Domaine Technique

La présente invention concerne le domaine du traitement d'un sol afin d'en modifier les propriétés physiques telles que par exemple l'étanchéité ou la solidité. L'invention porte plus précisément sur un procédé de traitement d'un tel sol.

Technique antérieure

Il est connu d'injecter dans un sol des fluides d'injection tel que des produits d'étanchéification ou de rigidification. En particulier, lorsqu'un produit de rigidification est injecté dans un sol, il comble les aspérités dudit sol ou les fissures présentes en cas de sol rocheux, afin de consolider ce dernier.

Pour traiter un sol en profondeur, il est connu des procédés dans lesquels on réalise un forage puis on injecte le fluide d'injection depuis une zone d'injection à l'intérieur du forage, vers la paroi latérale dudit forage. Le fluide d'injection se répand alors dans le sol, de sorte qu'une portion de sol est alors traitée. En présence de terrain fortement fracturé ou très instable, il peut toutefois être nécessaire de renforcer la paroi latérale du forage. Aussi, pour éviter que cette paroi ne s'effondre et bouche le forage, on introduit traditionnellement un tube dans le forage, au-dessus de la zone d'injection, au niveau des portions de sol instables.

Ce tube permet de maintenir la paroi latérale du forage et de procéder au traitement du sol indépendamment de l'état du sol aux différentes profondeurs considérées le long du forage. Lorsque l'injection du fluide est terminée, le tube est extrait du forage.

Un inconvénient de ce type de procédé est que lors de l'injection, le fluide d'injection est projeté en partie vers le tube de sorte qu'il couvre ledit tube et s'infiltre entre le tube et la paroi du forage. Le fluide d'injection augmente les frottements entre le tube et le sol, ce qui complique fortement le déplacement ou l'extraction du tube hors du forage. Dans le pire des cas, le fluide d'injection se solidifie de sorte que le tube est pris dans le fluide d'injection, notamment lorsqu'il s'agit d'un produit de rigidification. Le tube est alors bloqué dans le forage par le fluide d'injection, auquel cas il doit être abandonné dans le forage, ce qui n'est pas souhaitable. Il est connu d'utiliser un obturateur disposé entre le fond du forage et le tube, afin de délimiter une zone d'injection. L'obturateur permet d'empêcher la projection du fluide d'injection directement sur le tube et donc de limiter le risque de blocage du tube dans le forage.

On comprend toutefois qu'une fois injecté, le fluide d'injection percole et se propage de proche en proche dans le sol de sorte qu'il contourne l'obturateur. Le fluide d'injection, éventuellement mélangé à des particules de sol, forme alors des déblais s'infiltrant finalement entre le tube et la paroi latérale du forage. L'obturateur est donc insuffisant pour s'affranchir du blocage du tube dans le forage, causé par le fluide d'injection.

Exposé de l’invention

Un but de la présente invention est de proposer un procédé de traitement d'un sol remédiant aux problèmes précités.

Pour ce faire, l'invention porte sur un procédé de traitement d'un sol comprenant les étapes suivantes : on fournit un tube ayant une extrémité distale ; on réalise un forage dans le sol, le forage ayant un fond, une paroi latérale, une profondeur de forage et s'étendant selon une direction de forage;

on positionne le tube dans le forage à une première profondeur prédéterminée inférieure à la profondeur de forage ; on introduit au moins un premier élément d'obturation dans le forage à une deuxième profondeur prédéterminée comprise entre la première profondeur prédéterminée et la profondeur de forage, de sorte qu'il s'étend entre l'extrémité distale du tube et le fond du forage, ledit au moins un premier élément d'obturation étant configuré pour obturer le forage afin de définir une zone d'injection située entre ledit au moins un premier élément d'obturation, le fond du forage et la paroi latérale du forage ; puis on injecte un fluide d'injection dans la zone d'injection tout en réalisant une étape d'évacuation des déblais situés entre le tube et la paroi latérale du forage.

Le procédé selon l'invention permet de traiter une ou plusieurs portions de sol choisies à l'aide du fluide d'injection ayant des propriétés physiques adaptées au traitement souhaité.

Le forage est de préférence réalisé à l'aide d'une machine de forage comprenant un outil de découpe du sol. Il présente sensiblement la forme d'un cylindre ayant un diamètre. Le forage comprend avantageusement un bord en partie supérieure, débouchant hors du forage. Le forage est préférentiellement réalisé de manière à traverser la portion de sol à traiter, et la profondeur de forage est choisie de sorte que la portion de sol à traiter est située entre le fond et le bord du forage.

La direction de forage peut être sensiblement verticale ou inclinée par rapport à la verticale.

Le tube présente de préférence la forme d'un cylindre ayant un diamètre légèrement inférieur au diamètre du forage, de sorte qu'il peut aisément être introduit dans ledit forage. Il présente de préférence une longueur inférieure à la profondeur de forage.

Le tube est de préférence configuré pour être disposé dans le forage en regard d'une portion de sol instable ou fracturée, susceptible de s'effondrer. Il permet alors de maintenir la paroi latérale du forage sur une hauteur égale à la première profondeur prédéterminée, afin d'empêcher ladite paroi latérale de s'effondrer.

L'extrémité distale du tube est configurée pour être orientée vers le fond du forage lorsque le tube est introduit dans le forage. La première profondeur prédéterminée est la profondeur à laquelle s'étend ladite extrémité distale du tube lorsqu'il est placé dans le forage.

De plus, le tube comprend de préférence une extrémité proximale configurée pour s'étendre à l'extérieur du forage.

