Brevet FR3055919A1 — publié le 20180316

La présente invention se rapporte à dispositif de forage de sol pour la réalisation d'essais d'expansion en forage d'un sol in situ, ainsi qu'un système et un procédé associé d'essais d'expansion en forage d'un sol in situ. L'invention se situe dans le domaine des essais d'expansion en 5 forage d'un sol in situ, qui sont des essais prévus pour caractériser des composantes mécaniques ou géotechniques, notamment en élasticité et en plasticité, d'un sol grâce à une sonde d'essai munie d'au moins une cellule expansible (notamment gonflable au moyen d'un fluide sous pression) et placée dans un trou de forage. 10 La réalisation de tels essais d'expansion en forage, parfois appelés essais pressiométriques, est largement connu dans la littérature, et notamment des documents FR 1 117 983, FR 1 234 756, FR 2 512 860, FR 2 649 753, FR 2 702 565, FR 2 710 155, FR 2 798 698, FR 2 895 010, FR 2 899 635, FR 2 910 047 et FR 2 999 199. 15 Pour protéger la sonde d'essai, prévue pour gonfler à l'intérieur du trou de forage, il est connu, notamment des documents FR 1 234 756 et FR 2 702 565 de disposer la sonde d'essai à l'intérieur d'un tube expansible de protection, c'est-à-dire un tube cylindrique extensible dans le sens radial (perpendiculairement à la direction verticale de forage) et de préférence 20 inextensible dans le sens longitudinal (autrement dit selon la direction verticale de forage). A cet effet, un tel tube expansible est muni de fentes qui s'étendent dans le sens longitudinal ou qui sont inclinées par rapport au sens longitudinal telles que des fentes hélicoïdales. De manière classique, un trou de forage est ménagé dans le sol au 25 moyen d'un outil de forage, ensuite l'outil de forage est extrait hors du trou de manière à descendre la sonde d'essai à l'intérieur du trou pour réaliser un premier essai d'expansion à une première profondeur. Ensuite la sonde est remontée et l'outil de forage est réintroduit dans le trou de forage pour forer plus profondément afin de pouvoir réaliser un deuxième essai d'expansion à 30 une deuxième profondeur accrue, et ainsi de suite. L'inconvénient de cette méthode dite du haut vers le bas réside dans la complexité et la longueur des manoeuvres, sans compter les risques d'éboulement qui peuvent intervenir entre les différentes opérations d'insertion/extraction de l'outil de forage et de la sonde d'essai. 35 Pour répondre à cette problématique de risque d'éboulement, il est connu de disposer un tube à l'intérieur du trou de forage, après chaque forage 3055919 2 à une profondeur accrue, et employant notamment un tube expansible, tel que décrit ci-dessus, pour protéger la sonde d'essai. Il n'en demeure pas moins que cette méthode dite du haut vers le bas demeure longue et compliquée. Pour répondre à cette problématique de durée, il est connu 5 d'employer un dispositif de forage mettant en oeuvre un tubage à l'avancement. Un tel dispositif de forage consiste en la mise en place, au fur et à mesure de l'avancée de l'outil de forage dans le trou de forage, d'un tube unique ou de tubes joints bout à bout pour éviter tout éboulement à l'intérieur du trou de forage. Dans le cadre de la réalisation d'essais d'expansion dans des terrains 10 boulant, l'utilisation d'un tel dispositif de forage avec tubage à l'avancement permet d'améliorer sa rapidité d'exécution. En effet, lors d'un forage exécuté en tubage à l'avancement, le tubage inférieur (autrement dit le premier tube introduit dans le trou de forage et qui est dont situé le plus en profondeur) est constitué d'un tube expansible 15 tel que décrit précédemment. Ainsi, le forage est réalisé en une seule passe jusqu'à sa profondeur maximale, puis les mécanismes de forage (comprenant l'outil de forage et les éléments qui entraînent en rotation et en poussée, voire également en percussion, l'outil de forage) sont alors extraits hors du tubage, puis la sonde d'essai est descendue à sa base au droit du tube expansible. Les 20 tests sont alors réalisés depuis le fond vers la surface (autrement du bas vers le haut) sans autre manoeuvre que la remontée de l'ensemble sonde d'essai et tubage dont le tube expansible. Cependant, bien que d'exécution plus rapide, cette solution présente l'inconvénient que, une fois les mécanismes de forage extraits, des 25 remontées de sédiments sont souvent observées à la base du tube expansible (pour rappel le premier tube, le plus profond), gênant ainsi la manoeuvre de la sonde d'essai lors de son introduction à l'intérieur du tube expansible et pouvant ainsi fausser les résultats des essais d'expansion. La présente invention a pour but de résoudre ces inconvénients en 30 proposant un dispositif de forage et qui permet de réaliser de manière rapide et efficace des essais d'expansion, sans que la manipulation de la sonde d'essai ne soit gênée par des remontées de terrain. A cet effet, elle propose un dispositif de forage de sol pour la réalisation d'essais d'expansion en forage d'un sol in situ, ledit dispositif de 35 forage comprenant : - un outil de forage propre à forer le sol ; 3055919 3 - un porte-outil présentant, d'une part, une partie inférieure sur laquelle est fixé l'outil de forage et, d'autre part, une partie supérieure opposée ; - une tige d'entraînement présentant une extrémité inférieure montée sur la partie supérieure du porte-outil, où l'un des organes choisis parmi l'extrémité inférieure de la tige d'entraînement et la partie supérieure du porte-outil présente un élément de coopération mâle et l'autre des éléments choisis parmi l'extrémité inférieure de la tige d'entraînement et la partie supérieure du porte-outil présente un élément de coopération femelle de forme complémentaire audit élément de coopération mâle, ledit élément de coopération mâle étant emboîtable à l'intérieur dudit élément de coopération femelle afin d'autoriser, d'une part, une solidarisation en rotation de la tige d'entraînement avec le porte-outil permettant un entraînement en rotation dudit porte-outil par ladite tige d'entraînement et, d'autre