Brevet FR3036725A1 — publié le 20161202

L'invention ressort du domaine géotechnique et concerne un dispositif permettant de réaliser simultanément un carottage et un tubage. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION On connaît des dispositifs de carottage comportant une pointe de pénétration creuse que l'on enfonce dans le sol en lui appliquant des efforts d'enfoncement. Ces efforts sont générés par un organe de battage qui transmet des percussions répétées à la pointe de perforation via des rallonges tubulaires qui sont attelées les unes aux autres au fur et à mesure de l'enfoncement de la pointe de pénétration et dans laquelle se forme progressivement la carotte au fur et à mesure de l'enfoncement. Une fois la profondeur requise atteinte, on remonte l'ensemble, en entraînant la carotte. On connaît par ailleurs des dispositifs de tubage comportant une pointe de pénétration que l'on enfonce dans le sol en lui appliquant des efforts d'enfoncement. Ces efforts sont générés par un organe de battage qui transmet des percussions répétées à la pointe de perfora- tion via des éléments de tubage qui sont assemblées aux éléments de tubage déjà enfoncés au fur et à mesure de l'enfoncement de la pointe de pénétration. Le tubage ainsi réalisé peut rester à demeure dans le sol. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet de présenter un dispositif permettant, lors d'une même opération d'enfoncement, de réaliser à la fois un carottage et un tubage. PRESENTATION DE L'INVENTION 3036725 2 En vue de la réalisation de ce but, on propose un dispositif géotechnique permettant la réalisation simultanée d'un carottage et d'un tubage, comportant : - une pointe de pénétration creuse ; 5 - un ensemble de carottage comportant des rallonges as- semblables entre elles au fur et à mesure de l'enfoncement de la pointe de pénétration dans le sol, et solidarisé à un élément distal tubulaire formant une pointe de percussion engagée à coulissement dans la pointe de pénétration et comportant une 10 collerette de percussion adaptée à venir percuter un appui de percussion de la pointe de pénétration pour transmettre à celle-ci des efforts de percussion exercés sur ensemble de carottage ; - un ensemble de tubage formé d'éléments tubulaires as- 15 semblables entre eux au fur et à mesure de l'enfoncement de la pointe de pénétration dans le sol, l'ensemble de tubage s'étendant autour de l'ensemble de carottage en étant solidarisé à la pointe de pénétration. Ainsi, lors de l'enfoncement, les percussions répé- 20 tées exercées sur l'ensemble de carottage provoquent l'enfoncement de la pointe de pénétration, qui entraîne avec elle l'ensemble de tubage. Quand la profondeur requise est atteinte, il suffit de remonter l'ensemble de carottage pour prélever la carotte formée à l'intérieur 25 de l'ensemble de carottage, l'ensemble de tubage restant à demeure avec la pointe de pénétration. On a ainsi réalisé, lors de la même opération, un carottage et un tubage, l'ensemble de carottage formant une tige de percussion propre à transmettre les percussions à la pointe de pénétration. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation 3036725 3 de l'invention, en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles : -la figure 1 est une en coupe d'un dispositif géotechnique selon l'invention en cours d'enfoncement dans le sol, le 5 clapet de remontée de carotte ayant été omis pour plus de clarté ; -la figure 2 est une vue de détail agrandie du dispositif de la figure 1 au niveau de la pointe de pénétration, sur laquelle le clapet de remontée de carotte est représenté ; 10 -la figure 3 est une vue de détail agrandie de l'interface entre la pointe de pénétration et la pointe de percussion. Le dispositif géotechnique de l'invention permet de réaliser des carottages géotechniques dans un sol non co- 15 hérent renfermant des blocs de gros diamètre (centimé- triques à pluri-décimétriques), en fonçant un carottier grâce à marteau à très forte énergie de frappe sous une basse fréquence. