Brevet FR3078739A1 — publié le 20190913

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine de la mesure de la verticalité du déplacement d'une machine de forage. La mesure de la verticalité d'une machine de forage consiste 5 traditionnellement à mesurer, en continu ou de façon périodique, les éventuels écarts par rapport à la verticale d'une machine de forage qui est notamment destinée à creuser des tranchées de grande profondeur et de largeur réduite, typiquement égale à la largeur de la machine de forage. De telles machines sont notamment mais non exclusivement des 10 foreuses à tambours rotatifs. Elles sont notamment décrites dans le document FR 2 211 027. La machine de forage est suspendue à un engin de levage par l'intermédiaire de câbles. La machine poursuit un mouvement de descente au fur et à mesure que ses tambours rotatifs creusent la tranchée. 15 Pour certains travaux, la tranchée peut présenter une grande profondeur, qui peut atteindre cent mètres ou plus. Il est généralement nécessaire que cette tranchée présente une grande précision quant à sa verticalité, notamment du fait que la tranchée finale résulte le plus souvent d'une juxtaposition de forages verticaux. La précision requise peut 20 être de l'ordre du millimètre selon la direction horizontale par mètre de profondeur de tranchée. En raison notamment des irrégularités du terrain dans lequel la tranchée doit être réalisée, il existe des risques importants que l'engin de forage dévie de sa trajectoire verticale, ce risque augmentant au fur et à 25 mesure que la profondeur de forage augmente. Il existe donc un réel besoin de disposer de systèmes permettant de contrôler la verticalité du déplacement de la machine détectant d'éventuels écarts par rapport à la trajectoire verticale souhaitée. Pour résoudre ce problème, le document EP 0 841 465 propose un 30 dispositif de mesure en continu de la verticalité d'une machine de forage qui permet en outre de détecter un mouvement de vrillage ou un déplacement en crabe de la machine. La machine de forage décrite dans ce document comprend donc un dispositif de mesure de verticalité du déplacement d'une machine de 35 forage destinée à creuser une tranchée verticale à partir de la surface du sol, ladite machine comportant une extrémité supérieure solidaire de 2 moyens de supportage de la machine lors de sa descente, une extrémité inférieure et un axe longitudinal vertical, le dispositif comporte en outre : deux câbles de faible section, chaque câble présentant une première extrémité fixée à l'extrémité supérieure de l'engin, les deux points de fixation étant distincts, des moyens pour maintenir lesdits câbles sous tension, deux moyens de guidage disposés au-dessus de la surface du sol pour maintenir immobile dans un plan horizontal la zone de chaque câble 10 disposée dans ledit plan au fur et à mesure de la descente de la machine, au moins aux instants de mesure, lesdits moyens de guidage définissant deux points fixes de référence en relation spatiale avec lesdits points de fixation lorsqu'ils sont dans ledit plan horizontal, des moyens pour mesurer selon deux directions, horizontales et 15 orthogonales entre elles, les angles d'inclinaison de la portion de chaque câble s'étendant entre lesdits points de fixation et lesdits moyens de guidage, des moyens pour mesurer la longueur des portions de câble s'étendant entre les points de fixation et les moyens de guidage au fur et 20 à mesure de la descente de l'engin ; des moyens solidaires de la machine pour mesurer les angles d'inclinaison de l'axe longitudinal de ladite machine selon les deux directions horizontales et orthogonales entre elles; et des moyens de traitement pour calculer le déplacement des deux 25 points de fixation des câbles selon lesdites directions orthogonales à partir desdites mesures de longueur et desdites mesures d'angles d'inclinaison et pour calculer les déplacements de deux points distincts fixes de l'extrémité inférieure deladite machine à partir du calcul des déplacements des points de fixation de deux câbles et de la mesure des deux angles d'inclinaison 30 de l'axe vertical de la machine. On comprend que, grâce à la mesure en continu de la longueur des câbles entre l'extrémité supérieure de l'engin et les moyens fixes de guidage, et à la mesure des deux angles d'inclinaison des extrémités des câbles fixées sur la machine, on peut calculer en continu les coordonnées 35 des deux points de fixation des câbles et donc leurs éventuels écarts de 3 position par rapport aux positions de références définies à partir des deux moyens de guidage fixe. Dans le document, il est prévu que l'inclinomètre soit disposé entre une extrémité du câble et un système rotulant fixé au châssis. 