particulier, le dispositif de protection selon l'invention présente une faible inertie vis-à-vis de la sonde. L'invention a ainsi pour objet un dispositif de protection d'une sonde géotechnique ou géophysique, la sonde étant de forme allongée et apte à se déformer radialement. Le dispositif selon l'invention comprend : - une pluralité d'éléments flexibles de forme allongée, aptes à subir une déformation radiale, en configuration opérationnelle du dispositif, - des moyens de compensation longitudinale de la déformation radiale des éléments flexibles, en configuration opérationnelle du dispositif, - deux supports d'éléments flexibles, accueillant chacun une extrémité des éléments flexibles, :es supports étant aptes à être disposés sur la sonde, de sorte que les éléments flexibles protègent longitudinalement la partie extérieure de la sonde comprise DATCC1-FR-S TEXTE DEPOSE PG/CD - 3 - entre lesdits supports, en configuration opérationnelle du dispositif. Les moyens de compensation longitudinale de la déformation radiale des éléments flexibles sont avantageusement constitués par un interstice d'au moins un des supports d'éléments flexibles et par une extrémité courbée des éléments flexibles, chaque extrémité étant disposée en glissement réversible dans ledit interstice. Pour faciliter l'accueil des extrémités des éléments flexibles, l'interstice est de préférence délimité par deux zones annulaires de diamètres différents. Les moyens de compensation longitudinale de la déformation radiale des éléments flexibles comprennent de préférence en outre au moins un amortisseur destiné à amortir des mouvements longitudinaux d'au moins un des supports d'éléments flexibles, en configuration opérationnelle du dispositif. La présence de ces amortisseurs permet d'optimiser la compensation longitudinale de la déformation radiale des éléments flexibles et de diminuer l'inertie du dispositif de protection de la sonde. Dans un autre mode de réalisation, les éléments flexibles sont fixés aux supports d'éléments flexibles, et les moyens de compensation longitudinale de la déformation radiale des éléments flexibles comprennent au moins un amortisseur destinés à amortir des mouvements longitudinaux d'au moins un des supports d'éléments flexibles, en configuration opérationnelle du dispositif. Les amortisseurs utilisés dans le dispositif selon l'invention peuvent être de toute nature. On peut notamment employer des ressorts, ou des éléments en matière élastique, comme du polyuréthane. Les amortisseurs peuvent notamment être des anneaux élastiques. Pour bien s'adapter aux sondes géotechniques et DATCG1-FR-5 TEXTE DEPOSE PG/CD - 4 - géophysiques couramment utilisées, qui sont généralement de forme cylindrique, les supports d'éléments flexibles sont de préférence de forme cylindrique. Pour faciliter leur assemblage sur la sonde, les supports d'éléments flexibles comprennent une pluralité de portions de cylindre assemblées entre elles. On peut notamment utiliser deux demi-cylindres ou quatre quarts de cylindre. Les éléments flexibles peuvent être réalisés en tout matériau flexible, et notamment en un matériau susceptible de reprendre totalement sa forme après l'avoir perdue par déformation lors de la déformation radiale de la sonde. Les éléments flexibles sont de préférence des lames en acier, et notamment en acier inoxydable. On choisira la flexibilité de la lame en fonction de la déformation envisagée de la sonde lors des essais géotechniques ou géophysiques. L'invention a également pour objet une sonde géotechnique ou géophysique, revêtue d'un dispositif de protection décrit ci-dessus. Le dispositif convient particulièrement pour la protection des sondes pressiométriques, notamment du type comportant trois manchons gonflables alignés selon l'axe longitudinal de la sonde. Dans ce cas, les supports d'éléments flexibles sont de préférence disposés de part et d'autre de l'ensemble formé par les trois manchons gonflables, pour une protection optimale de la sonde. Lorsque le dispositif comprend un amortisseur destiné à amortir des mouvements longitudinaux d'au moins un des supports d'éléments flexibles, chaque support d'éléments flexibles est avantageusement apte à sje déplacer longitudinalement entre deux butées de la sonde, le déplacement étant amorti par l'amortisseur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de DATCG1-FR-5 TEXTE DEPOSE_PG/CD - 5 -l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1, est une vue en perspective d'une 5 partie d'une extrémité d'un dispositif de protection selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle et fractionnée d'une partie d'une sonde pressiométrique selon l'invention, avant déformation 10 radiale de la sonde, et - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale partielle et fractionnée d'une partie d'une sonde pressiométrique selon l'invention, dilatée radialement lors d'un essai pressiométrique. 