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 20 Le dispositif géotechnique 1 de l'invention illus- tré ici comporte une pointe de pénétration 2 adaptée à être enfoncée dans le sol. La pointe de pénétration 2, encore appelée frette conique, est creuse, de révolution. Elle comporte une forme externe en ogive propre à facili- 25 ter sa pénétration dans le sol. Le creux central comporte successivement, de bas en haut sur les figures : - un alésage terminal 4 débouchant dont l'intersection avec la forme externe ogivale forme une arête circulaire 5 ; - un appui de percussion 6 conique pour l'appui de 30 l'élément distal d'un ensemble de carottage, qui sera décrit plus loin ; - un alésage 7 de centrage de l'élément distal de l'ensemble de carottage ; 3036725 4 - un dégagement conique 8 ; - un taraudage 9 pour le vissage de l'élément distal d'un ensemble de tubage, qui sera décrit plus loin. Le dispositif géotechnique 1 de l'invention com- 5 porte en outre un ensemble de carottage 10 constitué d'un train de rallonges 11, ici des rallonges tubulaires qui sont vissées les unes aux autres au fur et à mesure de l'enfoncement de la pointe de pénétration 2. L'ensemble de carottage est terminé par un élément distal creux de 10 révolution formant une pointe de percussion 12, également appelée trousse coupante, sur laquelle est vissée la rallonge adjacente 11. La forme externe de la pointe de percussion 12 comporte successivement de haut en bas sur les figures : 15 - une partie cylindrique 13 dont l'extrémité inférieure peut s'engager à coulissement dans l'alésage de centrage 7 de la pointe de pénétration 2 ; - une collerette de percussion 14 conique venant au contact de l'appui de percussion conique 6 de la pointe de péné- 20 tration ; -une partie cylindrique 15 venant s'engager à coulissement dans l'alésage terminal 4 de la pointe de pénétration 2 ; -une partie terminale de forme ogivale 16 venant en continuité de la forme externe ogivale de la pointe de pénétra- 25 tion 2 pour définir avec le creux de l'élément distal une arête circulaire 17 ainsi la pointe de pénétration et la pointe de percussion ont des formes externes complémentaires facilitant la pénétration de l'ensemble dans le sol. Par ailleurs, l'ensemble de carottage 10 est vissé 30 à sa partie proximale à la tête 18 d'un marteau de per- cussion ou de battage 20. Ces chocs forment des percussions qui sont transmises, via les rallonges 11, jusqu'à la pointe de percussion 12 dont la collerette de percus- 3036725 5 sion conique 14 vient percuter l'appui de percussion co- nique 6 de la pointe de pénétration 2, ce qui provoque son enfoncement. L'ensemble de carottage 10 sert de transmetteur des percussions à la pointe de pénétration 5 2. Lors de l'enfoncement, une carotte se forme progressi- vement par le creux de la pointe de percussion 12 à l'intérieur de l'ensemble de carottage 10. Ici, et selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la pointe de percussion 12 est équipé d'un 10 clapet 21 ayant une extrémité percée engagée sur un ar- ceau 22 enfoncé dans des orifices ménagés dans la paroi de la pointe de percussion 12. Lors de l'enfoncement, la carotte qui se forme à l'intérieur de l'ensemble de carottage 10 maintient le clapet dans la position ouverte 15 illustrée à la figure 2. Mais lors de la remontée de l'ensemble de carottage 10, le clapet bascule (comme indiqué par la flèche de la figure 2) et prend appui sur un chanfrein conique interne 23 de la pointe de percussion 12 pour fermer le creux de l'ensemble de carottage 10 et 20 ainsi forcer la carotte à remonter avec l'ensemble de ca- rottage. Le dispositif géotechnique de l'invention comporte également un ensemble de tubage 30 comportant un train d'éléments tubulaires 31 