Brevet FR3067383A1 — publié le 20181214

Dispositif de mesure par mise en pression du sous-sol et procédé de réalisation d'un essai de mise en pression associé La présente invention concerne en général un dispositif de mesure par mise en pression du sous-sol notamment un dispositif de mesure dilatométrique ou un dispositif de mesure pressiométrique destinés à réaliser respectivement un essai dilatométrique ou un essai pressiométrique. Par exemple, le dispositif de mesure pressiométrique est un dispositif de type Ménard, conforme à la norme NFP 94-110-1. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de mesure par mise en pression du sous-sol comprenant : - au moins une sonde pressiométrique destinée à être introduite dans un forage du sous-sol, ladite sonde pressiométrique comprenant au moins une cellule déformable, - un réservoir de fluide comprenant un contenant et un volume de fluide contenu dans le contenant, - une unité de transfert configurée pour introduire le fluide du réservoir de fluide à l'intérieur de la cellule déformable, ladite unité comprenant un organe de transfert comportant une ligne d'aspiration connectée fluidiquement audit réservoir de fluide, et une ligne de refoulement connectée fluidiquement à la cellule déformable, - une unité de mesure du volume du fluide transféré depuis le réservoir de fluide à l'intérieur de la cellule déformable. Les essais pressiométrique et dilatométrique sont des essais de chargement effectués dans le sous-sol, généralement dans un forage calibré, dont l'analyse permet d'obtenir des propriétés mécaniques du sous-sol comme par exemple le module pressiométrique Em Pour réaliser ce type de mesure, la cellule déformable est mise sous pression, par paliers de pressions croissants, en injectant le fluide du réservoir de fluide au moyen de l'organe de transfert de l'unité de transfert. Pour chaque palier de pression, le volume de fluide injecté est mesuré. Dans le cas d'un essai pressiométrique, la courbe pressiométrique, ou courbe d'expansion, qui est obtenue en reportant en abscisse la pression mesurée dans la cellule déformable et en ordonnée la variation de volume à la fin du palier de pression correspondant, permet d'accéder aux propriétés mécaniques mentionnées plus haut. Afin d'obtenir des valeurs de propriétés mécaniques fiables et représentatives du sous-sol, il est nécessaire de mesurer avec précision le volume de fluide injecté à la fin de chaque palier de pression appliqué. 2 Il est possible d'utiliser comme organe de transfert une pompe doseuse comme par exemple une pompe à piston ou une pompe à membrane. Cependant, ces types de pompes présentent des inconvénients : les pompes à piston ne présentent pas une étanchéité parfaite et la membrane des pompes à 5 membrane se distend et perd sa forme initiale au cours de son utilisation. Ainsi, ce type de pompe ne permet pas d'obtenir la précision de mesure requise pour la réalisation des essais de mise en pression du sous-sol, notamment pour des paliers de pression supérieurs à 80 bars. A cet effet, l'invention vise à proposer un dispositif de mesure par mise en 10 pression du sous-sol du type précité dans lequel l'unité de mesure du volume de fluide comprend un dispositif de mesure de la masse du réservoir de fluide. Ainsi, en mesurant la masse du réservoir de fluide avant et après l'injection de fluide dans la cellule déformable, il est possible de connaître avec précision le volume de fluide injecté quelle que soit la nature de l'organe de transfert utilisé. 15 Selon des modes particuliers de réalisation, le dispositif comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le dispositif comprend en outre une ligne de vidange connectée fluidiquement à la ligne de refoulement et au réservoir de fluide, ladite ligne de vidange étant configurée 20 pour vidanger le fluide contenu dans la cellule déformable dans le réservoir de fluide ; - la ligne de vidange comprend une vanne destinée à contrôler le débit de fluide dans la ligne de vidange ; - la ligne d'aspiration et/ou la ligne de vidange sont plongées dans le réservoir de fluide ; 25 - le réservoir de fluide comprend au moins une paroi latérale et une paroi inférieure et que la ligne d'aspiration et/ou la ligne de vidange sont sans liaison mécanique avec ladite paroi latérale et ladite paroi inférieure ; - le dispositif de mesure de la masse du réservoir de fluide est adapté pour mesurer une masse avec une erreur de mesure inférieure ou égale à 0,2 g ; 30 - le dispositif de mesure de la masse du réservoir de fluide est une balance disposée sous le réservoir de fluide. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un essai par mise en pression du sous-sol avec un dispositif de mesure défini ci-dessus comprenant : - une étape d'introduction de la sonde pressiométrique dans un forage, 35 - une étape d'introduction du fluide du réservoir de fluide à l'intérieur de la cellule déformable au moyen de l'unité de transfert, 3 - une première étape de mesure d'une première masse du réservoir de fluide avant l'introduction du fluide à l'intérieur de la cellule déformable au moyen du dispositif de mesure de la masse du réservoir de fluide, - une deuxième étape de mesure d'une deuxième masse du réservoir de fluide 5 après l'introduction du fluide à l'intérieur de la cellule déformable au moyen du dispositif de mesure de la masse du réservoir de fluide, - une étape de détermination du volume de fluide introduit à l'intérieur de la cellule déformable, comprenant une sous-étape de soustraction de la deuxième masse et de la première masse. 10 Selon des modes de réalisation particuliers, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le procédé comprend en outre une étape préliminaire de détermination de la densité du fluide du réservoir de fluide et une étape de correction du volume déterminé au moyen de ladite densité ; - le procédé comprend en outre : - une étape de vidange du fluide de la cellule déformable vers le réservoir de fluide au moyen de l'unité de transfert, - une étape de mesure d'une troisième masse du réservoir de fluide après la vidange de la cellule déformable dans le réservoir de fluide au moyen du dispositif de mesure de la masse du réservoir de fluide, - une étape de comparaison de la première masse et de la troisième masse du réservoir de fluide, - une étape de détermination de fuites externes du dispositif de mesure. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure 1 annexée, laquelle est une vue schématisée du dispositif de mesure selon l'invention. La figure 1 présente une vue schématique d'un dispositif de mesure par mise en 20 pression 1 du sous-sol 3. Le dispositif 1 selon l'invention est typiquement un dispositif de mesure dilatométrique ou un dispositif de mesure pressiométrique destinés à réaliser respectivement un essai dilatométrique ou un essai pressiométrique. Par exemple, le dispositif 1 un dispositif de mesure pressiométrique de type 25 Ménard, conforme à la norme NFP 94-110-1. Les essais pressiométrique et dilatométrique sont des essais de chargement effectué dans le sous-sol, généralement dans un forage calibré, dont l'analyse permet 4 d'obtenir des propriétés mécaniques du sous-sol comme par exemple le module pressiométrique Em. Le dispositif de mesure 1 comprend au moins une sonde pressiométrique 7 destinée à être introduite dans un forage 5 du sous-sol 3. Ladite sonde 7 comprend au 5 moins une cellule déformable 9. Le dispositif 1 présenté sur la figure 1 comporte une unique sonde pressiométrique 7. Par exemple, la sonde pressiométrique 7 comporte une unique cellule déformable 9 par injection de fluide, encore appelée « packer » par l'homme du métier. La cellule 10 déformable 9 du dispositif 1 est également connue dans l'état de la technique sous le nom « cellule de mesure ». En variante, la sonde pressiométrique 7 comporte en outre deux cellules de garde (non représentées) contenant du gaz et qui encadrent la cellule de mesure. Les cellules de garde permettent d'assurer que la déformation de la cellule de 15 mesure est uniquement radiale et que l'essai de mise en pression est un essai en déformation plane. Par exemple, la sonde pressiométrique 7 du dispositif 1 selon l'invention est une sonde Ménard conforme à la norme NFP 91-110-1, avantageusement une sonde pressiométrique FC 60 Francis COUR à gaine souple. 