part, une désolidarisation de la tige d'entraînement avec le porte-outil en tirant sur ladite tige d'entraînement pour sortir l'élément de coopération mâle dudit élément de coopération femelle ; - plusieurs tiges de forage joignables bout à bout et de manière démontable afin d'être solidarisées en rotation au fur et à mesure d'une avancée en profondeur du forage, l'une desdites tiges de forage, dite première tige de forage, étant jointe à une extrémité supérieure de la tige d'entraînement et une autre desdites tiges de forage, dite dernière tige de forage, étant prévue pour être jointe à un appareil d'actionnement propre à entraîner au moins en rotation les tiges de forage et ainsi la tige d'entraînement, le porte-outil et l'outil de forage ; - plusieurs tubes de forage joignables bout à bout et de manière démontable afin d'être solidarisées au fur et à mesure d'une avancée en profondeur du forage, lesdits tubes de forage étant prévus pour envelopper les tiges de forage et la tige d'entraînement, où les tubes de forage comprennent un tube de forage expansible prévu pour envelopper au moins partiellement la tige d'entraînement et également prévu pour envelopper intégralement, après retrait de la tige d'entraînement, une sonde d'essai munie d'au moins une cellule expansible ; - un manchon inférieur fixé sur une extrémité inférieure du tube de forage expansible et entourant partiellement le porte-outil, où ledit manchon inférieur présente un palier interne annulaire et délimitant un passage pour la partie inférieure du porte-outil, où ledit porte-outil présente une portée annulaire venant en appui sur ledit palier interne de sorte que le porte-outil est apte, 3055919 4 d'une part, à pousser le manchon inférieur vers le bas lors d'un forage et, d'autre part, à tourner sur ce palier interne annulaire. Ainsi, grâce à l'invention, le forage peut être exécuté en tubage à l'avancement, le tubage inférieur étant constitué du tube expansible destiné à 5 accueillir la sonde d'essai. De cette manière, le forage est réalisé en une seule passe jusqu'à sa profondeur maximale, puis seules les tiges de forage et la tige d'entraînement sont extraites hors du tubage, grâce aux éléments de coopération mâle et femelle qui autorisent un tel retrait vers le haute, laissant ainsi en place le porte-outil et l'outil de forage qui assurent le bouchage du 10 tubage et qui empêchent dont la remontée de sédiments à l'intérieur du tubage, et en particulier à l'intérieur du tube expansible. Puis la sonde d'essai peut être descendue à l'intérieur du tube expansible. Les tests sont alors réalisés depuis le fond vers la surface (autrement du bas vers le haut) sans autre manoeuvre que la remontée de l'ensemble sonde d'essai, tubes de forage (dont le tube 15 expansible), porte-outil et outil de forage. Grâce à l'appui entre la portée annulaire du porte-outil et le palier interne du manchon inférieur, lorsqu'on tire sur les tubes (pour les extraire hors du sol), le manchon inférieur est également tiré vers le faut, entraînant de ce fait l'entraînement et l'extraction concomitants du porte-outil et de l'outil de forage. 20 Selon une caractéristique, les tiges de forage sont joignables bout à bout au moyen de manchons de jonction, où chaque manchon de jonction présente deux extrémités taraudées et chaque tige de forage présente deux extrémités filetées vissées dans lesdites extrémités taraudées, permettant des jonctions des tiges de forage bout à bout efficaces et aisées. 25 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une telle jonction entre les tiges de forage au moyen de manchons de jonction. A titre de variante non limitative, les tiges de forage peuvent être jointes bout à bout directement entre elles, au moyen d'extrémités complémentaires qui coopèrent entre elles, notamment par vissage. 30 Selon une autre caractéristique, l'une des tiges de forage est jointe à l'extrémité supérieure de la tige d'entraînement au moyen d'un manchon de jonction, où le manchon de jonction présente deux extrémités taraudées et ladite tige de forage présente une extrémité filetée vissée dans l'une desdites extrémités taraudées et l'extrémité supérieure de la tige d'entraînement est 35 filetée et vissée dans l'autre desdites extrémités taraudées. 3055919 5 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une telle jonction entre la tige d'entraînement et la première des tiges de forage au moyen d'un manchon de jonction. A titre de variante non limitative, la tige d'entraînement et la première des tiges de forage peuvent être jointes bout à bout directement 5 entre elles, au moyen d'extrémités complémentaires qui coopèrent entre elles, notamment par vissage. Dans une réalisation particulière, les tubes de forage sont joignables bout à bout par vissage, où chaque tube de forage présente une extrémité pourvue d'un filetage externe et une extrémité opposée pourvue d'un 10 filetage interne propre à coopérer par vissage avec le filetage externe d'un autre tube de forage, permettant des jonctions des tubes de forage bout à bout efficaces et aisées. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une telle jonction par vissage entre les tubes de forage. A titre de variantes non limitatives, les tubes 15 de forage peuvent être joints par encliquetage ou au moyen de manchons intermédiaires. Dans un mode de réalisation particulier, le manchon inférieur est fixé sur l'extrémité inférieure du tube de forage expansible par vissage, où l'extrémité inférieure du tube de forage expansible présente un filetage interne, 20 ou inversement externe, et le manchon inférieur présente une filetage externe, ou inversement interne, propre à coopérer par vissage avec le filetage interne, ou inversement externe, de ladite extrémité inférieure du tube de forage expansible. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une telle jonction par 25 vissage entre le manchon inférieur et le tube de forage expansible. A titre de variantes non limitatives, le manchon inférieur et le tube de forage expansible peuvent être joints par encliquetage ou au moyen de manchons intermédiaires. Avantageusement, le tube de forage expansible présente des fentes sur sa longueur ; de telles fentes pouvant s'étendre selon la direction 30 longitudinale du tube expansible et/ou être inclinées par rapport à la direction longitudinale soit être hélicoïdales. Selon une possibilité de l'invention, le palier interne annulaire du manchon inférieur et la portée annulaire du porte-outil sont de formes complémentaires tronconiques, assurant un centrage du porte-outil (et donc de 35 l'outil de forage) sur le manchon inférieur. 3055919 6 Selon une autre possibilité de l'invention, les tubes de forage présentent un diamètre externe sensiblement inférieur au diamètre de forage obtenu avec l'outil de forage. Conformément à une autre caractéristique avantageuse de 5 l'invention, l'élément de coopération mâle est constitué d'un corps oblong de section polygonale, notamment hexagonale ou carrée, et l'élément de coopération femelle est constitué d'un orifice oblong de section polygonale, notamment hexagonale ou carrée, complémentaire à la section polygonale de l'élément de coopération mâle. 10 Pour faciliter l'opération de jonction de la tige d'entraînement, la tige d'entraînement dépasse du tube de forage expansible pour être jointe à l'une des tiges de forage. De manière avantageuse, un manchon supérieur est fixé sur une extrémité supérieure d'un tube de forage, dit dernier tube de forage, situé en 15 haut des tubes de forage joints bout à bout et entourant au moins partiellement la dernière tige de forage, où la dernière tige de forage présente une extrémité supérieure sur laquelle est fixé un connecteur prévue pour la connexion avec l'appareil d'actionnement, où ledit manchon supérieur présente un palier interne annulaire délimitant un passage pour le connecteur, où ledit connecteur 20 présente une portée annulaire apte à venir en appui sur ledit palier interne de sorte que le connecteur est apte à tirer le manchon supérieur vers le haut, et donc tirer les tubes de forage vers le haut, sous l'effet d'un effort translatif orienté vers le haut exercé par l'appareil d'actionnement sur le connecteur et amenant ladite portée annulaire en butée contre ledit palier interne annulaire. 25 En effet, au-delà d'une certaine profondeur dépendant de la nature des sols et de la puissance de l'appareil d'actionnement, le frottement des tubes dans le forage peut ralentir notablement la vitesse d'exécution de ce dernier. L'opérateur doit alors exercer des allers retours sur le train de tubes pour réduire le frottement de ces derniers dans le sol et ce, parfois, plusieurs 30 fois au cours de l'enfoncement d'un même ensemble tige/tube. Afin d'éviter d'avoir à arrêter le forage pour ajouter un raccord sur les tubes (la remontée des tiges de forage n'aurait pour conséquence que de déboîter la tige d'entraînement), l'emploi de cette ensemble manchon inférieur/connecteur permet d'assurer une manoeuvre rapide des tiges de forage de bas en haut 35 puis de haut en bas, et donc d'entraîner les tubes de forage de manière équivalente, pour de casser le frottement des tubes dans le sol. 3055919 7 Selon une caractéristique, le manchon supérieur est fixé par vissage sur l'extrémité supérieure du dernier tube de forage. Selon une autre caractéristique, le connecteur est fixé par vissage sur l'extrémité supérieure de la dernière tige de forage. 5 La présente invention concerne également un système d'essais d'expansion en forage d'un sol in situ, comprenant un dispositif de forage conforme à l'invention, et une sonde d'essai munie d'au moins une cellule expansible et conformée pour être placée intégralement à l'intérieur du tube de forage expansible. 10 L'invention se rapporte également à un procédé d'essais d'expansion en forage d'un sol in situ, utilisant un tel système d'essais d'expansion en forage en mettant en oeuvre les étapes suivantes : - engager le porte-outil à l'intérieur du manchon inférieur jusqu'à ce que la portée annulaire du porte-outil vienne en appui sur le palier interne du 15 manchon inférieur ; - fixer l'outil de forage sur la partie inférieure du porte-outil dépassant du manchon inférieur ; - fixer le manchon inférieur sur l'extrémité inférieure du tube de forage expansible ; 20 - solidariser en rotation la tige d'entraînement avec le porte-outil, en engageant la tige d'entraînement à l'intérieur du tube de forage expansible et en emboîtant l'élément de coopération mâle à l'intérieur de l'élément de coopération femelle ; - connecter la tige d'entraînement à l'appareil d'actionnement et activer 25 l'appareil d'entraînement pour entraîner en rotation la tige d'entraînement, le porte-outil et l'outil de forage ; - effectuer le forage jusqu'à une première profondeur autorisant un dépassement du tube de forage expansible hors du sol ; - désactiver l'appareil d'actionnement et déconnecter la tige d'entraînement 30 de l'appareil d'actionnement ; - fixer la première tige de forage sur l'extrémité supérieure de la tige d'entraînement, fixer un premier tube de forage sur l'extrémité supérieure du tube de forage expansible, connecter cette première tige de forage à l'appareil d'actionnement et activer l'appareil d'entraînement pour entraîner en rotation la 35 tige de forage, la tige d'entraînement, le porte-outil et l'outil de forage ; 3055919 8 - reprendre le forage jusqu'à une deuxième profondeur autorisant un dépassement du premier tube de forage hors du sol ; - désactiver l'appareil d'actionnement et déconnecter la première tige de forage de l'appareil d'actionnement ; 5 - reprendre les étapes avec au moins une deuxième tige de forage et au moins un deuxième tube de forage jusqu'à atteindre la profondeur de forage souhaitée ; - désolidariser la tige d'entraînement du porte-outil en tirant sur la dernière tige de forage, et retirer complètement la tige d'entraînement et les tiges de 10 forage jointes bout à bout ; - descendre la sonde d'essai à l'intérieur du tube de forage expansible, de sorte que ladite sonde d'essai soit placée intégralement à l'intérieur du tube de forage expansible, et ensuite réaliser au moins un essai d'expansion à une profondeur donnée ; 15 - tirer vers le haut sur une hauteur donnée le dernier tube de forage pour remonter à la fois les tubes de forage, le porte-outil, l'outil de forage et la sonde d'essai, et réaliser au moins un essai d'expansion à une nouvelle profondeur donnée moins profonde que la précédente ; - reprendre l'étape précédente pour réaliser des essais d'expansion du bas 20 vers le haut en montant les tubes de forage et la sonde d'essai au fur et à mesure. Ce procédé est particulièrement rapide et efficace dans son exécution, notamment dans des sols boulant, sans avoir de gêne pour la sonde d'essai et donc sans erreurs dans les mesures obtenues avec la sonde d'essai. 