Wikigeotech:Forages destructifs

forage destructif. On remarque le fluide de couleur claire qui remonte du trou. Les cuttings indiquent indirectement la nature des terrains traversés

Ce type de sondage consiste à traverser les terrains en imprimant, via le train de tiges, des efforts sur l’outil de forage qui déstructure les sols/roches. Les informations recueillies proviennent du comportement de la machine durant la phase de forage et de l’analyse des débris de sols ou de roche, remontés en surface par le fluide de forage.

Matériel et Mise en œuvre

Selon les caractéristiques des terrains à traverser (nature lithologique, altération, fracturation, dureté, présence d’eau, …) différents équipements et techniques de forage sont utilisées (Fig. n°1), on distingue notamment :

Les sondages en rotation sous l’effet de la poussée de la machine (forage rotary). Mise en œuvre dans les sols ou roches tendres, cette technique utilise de l’eau chargée ou non en additif (bentonite, polymère divers, …) pour assurer la remontée des cuttings, refroidir l’outil (généralement un tricône) et maintenir les parois du forage (Fig. n°2) ;
Dans les roches, les efforts transmis à l’outil sont complétés par des chocs mécaniques imprimés au niveau de la tête de forage (marteau en tête, l’effort est transmis par le train de tige) ou directement au niveau de l’outil : marteau fond de trou fonctionnant grâce à de l’air comprimé qui constitue dans ce cas le fluide de forage. Cette technique nécessite des compresseurs de puissance importante.

Figure 1 : Illustration des différentes techniques de forage destructif (source : Atlas-Copco) avec de gauche à droite : rotation et poussée, rotation et percussion en tête (à l’abri d’un tubage), rotation et percussion en tête, rotation et percussion en fond de trou

Figure 2 : Circulation du fluide dans un forage « rotary »

Pour traverser des terrains boulants, tels que des graves, les outils destructifs associés à un système de tubage à l’avancement ont été développés. Ces dispositifs (type OD ou ODEX) intègrent un marteau fond de trou à un système d’alésage situé en arrière de l’outil central qui se déploie lors du forage et se replie à la remontée. Le tubage est fixé à l’outil lors du forage et désolidarisé lors de la remontée de l’outil (Fig. n°3).

Figure 3 : Configuration de fonctionnement d’un système type ODEX (source DATC) avec à gauche l'alésage du trou sous le tubage et à droite la remontée de l'outil et la descente du tubage

Applications

Les modalités de réalisation de ce type de sondage induisent une forte destructuration des terrains en place (actions de l’outil de forage et remaniement lors du transfert par le fluide de forage). Ainsi, les matériaux remontés permettent de déterminer la succession des couches et au mieux de préciser leur nature.
Cette technique est également employée pour caractériser la continuité et l’homogénéité des formations traversées. Outre la détection des changements de terrain, les variations des principales caractéristiques de fonctionnement de la machine de forage renseignent sur la présence d’hétérogénéité au droit du sondage (zone décomprimée, passage fracturé, vide …). Pour cela on enregistre les paramètres de fonctionnement de la machine autrement appelés paramètres de forage. En règle générale, on enregistre 3 à 4 paramètres simultanément, les plus fréquents étant la vitesse d'avancement, le couple de rotation, la pression sur l'outil, etc. La ME79 détaille précisément comment vérifier les capteurs et établir ces paramètres.

Le forage destructif est la technique la moins coûteuse pour avoir des indications concernant la nature des terrains. Indirectement, le forage réalisé peut également être utilisé pour d'autres fins telles que la mise en place d'équipement en forage. Ce sont tous types d’équipement permettant de suivre le comportement des terrains en place : piézomètres, inclinomètres, ….

Difficultés - Malfaçons

Les matériels utilisés et les modalités de réalisation influencent fortement le déroulement du sondage et peuvent donc conduire à une mauvaise interprétation de la succession géologique en place. On notera en particulier l’influence :

Des diamètres et du type d'outils de forages (voir différents types d'outils ci-dessous) ainsi que leur état d’usure : ces paramètres conditionnent les modalité d’avancement et de cisaillement du matériau au contact de l'outil ;
Des paramètres de fonctionnement imposés par l’opérateur (la pression sur l’outil qui conditionne la vitesse d’avancement, le débit du fluide de forage qui peut engendrer un colmatage ou une érosion du forage).

On notera également la nécessité d’adapter le fluide de forage utilisé en fonction de l’objectif du sondage : dans le cas d’essais ou de mesure sur les nappes, les boues de forage sont à exclure sauf à utiliser des boues biodégradables. Lorsque les terrains sont particulièrement boulants, l'utilisation de fluides visqueux est en général nécessaire pour assurer la stabilité des parois.

Référentiel technique et normatif

Norme NF EN ISO 22475-1 (2007). Reconnaissance et essais géotechniques − Méthodes de prélèvement et mesurages piézométriques − Partie 1 : Principes techniques des travaux.
ME 79. collection Techniques et Méthodes des laboratoires des Ponts et Chaussées. Méthode d'essai 79. Paramètres de forage en géotechnique.