Brevet FR3147297A1 — publié le 20241004

L’invention concerne un procédé d’autoforation du sol (7) pour mettre en place un élément longitudinal conducteur d’électricité (1, 2, 5), comprenant les étapes consistant à : i. creuser le sol (7) à l’aide d’une foreuse ou d’un mât de forage muni(e) d’une barre autoforante creuse (5) faite d’un matériau électriquement conducteur, de manière à insérer dans le sol ladite barre autoforante creuse (5) ; iv. connecter électriquement un câble conducteur d’électricité (1) à une extrémité supérieure de la barre autoforante creuse (5), ledit câble (1) étant relié d’une part à la barre autoforante creuse (5) et étant destiné à être relié d’autre part à un système électrique ; v. isoler électriquement la connexion (2) entre l’extrémité supérieure de la barre autoforante creuse (5) et le câble conducteur d’électricité (1), vis-à-vis d’un électrolyte environnant, l’ensemble formé de la barre autoforante creuse (5), du câble conducteur d’électricité (1) et de la connexion isolée électriquement (2) constituant ledit élément longitudinal conducteur d’électricité. Figure 1 Procédé d’autoforation du sol pour la mise en place d’un élément longitudinal conducteur d’électricité La présente invention concerne le domaine de la protection cathodique ainsi que celui de la mise à la terre. L’invention concerne en particulier un procédé d’installation et de mise en place dans le sol d’une électrode destinée à être reliée à un système électrique pour permettre cette protection cathodique ou cette mise à la terre. Par « électrode », est entendu selon l’invention tout élément conducteur par lequel le courant électrique peut entrer ou sortir. De manière classique et conventionnelle, on distingue parmi les électrodes les « anodes », qui sont des électrodes desquelles sort le courant électrique ; des « cathodes » qui sont des électrodes dans lesquelles entre le courant électrique. Par « anolyte » est entendu selon l’invention tout élément conducteur dans lequel est susceptible de baigner une électrode. Par « anode soluble » est entendu selon l’invention toute anode qui subit une dissolution, partielle ou totale, sous l’effet d’une oxydation. La protection cathodique permet de protéger un métal contre la corrosion. Pour modifier le potentiel du métal à protéger cathodiquement, une anode est utilisée. Les anodes peuvent être de deux types : soit des anodes ayant un potentiel standard plus bas que le métal à protéger (anode sacrificielle), soit des anodes couplées à un générateur de tension continue imposant une différence de potentiel entre les deux métaux (méthode à courant imposé). Dans ce dernier cas, l’anode appartient à un système plus général que l’on appelle un déversoir anodique. La protection cathodique est utilisée pour protéger les structures métalliques de la corrosion, notamment l’acier, les gazoducs, les oléoducs, les canalisations d’eau ou de gaz, les réservoirs, les piliers métalliques des jetées, les navires, les plateformes pétrolières ou encore les structures en béton armé. Pour les ouvrages enterrés, l’anode destinée à protéger l’ouvrage contre les effets de la corrosion doit être insérée dans le sol. Dans le domaine de la protection cathodique, il est inclus également la gestion de courants indésirables tels que les courants alternatifs (par exemple, courants induits par les lignes hautes tensions parallèles aux canalisations) ou les courants vagabonds (par exemple, courants générés par la circulation des trains ou tramway). Afin de protéger les ouvrages des effets de la corrosion créés par la circulation de ces dits courants, des dispositifs particuliers sont connectés électriquement à des électrodes de mise à la terre ou des déversoirs anodiques. Trois solutions techniques sont actuellement connues pour insérer une électrode dans le sol à des fins de protection cathodique ou de mise à la terre : la pose en tranchée, qui consiste en la pose de l’électrode en fond de tranchée ; le fonçage, qui consiste en l’insertion de l’électrode dans le sol par enfoncement mécanique ; et -le forage, qui consiste en le creusement d'un trou cylindrique dans le sol avec enlèvement de matière puis insertion de l’électrode et comblement de l’espace vide par ajout de matière. Les limites de ces trois solutions techniques sont toutefois les suivantes : - pour la pose en tranchée, la profondeur de pose trop limitée engendre une exposition importante aux variations d’humidité, ainsi qu’une emprise au sol importante de l’ouvrage ; - le fonçage est une technique de pose difficile voire impossible dans des sols contenant des blocs de roche ou des matières trop solides ; - la mise en œuvre de la technique de forage est très coûteuse car elle nécessite d’importants moyens techniques et une intervention en plusieurs phases (forage, retrait des tiges de forage, insertion d’électrodes et comblement de l’espace vide). La présente invention permet de résoudre ces insuffisances. En effet, en utilisant une barre autoforante creuse faite d’un matériau électriquement conducteur pour mettre en place dans le sol une électrode destinée à être reliée à un système électrique, le