vissés entre eux et qui 25 s'étendent autour de l'ensemble de carottage 10. Le pre- mier élément tubulaire 31 adjacent à la pointe est par ailleurs vissé sur le taraudage 9 de la pointe de pénétration 2, de sorte que, lorsque celle-ci s'enfonce, elle entraîne avec elle l'ensemble de tubage 30 qui descend de 30 concert avec l'ensemble de carottage 10. Pour faciliter la pénétration de l'ensemble de tubage dans le sol, la 3036725 6 forme externe ogivale de la pointe de pénétration 2 présente un renflement de diamètre supérieur à un diamètre externe de l'ensemble de tubage 30. Un joint d'étanchéité torique J est prévu autour de 5 la pointe de percussion 12 afin de venir réaliser une étanchéité à l'intérieur du passage 19 entre les deux pointes 2, 12. Ce joint J réduit le risque que des éléments du sol ne passent dans le tubage et perturbent le contact conique entre les deux pointes 2, 12. Pour cela 10 le joint J est disposé entre l'extrémité pointue de la pointe de percussion 12 et la collerette de percussion conique 14. On voit sur la figure 3 que de part et d'autre de l'appui de percussion conique 6 formé dans le passage 19 sont réalisés des premier et second chanfreins 15 annulaires de profils en arrondis R1, R1' permettant de limiter le risque d'affaiblissement du tubage à l'endroit de l'appui de percussion conique 6. De même, de part et d'autre (en dessous et au-dessus) de la collerette conique 14 formée sur la pointe de percussion 12 sont réa- 20 lisés des premier et second chanfreins annulaires de pro- fils en arrondis R2, R2'. Ces formes permettent de réduire le risque d'affaiblissement mécanique de la pointe de perforation. En outre, les premier et second chanfreins annulaires R1, R1' formés de part et d'autre de 25 l'appui de percussion conique 6 et les premier et second chanfreins annulaires R2, R2' formés de part et d'autre de la collerette de percussion conique 14, sont disposés pour que lorsque la collerette de percussion conique 14 de la pointe de percussion est en appui contre l'appui de 30 percussion conique 6, un premier espace vide annulaire E soit formé entre ledits premiers chanfreins R1, R2 et un 3036725 7 second espace vide annulaire E' soit formé entre lesdits second chanfreins R1', R2'. Ces espaces annulaires vides E, E' permettent de limiter le contact axial entre les deux pointes 2, 12, ce contact axial ne se produisant 5 qu'au niveau de la zone d'appui / contact conique entre la collerette de percussion conique 14 et l'appui de percussion conique 6. On réduit ainsi la concentration de contraintes mécaniques à l'endroit des chanfreins R1, R1', R2, R2' et on concentre ces contraintes au niveau de 10 l'appui conique. Le dispositif géotechnique de l'invention s'utilise de la façon suivante : a/ on engage la pointe de percussion 12 dans la pointe de pénétration 2 ; 15 b/ on visse une première rallonge 11 sur la pointe de percussion 12, et un premier élément tubulaire 31 sur la pointe de pénétration 2 ; c/ on provoque des vibrations et/ou des percussions avec le marteau de battage ou tout autre outil adéquat sur 20 l'ensemble de carottage pour enfoncer la pointe de pénétration dans le sol, jusqu'à une profondeur adéquate ; d/ on désolidarise le marteau et on adapte une deuxième rallonge 11 sur la première rallonge 11 ; e/ on visse un deuxième élément tubulaire 31 sur le pre- 25 mier élément tubulaire 31 ; f/ on répète les étapes c/ à e/ en tant que de besoin ; g/ on fait remonter l'ensemble de carottage 10, en laissant à demeure la pointe de pénétration 2 et l'ensemble de tubage 30. 30 On a ainsi réalisé, lors de la même opération, un carottage et un tubage. 