Préférentiellement, le tube de forage peut être déplacé dans le forage de manière à soutenir successivement la paroi latérale du forage à différentes profondeurs. En particulier, le tube peut être déplacé dans une direction opposée au fond du forage, de manière à augmenter progressivement la hauteur de la zone d'injection.

Le fluide d'injection peut être injecté successivement à différentes profondeurs afin de traiter une pluralité de portions de sols.

Sans sortir du cadre de l'invention, le procédé peut comprendre la fourniture et le positionnement d'une pluralité de tubes à différentes profondeurs afin de consolider la paroi latérale du forage auxdites différentes profondeurs.

On injecte le fluide d'injection depuis la zone d'injection, à l'intérieur du forage, de préférence vers la paroi latérale du forage.

Le premier élément d'obturation présente avantageusement une forme cylindrique et un diamètre sensiblement égal au diamètre du forage. Lorsqu'il est introduit dans le forage, il forme de préférence une barrière hermétique afin d'empêcher la projection de fluide hors de la zone de projection et donc directement vers le tube.

On comprend toutefois que le fluide d'injection risque de s'infiltrer dans le sol et de s'y propager par percolation. Aussi, le fluide d'injection, éventuellement mélangé avec des particules de sol, risque de contourner le premier élément d'obturation et de venir en contact avec le tube de forage, via le sol. Le fluide d'injection, éventuellement mélangé avec les particules de sol, forme alors des déblais s'infiltrant entre le tube et la paroi latérale du forage. Ces déblais perturbent le déplacement et l'extraction du tube par rapport au forage.

L'étape d'évacuation des déblais permet alors d'ôter tout ou partie de ces déblais et donc du fluide d'injection en contact avec le tube. Un intérêt est d'empêcher que le tube ne soit pris dans le fluide d'injection, notamment s'il s'agit d'un produit de rigidification tel un ciment. L'étape d'évacuation des déblais permet également d'alléger le tube et de réduire les frottements entre le tube et la paroi latérale du forage, générés par lesdits déblais.

L'étape d'évacuation des déblais facilite donc le déplacement du tube dans le forage ainsi que l'extraction dudit tube hors du forage. Les déblais sont évacués vers l'extérieur du forage et peuvent être traités et réutilisés ultérieurement.

De manière non limitative, l'évacuation des déblais peut être réalisée dès le début de l'injection du fluide d'injection ou de manière différée. L'étape d'évacuation des déblais est de préférence réalisée avant solidification du fluide d'injection en contact avec le tube, notamment lorsqu'il s'agit d'un coulis, par exemple de ciment.

De préférence, l'étape d'évacuation des déblais comprend le nettoyage de la surface extérieure du tube. Un intérêt est d'enlever tout ou partie du fluide d'injection s'étant infiltré entre la paroi latérale du forage et ladite surface extérieure du tube. Le nettoyage de la surface extérieure du tube permet de décoller et évacuer les déblais jusqu'à ce que la surface extérieure du tube soit sensiblement allégée en fluide d'injection et en déblais. Ceci permet encore de réduire les frottements entre le tube et ladite paroi latérale du forage de manière à faciliter d'autant plus le déplacement ou l'extraction du tube hors du forage.

On nettoie de préférence la partie du tube qui est disposée dans le sol.

De manière non limitative, l'étape de nettoyage de la surface extérieure du tube peut être réalisée par aspiration des déblais, par injection d'un fluide de lavage, en frottant la surface extérieure du tube ou par toute autre technique permettant de réduire la quantité de déblais couvrant ladite surface extérieure du tube.

Avantageusement, l'étape de nettoyage de la surface extérieure du tube comprend la mise en rotation dudit tube autour de la direction de forage. Cette mise en rotation permet d'éviter la solidification du fluide d'injection en contact avec le tube et donc le blocage du tube dans le forage. En outre, la mise en rotation du tube à pour tendance de déplacer les déblais vers les extrémités du tube et donc de nettoyer la surface extérieure du tube. Par ailleurs, la mise en rotation du tube génère des frottements entre la surface extérieure du tube et la paroi latérale du forage permettant de décoller les déblais couvrant ladite surface extérieure du tube.

La vitesse de rotation du tube est de préférence relativement lente, de l'ordre de quelques tours par minute. La vitesse de rotation du tube peut avantageusement être contrôlée, surveillée et enregistrée.

La mise en rotation du tube peut être commandée manuellement par un opérateur ou déclenchée automatiquement en réponse à un signal de déclenchement. Préférentiellement, l'étape de mise en rotation du tube est réalisée à l'aide d'un dispositif de déplacement configuré pour entraîner le tube en rotation autour de la direction de forage.

De manière non limitative, le dispositif de déplacement peut être également configuré pour déplacer le tube en translation, notamment selon la direction de forage. Ceci permet d'introduire facilement le tube dans le forage et d'ajuster aisément la première profondeur déterminée à laquelle s'étend le tube dans le forage, tout en mettant ledit tube en rotation.

Le dispositif de déplacement est disposé avantageusement hors du forage et coopère avec le tube de sorte que l'extrémité proximale du tube s'étend également hors du forage. Le couple appliqué au tube lors de sa mise en rotation peut avantageusement être contrôlé.

