Brevet FR3033824A1 — publié le 20160923

La présente invention concerne un procédé, un dispositif et une installation de forage pour la réalisation d'opération de génie civil, notamment en milieu aquatique. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de forage apte à coopérer avec un corps tubulaire encore appelé pieu, fiché dans le sol et ouvert à chacune de ses extrémités, pour la réalisation d'opération de génie civil en milieu aquatique, ledit dispositif comprenant une barre de forage équipée de moyens d'entraînement en rotation et à son extrémité inférieure, de moyens de forage. Une telle installation est connue de l'état de la technique, comme l'illustre le brevet allemand DE 1 634 488. Toutefois, dans le cas du dispositif de forage décrit dans le brevet allemand précité, la barre de forage est raccordée à un mât d'un engin de manutention pour un déplacement à coulissement le long du mât. Il en résulte l'obligation de pouvoir disposer l'engin de manutention au voisinage immédiat du pieu à l'intérieur duquel la barre de forage est destinée à s'insérer, ce qui n'est pas toujours possible. En outre, lorsque l'engin de manutention repose sur une structure flottante, il en résulte une oscillation de l'engin, qui empêche tout travail de précision et peut même, dans certains cas, empêcher tout travail. Un but de l'invention est donc de proposer un dispositif de forage du type précité dont la conception permet un forage à l'aide d'un engin de manutention, y compris lorsque ce dernier est installé sur une structure flottante potentiellement soumise à des oscillations. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de forage du type précité, dont la conception permet un forage à une distance relativement importante de la zone supportant l'engin de manutention. À cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de forage apte à coopérer avec 3033824 2 un corps tubulaire, encore appelé pieu, fiché dans le sol et ouvert à chacune de ses extrémités, pour la réalisation d'opération de génie civil notamment en milieu aquatique, ledit dispositif de forage comprenant une barre de forage équipée de moyens d'entrainement en rotation, et à son extrémité inférieure, 5 de moyens de forage, caractérisé en ce que le dispositif de forage comprend en outre : - un tube à l'intérieur duquel est logée la barre de forage qui fait saillie au moins de l'extrémité inférieure du tube, - des moyens de maintien fixe axialement et libre à rotation de la barre de 10 forage à l'intérieur dudit tube pour former un ensemble tube/barre de forage insérable au moins partiellement à l'intérieur dudit pieu, - des moyens de guidage en déplacement à coulissement du tube pour un déplacement à coulissement du tube à l'intérieur du pieu, lesdits moyens de guidage comprenant des premiers moyens de guidage portés par le tube et des 15 deuxièmes moyens de guidage complémentaires positionnables sur le pieu et - des moyens d'accroche du tube à l'état suspendu, lesdits moyens d'accroche étant couplables à un engin de manutention. Grâce à un maintien à l'état suspendu de l'ensemble tube/barre de forage au câble de l'engin de manutention et au guidage à coulissement du tube effectué 20 entre tube et pieu, il en résulte la possibilité, pour l'engin de manutention, d'être soumis à une oscillation, en particulier lorsqu'il est supportée par une structure flottante, sans que cette oscillation ait une incidence négative sur l'opération de forage effectuée. De préférence, les moyens de forage de la barre de forage comprennent un 25 marteau appelé marteau fond de trou, ce marteau étant un marteau pneumatique équipé d'un outil de coupe. De préférence, les moyens de maintien fixe axialement et libre à rotation de la barre de forage à l'intérieur dudit tube comprennent un palier de soutien de la barre de forage, ce palier étant monté solidaire du tube et disposé au-dessus 3033824 3 de l'extrémité supérieure du tube à l'état dressé du tube. De préférence, les premiers moyens de guidage sont disposés sur la surface externe du tube et les deuxièmes moyens de guidage affectent la forme de pièces, de préférence en forme générale de U, positionnables à la manière de 5 cavalier à cheval à l'extrémité supérieure du pieu à l'état dressé du pieu. Il en résulte la possibilité de positionner ces deuxièmes moyens de guidage une fois le tube et ses premiers moyens de guidage introduits dans le pieu pour faciliter la mise en place de l'ensemble tube/barre de forage et des moyens de guidage à coulissement. 