25 Avantageusement, lors des étapes de forage, est prévu un retour et une sortie vers le haut d'un fluide d'injection et de déblais de forage à travers au moins un orifice ménagé en périphérie du manchon inférieur et disposé autour du porte-outil, et via un espace annulaire prévu entre l'intérieur des tubes de forage et les tiges de forage. 30 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique de côté d'un dispositif de forage 35 au complet ; 3055919 9 - la figure 2 est une vue schématique de côté du dispositif de forage de la figure 1, où les tubes et les manchons inférieur et supérieur sont coupés axialement, avec des zooms sur trois zones du dispositif de forage ; 5 - la figure 3 est une vue schématique en perspective de la partie basse du dispositif de forage, où le tube de forage expansible et le manchon inférieur sont coupés axialement, illustrant le porte-outil en place dans le manchon inférieur et la tige d'entraînement prête à s'emboîter dans le porte-outil ; 10 - la figure 4 est une vue schématique de côté de la partie basse du dispositif de forage, où le tube de forage expansible et le manchon inférieur sont coupés axialement, illustrant le porte-outil en place dans le manchon inférieur et la tige d'entraînement emboîtée dans le porte-outil ; - la figure 5 est une vue schématique et en coupe axiale du manchon 15 inférieur ; - la figure 6 est une vue schématique en perspective du tube de forage expansible ; - la figure 7 est une vue schématique en perspective de l'un des tubes de forage pleins ; 20 - la figure 8 est une vue schématique en perspective du porte-outil en place dans le manchon inférieur ; - la figure 9 est une vue schématique en perspective du porte-outil en place dans le manchon inférieur, avec la tige d'entraînement emboîtée dans le porte-outil ; 25 - la figure 10 est une vue schématique en perspective de tige d'entraînement ; - la figure 11 est une vue schématique en perspective de l'une des tiges de forage, avec un manchon de jonction ; - la figure 12 est une vue schématique en perspective du connecteur 30 fixé sur la dernière tige de forage ; - la figure 13 est une vue schématique en perspective de deux de tiges d'entraînement jointes bout à bout au moyen d'un manchon de jonction ; - la figure 14 est une vue schématique en perspective du dispositif de forage, avec le tube de forage expansible et un unique tube de forage 35 plein, l'outil de forage n'étant pas illustré ; 3055919 10 - la figure 15 est une vue schématique en perspective du dispositif de forage de la figure 14, où le tube de forage expansible et l'unique tube de forage plein ne sont illustrés de manière à visualiser la tige d'entraînement et la seule tige de forage ; 5 - la figure 16 est une vue équivalente à celle de la figure 2, après retrait de la tige d'entraînement, de la ou des tiges de forage et du manchon supérieur, afin d'autoriser la mise en place de la sonde d'essai ; et - la figure 17 est une vue équivalente à celle de la figure 16, après la mise en place de la sonde d'essai. 10 Un exemple de dispositif de forage 1 conforme à l'invention est décrit ci-après en référence aux figures 1 à 17. Ce dispositif de forage 1 comprend un outil de forage 2 prévu pour être placé en position frontale dans le forage et qui peut, à titre d'exemple non limitatif, être du type outil désagrégateur ou outil de roto-percussion. 15 Ce dispositif de forage 1 comprend un porte-outil 3 présentant, d'une part, une partie inférieure 30 sur laquelle est fixé l'outil de forage 2 et, d'autre part, une partie supérieure 31 opposée. La partie inférieure 30 présente une extrémité filetée sur laquelle est vissée l'outil de forage 2. 20 La partie supérieure 31 se présente sous la forme d'un corps oblong dans lequel est prévu un élément de coopération femelle constitué d'un orifice 32 oblong de section hexagonale. Ce dispositif de forage 1 comprend une tige d'entraînement 4 présentant une extrémité inférieure 41 montée sur la partie supérieure 31 du 25 porte-outil 3. A ce titre, l'extrémité inférieure 41 de la tige d'entraînement 4 présente un élément de coopération mâle constitué d'un corps oblong de section hexagonale complémentaire à la section hexagonale de l'orifice 32. Ainsi, l'extrémité inférieure 41 de la tige d'entraînement 4 est emboîtable à l'intérieur de l'orifice 32 afin d'autoriser : 30 - une solidarisation en rotation de la tige d'entraînement 4 avec le porte-outil 3 permettant un entraînement en rotation du porte-outil par la tige d'entraînement 4 , et - une désolidarisation de la tige d'entraînement 4 avec le porte-outil 3 en tirant vers le haut sur la tige d'entraînement 4 pour sortir l'extrémité inférieure 41 35 hors de l'orifice 32. 3055919 11 Ce dispositif de forage 1 comprend plusieurs tiges de forage 5 identiques et joignables bout à bout et de manière démontable afin d'être solidarisées en rotation au fur et à mesure d'une avancée en profondeur du forage. 