De manière avantageuse, l'extrémité distale du tube porte un organe de coupe, et l'étape de forage du sol est réalisée à l'aide du tube déplacé dans le sol selon la direction de forage jusqu'à la profondeur de forage. Un intérêt est de réaliser le forage et l'introduction du tube dans le forage en une seule étape. On s'affranchit de l'utilisation d'un outil de forage distinct du tube et d'une étape d'introduction du tube ultérieure au forage. Ceci permet de gagner du temps et de réduire le nombre d'outils nécessaires pour la mise en œuvre du procédé de traitement. Avantageusement, le diamètre du tube est sensiblement égal au diamètre du forage, grâce à quoi le tube épouse sensiblement la forme du forage. Un intérêt est de réduire au maximum l'affaissement de la paroi latérale du forage vers l'intérieur du forage. Le risque d'effondrement de la paroi latérale du forage est d'autant plus réduit.

Préférentiellement, le procédé comprend les étapes selon lesquelles on fournit un capteur de couple, on mesure le couple résistant appliqué au tube à l'aide du capteur de couple, et on détecte une éventuelle présence de déblais en contact avec le tube, grâce au couple résistant mesuré.

La présence de déblais, et notamment de fluide d'injection, au contact du tube induit des frottements s'opposant à la mise en rotation dudit tube. Ceci génère un couple résistant s'opposant à l'entrainement du tube en rotation. Aussi, en détectant la présence d'un tel couple résistant, ou d'un couple résistant supérieur à un seuil prédéterminé, appliqué au tube, à l'aide du capteur de couple, on peut déduire la présence de déblais perturbant la rotation du tube.

Un intérêt et de pouvoir déclencher la mise en rotation du tube uniquement en présence de déblais au contact dudit tube. Ceci permet de réduire l'usure du tube ainsi que les coûts en carburant nécessaires à sa mise en rotation.

De préférence, ledit au moins un premier élément d'obturation présente une position rétractée dans laquelle il peut être déplacé dans le forage et une position déployée dans laquelle il coopère avec la paroi latérale du forage pour obturer le forage afin de définir ladite zone d'injection. Un intérêt est de pouvoir introduire facilement l'élément d'obturation dans le forage. Il est préférentiellement introduit dans le forage en position rétractée, déplacé jusqu'à la deuxième profondeur prédéterminée puis placé en position déployée.

Un autre intérêt est de pouvoir ajuster la position du premier élément d'obturation à tout moment, par exemple lorsqu'il est nécessaire de traiter successivement différentes portions de sols à différentes profondeurs. Dans ce cas, le premier élément d'obturation est placé en position rétractée, déplacé, puis de nouveau placé en position déployée. Ceci permet également d'ajuster les dimensions de la zone d'injection.

Avantageusement, ledit au moins un premier élément d'obturation est gonflable. En position rétractée, l'élément d'obturation est dégonflé tandis qu'il est gonflé lorsqu'il est placé en position déployée. Un intérêt est de pouvoir placer facilement et rapidement le premier élément d'obturation en position rétractée ou en position déployée. Un autre intérêt est que le premier élément d'obturation épouse plus efficacement la paroi latérale du forage une fois gonflé, ce qui réduit le risque de fuite et donc d'infiltration de fluide d'injection entre ladite paroi latérale du forage et ledit premier élément d'obturation.

De manière non limitative, l'élément d'obturation peut être relié à un organe de gonflage disposé hors du forage, permettant de le gonfler ou le dégonfler depuis l'extérieur du forage.

Préférentiellement, l'introduction dudit au moins un premier élément d'obturation dans le forage comprend l'introduction dudit premier élément d'obturation, en position rétractée, dans le tube et le déplacement dudit premier élément d'obturation le long du tube jusqu'à la deuxième profondeur prédéterminée. Le tube est donc mis en place dans le forage avant d'introduire et de positionner le premier élément d'obturation. Un intérêt est de réduire le risque que ledit premier élément d'obturation ne soit endommagé à cause d'un effondrement de la paroi latérale du forage. En outre, le tube permet de guider le déplacement du premier élément d'obturation dans le forage. Les dimensions transversales du premier élément d'obturation en position rétractée sont inférieures au diamètre du tube.

De manière avantageuse, l'injection du fluide d'injection est réalisée à l'aide d'un dispositif d'injection comprenant un canal d'injection s'étendant à l'intérieur du tube et débouchant dans la zone d'injection.

Le canal d'injection est de préférence connecté à une source d'alimentation en fluide d'injection située hors du forage et permet d'amener le fluide d'injection depuis l'extérieur du forage jusque dans la zone d'injection. Le tube permet de protéger le canal d'injection contre l'effondrement de la paroi latérale du forage et réduit les risques d'endommagement dudit canal d'injection.

De préférence, le dispositif d'injection comprend une buse d'injection disposée à l'extrémité distale du canal d'injection et configurée pour être introduite dans la zone d'injection, à une profondeur voulue. Le dispositif d'injection est de préférence déplacé le long du forage, dans la zone d'injection, afin de traiter une pluralité de portions de sol à des profondeurs différentes.

Avantageusement, le canal d'injection traverse ledit au moins un premier élément d'obturation, grâce à quoi le fluide d'injection peut être aisément injecté dans la zone d'injection, entre le premier élément d'obturation et le fond du forage. Le premier élément d'obturation s'étend donc radialement autour du canal d'injection. Lorsqu'il est en position déployée, le premier élément d'obturation épouse sensiblement la forme du canal d'injection, de manière à réduire le risque d'infiltration de fluide d'injection entre ledit premier élément d'obturation et ledit canal d'injection.

De préférence, le premier élément d'obturation et le canal d'injection sont introduits simultanément dans le forage.