15 Le dispositif 1 de protection selon l'invention comprend une pluralité d'éléments flexibles 2, disposés à chacune de leurs extrémités dans un support 3 d'éléments flexibles. Les éléments flexibles 2 sont des lames en acier 20 inoxydable. Chaque élément flexible 2 est courbé à son extrémité, par exemple par pliure. Chaque support 3 d'éléments flexibles, qui accueille une extrémité des éléments flexibles 2, est constitué de deux demi-supports 4 demi-cylindriques, dont un seul a été 25 représenté à la figure 1. Les deux demi-supports 4 sont reliés entre eux à l'aide de vis non représentées, disposées dans des trous filetés 6. Chaque demi-support 4 comprend un corps 8 de demi-support sur lequel est vissé un élément annulaire 5 à l'aide de vis 7. 30 Le corps 8 de demi-support comprend une zone annulaire 9 qui se prolonge par un épaulement 10 sur lequel est vissé l'élément annulaire 5. L'élément annulaire 5 et la zone annulaire 9 du corps 8 de demi-support, qui sont de diamètres différents, DATCG1-FR-5 TEXTE DEPOSE PC/CD - 6 - délimitent un interstice 11 dans lequel sont disposés les extrémités des éléments flexibles 2. Le demi-support 4 est avantageusement muni d'une goupille 12 à chaque extrémité du demi-support 4. Les goupilles 12 retiennent les deux éléments flexibles 2 situés aux extrémités du demi-support 4, ce qui permet de maintenir l'ensemble des éléments flexibles 2 dans le demi-support 4. Pour accueillir la goupille 12, l'extrémité des éléments flexibles 2 peut être en forme de fourche. L'autre extrémité des éléments flexibles 2 est disposée de manière identique dans un même support 3 d'éléments flexibles. La figure 2 illustre une sonde pressiométrique 13 revêtue du dispositif 1 de protection, avant essai pressiométrique. La sonde pressiométrique 13 comprend un corps de sonde 12 central destiné à alimenter en liquide et en gaz, à l'aide d'un conduit 14 d'alimentation en gaz, ménagé dans une zone pleine du corps 12 de sonde, et d'un conduit 26 d'alimentation en liquide, une zone 15 adjacente au corps 12 de sonde. Le conduit 26 d'alimentation en liquide est destiné à alimenter un manchon gonflable central, et le conduit 14 d'alimentation en gaz est destiné à alimenter deux manchons gonflables adjacents au manchon central, les trois manchons étant placés dans la zone 15. La sonde 13 est en outre pourvue d'un sabot 27 à son extrémité inférieure, en configuration opérationnelle de la sonde 13. Les manchons gonflables adjacents sont alimentés en gaz à l'aide de conduits 16 et 17 qui relient le conduit 14 d'alimentation en gaz aux manchons gonflables adjacents. La sonde pressiométrique 13 est revêtue du dispositif 1 de protection décrit plus haut. Le dispositif 1 comprend de part et d'autre de la zone 15 deux DATCG1-FR-5 TEXTE DEPOSE_PG/CD - 7 -supports d'éléments flexibles 301, 302, chaque support 301, 302 étant constitué de deux demi-supports demi-cylindriques. Les demi-supports comprennent un corps 801, 802 de demi-support sur lequel est fixé un élément annulaire 501, 502 à l'aide de vis 701, 702. Des éléments flexibles 2, qui sont des lames en acier inoxydable pliées à leurs extrémités, sont disposés dans l'interstice délimité par les corps 801, 802 de demi-support et les éléments annulaires 501, 502. Le support 301 d'éléments flexibles disposé à l'extrémité supérieure du dispositif 1 de protection de la sonde 13, en configuration opérationnelle de la sonde 13, est apte à se déplacer longitudinalement entre deux butées 18, 19, la butée 18 étant appelée butée extérieure, et la butée 19 étant appelée butée intérieure. Au repos, le corps 801 de demi-support est maintenu contre la butée extérieure 18 à l'aide d'un amortisseur. 20. L'amortisseur 20 est un anneau en polyuréthane. De même, à l'extrémité inférieure du dispositif de protection de la sonde 13, en configuration opérationnelle de la sonde 13, le support 302 d'éléments flexibles est apte à se déplacer longitudinalement entre deux butées 21, 22 du sabot 27, la butée 22 étant appelée butée extérieure, et la butée 21 étant appelée butée intérieure. Au repos, le corps 802 de demi-support est maintenu contre la butée extérieure 22 à l'aide d'un amortisseur. 24. L'amortisseur 24 est un anneau en polyuréthane. La figure 3, où les éléments identiques portent les mêmes références, illustre la sonde 13 pendant l'essai pressiométrique. Le manchon gonflable central 23, ainsi que les manchons gonflables 24, 25 adjacents au manchon central 23 sont alimentés en fluide et sont donc à l'état gonflé. Pour davantage de clarté, les manchons 23, 24, 25 sont représentés de manière schématique. Cette dilatation DATCG1-FR-5 TEXTE DEPOSE_PGICD - 8 - des manchons 23, 24, 25 entraîne une déformation radiale des éléments flexibles 2. La déformation provoque simultanément un déplacement longitudinal des deux supports 301, 302 en direction des butées intérieures 19, 21. Ainsi, les supports d'éléments flexibles supérieur 301 et inférieur 302, qui, avant la dilatation des manchons 23, 24, 25, étaient en appui sur les butées extérieures 18, 22, vont venir prendre appui sur les butées intérieures 19, 21, lors du gonflement des manchons 23, 24, 25. La déformation radiale des éléments flexibles 2 s'accompagne également d'un retrait par glissement des extrémités des éléments flexibles 2 dans les interstices délimités par les corps 801, 802 