10 De préférence, les premiers et deuxièmes moyens de guidage comprennent indifféremment les uns, des organes de guidage femelles, les autres, des organes de guidage mâles, les organes de guidage mâles étant aptes à s'insérer au moins partiellement à l'intérieur des organes de guidage femelles. De préférence, les organes de guidage des premiers moyens de guidage 15 comprennent des rainures ou nervures longitudinales formant rails ménagées à écartement suivant la direction circonférentielle le long de la surface externe du tube, et les deuxièmes moyens de guidage affectent la forme de pièces en U positionnables à cheval à l'extrémité supérieure du pieu à l'état dressé du pieu, l'une des branches de chaque pièce en U formant organe de guidage, étant 20 apte à coopérer par emboîtement avec une rainure ou nervure longitudinale du tube. De préférence, les moyens d'accroche comprennent une potence s'étendant au moins partiellement au-dessus de l'extrémité supérieure du tube à l'état dressé du tube, cette potence étant munie d'au moins un anneau ou perçage 25 traversant à l'intérieur duquel un câble de levage équipant l'engin de manutention est apte à être inséré. L'invention a encore pour objet une installation de forage pour la réalisation d'opération de génie civil, notamment en milieu aquatique, du type comprenant 3033824 4 un dispositif de forage et au moins un pieu se présentant sous forme d'un corps tubulaire ouvert à chacune de ses extrémités et apte à être fiché dans le sol, caractérisée en ce que le dispositif de forage est du type précité. De préférence, les deuxièmes moyens de guidage sont positionnables sur le 5 pieu, en regard des premiers moyens de guidage, à l'état inséré du tube portant les premiers moyens de guidage dans le pieu. L'invention a encore pour objet un procédé de forage à l'aide d'une installation de forage du type précité, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape de fichage du pieu dans le sol, une étape d'introduction de l'ensemble 10 tube/barre de forage dans le pieu et une étape de fixation des deuxièmes moyens de guidage au pieu pour un déplacement ultérieur guidé à coulissement du tube et de la barre de forage associée à l'intérieur du pieu. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 15 - La figure 1 représente une vue d'ensemble d'une installation de forage conforme à l'invention, à l'état couplé au câble de manutention d'un engin de manutention. - La figure 2 représente une vue schématique partielle en coupe d'un dispositif de forage conforme à l'invention, à l'état inséré dans un pieu. 20 - La figure 3 représente une vue schématique partielle en perspective d'un dispositif de forage seul. - Les figures 4A et 4B représentent, sous forme de vues en coupe transversale, un ensemble tube/barre de forage à l'intérieur d'un pieu, à l'état centré de la barre de forage à l'intérieur du tube (figure 4A), et à l'état décentré de la barre 25 de forage à l'intérieur du tube (figure 4B). - La figure 5 représente une vue partielle en perspective, en élévation, du 3033824 5 dispositif de forage. - La figure 6 représente une vue schématique partielle du dispositif de forage, dans sa zone de guidage à coulissement du pieu, une partie des moyens de guidage étant représentée en position éclatée. 