5 Si un tel système donne toute satisfaction, il a toutefois été constaté que le dispositif manquait parfois de robustesse, susceptible de nuire à la précision des mesures. Objet et résumé de l'invention Un but de l'invention est de proposer une machine de forage remédiant aux inconvénients précités. Pour ce faire, l'invention porte sur une machine de forage pour creuser une tranchée verticale à partir de la surface du sol, comprenant : un châssis muni d'une partie supérieure solidaire d'un dispositif de 15 supportage pour porter le châssis ; un dispositif de mesure de verticalité comportant au moins un premier câble et au moins un premier inclinomètre, une extrémité du premier câble étant connectée à la partie supérieure du châssis et au premier inclinomètre ; 20 De façon caractéristique, la machine de forage comporte en outre au moins un premier dispositif de connexion comportant : un support fixé au châssis ; un corps monté au support par l'intermédiaire d'une liaison rotule; le premier inclinomètre et le premier câble étant fixés au corps en 25 étant disposés de part et d'autre de la liaison rotule. Grâce à l'invention, le premier câble mis en tension exerce une traction sur le châssis via la liaison rotule et non plus sur l'inclinomètre comme dans l'art antérieur. Cette liaison directe entre le premier câble et le châssis favorise la mise en tension et le maintien sous tension, ce qui a 30 pour effet d'améliorer la précision des mesures. On comprend par ailleurs que l'inclinomètre est disposé sous la liaison rotule, de sorte que la tension exercée sur le premier câble est reprise par la liaison rotule et non pas par l'inclinomètre comme dans l'art antérieur, ce qui améliore la robustesse du dispositif de mesure. 35 Avantageusement, le châssis comporte également une partie inférieure qui est munie d'un dispositif d'excavation. 4 Avantageusement, le corps comporte un organe de fixation pour maintenir l'extrémité du premier câble. Un intérêt de l'organe de fixation est de faciliter le montage et le démontage du premier câble au premier dispositif de connexion, ce qui facilite les opérations de maintenance, par 5 exemple en cas de rupture du premier câble. Avantageusement, le corps est muni d'un conduit dans lequel est introduit le premier câble. Le conduit permet de guider l'introduction du premier câble dans le corps, ce qui facilite son montage. De préférence, le conduit est réalisé dans un tube qui coopère avec l'organe de fixation. 10 Avantageusement, le support comporte une partie de fixation pour fixer le support au châssis, et ladite partie de fixation est disposée entre l'extrémité du premier câble et la liaison rotule. Un intérêt est de pouvoir placer la liaison rotule et le premier inclinomètre à l'intérieur du châssis, ce qui contribue à réduire leur 15 exposition aux morceaux de sol excavés qui se trouvent dans la tranchée. On comprend en effet que le premier inclinomètre et la liaison rotule sont disposés en dessous de la partie de fixation, ce qui permet de loger le premier inclinomètre et la liaison rotule à l'intérieur du volume du châssis. 20 Autrement dit, cette configuration avantageuse permet de protéger la liaison rotule et le premier inclinomètre, en réduisant leur exposition aux morceaux de sol excavés qui se trouvent dans la tranchée. De préférence, la partie de fixation comporte une platine ayant une ouverture centrale, et dans laquelle le corps s'étend au travers de 25 l'ouverture centrale. Avantageusement, le corps comporte une première extrémité portant le premier inclinomètre et une seconde extrémité, opposée à la première extrémité, le support comportant une portion de guidage entourant la seconde extrémité du corps. 30 Un intérêt de cette portion de guidage est de limiter le débattement du corps à l'intérieur de la portion de guidage. Cette portion de guidage a également pour fonction de protéger le corps, par exemple contre les chutes de cailloux. De préférence, la portion de guidage comporte un élément 35 annulaire dont l'axe passe par la liaison rotule. 