Préférentiellement, le procédé de traitement comprend une étape selon laquelle on introduit un deuxième élément d'obturation dans le forage à une troisième profondeur prédéterminée comprise entre la deuxième profondeur prédéterminée et la profondeur de forage, de sorte qu'il se trouve entre ledit au moins un premier élément d'obturation et le fond du forage, ledit deuxième élément d'obturation étant configuré pour obturer le forage de sorte que la zone d'injection s'étend entre le premier élément d'obturation, le deuxième élément d'obturation et la paroi latérale du forage.

Le deuxième élément d'obturation empêche l'injection de fluide directement entre le fond du forage et ledit deuxième élément d'obturation. Un intérêt est de délimiter une zone d'injection de hauteur réduite, considérée selon la direction de forage. Ceci permet de traiter une portion de sol réduite et localisée. On évite ainsi de traiter le sol jusqu'au fond du forage, si cela n'est pas nécessaire.

Le deuxième élément d'obturation est de préférence identique au premier élément d'obturation. Il est préférentiellement gonflable et peut être déplacé aisément à l'intérieur du forage. De manière avantageuse, les premier et deuxième éléments d'obturation sont fixes l'un par rapport à l'autre de sorte que la distance les séparant reste constante et qu'ils peuvent être déplacés conjointement.

Selon une variante non limitative, les premier et deuxième éléments d'obturation peuvent être mobiles l'un par rapport à l'autre. Aussi, dans cette variante, la hauteur de la zone d'injection, considérée selon la direction de forage, peut être ajustée en déplaçant les premier et deuxième éléments d'obturation l'un par rapport à l'autre, afin de modifier la distance les séparant.

De manière avantageuse, les premier et deuxième éléments d'obturation sont introduits dans le forage en même temps. Ils sont de préférence tous les deux introduits dans le tube en position rétractée, positionnés dans le forage puis placés en position déployée. De préférence, le fluide d'injection est choisi parmi un produit d'étanchéification et une boue durcissable configurée pour consolider le sol. Le produit d'étanchéification est particulièrement adapté lorsqu'il est nécessaire de traiter le sol pour réduire les infiltrations d'eau, par exemple sous un barrage. L'utilisation d'une boue durcissable est particulièrement adaptée pour renforcer le sol, lorsqu'il est destiné à soutenir un bâtiment.

En variante, le fluide d'injection peut être un coulis ou un béton.

Le fluide d'injection est de préférence un fluide apte à s'infiltrer et percoler dans un sol poreux, afin de s'y propager pour traiter une portion de sol étendue autour du forage.

Avantageusement, l'étape de nettoyage de la surface extérieure du tube comprend l'injection d'un fluide de lavage autour du tube. Un intérêt est d'éliminer efficacement les déblais s'étant infiltrés entre le tube de forage et la paroi latérale du forage. Le fluide de lavage emporte les déblais situés entre le tube et la paroi latérale du forage et nettoie efficacement la surface extérieure du tube. Le risque que le tube reste coincé dans le forage est d'autant plus réduit.

Le fluide de lavage est avantageusement projeté de manière homogène sur toute la surface extérieure du tube. L'injection du fluide de lavage peut être déclenchée dès l'injection du fluide d'injection ou de manière différée.

Sans sortir du cadre de l'invention, l'étape de nettoyage de la surface extérieure du tube peut comprendre uniquement la mise en rotation du tube, uniquement l'injection du fluide de lavage ou la mise en rotation du tube simultanément à l'injection du fluide de lavage.

Préférentiellement, Le fluide de lavage est injecté si une présence de déblais en contact avec le tube est détectée à l'aide du capteur de couple. Un intérêt est de ne pas injecter le fluide de lavage inutilement, en absence de déblais en contact avec le tube. Ceci réduit la quantité de fluide de lavage nécessaire et donc les coûts associés au nettoyage du tube.

De manière non limitative, l'injection du fluide de lavage peut être déclenchée lorsque la quantité de déblais détectée au contact du tube est supérieure à un seuil prédéterminé.

De manière avantageuse, le fluide de lavage est injecté par l'extrémité distale du tube vers le fond du forage. Le tube est utilisé comme une conduite, de sorte que le fluide est introduit dans le tube depuis son extrémité proximale, puis amené jusqu'à l'extrémité distale du tube et enfin injecté dans le forage par son extrémité distale. Le fluide de lavage remplit alors une partie supérieure du forage située au-dessus du premier élément d'obturation et s'infiltre entre la surface extérieure du tube et la paroi latérale du forage. Les déblais présents dans cette partie supérieure du forage se mélangent alors au fluide de lavage et sont entraînés vers l'extrémité supérieure du forage. Le fluide de lavage chasse ensuite les déblais hors du forage. Cette étape permet d'évacuer les déblais et de nettoyer efficacement la surface extérieure du tube.

De préférence, l'étape d'injection d'un fluide de lavage est réalisée à l'aide d'une tête d'injection configurée pour injecter le fluide de lavage dans le tube, la tête d'injection comprenant une partie fixe et une partie pivotante, la partie pivotante étant configurée pour coopérer avec le tube. La tête d'injection est de préférence configurée pour être connectée à une source d'alimentation en fluide de lavage.

La tête d'injection peut avantageusement être montée de manière amovible à l'extrémité proximale du tube, de sorte que la partie pivotante coopère avec ladite extrémité proximale du tube. La partie fixe peut être solidaire d'un dispositif de déplacement du tube.

La tête d'injection comprend avantageusement un trou traversant les parties fixe et pivotante selon la direction de forage. Le trou traverse donc la tête d'injection, de préférence de part en part. Ledit trou est configuré pour recevoir un canal d'injection. En outre, le premier élément d'obturation peut avantageusement être introduit par ledit trou traversant et guidé jusque dans le forage via la tête d'injection puis le tube.