5 Comme mentionné ci-dessous, le dispositif 1 de forage est plus particulièrement destiné à être utilisé avec un corps tubulaire ouvert à chacune de ses extrémités et appelé pieu 20, ce pieu étant fiché dans le sol, dans un milieu généralement aquatique. L'opération de forage peut permettre de faciliter un enfoncement plus avant du 10 pieu 20 lorsque la progression de ce dernier est entravée, par exemple, par la rencontre de couches de terrain dur du sol 22. Le dispositif 1 de forage comprend une barre 2 de forage équipée à son extrémité 3 dite supérieure de moyens 5 d'entraînement en rotation et à son extrémité 4 opposée inférieure, de moyens 6 de forage. Les moyens 5 15 d'entraînement en rotation sont formés par un moteur généralement hydraulique, porté par un palier 81 traversé par la barre 2 de forage, et à l'intérieur duquel la barre de forage est montée fixe axialement et libre à rotation. Ce palier 81 est disposé au niveau de l'extrémité 3 supérieure de la barre 2 de forage et sera décrit plus en détail ci-après. Les moyens 6 de forage 20 sont quant à eux des moyens de forage par percussion et rotation, et comprennent un marteau 61 appelé marteau fond de trou, ce marteau 61 étant un marteau pneumatique équipé d'un outil 62 de coupe. Le marteau pneumatique est raccordé à une conduite 13 d'alimentation en fluide s'étendant à l'intérieur de la barre 2 de forage et raccordable à une 25 source d'alimentation en fluide sous pression au niveau de l'extrémité 3 supérieure de ladite barre 2 de forage. Le détail d'un tel marteau fond de trou ne sera pas décrit, car il est bien connu à ceux versés dans cet art. 3033824 6 Le dispositif comprend encore un tube 7 à l'intérieur duquel la barre 2 de forage est montée fixe axialement et libre à rotation, par l'intermédiaire de moyens 8 de maintien appropriés, disposés ici à l'extrémité supérieure du tube et couplés audit tube. Les moyens 8 de maintien auraient pu, de manière 5 équivalente, être disposés à l'intérieur du tube. Dans les exemples représentés, ces moyens 8 de maintien fixe axialement et libre à rotation de la barre 2 de forage à l'intérieur du tube 7 sont configurés pour un maintien de la barre 2 de forage à l'état décentré à l'intérieur du tube 7 dans l'exemple représenté à la figure 4B, tandis que ces moyens 8 de maintien 10 fixe axialement et libre à rotation de la barre 2 de forage à l'intérieur du tube 7 sont configurés pour un maintien de la barre 2 de forage à l'état centré à l'intérieur du tube 7 dans la figure 4A. Ces moyens de maintien fixe axialement et libre à rotation de la barre 2 de forage à l'intérieur du tube 7 comprennent un palier 81 de soutien de la barre 2 15 de forage, ce palier 81 étant monté solidaire du tube 7 et disposé au-dessus de l'extrémité supérieure du tube 7 à l'état dressé du tube 7. Le logement ménagé par ledit palier 81 et traversé par la barre 2 de forage est disposé dans l'alignement du tube 7. À nouveau, le détail d'un tel palier 81 apte à permettre un montage libre à rotation et fixe axialement de la barre 2 de forage à 20 l'intérieur dudit palier ne sera pas décrit, car il est bien connu à ceux versés dans cet art. Pour le montage solidaire du palier 81 et du tube 7, le palier 81 et le tube 7 sont reliés entre eux par une partie d'une potence 121 dont le rôle sera décrit ci-après. 25 Le dispositif 1 de forage comprend encore des moyens 9 de guidage en déplacement à coulissement du tube 7, pour un déplacement à coulissement du tube 7 à l'intérieur du pieu 20. Ces moyens 9 de guidage comprennent des premiers moyens 10 de guidage portés par le tube 7 et des deuxièmes moyens 11 de guidage complémentaires positionnables sur le pieu 20. 