5 L'élément annulaire forme une butée annulaire qui permet de limiter l'angle de pivotement du corps par rapport au châssis. L'élément annulaire contribue également à protéger la seconde extrémité du corps. De préférence, la seconde extrémité du corps comporte un disque 5 dans lequel débouche le conduit précité. Le disque présente un diamètre supérieur au tube et permet de limiter davantage le débattement du corps. Avantageusement, le châssis présente une direction longitudinale, et l'axe de la portion de guidage est parallèle à la direction longitudinale 10 du châssis. Avantageusement, le premier dispositif de connexion comporte au moins un boitier dans lequel est disposée la liaison rotule, et au moins un soufflet d'étanchéité disposé entre le boitier et le corps. On comprend que le tube du corps et le premier inclinomètre sont disposés de part et d'autre du boitier. En outre, le soufflet d'étanchéité a pour fonction de protéger les éléments constitutifs de la liaison rotule, notamment lorsque le forage est réalisé sous boue. De façon avantageuse, le centre de gravité de l'ensemble constitué du premier dispositif de connexion et du premier inclinomètre est situé au niveau de la liaison rotule. De préférence, la machine de forage est une fraise munie de tambours de coupe qui sont rotatifs autour d'axes perpendiculaires à l'axe longitudinal du châssis. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : les figures 1 et 2 illustrent une machine de forage selon l'art antérieur ; - la figure 3 illustre un dispositif de connexion sur l'art antérieur ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un dispositif de connexion conforme à l'invention ; la figure 5 est une vue en coupe axiale du dispositif de la figure 4 ; et 6 - la figure 6 illustre une machine de forage selon l'invention comportant une paire de dispositif de connexion de la figure 4. Description détaillée de l'invention 5 A l'aide des figures 1 à 3, on a décrit un dispositif de mesure de verticalité monté sur une machine de forage, connu de l'art antérieur. Sur ces figures, on a représenté une machine de forage 10 qui est par exemple du type fraise à tambour rotatif. Cette machine comprend essentiellement un châssis 12 et deux tambours rotatifs 14 et 16. La 10 machine est représentée dans la tranchée 18 qu'elle est en train de creuser. La machine 10 est suspendue par un système de moufle non représenté à une machine de levage 20. Selon l'invention, des premier et deuxième câbles 22 et 24 ont 15 leurs premières extrémités 22a et 24a respectivement fixées en deux points distincts A et B de l'extrémité supérieure 26 du châssis 12 de la machine de forage. Ces câbles 22 et 24 ont une faible section pour ne présenter qu'une raideur réduite. Cela ne présente aucun inconvénient puisqu'ils ne supportent pas la machine de forage. 20 De préférence, mais pas nécessairement, les points A et B sont disposés dans le plan médian du châssis de la machine de forage selon sa largeur, c'est-à-dire selon la direction de sa plus grande dimension en section horizontale. L'autre extrémité 22b, 24b de chaque câble 22, 24 est montée sur 25 un tambour 28 porté par la machine de levage 20. Le tambour est équipé d'un système permettant de maintenir les câbles 22 et 24 sous tension, au fur et à mesure de la descente de la machine de forage. De plus, il est prévu pour chaque câble un dispositif 30 de mesure de la longueur de câble déroulée au fur et à mesure de la descente de la 30 machine de forage. On peut ainsi connaître en permanence la côte Z des tambours 14 et 16 de la machine de forage par rapport à la surface du sol S dans lequel on excave la tranchée 18. Pour davantage d'explications quant au fonctionnement dudit dispositif, on pourra se référer au document EP 0 841 465. 35 La figure 3 montre plus en détail un mode de fixation de l'extrémité 22a du câble 22 sur l'extrémité supérieure 26 du châssis 12 de la 7 machine de forage selon l'art antérieur. Le dispositif de fixation comprend une plaque inférieure 31 solidaire de l'extrémité supérieure 26 et fixée au point A. Cette plaque 31 est reliée à un inclinomètre 32 par l'intermédiaire 5 d'un système rotulant 34. L'inclinomètre est solidaire de l'extrémité 22a du premier câble 22. Les indications fournies par l'inclinomètre 32 correspondent à l'inclinaison de la partie terminale du premier câble 22 sans que ces indications soient perturbées par un vrillage du câble ou par la raideur du câble dans sa zone de fixation. 