La tête d'injection comprend avantageusement une paroi latérale dans laquelle est ménagé un orifice. Ledit orifice traverse la partie fixe et la partie pivotante et débouche dans le trou traversant. Ledit orifice est configuré pour être connecté à une source d'alimentation en fluide de lavage. Aussi, le fluide est injecté dans le trou traversant la tête d'injection, via l'orifice ménagé dans sa paroi latérale. Le fluide de lavage est alors guidé dans le tube. Le fluide de lavage s'écoule avantageusement entre le tube et le canal d'injection.

L'invention porte également sur un dispositif de traitement d'un sol dans lequel est réalisé un forage ayant un fond, une paroi latérale, une profondeur de forage et s'étendant selon une direction de forage, le dispositif de traitement comprenant : un tube ayant une extrémité distale, ledit tube étant configuré pour être positionné dans le forage à une première profondeur prédéterminée inférieure à la profondeur de forage ; au moins un premier élément d'obturation configuré pour être introduit dans le forage à une deuxième profondeur prédéterminée comprise entre la première profondeur prédéterminée et la profondeur de forage, ledit au moins un premier élément d'obturation étant configuré pour obturer le forage afin de définir une zone d'injection située entre ledit au moins un premier élément d'obturation, le fond du forage et la paroi latérale du forage ;

un dispositif d'injection configuré pour injecter un fluide d'injection dans le forage ; et un dispositif d'évacuation des déblais configuré pour évacuer les déblais situés entre le tube et la paroi latérale du forage lors de l'injection du fluide d'injection dans le forage.

De préférence, le dispositif d'évacuation des déblais comprend un dispositif de déplacement configuré pour mettre en rotation le tube autour de la direction de forage.

Avantageusement, le dispositif d'évacuation des déblais comprend une tête d'injection pour injecter un fluide de lavage autour du tube.

Brève description des dessins

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

[Fig. l]La figure 1 illustre une première étape d'un procédé de traitement d'un sol conforme à l'invention;

[Fig. 2]La figure 2 illustre une deuxième étape du procédé de traitement d'un sol conforme à l'invention;

[Fig. 3]La figure 3 illustre une troisième étape du procédé de traitement d'un sol conforme à l'invention;

[Fig. 4]La figure 4 illustre une quatrième étape du procédé de traitement d'un sol conforme à l'invention;

[Fig. 5]la figure 5 illustre une cinquième étape du procédé de traitement d'un sol conforme à l'invention;

[Fig. 6]La figure 6 illustre une sixième étape du procédé de traitement d'un sol conforme à l'invention;

[Fig. 7]La figure 7 illustre une septième étape du procédé de traitement d'un sol conforme à l'invention;

[Fig. 8]La figure 8 illustre une huitième étape du procédé de traitement d'un sol conforme à l'invention; [Fig. 9]La figure 9 illustre une neuvième étape du procédé de traitement d'un sol conforme à l'invention;

[Fig. 10]La figure 10 illustre une variante de la neuvième étape du procédé de traitement d'un sol de la figure 9;

[Fig. ll]La figure 11 illustre le sol traité suite à l'étape illustrée en figure 10;

[Fig. 12]La figure 12 illustre une tête d'injection d'un dispositif de traitement selon l'invention ; et

[Fig. 13]La figure 13 illustre une vue en coupe de la tête d'injection de la figure 12.

Description des modes de réalisation

L'invention porte sur un procédé de traitement d'un sol. Ce procédé permet de modifier les propriétés physiques d'une portion de sol à traiter, par injection d'un fluide d'injection.

A l'aide des figures 1 à 9, on va décrire un premier mode de réalisation du procédé, conforme à la présente invention, de traitement d'une première portion ZI d'un sol S et d'une seconde portion Z2 dudit sol. Dans cet exemple, le sol S comprend notamment une première partie instable SI et une seconde partie instable S2 s'étendant au-dessus de la première partie instable SI.

Conformément au procédé selon l'invention, on fournit un tube 10 creux et cylindrique, ayant une extrémité proximale 10a et une extrémité distale 10b, opposée à l'extrémité distale 10a. Dans cet exemple, l'extrémité distale 10b correspond à l'extrémité inférieure du tube et l'extrémité proximale 10a correspond à l'extrémité supérieure du tube 10. Le tube 10 comprend en son extrémité distale 10b une pluralité de dents de découpe 12 formant un organe de coupe pour découper le sol S.

De manière non limitative, on fournit également une machine de forage 14 munie d'un mât 16 et d'un dispositif de déplacement 18. Dans cet exemple non limitatif, le dispositif de déplacement 18 est monté coulissant le long du mât 16. Le tube 10 coopère avec le dispositif de déplacement 18 de sorte que ledit dispositif de déplacement 18 est configuré pour entraîner ledit tube 10 en rotation.

La vitesse de rotation du tube 10 peut avantageusement être contrôlée et ajustée. Par ailleurs, le dispositif de déplacement 18 comprend également un capteur de couple 19, permettant de mesurer un couple résistant appliqué au tube 10, s'opposant à sa mise en rotation. Dans cet exemple non limitatif, le procédé comprend une première étape de réalisation d'un forage à l'aide du tube 10. Comme illustré en figure 1, le dispositif de déplacement 18 est translaté le long du mât 16, vers le bas, de manière à déplacer le tube 10 sensiblement verticalement vers le bas. En parallèle, le dispositif de déplacement 18 entraîne le tube 10 en rotation, afin de découper le sol à l'aide des dents de découpe 12, de manière à réaliser ledit forage F. En variante, il pourrait être envisagé de faire vibrer le tube 10 afin de découper le sol S. Le tube constitue donc un tube de forage.