3036725 8 L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, bien qu'ici les rallonges 11 soient 5 tubulaires, ce qui permet la réalisation de carottes très longues, on pourra utiliser des rallonges sous forme de tiges pleines, ce qui contraint toutefois à la remontée de l'ensemble de carottage 10 dès que les éléments creux de l'ensemble de carottage (l'élément distal et la ou les 10 éventuelles rallonges tubulaires utilisées immédiatement après l'élément distal) sont pleins. Bien que les rallonges formant l'ensemble de carottage soient ici vissables entre elles, on pourra utiliser tout autre mode d'assemblage, comme des manchons 15 d'assemblage solidarisant entre elles deux rallonges pleines. De la même façon, bien que les éléments tubulaires formant l'ensemble de tubage soient ici vissables entre eux, on pourra utiliser tout autre mode d'assemblage, comme un assemblage à baïonnette. 20 REVENDICATIONS1. Dispositif géotechnique permettant la réalisa- tion simultanée d'un carottage et d'un tubage, comportant : - une pointe de pénétration creuse (2) ; - un ensemble de carottage (10) comportant des rallonges (11) assemblables entre elles au fur et à mesure de l'enfoncement de la pointe de pénétration dans le sol, et solidarisé à un élément distal (12) tubulaire formant une pointe de percussion engagée à coulissement dans la pointe de pénétration et comportant une collerette de percussion (14) adaptée à venir percuter un appui de percussion (6) de la pointe de perforation pour transmettre à celle-ci des efforts de percussion ; - un ensemble de tubage (30) formé d'éléments tubu- laires (31) assemblables entre eux au fur et à mesure de l'enfoncement de la pointe de pénétration dans le sol, l'ensemble de tubage s'étendant autour de l'ensemble de carottage en étant solidarisé à la pointe de pénétration. 2. Dispositif géotechnique selon la revendication 1, dans lequel les éléments tubulaires de l'ensemble de tubage sont adaptés à être vissés entre eux, l'élément adjacent à la pointe étant vissé sur la pointe de pénétration (2). 3. Dispositif géotechnique selon la revendication 1, dans lequel les rallonges (11) de l'ensemble de carottage sont adaptées à être vissées entre elles, l'élément distal (12) de l'ensemble de carottage étant vissé sur la rallonge adjacente. 4. Dispositif géotechnique selon la revendication 1, dans lequel la collerette de percussion (14) de 3036725 10 l'élément distal de l'ensemble de carottage et l'appui de percussion (6) de la pointe de pénétration sont coniques. 5. Dispositif géotechnique selon la revendication 1, dans lequel la pointe de percussion est équipée d'un 5 clapet (21) qui comporte une extrémité percée engagée sur un arceau (22) engagé dans des orifices ménagés dans la paroi de l'élément distal (12) de l'ensemble de carot- tage. 6. Procédé d'utilisation d'un dispositif géotech- 10 nique selon la revendication 1, comportant l'entraînement, à l'aide d'un clapet équipant la pointe de percussion (12), d'une carotte formée à l'intérieur de l'élément de carottage, ce clapet (21) étant adapté à se refermer lors de la remontée de l'ensemble de carottage 15 pour entraîner ladite carotte l'élément de carottage. 7. Procédé d'utilisation nique selon la revendication suivantes : 20 a/ on engage la pointe de percussion de pénétration (2); b/ on visse une première rallonge (11) à l'élément dis- formée à l'intérieur de d'un dispositif géotech1, comportant les étapes (12) dans la pointe tal, et un premier élément tubulaire (31) sur la pointe de pénétration 2 ; 25 c/ on provoque des vibrations et/ou des percussions avec un marteau de battage ou tout autre outil adéquat sur l'ensemble de carottage pour enfoncer la pointe de pénétration dans le sol, jusqu'à une profondeur adéquate ; d/ on désolidarise le marteau et on adapte une deuxième 30 rallonge (11) sur la première rallonge (11) ; e/ on visse un deuxième élément tubulaire (31) sur le premier élément tubulaire (31) ; f/ on répète les étapes c/ à e/ en tant que de besoin ; 3036725 11 g/ on fait remonter l'ensemble de carottage (10), en laissant à demeure la pointe de pénétration (2) et l'ensemble de tubage (30).