20 La sonde FC 60 Francis COUR est par exemple décrite dans les brevets FR 3 009 841 et FR 2 910 047 de la Demanderesse. En variante, la sonde pressiométrique 7 est quelconque et par exemple de type E ou G conformément à la norme NFP 91-110-1. Le dispositif 1 selon l'invention comprend un réservoir de fluide 11. Le réservoir de 25 fluide 11 comprend un contenant et un volume de fluide contenu dans le contenant. Le réservoir de fluide 11 comprend une paroi inférieure 13 et une paroi latérale 15. Le réservoir de fluide 11 a une forme quelconque, par exemple cylindrique ou parallélépipédique. Le fluide est typiquement un fluide incompressible, par exemple de l'eau. 30 Le dispositif 1 comprend également une unité de transfert 17 configurée pour introduire le fluide du réservoir de fluide 11 à l'intérieur de la cellule déformable 9. L'unité de transfert 17 comprend un organe de transfert 19 comportant une ligne d'aspiration 21 connectée fluidiquement audit réservoir de fluide 11, et une ligne de refoulement 23 connectée fluidiquement à la cellule déformable 9. 5 L'organe de transfert 17 est typiquement une pompe quelconque adaptée pour injecter le fluide dans la cellule déformable 9 supportant une pression typiquement comprise entre 10 bars et 150 bars, par exemple 80 bars. Avantageusement, le dispositif 1 comprend en outre une ligne de vidange 25 5 connectée fluidiquement à la ligne de refoulement 23 et au réservoir de fluide 11. La ligne de vidange 25 est configurée pour vidanger le fluide contenu dans la cellule déformable 9 dans le réservoir de fluide 11. Typiquement, la ligne d'aspiration 21 et la ligne de vidange 25 sont plongées dans le réservoir de fluide 11. 10 Avantageusement, la ligne d'aspiration 21 et la ligne de vidange 25 sont sans liaison mécanique avec la paroi latérale 15 et la paroi inférieure 13 du réservoir de fluide 11. Ainsi, la ligne d'aspiration 21 et la ligne de vidange 25 sont positionnées à l'écart desdites parois inférieure 13 et latérale 15. 15 Typiquement, la ligne de vidange 25 comprend une première vanne 27 mobile entre une position ouverte permettant au fluide de circuler jusqu'au réservoir de fluide 11 et une position fermée ne permettant pas au fluide de circuler jusqu'au réservoir de fluide 11. En variante et/ou en complément, la ligne de refoulement 23 comprend une 20 deuxième vanne 29 mobile entre une position ouverte permettant au fluide de circuler jusqu'à la sonde pressiométrique 7 et une position fermée ne permettant pas au fluide de circuler jusqu'à la sonde pressiométrique 7. Le dispositif de mesure 1 comporte un manomètre 31 afin de mesurer avec précision la pression à l'intérieur de la cellule déformable 9. 25 Le dispositif de mesure 1 selon l'invention comprend en outre une unité de mesure 33 du volume du fluide transféré depuis le réservoir de fluide 11 vers l'intérieur de la cellule déformable 9. Avantageusement, selon l'invention, l'unité de mesure 33 du volume de fluide comprend un dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide 11. L'unité de 30 mesure 33 mesure à la fois la masse du contenant et la masse du fluide dans le contenant. Par exemple, le dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide 11 est une balance disposée sous le réservoir de fluide 11. La balance est typiquement une balance électronique connue de l'état de la 35 technique. 6 Avantageusement, le dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide 11 est adapté pour mesurer une masse avec une erreur de mesure inférieure ou égale à 0,2 g. Un procédé de réalisation par mise en pression du sous-sol avec un dispositif de 5 mesure 1 selon l'invention va maintenant être décrit. Le procédé comporte tout d'abord une étape d'introduction de la sonde pressiométrique 7 dans un forage 5 du sous-sol 3 de sorte à positionner la sonde pressiométrique 7 à une profondeur définie (station de mesure). Les essais pressiométriques ou dilatométriques sont typiquement réalisés à 10 différentes profondeurs le long du forages. A chaque profondeur, la cellule déformable 9 est mise sous pression par paliers de pression croissants en introduisant du fluide du réservoir de fluide 11 à l'intérieur de la cellule déformable 9 au moyen de l'unité de transfert 17. La mise sous pression se fait par exemple par paliers croissants successifs. 