Sans sortir du cadre de l'invention, le forage F pourrait être réalisé au moyen d'un outil de forage indépendant du tube.

Le forage F est réalisé de manière à traverser au moins partiellement les portions de sol Z1,Z2 à traiter. Comme on le constate sur la figure 2, le forage comprend un fond Fa et une paroi latérale Fb. En outre, ledit forage F s'étend selon une direction de forage Y et jusqu'à une profondeur de forage Pf.

Dans cet exemple, le forage traverse également les première et seconde parties de sol instables S1,S2.

Lorsque le tube 10 a atteint la profondeur de forage Pf souhaitée illustrée en figure 1, on réalise une deuxième étape selon laquelle le dispositif de déplacement 18 est translaté le long du mât 16, vers le haut. Le tube 10, coopérant avec le dispositif de déplacement 18, est donc également déplacé vers le haut et remonte le long du forage F. Le tube est alors positionné dans le forage à une première profondeur prédéterminée PI. Plus précisément, le tube est positionné de sorte que son extrémité distale 10b s'étende à ladite première profondeur prédéterminée PI.

Ladite profondeur prédéterminée PI est inférieure à la profondeur de forage Pf et inférieure à la profondeur à laquelle s'étend la première portion de sol ZI à traiter. Aussi, le tube s'étend au-dessus de la portion de sol à traiter et en regard des première et seconde parties de sol instable S1,S2, susceptibles de s'effondrer. Le tube 10 s'étend dans le forage F, selon la direction de forage Y.

Le tube permet alors de maintenir la paroi latérale Fb du forage sur une hauteur égale à la première profondeur prédéterminée PI, et donc notamment au niveau des première et seconde parties de sol instable S1,S2, afin d'empêcher ladite paroi latérale Fb de s'effondrer. En outre, on constate que le diamètre du tube 10 est très légèrement inférieur au diamètre du forage F de sorte qu'il épouse sensiblement la paroi latérale Fb du forage F. Un intérêt est d'empêcher d'autant plus efficacement l'effondrement de la paroi latérale du forage vers l'intérieur dudit forage F.

Le tube 10 est muni en son extrémité proximale 10a d'une tête d'injection 20. Un exemple de tête d'injection 20 est illustré en figures 12 et 13. Elle est de préférence montée de manière amovible à l'extrémité proximale 10a du tube.

La tête d'injection 20 comprend une partie fixe 22 solidaire du dispositif de déplacement 18, par l'intermédiaire d'une tige 23. La tête d'injection 20 comprend en outre une partie pivotante 24 configurée pour pivoter par rapport à la partie fixe 22. Par ailleurs, la tête d'injection 20 comprend un trou 26 traversant les parties fixe 22 et pivotante 24 et traversant donc la tête d'injection, de haut en bas selon un axe. Ledit axe est confondu avec la direction de forage Y lorsque le tube 10 s'étend dans ledit forage. Les parties fixe 22 et pivotante 24 présentent une forme sensiblement cylindrique. La partie pivotante 24 coopère avec l'extrémité proximale 10a du tube 10, de sorte qu'elle pivote selon la direction de forage Y lorsque le tube est entraîné en rotation. La tête d'injection comprend de plus un orifice 25 traversant les parties fixe 22 et pivotante 24 radialement. L'orifice 25 débouche dans le trou traversant 26. Ledit orifice 25 est configuré pour être connecté à une source d'alimentation en fluide de lavage. La tête d'injection comprend également des joints pivotants 27 disposés entre la partie pivotante 24 et la partie fixe 22.

On introduit ensuite un premier élément d'obturation 30 dans le forage, comme on peut le voir sur la figure 3. Dans cet exemple non limitatif, le premier élément d'obturation 30 est gonflable et présente une position rétractée dans laquelle il est dégonflé, et une position déployée dans laquelle il est gonflé. Il est en outre monté sur un canal d'injection 32, de sorte que ledit canal d'injection 32 traverse le premier élément d'obturation 30. Le premier élément d'obturation 30 est en outre relié à un organe de gonflage disposé hors du forage via une conduite de gonflage. Pour des raisons de lisibilité, ledit organe de gonflage et ladite conduite ne sont pas représentés.

Le premier élément d'obturation 30 est initialement placé en position rétractée, autour du canal d'injection 32. Ledit canal d'injection et ledit premier élément d'obturation en position rétractée sont alors introduits conjointement dans le tube 10, via le trou 24 traversant la tête d'injection 20, et translatés vers le fond Fa du forage F. Ils sont déplacés jusqu'à ce que le premier élément d'obturation 30 sorte du tube par son extrémité distale 10b. Le premier élément d'obturation est amené à une deuxième profondeur prédéterminée P2, comprise entre la première profondeur prédéterminée PI et la profondeur de forage Pf. Le premier élément d'obturation 30 s'étend alors entre le tube 10 et le fond du forage Fa. La conduite de gonflage et le canal d'injection 32 s'étendent dans le tube 10 et dans le trou 26 traversant de la tête d'injection 20 et débouchent hors de ladite tête d'injection par son extrémité supérieure.

On injecte alors de l'air dans le premier élément d'obturation 30, via la conduite, grâce à l'organe de gonflage. Le premier élément d'obturation est alors gonflé et placé en position déployée, illustrée en figure 4. Il peut donc être déployé depuis l'extérieur du forage.