5 Ces tiges de forage 5 sont joignables bout à bout au moyen de manchons de jonction 6, où chaque manchon de jonction 6 présente deux extrémités taraudées 61 et chaque tige de forage 5 présente deux extrémités filetées 51 vissées dans ces extrémités taraudées 61. L'une desdites tiges de forage 5, dite première tige de forage (ou 10 tige de forage inférieure), est jointe à une extrémité supérieure 42 de la tige d'entraînement 4. Cette première tige de forage 5 est jointe à l'extrémité supérieure 42 de la tige d'entraînement 4 au moyen d'un manchon de jonction 6 identique à celui employé pour joindre les tiges de forage 5 entre elles. Ainsi, ce manchon de jonction 6 présente deux extrémités taraudées 61 et cette 15 première tige de forage présente une extrémité filetée 51 vissée dans l'une de ces extrémités taraudées 61 du manchon de jonction 6 et l'extrémité supérieure 42 de la tige d'entraînement 4 est filetée et vissée dans l'autre de ces extrémités taraudées 61 du manchon de jonction 6. Une autre des tiges de forage 5, dite dernière tige de forage (ou 20 tige de forage supérieure), est prévue pour être jointe à un appareil d'actionnement (ou machine de forage, non illustré) propre à entraîner au moins en rotation les tiges de forage 5 et ainsi la tige d'entraînement 4, le porte-outil 3 et l'outil de forage 2. Cet appareil d'actionnement est avantageusement également prévu pour entraîner en percussion les tiges de 25 forage 5 et ainsi l'outil de forage 2. Cette dernière tige de forage 5 présente une extrémité supérieure filetée 51 sur laquelle est fixé par vissage un connecteur 7 prévue pour la connexion avec l'appareil d'actionnement. Ce connecteur 7 se présente sous la forme d'un manchon similaire au manchon de jonction 6 précédemment décrit, 30 sauf en ce qu'il présente une bague annulaire 70 fixée sur sa périphérie (notamment par soudage) qui définit une portée annulaire 71 tournée vers le haut. Ce dispositif de forage 1 comprend plusieurs tubes de forage 81, 82 joignables bout à bout et de manière démontable afin d'être solidarisées au 35 fur et à mesure d'une avancée en profondeur du forage. 3055919 12 Ces tubes de forage 81, 82 sont prévus pour envelopper les tiges de forage 5 et la tige d'entraînement 4, et ils comprennent : - des tubes de forage pleins 81 ayant une paroi périphérique ou cylindrique pleine ; et 5 - un tube de forage expansible 82 ayant une paroi périphérique ou cylindrique dans laquelle sont prévues des fentes 83 sur sa longueur. Le tube de forage expansible 82 constitue le premier tube de forage introduit dans le trou de forage et il est prévu pour envelopper au moins partiellement la tige d'entraînement 4 ; la tige d'entraînement 4 dépassant tout 10 de même du tube de forage expansible 82 pour être jointe à la première tige de forage 5. Le tube de forage expansible 82 est également prévu pour envelopper intégralement une sonde d'essai 10 munie d'au moins une cellule expansible après réalisation du trou de forage sur toute sa profondeur et après 15 retrait de la tige d'entraînement 4 et des tiges de forage 5. Les tubes de forage 81, 82 présentent chacun un diamètre externe sensiblement inférieur au diamètre de forage (ou diamètre du trou de forage) obtenu avec l'outil de forage 2. Les tubes de forage 81, 82 sont joignables bout à bout par vissage. 20 A cet effet, chaque tube de forage 81, 82 présente une extrémité pourvue d'un filetage externe 84 et une extrémité opposée pourvue d'un filetage interne 85 propre à coopérer par vissage avec le filetage externe 84 d'un autre tube de forage 81, 82. Les tubes de forage pleins 81 peuvent être plus longs (ou plus courts) que le tube de forage expansible 82, la longueur du tube de forage 25 expansible 82 étant dépendante de la longueur de la sonde d'essai 10 car cette sonde d'essai 10 est avantageusement disposée intégralement à l'intérieur du tube de forage expansible 82. Ce dispositif de forage 1 comprend un manchon inférieur 9 fixé sur une extrémité inférieure (l'extrémité la plus basse dans le trou de forage) du 30 tube de forage expansible 82 et entourant partiellement le porte-outil 3. Le manchon inférieur 9 est fixé sur l'extrémité inférieure du tube de forage expansible 82 par vissage. A cet effet, l'extrémité inférieure du tube de forage expansible présente un filetage externe 84, et le manchon inférieur 9 présente à son extrémité supérieure un filetage interne 94 propre à coopérer 35 par vissage avec le filetage externe 84 de cette extrémité inférieure du tube de forage expansible 82. Ce manchon inférieur 9 forme un sabot de tubage 3055919 13 disposé à la base (ou au début) de l'ensemble formé des tubes de forage 81, 82. De plus, le manchon inférieur 9 présente à son extrémité inférieure un palier interne annulaire 91 tourné vers le haut et délimitant un passage 92 5 pour la partie inférieure 30 du porte-outil 3. Le porte-outil 3 présente une portée annulaire 33 venant en appui sur ce palier interne annulaire 91, de sorte que le porte-outil 3 est en appui contre cette portée annulaire 33, ce qui permet que : - lorsqu'on pousse vers le bas les tiges de forage 5 (grâce à l'appareil 10 d'actionnement), le porte-outil 3 pousse vers le bas le manchon inférieur 9 et entraîne donc vers le bas les tubes de forage 81, 82 ; - lorsqu'on fait tourner les tiges de forage 5 et donc le porte-outil 3 et l'outil de forage 2 (grâce à l'appareil d'actionnement), le porte-outil 3 peut tourner sur ce palier interne annulaire 91 ; et 15 - lorsqu'on tire vers le haut les tubes de forage 81, 82, le manchon inférieur 9 pousse vers le haut le porte-outil 3 (sur lequel repose éventuellement la sonde d'essai 10) et donc entraîne vers le haut l'outil de forage 2. Le palier interne annulaire 91 du manchon inférieur 9 et la portée annulaire 33 du porte-outil 3 sont avantageusement de formes 20 complémentaires tronconiques, afin de permettre un centrage du porte-outil 3 et donc de l'outil de forage 2 selon l'axe longitudinal du manchon inférieur 9 confondu avec les axes longitudinaux des tubes de forage 81, 82. Ce manchon inférieur 9 présente des orifices 93 ménagés en périphérie et disposé autour du porte-outil 3 ,et plus précisément autour d'une 25 gorge annulaire 34 prévue dans le porte-outil 3, pour autoriser un retour et une évacuation vers le haut d'un fluide d'injection employé lors du forage et de déblais de forage via un espace annulaire prévu entre l'intérieur