de demi-support et les éléments annulaires 501, 502. Ainsi, lors de la déformation radiale, les extrémités courbées des éléments flexibles 2 glissent dans les interstices en s'éloignant du fond des interstices, ce qui permet de diminuer l'inertie du dispositif 1. A l'inverse, à l'issue de l'essai pressiométrique, lors du dégonflement des manchons 23, 24, 25, la déformation radiale des éléments flexibles 2 s'estompe. Les supports 301, 302 d'éléments flexibles retrouvent leur position initiale contre les butées extérieures 18, 22, sous l'action des amortisseurs 20, 24. Dans le même temps, les éléments flexibles 2 retrouvent également leur position initiale par glissement de leurs extrémités dans les interstices, le glissement s'effectuant en direction du fond des interstices. Même si les figures 2 et 3 montrent un dispositif 1 de protection comprenant à la fois un premier moyen de compensation comprenant des éléments flexibles 2 munis d'extrémités courbées disposées dans des interstices, et un DATCG1-FR-5 TEXTE DEPOSE PG/CD - 9 - deuxième moyen de compensation comprenant des amortisseurs 20, 24 aptes à amortir des mouvements longitudinaux des supports 301, 302, le dispositif 1 de protection peut ne comprendre que le premier ou le deuxième moyen de compensation. Le dispositif 1 selon l'invention permet donc de protéger efficacement la sonde 13, sans altérer les mesures lors de l'essai pressiométrique, grâce à la faible résistance du dispositif 1 à la déformation de la sonde 13. DATCG1-FR-5 TEXTE DEPOSE_PC/CD REVENDICATIONS 1 - Dispositif (1) de protection d'une sonde (13) géotechnique ou géophysique de forme allongée et apte à se déformer radialement, caractérisé en ce qu'il comprend : - une pluralité d'éléments flexibles (2) de forme allongée, aptes à subir une déformation radiale, en configuration opérationnelle du dispositif (1), - des moyens de compensation longitudinale de la déformation radiale des éléments flexibles (2), en configuration opérationnelle du dispositif (1), - deux supports (301, 302) d'éléments flexibles, accueillant chacun une extrémité des éléments flexibles (2), les supports (301, 302) étant aptes à être disposés sur de la sonde (13), de sorte que les éléments flexibles (2) protègent longitudinalement la partie extérieure de la sonde (13) comprise entre lesdits supports (301, 302), en configuration opérationnelle du dispositif (1). 2 - Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de compensation longitudinale de la déformation radiale des éléments flexibles (2) sont constitués par un interstice (11) d'au moins un des supports (301, 302) d'éléments flexibles et par une extrémité courbée des éléments flexibles (2), chaque extrémité étant disposée en glissement réversible dans ledit interstice (11). 3 - Dispositif (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interstice (11) est délimité par 30 deux zones annulaires (5, 9) de diamètres différents. 4 - Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de DATCG1-FR-5 TEXTE DEPOSE PG/CD- 11 -compensation longitudinale de la déformation radiale des éléments flexibles comprennent en outre au moins un amortisseur (20, 24) destiné à amortir des mouvements longitudinaux d'au moins un des supports (301, 302) d'éléments flexibles, en configuration opérationnelle du dispositif (1). 5 - Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments flexibles (2; sont fixés aux supports (301, 302) d'éléments flexibles, et en ce que les moyens de compensation longitudinale de la déformation radiale des éléments flexibles comprennent au moins un amortisseur (20, 24) destiné à amortir des mouvements longitudinaux d'au moins un des supports (301, 302) d'éléments flexibles, en configuration opérationnelle du dispositif (1). 6 - Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les amortisseurs (20, 24) sont des anneaux élastiques. 7 - Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les supports (301, 302) d'éléments flexibles sont de forme cylindrique et comprennent une pluralité de portions de cylindre assemblées entre elles. 8 - Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments 30 flexibles (2) sont des lames en acier. 9 - Sonde (13) géotechnique ou géophysique, caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'un dispositif (1) de protection selon l'une des revendications 1 à 8. DATCG1-FR-5TEXTE DEPOSE PG/CD- 12 - 10 - Sonde (13) selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle est du type comportant trois manchons gonflables (23, 24, 25) alignés selon l'axe longitudinal de la sonde (13). 11 - Sonde (13) selon la revendication 10, caractérisée en ce que les supports (301, 302) d'éléments flexibles sont disposés de part et d'autre de l'ensemble formé par les trois manchons gonflables (23, 24, 25). 12 - Sonde (13) selon l'une des revendications 9 à 11, lorsqu'elles dépendent d'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que chaque support (301, 302) d'éléments flexibles est apte à se déplacer longitudinalement entre deux butées (18, 19, 21, 22) de la sonde (13), le déplacement étant amorti par l'amortisseur (20, 24). DATCG1-FR-5 TEXTE DEPOSE_PG/CD