En position déployée, le premier élément d'obturation 30 épouse la paroi latérale Fb du forage F de sorte qu'il forme un bouchon entre les parties de forage disposées au-dessus et en dessous dudit premier élément d'obturation 30. Le premier élément d'obturation définit alors une zone d'injection 34 située entre ledit premier élément d'obturation 30, le fond Fa du forage F et la paroi latérale Fb du forage. La zone d'injection 34 est disposée en regard de la première portion de sol à traiter Zl.

Le canal d'injection 32 est de préférence connecté à une source d'alimentation en fluide d'injection. Comme on le constate sur la figure 4, le canal d'injection 32 traverse la tête d'injection 20 et s'étend également à l'intérieur du tube 10. Il comprend une extrémité proximale 32a faisant saillie depuis l'extrémité proximale 10a du tube et depuis l'extrémité supérieure de la tête d'injection 20. L'extrémité proximale 32a du canal d'injection 32 est reliée à la source d'alimentation en fluide d'injection. Le canal d'injection 32 comprend également une extrémité distale 32b s'étendant alors dans la zone d'injection 34, en dessous du premier élément d'obturation 30. L'extrémité distale du canal d'injection 32 est munie d'une buse d'injection 36 configurée pour projeter un fluide d'injection. Le canal d'injection 32 et la buse d'injection 36 font partie d'un dispositif d'injection.

On procède alors à l'injection du fluide d'injection, illustrée en figure 5. Le fluide d'injection peut consister en un produit d'étanchéification s'il est nécessaire d'étanchéifier le sol ou en une boue durcissable s'il convient de consolider le sol. Il peut également s'agir d'un coulis.

Le fluide d'injection est introduit dans le canal d'injection 32, à l'extrémité proximale 32a dudit canal d'injection et se propage dans ledit canal d'injection depuis son extrémité proximale jusqu'à son extrémité distale 32b. Il est alors injecté dans la zone d'injection 34 grâce à la buse d'injection 36 qui permet de le projeter sensiblement radialement vers la paroi latérale Fb du forage F. Le fluide d'injection injecté est représenté par les flèches en traits pleins. Le fluide d'injection s'infiltre alors dans le sol S et se propage dans la première portion de sol ZI à traiter. On réalise ainsi le traitement du sol.

Le premier élément d'obturation 30 permet d'éviter une projection directe du fluide d'injection vers le tube 10. Comme on le constate sur la figure 5, le fluide d'injection est toutefois susceptible de contourner le premier élément d'obturation et de s'accumuler entre ledit premier élément d'obturation 30 et le tube 10 ou encore de s'infiltrer entre le tube 10 et la paroi latérale Fb du forage. En particulier, le fluide d'injection éventuellement mélangé à des particules de sol, forme des déblais risquant de s'infiltrer entre la paroi latérale du forage et une surface extérieure 11 du tube. Ceci n'est pas souhaitable dans la mesure où ces déblais risquent de perturber le déplacement du tube 10 ou même de bloquer le tube dans le forage.

Conformément à l'invention, on procède à une étape d'évacuation des déblais situés entre le tube 10 et la paroi latérale Fb du forage, simultanément à l'injection du fluide d'injection dans la zone d'injection 34, de manière à retirer les déblais au contact dudit tube. Plus précisément, on procède à une étape de nettoyage de la surface extérieure 11 du tube. Avantageusement, seule la partie du tube qui est dans le sol est nettoyée.

Dans cet exemple non limitatif, en parallèle de l'injection du fluide d'injection, on mesure le couple résistant appliqué au tube, à l'aide du capteur de couple 19. Lorsque ce couple résistant est supérieur à un seuil prédéterminé, on en déduit la présence de déblais, et notamment de fluide d'injection, au contact du tube 10 et on déclenche alors le nettoyage du tube et l'évacuation des déblais.

Sans sortir du cadre de l'invention, l'étape d'évacuation des déblais pourrait être déclenchée dès le début de l'injection du fluide d'injection dans la zone d'injection 34.

Afin de nettoyer le tube 10 et d'évacuer les déblais, le tube 10 est mis en rotation, à l'aide du dispositif de déplacement 18, autour d'un axe de rotation sensiblement confondu avec la direction longitudinale Y du forage F. Grâce à cette mise en rotation, le fluide d'injection au contact du tube ne risque pas de sécher et de se solidifier. Le risque que le tube reste coincé dans le sol est donc fortement réduit. En outre, le mouvement de rotation du tube 10 a pour conséquence de déplacer les déblais situés entre ledit tube et la paroi latérale Fb du forage vers l'extrémité proximale 10a du tube. La mise en rotation du tube permet donc de nettoyer efficacement sa surface extérieure 11 et d'évacuer rapidement les déblais.

Sans sortir du cadre de l'invention, la surface extérieure 11 du tube pourrait comprendre au moins une hélice permettant d'acheminer les déblais vers l'extrémité proximale 10a du tube et donc vers l'extérieur du tube, pour en faciliter l'évacuation.

En parallèle, pour nettoyer la surface extérieure 11 du tube et évacuer les déblais, on réalise également une étape d'injection d'un fluide de lavage autour du tube 10. Le fluide de lavage peut comprendre une solution aqueuse et des agents nettoyants. Pour ce faire, le fluide de lavage est introduit dans le tube, à son extrémité proximale 10a, via l'orifice ménagé dans les parties fixe 22 et pivotante 24 de la tête d'injection 20. La tête d'injection 20 permet donc d'injecter le fluide de lavage dans le tube 10. Le tube est alors utilisé comme une conduite, de sorte que le fluide de lavage s'écoule entre le canal d'injection 32 et le tube 10. Le fluide de lavage est amené jusqu'à l'extrémité distale 10b du tube où il est injecté dans le forage F. Dans la mesure où le tube 10 pivote, la partie pivotante 24 de la tête d'injection 20 est également entraînée en rotation.