des tubes de forage 81, 82 et les tiges 4, 5. Ce dispositif de forage 1 comprend un manchon supérieur 100 fixé 30 sur une extrémité supérieure (l'extrémité la plus haute) du dernier tube de forage plein 81 et présentant un palier interne annulaire 101 tourné vers le bas et délimitant un passage pour le connecteur 7. Le manchon supérieur 100 est fixé par vissage sur ce dernier tube de forage plein 81 et est vissé jusqu'à ce que la portée annulaire 71 du 35 connecteur 7 (définie par la bague annulaire 70) vienne en appui sur ce palier interne annulaire 101 de sorte que, lorsqu'on tire vers le haut sur le connecteur 3055919 14 7, la portée annulaire 71 du connecteur 7 vient appuyer sur ce palier interne annulaire 101 et ainsi le connecteur 7 tire vers le haut le manchon supérieur 100 et tire donc vers le haut les tubes de forage 81, 82, ainsi que le porte-outil 3, l'outil de forage 2 et les tiges 4, 5. 5 L'emploi des appuis entre le porte-outil 3 et le manchon inférieur 9 et entre le connecteur 7 et le manchon supérieur 100 permet de réaliser des manoeuvres rapides des tiges 4, 5 et des tubes de forage 81, 82 de bas en haut puis de haut en bas, pour casser le frottement des tubes de forage 81, 82 dans le sol, sans désolidariser la tige d'entraînement 4 du porte-outil 3. 10 Lorsqu'il sera nécessaire de retirer désolidariser la tige d'entraînement 4 du porte-outil 3, le manchon supérieur 100 sera dévissé et ôté. Ce dispositif de forage 1 est associé à la sonde d'essai 10 pour former ensemble un système d'essais d'expansion en forage d'un sol in situ, qui va permettre de réaliser des d'essais d'expansion en forage d'un sol in situ. 15 Pour réaliser ces essais d'expansion à différentes profondeurs, les étapes suivantes sont mises en oeuvre : - engager le porte-outil 3 à l'intérieur du manchon inférieur 9 jusqu'à ce que la portée annulaire 33 du porte-outil 3 vienne en appui sur le palier interne annulaire 91 du manchon inférieur 9 ; 20 - fixer (par vissage) l'outil de forage 2 sur la partie inférieure 30 du porte-outil 3 dépassant du manchon inférieur 9 ; - fixer (par vissage) le manchon inférieur 9 sur l'extrémité inférieure du tube de forage expansible 82 ; - solidariser en rotation la tige d'entraînement 4 avec le porte-outil 3, en 25 engageant la tige d'entraînement 4 à l'intérieur du tube de forage expansible 82 et en emboîtant l'extrémité inférieure 41 de la tige d'entraînement 4 à l'intérieur de l'orifice 32 du porte-outil 3 ; - connecter la tige d'entraînement 4 à l'appareil d'actionnement via un premier manchon de jonction 6 et activer l'appareil d'entraînement pour entraîner en 30 rotation la tige d'entraînement 4, le porte-outil 3 et l'outil de forage 2 ; - effectuer le forage jusqu'à une première profondeur autorisant un dépassement du tube de forage expansible 85 hors du sol ; - désactiver l'appareil d'actionnement et déconnecter la tige d'entraînement 4 de l'appareil d'actionnement ; 35 - fixer (par vissage) la première tige de forage 5 sur l'extrémité supérieure de la tige d'entraînement 4 au moyen du premier manchon de jonction 6, fixer 3055919 15 (par vissage) un premier tube de forage plein 81 sur l'extrémité supérieure du tube de forage expansible 82, - connecter cette première tige de forage 5 à l'appareil d'actionnement via un deuxième manchon de jonction 6 (ou via le connecteur 7) et activer 5 l'appareil d'entraînement pour entraîner en rotation la première tige de forage 5, la tige d'entraînement 4, le porte-outil 3 et l'outil de forage 2 ; - reprendre le forage jusqu'à une deuxième profondeur autorisant un dépassement du premier tube de forage plein 81 hors du sol ; - désactiver l'appareil d'actionnement et déconnecter la première tige de 10 forage 5 de l'appareil d'actionnement ; - reprendre les étapes avec une deuxième tige de forage 5 et un deuxième tube de forage plein 81 jusqu'à atteindre la profondeur de forage souhaitée ; - si nécessaire, à différents stades du forage, placer le manchon supérieur 100 et connecter l'appareil d'actionnement aux tiges 4, 5 avec le connecteur 15 7, afin de réaliser des manoeuvres rapides des tiges 4, 5 et des tubes de forage 81, 82 de bas en haut puis de haut en bas ; - une fois la profondeur de forage atteinte, retirer le manchon supérieur 100 s'il est présent, et ensuite tirer sur la dernière tige de forage pour désolidariser la tige d'entraînement 4 du porte-outil 3 et retirer complètement 20 la tige d'entraînement 4 et les tiges de forage 5 hors des tubes 81, 82 ; - descendre la sonde d'essai 10 à l'intérieur du tube de forage expansible 82 jusqu' venir au contact du porte outil 3, cette descente pouvant être guidée et réalisée à l'aide des tiges de forage 5, de sorte que ladite sonde d'essai 10 soit placée intégralement à l'intérieur du tube de forage expansible 82 (la 25 géométrie de l'ensemble sonde d'essai 10 / porte-outil 3 est avantageusement prévue pour faire correspondre le milieu de la sonde d'essai 10 avec le milieu des fentes 83 du tube de forage expansible 82) ; - réaliser au moins un essai d'expansion à une profondeur donnée, en réalisant une expansion de la au moins une cellule expansible ; 30 - tirer vers le haut sur une hauteur donnée le dernier tube de forage plein 81 pour remonter à la fois les tubes de forage 81, 82, le porte-outil 3, l'outil de forage 2 et la sonde d'essai 10 ; - réaliser au moins un essai d'expansion à une nouvelle profondeur donnée moins profonde que la précédente de la hauteur précitée ; 3055919 16 - reprendre l'étape précédente pour réaliser des essais d'expansion du bas vers le haut en montant les tubes de forage 81, 82 et la sonde d'essai 10 au fur et à mesure. Ainsi, avec ce procédé, le forage est exécuté en tubage à 5 l'avancement, en une seule passe jusqu'à sa profondeur maximale, puis seules les tiges de forage 5 et la tige d'entraînement 4 sont extraits hors des tubes de forage 81, 82 pour pouvoir réaliser des essais d'expansion successifs, du bas vers le haut, sans avoir de remontée de sédiments grâce au porte-outil 3 et à l'outil de forage 2 qui bouchent le bas du tubage. 