10 La présente invention a pour objet une alternative au dispositif de connexion de l'art antérieur illustré en figure 3. Sur la figure 4, on a illustré un exemple de réalisation d'un premier dispositif de connexion 100 conforme à la présente invention. Ce premier dispositif de connexion 100 comporte un support 102 15 qui est configuré pour être fixé à la partie supérieure 12a du châssis 12. Pour ce faire, le support 102 comporte une partie de fixation 104 pour fixer le support au châssis, par le biais de boulons 108. Le premier dispositif de connexion 100 comporte par ailleurs un corps 110 qui est monté au support 102 par l'intermédiaire d'une liaison 20 rotule 112, qui est mieux visible sur la vue en coupe illustrée en figure 5. Le corps 110 comporte un organe de fixation 120 pour maintenir l'extrémité 22a du premier câble 22. Comme on le comprend à l'aide de la figure 5, le corps 110 comporte un tube 121 qui est muni d'un conduit 122 dont le diamètre est légèrement supérieur à celui du premier câble. 25 Dans ce conduit 122 vient s'insérer le premier câble 22, de sorte que son extrémité 22a, ou à tout le moins une partie d'extrémité, soit en prise avec l'organe de fixation 120. L'organe de fixation 120 comporte dans cet exemple plusieurs vis 121 afin de solidariser l'extrémité 22a du premier câble 22 avec le corps 30 110 L'organe de fixation comporte par ailleurs un passage 123 qui est disposé dans la continuité du conduit 122 dans lequel vient s'insérer l'extrémité 22a du premier câble 22. En référence à la figure 5, on constate que la partie de fixation 106 35 comporte une platine 107 ayant une ouverture centrale 109, le corps 110 s'étendant au travers de ladite ouverture centrale 109. Cette 8 ouverture centrale 109 présente une section transversale sensiblement circulaire. Le premier dispositif de connexion 100 comporte par ailleurs un premier inclinomètre 32 qui est fixé au corps 110. 5 Plus précisément, conformément à l'invention, le premier inclinomètre 32 et l'extrémité 22a du premier câble 22 sont fixés au corps 110 de part et d'autre de la liaison rotule 112. Dans cet exemple, la liaison rotule 112 comporte un centre O et est constituée par une première liaison pivot 140 présentant un axe de 10 rotation I qui est transversal à la direction longitudinale X du conduit 122. Cette première liaison pivot 140, visible en figure 5, est associée à une seconde liaison pivot 142 qui présente un deuxième axe de rotation 3, perpendiculaire au premier axe de rotation I et également perpendiculaire à la direction longitudinale X du conduit 122. Les axes de rotation I et 3 15 sont sécants au centre O de la liaison rotule. Grâce à la liaison rotule 112, l'ensemble constitué du corps 110, du premier inclinomètre 32 peut rotuler par rapport au support 102. Par ailleurs, le corps 110 comporte une première extrémité 110a qui porte le premier inclinomètre 32. Dans cet exemple, le premier 20 inclinomètre 32 est fixé à un support 33. Ce support 33 est lui-même relié à un élément mobile 143 de la liaison rotule 140, cet élément mobile 143 étant lui-même fixé à une tige 111 du corps 110. Cette tige 111 est quant à elle solidaire de l'organe de fixation 120, qui est lui-même solidaire du tube 121. 25 Le corps 110 comporte par ailleurs une seconde extrémité 110b, qui est opposée à la première extrémité 110a. Cette seconde extrémité 110b est située à l'extrémité du tube 121 qui est opposé à l'organe de fixation 120. Le support 102 comporte par ailleurs une portion de guidage 150 qui entoure la seconde extrémité 110b du corps 110. Cette 30 portion de guidage 150 comporte un élément annulaire 152 dont l'axe C passe par le centre O de la liaison rotule. Cet élément annulaire 152 est relié à la platine 107 par le biais d'éléments de jonction 154. Le châssis par ailleurs présente une direction longitudinale L, et 35 l'axe C de l'élément annulaire 152 est parallèle à la direction longitudinale L du châssis, tel que cela est représenté sur la figure 6. 9 En se référant à nouveau à la figure 5, on constate que le corps 110 comporte un disque 160 qui est monté à l'extrémité du tube 121, ce disque 160 comportant un canal 162 qui communique avec le conduit 122, ainsi qu'un orifice de sortie 164 de forme tronconique débouchant 5 vers l'extérieur. On comprend par ailleurs que l'élément annulaire 152 permet de limiter le débattement angulaire autour du centre O de la liaison rotule, dans cet exemple le débattement angulaire, considéré au sommet O d'un cône est compris entre 5° et 9°, de préférence de l'ordre de 7° ou 8°. 