Le fluide de lavage remplit alors progressivement la partie supérieure du forage située au-dessus du premier élément d'obturation et s'infiltre entre la surface extérieure 11 du tube 10 et la paroi latérale Fb du forage. Les déblais, comprenant le fluide d'injection, présents dans cette partie supérieure du forage se mélangent alors au fluide de lavage, de sorte que le fluide de lavage entraîne les déblais vers l'extrémité supérieure du forage et les chasse hors du forage. Cette étape permet d'évacuer les déblais et de nettoyer plus efficacement la surface extérieure 11 du tube 10.

Sur la figure 5, le trajet du fluide de lavage lors de son injection est représenté par des flèches en pointillés.

L'action couplée du fluide de lavage et de la mise en rotation du tube permet de détacher d'autant plus efficacement les déblais au contact du tube. La mise en rotation du tube conjointement à l'injection du fluide de lavage permet donc un nettoyage très efficace de la surface extérieure 11 du tube 10, réduisant sensiblement les risques de blocage du tube 10 dans le forage F. La tête d'injection 20 et le dispositif de déplacement 18 forment un dispositif de nettoyage du tube 10 et donc un dispositif d'évacuation des déblais situés entre le tube 10 et la paroi latérale Fb du forage F.

Sur la figure 6, on constate que le fluide d'injection s'est propagé dans la première portion de sol Zl, depuis la zone d'injection, de sorte que cette première portion de sol ZI a été traitée. Les dimensions de la première portion de sol ZI traitée dépendent notamment du temps d'injection et de la quantité de fluide d'injection injectée.

Les figures 7 à 10 illustrent le traitement de la seconde portion de sol Z2 distincte de la première portion de sol ZI traitée. La seconde portion de sol Z2 à traiter s'étend entre la première partie de sol instable SI et la seconde partie de sol instable S2.

Dans un premier temps, le tube 10 est déplacé vers le haut du forage F et positionné à une première profondeur prédéterminée secondaire PI' inférieure à la première profondeur prédéterminée PI. Le tube 10 est alors situé en regard de la seconde partie de sol instable S2 et permet de maintenir la paroi latérale Fb du forage F au niveau de cette seconde partie de sol instable S2.

Comme illustré par le passage de la figure 7 à la figure 8, le premier élément d'obturation 30 est dégonflé et placé en position rétractée. Il est alors déplacé vers le haut du forage F jusqu'en une deuxième profondeur prédéterminée secondaire P2' inférieure à la deuxième profondeur prédéterminée P2.

Comme précédemment, le premier élément d'obturation 30 est gonflé de manière à être placé en position déployée dans laquelle il épouse la paroi latérale Fb du forage. Le premier élément d'obturation définit alors une zone d'injection secondaire 34' située entre le premier élément d'obturation 30, le fond Fa du forage F et la paroi latérale Fb du forage. La zone d'injection secondaire 34' est disposée notamment en regard de la seconde portion de sol Z2 à traiter, comme on peut le voir en figure 9.

Le canal d'injection 32 et la buse d'injection 36 sont également remontés dans le forage, en regard de la seconde portion de sol Z2 à traiter. Comme précédemment, le fluide d'injection est injecté dans la zone d'injection secondaire 34' de manière à traiter la seconde portion de sol Z2. En parallèle, le tube est nettoyé et les déblais situés entre le tube 10 et la paroi latérale Fb du forage F sont évacués. Pour ce faire, le tube 10 est mis en rotation à l'aide du dispositif de déplacement 18 et un fluide de lavage est injecté dans le forage F et autour du tube 10 à l'aide de la tête d'injection 20. Là-encore, la circulation du fluide de lavage permet d'éviter que les déblais, comprenant le fluide d'injection, ne bloquent le tube dans le forage. Comme on le constate sur la figure 9, le fluide d'injection s'est infiltré dans le sol S de sorte que la première portion de sol ZI et la seconde portion de sol Z2 sont traitées.

Selon une variante non-limitative, et comme illustré en figure 10, on aurait également pu introduire un deuxième élément d'obturation 31 dans le forage à une troisième profondeur prédéterminée P3 comprise entre la deuxième profondeur prédéterminée secondaire P2' et la profondeur de forage Pf. Le deuxième élément d'obturation 31 se trouve alors entre le premier élément d'obturation 30 et le fond du forage Fa.

Le deuxième élément d'obturation 31 est similaire au premier élément d'obturation 30 et peut également être placé dans une position déployée. Il permet par conséquent de réduire la zone d'injection secondaire 34', de sorte que ladite zone d'injection secondaire 34' s'étend dès lors entre le premier élément d'obturation 30, le deuxième élément d'obturation 31 et la paroi latérale Fb du forage. Un intérêt est de ne pas projeter le fluide d'injection vers le fond Fa du forage et donc de localiser plus précisément l'injection.

Sans sortir du cadre de l'invention, le deuxième élément d'obturation 31 peut avoir été introduit en même temps que le premier élément d'obturation 30 ou après.

Comme illustré en figure 11, on peut alors extraire le tube 10 hors du forage, toujours en déplaçant l'organe de guidage 18 le long du mât. On extrait également le premier élément d'obturation 30 après l'avoir placé en position rétractée et le canal d'injection 32.

Le traitement des première et seconde portions de sol Z1,Z2 a donc été réalisé en remontant, en deux étapes d'injection successives, vers le haut du forage F.