10 REVENDICATIONS1. Dispositif de forage (1) de sol pour la réalisation d'essais d'expansion en forage d'un sol in situ, ledit dispositif de forage (1) comprenant : - un outil de forage (2) propre à forer le sol ; - un porte-outil (3) présentant, d'une part, une partie inférieure (30) sur laquelle est fixé l'outil de forage (2) et, d'autre part, une partie supérieure (31) opposée ; - une tige d'entraînement (4) présentant une extrémité inférieure (41) montée sur la partie supérieure (31) du porte-outil (3), où l'un des organes choisis parmi l'extrémité inférieure (41) de la tige d'entraînement (4) et la partie supérieure (31) du porte-outil (3) présente un élément de coopération mâle et l'autre des éléments choisis parmi l'extrémité inférieure (41) de la tige d'entraînement (4) et la partie supérieure (31) du porte-outil (3) présente un élément de coopération femelle (32) de forme complémentaire audit élément de coopération mâle, ledit élément de coopération mâle étant emboîtable à l'intérieur dudit élément de coopération femelle (32) afin d'autoriser, d'une part, une solidarisation en rotation de la tige d'entraînement (4) avec le porte-outil (3) permettant un entraînement en rotation dudit porte-outil (3) par ladite tige d'entraînement (4) et, d'autre part, une désolidarisation de la tige d'entraînement (4) avec le porte-outil (3) en tirant sur ladite tige d'entraînement (4) pour sortir l'élément de coopération mâle dudit élément de coopération femelle (32) ; - plusieurs tiges de forage (5) joignables bout à bout et de manière démontable afin d'être solidarisées en rotation au fur et à mesure d'une avancée en profondeur du forage, l'une desdites tiges de forage (5), dite première tige de forage (5), étant jointe à une extrémité supérieure (42) de la tige d'entraînement (4) et une autre desdites tiges de forage (5), dite dernière tige de forage (5), étant prévue pour être jointe à un appareil d'actionnement propre à entraîner au moins en rotation les tiges de forage (5) et ainsi la tige d'entraînement (4), le porte-outil (3) et l'outil de forage (2) ; - plusieurs tubes de forage (81, 82) joignables bout à bout et de manière démontable afin d'être solidarisées au fur et à mesure d'une avancée en profondeur du forage, lesdits tubes de forage (81, 82) étant prévus pour envelopper les tiges de forage (5) et la tige d'entraînement (4), où les 3055919 18 tubes de forage (81, 82) comprennent un tube de forage expansible (82) prévu pour envelopper au moins partiellement la tige d'entraînement (4) et également prévu pour envelopper intégralement, après retrait de la tige d'entraînement (4), une sonde d'essai (10) munie d'au moins une cellule 5 expansible ; - un manchon inférieur (9) fixé sur une extrémité inférieure du tube de forage expansible (82) et entourant partiellement le porte-outil (3), où ledit manchon inférieur (9) présente un palier interne (91) annulaire et délimitant un passage (92) pour la partie inférieure (30) du porte-outil (3), 10 où ledit porte-outil (3) présente une portée annulaire (33) venant en appui sur ledit palier interne (91) de sorte que le porte-outil (3) est apte, d'une part, à pousser le manchon inférieur (9) vers le bas lors d'un forage et, d'autre part, à tourner sur ce palier interne (91) annulaire. 15 2. Dispositif de forage (1) selon la revendication 1, dans lequel les tiges de forage (5) sont joignables bout à bout au moyen de manchons de jonction (6), où chaque manchon de jonction (6) présente deux extrémités taraudées (61) et chaque tige de forage (5) présente deux extrémités filetées (51) vissées dans lesdites extrémités taraudées (61). 20 3. Dispositif de forage (1) selon les revendications 1 ou 2, dans lequel l'une des tiges de forage (5) est jointe à l'extrémité supérieure (42) de la tige d'entraînement (4) au moyen d'un manchon de jonction (6), où le manchon de jonction (6) présente deux extrémités taraudées (61) et ladite tige de 25 forage (5) présente une extrémité filetée (51) vissée dans l'une desdites extrémités taraudées (61) et l'extrémité supérieure (42) de la tige d'entraînement (4) est filetée et vissée dans l'autre desdites extrémités taraudées (61). 30 4. Dispositif de forage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tubes de forage (81, 82) sont joignables bout à bout par vissage, où chaque tube de forage (81 ; 82) présente une extrémité pourvue d'un filetage externe (84) et une extrémité opposée pourvue d'un filetage interne (85) propre à coopérer par vissage avec le filetage externe 35 (84) d'un autre tube de forage (81 ; 82). 3055919 19 5. Dispositif de forage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le manchon inférieur (9) est fixé sur l'extrémité inférieure du tube de forage expansible (82) par vissage, où l'extrémité inférieure du tube de forage expansible (82) présente un filetage interne, ou 5 inversement externe (84), et le manchon inférieur (9) présente une filetage externe, ou inversement interne (94), propre à coopérer par vissage avec le filetage interne, ou inversement externe (84), de ladite extrémité inférieure du tube de forage expansible (82). 10 6. Dispositif de forage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube de forage expansible (82) présente des fentes (83) sur sa longueur. 7. Dispositif de forage (1) selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, dans lequel le palier interne (91) annulaire du manchon inférieur (9) et la portée annulaire (33) du porte-outil (3) sont de formes complémentaires tronconiques. 8. Dispositif de forage (1) selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, dans lequel le manchon inférieur (9) présente au moins un orifice (93) ménagé en périphérie et disposé autour du porte-outil (3), pour autoriser un retour et une sortie vers le haut d'un fluide d'injection employé lors du forage et de déblais de forage via un espace annulaire prévu entre l'intérieur des tubes de forage (81, 82) et les tiges de forage (5). 