10 En se référant à nouveau à la figure 5, on constate que le premier dispositif de connexion 100 comporte un boîtier 170 dans lequel est disposée la liaison rotule 112, ainsi qu'un soufflet d'étanchéité 172 qui est disposé entre le boîtier et le corps 110, afin de protéger les éléments constitutifs de la liaison rotule 112. 15 Dans ce mode de réalisation, le centre de gravité G de l'ensemble constitué de l'ensemble du premier dispositif de connexion 100 et du premier inclinomètre 32 est situé au niveau de la liaison rotule 112, à proximité du centre O de ladite liaison rotule. Grâce à cette disposition, le dispositif de connexion ne gêne pas le déplacement du câble 22, ce qui 20 permet d'obtenir des mesures de verticalité plus précises. En se référant à la figure 6, on constate que le châssis est muni du premier dispositif de connexion 100, tel que décrit précédemment, et d'un deuxième dispositif de connexion 100', identique au premier dispositif de connexion 100. Comme expliqué ci-dessus, les platines des premier et 25 deuxième dispositifs de connexion 100,100' REVENDICATIONS1. Machine de forage (10) pour creuser une tranchée verticale à partir de la surface du sol (S), comprenant : un châssis (12) muni d'une partie supérieure (12a) solidaire d'un dispositif de supportage (13) pour porter le châssis ; un dispositif de mesure de verticalité comportant au moins un premier câble (22) et au moins un premier inclinomètre (32), une extrémité (22a) du premier câble (22) étant connectée à la partie supérieure (12a) du châssis (12) et au premier inclinomètre (32) ; caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins un premier dispositif de connexion (100) comprenant : un support (102) fixé au châssis (12) ; un corps (110) monté au support (102) par l'intermédiaire d'une liaison rotule (112) ; et en ce que le premier inclinomètre (32) et le premier câble (22) sont fixés au corps (110) en étant disposés de part et d'autre de la liaison rotule (112). 2. Machine de forage selon la revendication 1, dans laquelle le corps (110) comporte un organe de fixation (120) pour maintenir l'extrémité (22a) du premier câble (22). 3. Machine de forage selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le corps (110) est muni d'un conduit (122) dans lequel est introduit le premier câble. 4. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le support (102) comporte une partie de fixation (104) pour fixer le support au châssis, et dans laquelle ladite partie de fixation est disposée entre l'extrémité du premier câble et la liaison rotule. 5. Machine de forage selon la revendication 4, dans laquelle la partie de fixation (106) comporte une platine (107) ayant une ouverture 11 centrale (109), et dans laquelle le corps s'étend au travers de l'ouverture centrale. 6. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, dans laquelle le corps (110) comporte une première extrémité (110a) portant le premier inclinomètre (32) et une seconde extrémité (110b), opposée à la première extrémité, et dans laquelle le support (102) comporte une portion de guidage (150) entourant la seconde extrémité (110b) du corps. 10 7. Machine de forage selon la revendication 6, dans laquelle la portion de guidage comporte un élément annulaire (152) dont l'axe (C) passe par la liaison rotule. 15 8. Machine de forage selon la revendication 7, dans laquelle le châssis présente une direction longitudinale (L), et dans laquelle l'axe (C) de l'élément annulaire est parallèle à la direction longitudinale du châssis. 20 9. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier dispositif de connexion (100) comporte au moins un boîtier (170) dans lequel est disposé la liaison rotule (112), et au moins un soufflet d'étanchéité (172) disposé entre le boîtier et le corps (10). 25 10.Machine de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le centre de gravité (G) de l'ensemble constitué du corps (110) et du premier inclinomètre (32) est situé au niveau de la liaison rotule. 30 11. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le châssis comporte en outre une partie inférieure (12b) munie d'un dispositif d'excavation. 35 12. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite machine de forage (10) est une fraise.