3033 824 7 Ces premiers et deuxièmes moyens de guidage sont aptes à coopérer pour un montage libre à coulissement de l'ensemble tube/barre de forage à l'intérieur du pieu, et un montage fixe en rotation du tube à l'intérieur du pieu. Les premiers et deuxièmes moyens de guidage comprennent indifféremment, les 5 uns, des organes 100 de guidage femelles, les autres des organes 110 de guidage mâles, les organes de guidage mâles 110 étant aptes à s'insérer au moins partiellement à l'intérieur des organes de guidage femelles 100. Dans l'exemple représenté, les organes 100 de guidage des premiers moyens 10 de guidage comprennent des rainures longitudinales formant rails, 10 ménagées à écartement suivant la direction circonférentielle le long de la surface externe du tube 7, et les deuxièmes moyens 11 de guidage affectent la forme de pièces en U positionnables à cheval à l'extrémité supérieure du pieu 20 à l'état dressé du pieu 20, l'une des branches de chaque pièce en U formant organe de guidage, étant apte à coopérer par emboîtement avec une 15 rainure longitudinale du tube 7. Dans le mode de réalisation représenté, une branche de la pièce en U, en l'occurrence celle qui est insérée au moins partiellement dans le tube à l'état positionné à la manière d'un cavalier de la pièce en U sur le bord libre de l'extrémité supérieure du pieu, vient se loger à emboîtement dans une rainure 20 longitudinale du tube, pour guider en déplacement à coulissement le tube et empêcher sa rotation à l'intérieur du pieu. Dans l'exemple représenté, les rainures longitudinales sont formées par des profilés en U rapportés sur la face externe du tube 7. Les profilés en U sont, à différents niveaux, reliés entre eux par une pluralité de membrures 101. Les 25 membrures 101 d'un niveau forment un cerclage autour du tube interrompu par lesdits profilés constitutifs des rainures longitudinales. Les premiers moyens de guidage sont donc disposés sur la face externe du corps tubulaire constitutif du pieu. Bien évidemment, une solution inverse avec des organes de guidage des premiers moyens de guidage réalisés sous forme 3033 824 8 de nervures longitudinales et l'une des branches des pièces en U présentant une rainure à l'intérieur de laquelle la nervure s'insère aurait également pu être envisagée. L'intérêt de pouvoir rapporter les deuxièmes moyens 11 de guidage sur le pieu 5 20 est de pouvoir positionner ces derniers, à l'état inséré du tube prééquipé des premiers moyens de guidage dans le pieu. Il n'est ainsi plus nécessaire d'introduire avec précision l'ensemble tube/barre de forage dans le pieu en tenant compte du positionnement des deuxièmes moyens 11 de guidage, puisque ces derniers sont rapportés après. 10 Dans l'exemple représenté, les pièces en U constitutives des deuxièmes moyens 11 de guidage sont positionnées à cheval sur le bord libre de l'extrémité dite supérieure du pieu 20, à l'état dressé du pieu, avec une branche du U s'insérant dans le pieu et l'autre branche du U demeurant à l'extérieur du pieu, le U étant disposé à l'envers et étant déplacé en direction 15 de l'intérieur du pieu jusqu'à une position d'appui de l'âme du U sur le bord libre de l'extrémité supérieure du pieu. Dans cette position, des vis 16 pointeau qui équipent la branche du U positionnée à l'extérieur du pieu sont vissées en direction du pieu, pour un maintien en position sur le pieu. La paroi périphérique constitutive délimitant le corps tubulaire constitutif du pieu est 20 ainsi prise en étau, entre l'extrémité des vis pointeau et la branche du U située à l'intérieur du pieu 20. Dans l'exemple représenté, le tube comporte trois rainures longitudinales et le pieu peut être muni de trois pièces en U, à savoir une par rainure. Le dispositif comprend encore des moyens 12 d'accroche du tube 7 à l'état 25 suspendu, lesdits moyens 12 d'accroche étant couplables à un engin 21 de manutention. Dans l'exemple représenté, les moyens 12 d'accroche comprennent une potence 121 s'étendant au moins partiellement au-dessus de l'extrémité supérieure du tube 7 à l'état dressé du tube 7, cette potence 121 étant munie d'au moins un anneau 122 ou perçage traversant à l'intérieur 3033824 9 duquel un câble 23 de levage équipant l'engin 21 de manutention est apte à être inséré. La potence en forme générale d'équerre présente une branche dite verticale qui s'étend parallèlement à l'axe longitudinal du tube 7 et une branche dite horizontale qui s'étend sensiblement perpendiculairement à ladite branche 5 verticale. Une partie de la branche verticale de la potence sert de