25 9. Dispositif de forage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tubes de forage (81, 82) présentent chacun un diamètre externe sensiblement inférieur au diamètre de forage obtenu avec l'outil de forage (2). 30 10. Dispositif de forage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de coopération mâle est constitué d'un corps oblong de section polygonale, notamment hexagonale ou carrée, et l'élément de coopération femelle est constitué d'un orifice (32) oblong de 35 section polygonale, notamment hexagonale ou carrée, complémentaire à la section polygonale de l'élément de coopération mâle. 3055919 20 11. Dispositif de forage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tige d'entraînement (4) dépasse du tube de forage expansible (82) pour être jointe à l'une des tiges de forage (5). 5 12. Dispositif de forage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un manchon supérieur (100) est fixé sur une extrémité supérieure d'un tube de forage (81), dit dernier tube de forage (81), situé en haut des tubes de forage (81, 82) joints bout à bout et 10 entourant au moins partiellement la dernière tige de forage (5), où la dernière tige de forage (5) présente une extrémité supérieure (51) sur laquelle est fixé un connecteur (7) prévue pour la connexion avec l'appareil d'actionnement, où ledit manchon supérieur (100) présente un palier interne (101) annulaire délimitant un passage pour le connecteur (7), où ledit 15 connecteur (7) présente une portée annulaire (71) apte à venir en appui sur ledit palier interne (91) de sorte que le connecteur (7) est apte à tirer le manchon supérieur (100) vers le haut, et donc tirer les tubes de forage (81, 82) vers le haut, sous l'effet d'un effort translatif orienté vers le haut exercé par l'appareil d'actionnement sur le connecteur (7) et amenant ladite portée 20 annulaire (71) en butée contre ledit palier interne (91) annulaire. 13. Dispositif de forage (1) selon la revendication 12, dans lequel le manchon supérieur (100) est fixé par vissage sur l'extrémité supérieure du dernier tube de forage (81). 25 14. Dispositif de forage (1) selon les revendications 12 ou 13, dans lequel le connecteur (7) est fixé par vissage sur l'extrémité supérieure (51) de la dernière tige de forage (5). 30 15. Système d'essais d'expansion en forage d'un sol in situ, comprenant un dispositif de forage (1) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, et une sonde d'essai (10) munie d'au moins une cellule expansible et conformée pour être placée intégralement à l'intérieur du tube de forage expansible (82). 35 3055919 21 16. Procédé d'essais d'expansion en forage d'un sol in situ, utilisant un système d'essais d'expansion en forage conforme à la revendication 15 en mettant en oeuvre les étapes suivantes : - engager le porte-outil (3) à l'intérieur du manchon inférieur (9) jusqu'à ce 5 que la portée annulaire (33) du porte-outil (3) vienne en appui sur le palier interne (91) du manchon inférieur (9) ; - fixer l'outil de forage (2) sur la partie inférieure (30) du porte-outil (3) dépassant du manchon inférieur (9) ; - fixer le manchon inférieur (9) sur l'extrémité inférieure du tube de forage 10 expansible (82) ; - solidariser en rotation la tige d'entraînement (4) avec le porte-outil (3), en engageant la tige d'entraînement (4) à l'intérieur du tube de forage expansible (82) et en emboîtant l'élément de coopération mâle à l'intérieur de l'élément de coopération femelle (32) ; 15 - connecter la tige d'entraînement (4) à l'appareil d'actionnement et activer l'appareil d'entraînement pour entraîner en rotation la tige d'entraînement (4), le porte-outil (3) et l'outil de forage (2) ; - effectuer le forage jusqu'à une première profondeur autorisant un dépassement du tube de forage expansible (82) hors du sol ; 20 - désactiver l'appareil d'actionnement et déconnecter la tige d'entraînement (4) de l'appareil d'actionnement ; - fixer la première tige de forage (5) sur l'extrémité supérieure de la tige d'entraînement (4), fixer un premier tube de forage (81) sur l'extrémité supérieure du tube de forage expansible (82), connecter cette première 25 tige de forage (5) à l'appareil d'actionnement et activer l'appareil d'entraînement pour entraîner en rotation la tige de forage (5), la tige d'entraînement (4), le porte-outil (3) et l'outil de forage (2) ; - reprendre le forage jusqu'à une deuxième profondeur autorisant un dépassement du premier tube de forage (81) hors du sol ; 30 - désactiver l'appareil d'actionnement et déconnecter la première tige de forage (5) de l'appareil d'actionnement ; - reprendre les étapes avec au moins une deuxième tige de forage (5) et au moins un deuxième tube de forage (81) jusqu'à atteindre la profondeur de forage souhaitée ; 3055919 22 - désolidariser la tige d'entraînement (4) du porte-outil (3) en tirant sur la dernière tige de forage (5), et retirer complètement la tige d'entraînement (4) et les tiges de forage (5) jointes bout à bout ; - descendre la sonde d'essai (10) à l'intérieur du tube de forage expansible 5 (82), de sorte que ladite sonde d'essai (10) soit placée intégralement à l'intérieur du tube de forage expansible (82), et ensuite réaliser au moins un essai d'expansion à une profondeur donnée ; - tirer vers le haut sur une hauteur donnée le dernier tube de forage (81) pour remonter à la fois les tubes de forage (81, 82), le porte-outil (3), 10 l'outil de forage (2) et la sonde d'essai (10), et réaliser au moins un essai d'expansion à une nouvelle profondeur donnée moins profonde que la précédente ; - reprendre l'étape précédente pour réaliser des essais d'expansion du bas vers le haut en montant les tubes de forage (81, 82) et la sonde d'essai 15 (10) au fur et à mesure. 17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel, lors des étapes de forage, est prévu un retour et une sortie vers le haut d'un fluide d'injection et de déblais de forage à travers au moins un orifice (93) ménagé en périphérie 20 du manchon inférieur (9) et disposé autour du porte-outil (3), et via un espace annulaire prévu entre l'intérieur des tubes de forage (81, 82) et les tiges de forage (5). 25