procédé d’autoforation selon l’invention permet de : -mettre en place directement dans le sol, en une seule opération de creusage et d’installation simultanés, le corps d’un élément longitudinal conducteur d’électricité (constitué en l’occurrence de la barre autoforante creuse, qui a servi en même temps d’outil de forage), ce qui permet de résoudre les coûts de mise en œuvre et les problèmes liés au forage ; -résoudre les problèmes liés à la pose en tranchée, du fait de l’insertion d’une électrode en profondeur dans le sol ; et -résoudre les problèmes liés au fonçage, du fait de la possibilité d’insérer l’électrode dans des sols contenant des blocs de roche ou des matières très solides. La mise en place de l’élément longitudinal conducteur d’électricité verticalement dans le sol est en outre facilitée. Ainsi, l’invention a pour objet un procédé d’autoforation du sol pour mettre en place un élément longitudinal conducteur d’électricité, ledit élément étant configuré pour former une électrode destinée à être reliée à un système électrique, le procédé comprenant les étapes consistant à : i. creuser le sol à l’aide d’une foreuse ou d’un mât de forage muni(e) d’une barre autoforante creuse faite d’un matériau électriquement conducteur, de manière à insérer dans le sol ladite barre autoforante creuse ; iv. connecter un câble conducteur d’électricité à une extrémité supérieure de la barre autoforante creuse, ledit câble étant relié d’une part à la barre autoforante creuse et étant destiné à être relié d’autre part au système électrique ; v. isoler électriquement la connexion entre l’extrémité supérieure de la barre autoforante creuse et le câble conducteur d’électricité, vis-à-vis d’un électrolyte environnant, l’ensemble formé de la barre autoforante creuse, du câble conducteur d’électricité et de la connexion isolée électriquement constituant ledit élément longitudinal conducteur d’électricité. Avantageusement, le procédé comprend en outre une étape iii. consistant à injecter un anolyte au travers de la barre autoforante creuse. Un tel anolyte, aussi appelé « mélange régulateur », permet d’améliorer la conductivité et la répartition du champ électrique autour de l’électrode. En effet, l’anolyte assure un meilleur contact conducteur entre le sol et la barre autoforante et, de ce fait, permet une meilleure régulation sur l’ensemble de l’ouvrage métallique devant être protégé par l’électrode, ainsi qu’une meilleure conduction du courant. Lorsque l’électrode est une électrode de mise à la terre, la présence d’un tel anolyte permet d’augmenter le passage du courant et la diffusion de ce dernier, et donc d’améliorer la mise à la terre. Selon un premier mode de réalisation de l’invention, le matériau électriquement conducteur de la barre autoforante creuse est un matériau non soluble, ladite électrode formant une électrode de mise à la terre. Le matériau non soluble utilisé en tant que matériau électriquement conducteur pour la barre autoforante creuse est par exemple de l’acier galvanisé, du cuivre ou de l’acier inoxydable, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend en outre une étape ii. consistant à insérer au moins une anode reliée à un deuxième câble conducteur d’électricité au travers de la barre autoforante creuse ; le deuxième câble conducteur d’électricité étant destiné à être relié au système électrique ; l’ensemble formé de la barre autoforante creuse, de chaque câble conducteur d’électricité, de la connexion isolée électriquement et de ladite au moins une anode formant un déversoir anodique. Ce deuxième mode de réalisation de l’invention concerne en particulier le domaine de la protection cathodique. Chaque anode peut être une anode soluble ou non, de type Ti/MMO, ferrosilicum, graphite, acier, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. Avantageusement, la barre autoforante creuse est pré-équipée d’un revêtement électriquement isolant disposé au niveau de la paroi externe d’une partie supérieure de la barre autoforante creuse, ou le procédé comprend en outre une étape consistant à insérer un manchon électriquement isolant dans le trou de forage, autour d’une partie supérieure de la barre autoforante creuse. Ceci permet de ne pas polluer électriquement des ouvrages tiers situés dans l’environnement électrique des déversoirs anodiques ou de mise à la terre créés. Le revêtement électriquement isolant se présente par exemple sous la forme d’une couche de peinture ou d’une bande isolante. Le manchon électriquement isolant est par exemple constitué d’un matériau thermoplastique, typiquement un polymère thermoplastique comme du poly(chlorure de vinyle) (PVC). Selon un mode de réalisation, la connexion entre le câble conducteur d’électricité et l’extrémité supérieure de la barre autoforante creuse est effectuée par soudure, par boulonnage, ou encore par emmanchement/emboîtement (typiquement via une clavette conique). Cette dernière option s’avère particulièrement fiable, facile à mettre en œuvre et durable. L’invention a également pour objet une utilisation d’une barre autoforante creuse faite d’un matériau électriquement conducteur pour mettre en place dans le sol, au moyen d’un procédé d’autoforation du sol selon l’invention, un élément longitudinal conducteur d’électricité formant une électrode destinée à être reliée à un système électrique. Une telle barre autoforante creuse, initialement prévue pour la consolidation des sols ou des bâtiments, trouve ici un tout nouvel usage en la raccordant électriquement à un système électrique en surface (via le câble conducteur d’électricité), transformant l’ensemble barre autoforante/câble en une électrode conductrice. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de l’exemple de réalisation non limitatif qui va suivre et à l’examen du dessin annexé unique sur lequel : est une vue schématique en coupe d’un élément longitudinal conducteur d’électricité mis en place par un procédé d’autoforation du sol selon un mode de réalisation de l’invention. Sur la , les proportions relatives des différents éléments constitutifs n’ont pas été respectées et ne correspondent pas à la réalité, par souci de clarté. L’invention porte sur un procédé d’autoforation du sol 7 pour mettre en place un élément longitudinal conducteur d’électricité 1, 2, 5. L’élément 1, 2, 5, une fois installé dans le sol 7, est configuré pour former une électrode destinée à être reliée à un système électrique (un tel système électrique n’étant pas représenté sur la pour des raisons de clarté). Selon le cas d’usage final de l’électrode 1, 2, 5 (les deux principaux cas d’usage étant décrits par la suite), le système électrique est par exemple un générateur de courant électrique continu installé en surface (dans le cas d’une application de type « protection cathodique »), ou encore un système de filtrage alternatif ou de courants vagabonds installé en surface (dans le cas d’une application de type « mise à la terre »). Le procédé est dit « d’autoforation » car le même élément 5 sert à la fois d’outil de forage et de corps de l’électrode 1, 2, 5 restant à demeure dans le sol 7, comme cela sera décrit par la suite. Le procédé comporte une première étape consistant à creuser le sol 7 à l’aide d’une foreuse ou d’un mât de forage (non représenté(e)) muni(e) d’une barre autoforante creuse 5, de manière à insérer dans le sol 7 cette barre 5. La barre autoforante creuse 5 s’étend selon une direction principale d’extension longitudinale (correspondant à la direction verticale, ou quelquefois oblique dans certains cas spécifiques, lorsque la barre 5 est insérée dans le sol 7), et est faite d’un matériau électriquement conducteur, tel que par exemple de l’acier galvanisé, du cuivre, de l’acier inoxydable, ou tout autre métal ou alliage métallique conducteur. La barre autoforante creuse 5 est typiquement munie d’un taillant de creusage 6 à son extrémité inférieure. La barre autoforante creuse 5 est par exemple constituée de plusieurs portions de barre, reliées entre elles par des manchons de jonction 3. Chaque portion de barre présente par exemple une longueur de l’ordre de 1,5 m, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. La mise « en cascade » de telles portions de barre pour former la barre autoforante creuse 5 permet d’atteindre des profondeurs de plusieurs dizaines de mètres selon les types de sol 7 et de la technicité générale de forage utilisée. Selon un premier mode de réalisation de l’invention (correspondant au cas d’usage de la « protection cathodique »), le procédé comporte une étape suivante consistant à insérer au moins une anode reliée à un câble conducteur d’électricité au travers de la barre autoforante creuse 5 (ni l’anode ni le câble conducteur d’électricité relié à l’anode n’étant représentés sur la pour des raisons de clarté). Le câble conducteur d’électricité est destiné à être relié au système électrique. Chaque anode peut être une anode soluble ou non. Dans le cas d’anodes solubles, chaque anode vient à être « consommée » progressivement à la place d’un ouvrage métallique (non représenté) à protéger. Chaque anode est alors par exemple constituée d’un matériau choisi parmi le groupe consistant en : du ferrosilicium, de l’acier, du graphite, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. De préférence, le procédé comporte une étape suivante consistant à injecter un anolyte 4 au travers de la barre autoforante creuse 5. L’anolyte 4 est par exemple injecté dans la barre 5 au moyen de la foreuse ou du mât de forage, ou encore manuellement. Dans certains types de sols 7, l'injection de l’anolyte 4 se fait dans la barre autoforante creuse 5, mais remonte également autour pour combler le vide autour de la barre 5 le cas échéant. Dans d’autres types de sols 7 (par exemple du type sols sableux), il n'y a pas de vide autour de la barre autoforante creuse 5 car le sol reprend immédiatement sa place après foration. Dans ce cas l’anolyte 4 reste dans la barre 5. Le procédé comporte une étape suivante consistant à connecter électriquement un câble conducteur d’électricité 1 à une extrémité supérieure de la barre autoforante creuse 5, au niveau d’une connexion 2. Le câble 1 est de préférence gainé extérieurement sur toute sa longueur. La connexion 2 entre le câble conducteur d’électricité 1 