liaison entre l'extrémité suspendue du tube et le palier 81 de soutien de la barre de forage, comme mentionné ci-dessus. La branche horizontale porte l'anneau au niveau duquel le câble de manutention de l'engin de levage peut être accroché pour permettre, à l'aide du câble, un déplacement en monte et baisse de l'ensemble 10 tube/barre à l'intérieur du pieu. Le dispositif comprend encore un conduit 14 d'injection d'eau s'étendant à l'extérieur du tube, le long d'une génératrice du tube, ce conduit étant raccordable, à son extrémité voisine de l'extrémité supérieure du tube, à une source d'alimentation en eau. Cette injection d'eau permet d'alléger les débris 15 formés au niveau de l'outil de coupe. Cette injection d'eau coopère avec l'injection d'air qui, elle, permet d'une part le fonctionnement du marteau pneumatique, d'autre part une évacuation des déchets par soufflage d'air à travers la barre de forage dans l'espace annulaire entre tube et pieu, en direction de l'extrémité supérieure du tube, pour une remontée des déchets 20 entraînés par l'air. Cette évacuation par soufflage d'air est classique. Le dispositif peut encore comprendre des moyens 15 de centrage de la barre 2 de forage disposés à l'intérieur du pieu 20 à un niveau inférieur au tube 7. Pour la réalisation d'un forage à l'aide d'une installation de forage du type précité, on procède comme suit : le pieu 20 dressé est enfoncé dans le sol 25 jusqu'à refus, à l'aide d'un vibrofonceur. Le tube 7 et la barre 2 de forage du dispositif 1 de forage sont, à l'aide de l'engin 21 de manutention, tel qu'une grue, auquel le dispositif 1 de forage est suspendu, introduits dans le pieu 20. Dans cette position du dispositif 1, les deuxièmes moyens 11 de guidage sont, par exemple à l'aide d'une nacelle, positionnés sur le pieu, en regard des 3033824 10 premiers moyens 10 de guidage. Une fois ces deuxièmes moyens 11 de guidage installés, le dispositif 1 de forage est prêt à fonctionner. Le moteur des moyens 5 d'entraînement en rotation de la barre 2 de forage est alimenté hydrauliquement pour l'entraînement en rotation de la barre 2 de forage, et la 5 conduite 14 d'alimentation en air est également raccordée à une source d'air comprimé pour une alimentation en air comprimé du marteau. L'action combinée de la rotation de la barre et de la percussion du marteau permet de réaliser un avant-trou dans le sol. L'ensemble tube/barre de forage est alors déplacé à coulissement dans le pieu à l'aide de l'engin de manutention, dans le 10 sens d'une extraction du pieu. On soumet ensuite le pieu à l'action d'un marteau de battage, ce qui permet de casser la banquette réalisée au niveau de l'avant-trou, pour permettre un nouvel enfoncement du pieu. Ces opérations peuvent être répétées plusieurs fois, jusqu'à atteindre la profondeur souhaitée pour le pieu. Le forage est alors achevé. 15 Le pieu peut ensuite, soit être retiré, soit maintenu de manière permanente en position, selon l'opération de génie civil à réaliser. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de forage apte à coopérer avec un corps tubulaire, encore 5 appelé pieu (20), fiché dans le sol et ouvert à chacune de ses extrémités, pour la réalisation d'opération de génie civil notamment en milieu aquatique, ledit dispositif (1) de forage comprenant une barre (2) de forage équipée de moyens (5) d'entrainement en rotation, et à son extrémité, dite inférieure (4), de moyens (6) de forage, 10 caractérisé en ce que le dispositif (1) de forage comprend en outre : - un tube (7) à l'intérieur duquel est logée la barre (2) de forage qui fait saillie au moins de l'extrémité inférieure du tube (7), - des moyens (8) de maintien fixe axialement et libre à rotation de la barre (2) de forage à l'intérieur dudit tube (7) pour former un ensemble tube (7)/barre (2) 15 de forage insérable au moins partiellement à l'intérieur dudit pieu (20), - des moyens (9) de guidage en déplacement à coulissement du tube (7) pour un déplacement à coulissement du tube (7) à l'intérieur du pieu (20), lesdits moyens (9) de guidage comprenant des premiers moyens (10) de guidage portés par le tube (7) et des deuxièmes moyens (11) de guidage 20 complémentaires positionnables sur le pieu (20) et - des moyens (12) d'accroche du tube (7) à l'état suspendu, lesdits moyens (12) d'accroche étant couplables à un engin (21) de manutention. 