15 Typiquement, le nombre de paliers de pression est compris entre 8 et 20, par exemple 12. En variante, la cellule déformable 9 est mise sous pression en injectant successivement des volumes de fluide croissants et en mesurant la pression à l'intérieur de la cellule déformable correspondante. 20 La pression à l'intérieur de la cellule déformable 9 est par exemple comprise entre 1 bar et 500 bars en fonction du palier de pression considéré. Le volume correspondant de fluide injecté à l'intérieur de la cellule déformable 9 est typiquement compris entre 50 cm3 et 3000 cm3 en fonction du palier de pression considéré. 25 Le procédé comprend en outre une étape préalable de mesure d'une première masse du réservoir de fluide 11 avant l'introduction du fluide à l'intérieur de la cellule déformable 9 au moyen du dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide 11. Puis, le procédé comprend une étape de mesure d'une deuxième masse du réservoir de fluide 11 après l'introduction du fluide à l'intérieur de la cellule déformable 9 30 toujours au moyen du dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide 11. Par soustraction de la deuxième masse à la première masse et en multipliant par une densité de fluide prédéterminée, le volume du fluide introduit à l'intérieur de la cellule déformable 9 est alors déterminé. Les étapes décrites ci-dessus sont répétées successivement pour chaque palier 35 de pression et la variation de volume de fluide injecté est déterminée par soustraction des masses du réservoir de fluide 11 avant et après chaque injection correspondante. 7 Dans le cas de l'essai pressiométrique, une courbe pressiométrique, ou courbe d'expansion, est alors obtenue en reportant en abscisse la pression mesurée dans la cellule déformable 9 et en ordonnée la variation de volume à la fin du palier de pression correspondant. 5 Ces données sont ensuite analysées afin de déterminer les propriétés mécaniques du sous-sol. Lorsque le dernier palier de pression a été atteint et que la dernière mesure de volume de fluide injecté a été déterminée, le procédé comprend typiquement une étape de vidange du fluide de la cellule déformable 9 vers le réservoir de fluide 11 au moyen de 10 l'unité de transfert 17 par la ligne de vidange 25. Le procédé comporte alors avantageusement une étape de mesure d'une troisième masse du réservoir de fluide 11 après la vidange de la cellule déformable dans le réservoir de fluide 11 au moyen du dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide. 15 La première masse et la troisième masse du réservoir de fluide 11 sont alors comparées et le procédé comprend une étape de détermination d'éventuelles fuites externes du dispositif de mesure 1. Typiquement, la sonde pressiométrique 7 est alors déplacée verticalement dans le forage 5 pour être positionnée au niveau de la station de mesure suivante et les étapes 20 du procédé sont réitérées. Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend une étape préliminaire à toute mesure au cours de laquelle la densité du fluide du réservoir de fluide 11 est déterminée. La densité mesurée est alors utilisée pour corriger les volumes de fluide déterminés au cours du procédé. 25 Ainsi, le dispositif selon l'invention permet d'obtenir des valeurs fiables et précises des propriétés mécaniques du sous-sol 3 en mesurant notamment avec précision les variations de volume de fluide injecté dans la cellule déformable 9. L'absence de contact entre les lignes de vidange 25 et d'aspiration 21 et les parois inférieure et latérale du réservoir de fluide 11 permet de déterminer avec précision les 30 masses successives du réservoir de fluide 11 et in fine le volume de fluide injecté dans la cellule déformable 9. Le dispositif 1 selon l'invention permet également de contrôler entre chaque station de mesure qu'il n'existe pas de fuites externes au dispositif 1 en comparant la masse du réservoir de fluide 11 après l'injection de fluide dans la cellule déformable 9 et la masse 35 du réservoir de fluide 11 après la vidange du fluide de la cellule déformable 9 dans le réservoir de fluide 11. 8 Enfin, le dispositif 1 permet d'injecter un volume important de fluide dans la cellule deformable 9. En effet, REVENDICATIONS1.- Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol comprenant : - au moins une sonde pressiométrique (7) destinée à être introduite dans un forage (5) du sous-sol (3), ladite sonde pressiométrique (7) comprenant au moins une cellule déformable (9), - un réservoir de fluide (11) comprenant un contenant et un volume de fluide contenu dans le contenant, - une unité de transfert (17) configurée pour introduire le fluide du réservoir de fluide (11) à l'intérieur de la cellule déformable (9), ladite unité (17) comprenant un organe de transfert (19) comportant une ligne d'aspiration (21) connectée fluidiquement audit réservoir de fluide (11), et une ligne de refoulement (23) connectée fluidiquement à la cellule déformable (9), - une unité de mesure (33) du volume du fluide transféré depuis le réservoir de fluide (11) à l'intérieur de la cellule déformable (9), caractérisé en ce que l'unité de mesure (33) du volume de fluide comprend un dispositif de mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11). 2.- Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon la revendication 1, comprenant en outre une ligne de vidange (25) connectée fluidiquement à la ligne de refoulement (23) et au réservoir de fluide (11), ladite ligne de vidange (25) étant configurée pour vidanger le fluide contenu dans la cellule déformable (9) dans le réservoir de fluide (11). 3.- Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ligne de vidange (25) comprend une vanne (27) destinée à contrôler le débit de fluide dans la ligne de vidange (25). 4.- Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la ligne d'aspiration (21) et/ou la ligne de vidange (25) sont plongées dans le réservoir de fluide (11). 5.- Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le réservoir de fluide (11) comprend au moins une paroi latérale (15) et une paroi inférieure (13) et que la ligne d'aspiration (21) et/ou la 10 ligne de vidange (25) sont sans liaison mécanique avec ladite paroi latérale (15) et ladite paroi inférieure (13). 6.- Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon l'une 5 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11) est adapté pour mesurer une masse avec une erreur de mesure inférieure ou égale à 0,2 g. 7.- Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon l'une 10 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11) est une balance disposée sous le réservoir de fluide (11). 8.- Procédé de réalisation d'un essai par mise en pression du sous-sol avec un 15 dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant : - une étape d'introduction de la sonde pressiométrique (7) dans un forage (5), - une étape d'introduction du fluide du réservoir de fluide (11) à l'intérieur de la cellule déformable (9) au moyen de l'unité de transfert (17), - une première étape de mesure d'une première masse du réservoir de fluide (11) 20 avant l'introduction du fluide à l'intérieur de la cellule déformable (9) au moyen du dispositif de mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11), - une deuxième étape de mesure d'une deuxième masse du réservoir de fluide (11) après l'introduction du fluide à l'intérieur de la cellule déformable (9) au moyen du dispositif de mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11), 25 - une étape de détermination du volume de fluide introduit à l'intérieur de la cellule déformable (9), comprenant une sous-étape de soustraction de la deuxième masse et de la première masse. 9.- Procédé de réalisation d'un essai par mise en pression du sous-sol selon la 30 revendication 8, comprenant en outre une étape préliminaire de détermination de la densité du fluide du réservoir de fluide (11) et une étape de correction du volume déterminé au moyen de ladite densité. 10.- Procédé de réalisation d'un essai par mise en pression du sous-sol selon la revendication 8 ou 9, comprenant en outre : 11 - une étape de vidange du fluide de la cellule deformable (9) vers le réservoir de fluide (11) au moyen de l'unité de transfert (17), - une étape de mesure d'une troisième masse du réservoir de fluide (11) après la vidange de la cellule deformable (9) dans le réservoir de fluide (11) au moyen du dispositif de mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11), - une étape de comparaison de la première masse et de la troisième masse du réservoir de fluide (11), - une étape de détermination de fuites externes du dispositif (1) de mesure.