et l’extrémité supérieure de la barre autoforante creuse 5 est par exemple effectuée par soudure, par boulonnage, ou encore par emmanchement/emboîtement dans l’orifice supérieur de la barre 5 (typiquement via une clavette conique). Le procédé comporte une étape suivante consistant à isoler électriquement la connexion 2 entre l’extrémité supérieure de la barre autoforante creuse 5 et le câble conducteur d’électricité 1, vis-à-vis d’un électrolyte environnant. L’ensemble formé de la barre autoforante creuse 5, du câble conducteur d’électricité 1 et de la connexion isolée électriquement 2 constituant l’élément longitudinal conducteur d’électricité. Selon le premier mode de réalisation de l’invention décrit précédemment, l’ensemble formé de la barre autoforante creuse 5, de chaque câble conducteur d’électricité, de la connexion isolée électriquement 2 et de la ou chaque anode forme un déversoir anodique destiné à protéger un ouvrage métallique de la corrosion. Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, l’ensemble formé de la barre autoforante creuse 5, du câble conducteur d’électricité 1 et de la connexion isolée électriquement 2 forme une électrode de mise à la terre d’un ouvrage métallique (ce dernier n’étant pas représenté). Selon ce deuxième mode de réalisation, le matériau électriquement conducteur de la barre autoforante creuse 5 est alors un matériau non soluble. De préférence, le procédé comporte une étape finale consistant à insérer un manchon électriquement isolant (non représenté sur la ) dans le trou de forage, autour d’une partie supérieure de la barre autoforante creuse 5. Le manchon électriquement isolant est par exemple constitué d’un matériau thermoplastique, typiquement un polymère thermoplastique comme du poly(chlorure de vinyle) (PVC). En variante, le procédé ne comporte pas cette étape finale, mais la barre autoforante creuse 5 est directement pré-équipée d’un revêtement électriquement isolant disposé au niveau de la paroi externe d’une partie supérieure de la barre 5 (un tel revêtement n’étant pas représenté sur la ). Le revêtement électriquement isolant se présente par exemple sous la forme d’une couche de peinture ou d’une bande isolante. A l’issue du procédé, le ou chaque câble conducteur d’électricité 1 est relié au système électrique, afin de rendre l’ensemble opérationnel. Procédé d’autoforation du sol (7) pour mettre en place un élément longitudinal conducteur d’électricité (1, 2, 5), ledit élément (1, 2, 5) étant configuré pour former une électrode destinée à être reliée à un système électrique, le procédé comprenant les étapes consistant à : i. creuser le sol (7) à l’aide d’une foreuse ou d’un mât de forage muni(e) d’une barre autoforante creuse (5) faite d’un matériau électriquement conducteur, de manière à insérer dans le sol (7) ladite barre autoforante creuse (5) ; iv. connecter électriquement un câble conducteur d’électricité (1) à une extrémité supérieure de la barre autoforante creuse (5), ledit câble (1) étant relié d’une part à la barre autoforante creuse (5) et étant destiné à être relié d’autre part au système électrique ; v. isoler électriquement la connexion (2) entre l’extrémité supérieure de la barre autoforante creuse (5) et le câble conducteur d’électricité (1), vis-à-vis d’un électrolyte environnant, l’ensemble formé de la barre autoforante creuse (5), du câble conducteur d’électricité (1) et de la connexion isolée électriquement (2) constituant ledit élément longitudinal conducteur d’électricité. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape iii. consistant à injecter un anolyte (4) au travers de la barre autoforante creuse (5). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le matériau électriquement conducteur de la barre autoforante creuse (5) est un matériau non soluble, ladite électrode formant une électrode de mise à la terre. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une étape ii. consistant à insérer au moins une anode reliée à un deuxième câble conducteur d’électricité au travers de la barre autoforante creuse (5) ; le deuxième câble conducteur d’électricité étant destiné à être relié au système électrique ; l’ensemble formé de la barre autoforante creuse (5), de chaque câble conducteur d’électricité, de la connexion isolée électriquement (2) et de ladite au moins une anode formant un déversoir anodique. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la barre autoforante creuse (5) est pré-équipée d’un revêtement électriquement isolant disposé au niveau de la paroi externe d’une partie supérieure de la barre autoforante creuse, ou dans lequel le procédé comprend en outre une étape consistant à insérer un manchon électriquement isolant dans le trou de forage, autour d’une partie supérieure de la barre autoforante creuse (5). Utilisation d’une barre autoforante creuse (5) faite d’un matériau électriquement conducteur pour mettre en place dans le sol, au moyen d’un procédé d’autoforation du sol selon l’une quelconque des revendications précédentes, un élément longitudinal conducteur d’électricité (1, 2, 5) formant une électrode destinée à être reliée à un système électrique.