2. Dispositif (1) de forage selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que les moyens (6) de forage de la barre (2) de forage comprennent un marteau (61) appelé marteau fond de trou, ce marteau (61) étant un marteau pneumatique équipé d'un outil (62) de coupe. 3. Dispositif (1) de forage selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que les moyens (8) de maintien fixe axialement et libre à rotation de la barre (2) de forage à l'intérieur dudit tube (7) comprennent un palier (81) de soutien de la barre (2) de forage, ce palier (81) étant monté 3033824 12 solidaire du tube (7) et disposé au-dessus de l'extrémité dite supérieure (3) du tube (7) à l'état dressé du tube (7). 4. Dispositif (1) de forage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens (10) de guidage sont disposés sur la surface externe du tube (7) et les deuxièmes moyens (11) de guidage affectent la forme de pièces, de préférence en forme générale de U, positionnables à la manière de cavalier à cheval à l'extrémité supérieure du pieu (20) à l'état dressé du pieu (20). 5. Dispositif (1) de forage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers et deuxièmes moyens (10, 11) de guidage comprennent indifféremment les uns, des organes (100) de guidage femelles, les autres, des organes (110) de guidage mâles, les organes de guidage mâles (110) étant aptes à s'insérer au moins partiellement à l'intérieur des organes de guidage femelles (100). 6. Dispositif (1) de forage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les organes de guidage des premiers moyens (10) de guidage comprennent des rainures ou nervures longitudinales formant rails, ménagées à écartement suivant la direction circonférentielle le long de la surface externe du tube (7), et en ce que les deuxièmes moyens (11) de guidage affectent la forme de pièces en U positionnables à cheval à l'extrémité supérieure du pieu (20) à l'état dressé du pieu (20), l'une des branches de chaque pièce en U formant organe de guidage, étant apte à coopérer par emboîtement avec une rainure ou nervure longitudinale du tube (7). 7. Dispositif (1) de forage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (12) d'accroche comprennent une potence 30 (121) s'étendant au moins partiellement au-dessus de l'extrémité supérieure (3) du tube (7) à l'état dressé du tube (7), cette potence (121) étant munie d'au moins un anneau (122) ou perçage traversant à l'intérieur duquel un câble (23) 3033824 13 de levage équipant l'engin (21) de manutention est apte à être inséré. 8. Installation de forage pour la réalisation d'opération de génie civil, notamment en milieu aquatique, du type comprenant un dispositif (1) de forage 5 et au moins un pieu (20) se présentant sous forme d'un corps tubulaire ouvert à chacune de ses extrémités et apte à être fiché dans le sol, caractérisée en ce que le dispositif (1) de forage est conforme à l'une des revendications 1 à 7. 10 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les deuxièmes moyens (11) de guidage sont positionnables sur le pieu (20) en regard des premiers moyens (10) de guidage à l'état inséré du tube (7) portant les premiers moyens (10) de guidage dans le pieu (20). 15 10. Procédé de forage à l'aide d'une installation de forage conforme à l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape de fichage du pieu (20) dans le sol, une étape d'introduction de l'ensemble tube (7)/barre (2) de 20 forage dans le pieu (20) et une étape de fixation des deuxièmes moyens (11) de guidage au pieu (20) pour un déplacement ultérieur guidé à coulissement du tube (7) et de la barre (2) de forage associée à l'intérieur du pieu (20).