DISPOSITIF ECHANTILLONNEUR POUR LE PRELEVEMENT D'EAUX SOUTERRAINES ET PROCEDE DE PRELEVEMENT ASSOCIE

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

[0001] L' invention concerne, de façon générale, le domaine technique des prélèvements d’eaux.

[0002] L’ invention se rapporte plus spécifiquement à un dispositif échantillonneur pour le prélèvement d’eaux souterraines

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

[0003] La réalisation de prélèvements d’eaux souterraines connaît des solutions diverses, chacune d’elles étant généralement adaptée à un environnement donné et/ou à la nature du prélèvement recherché.

[0004] On connaît par exemple des dispositifs échantillonneurs passifs tels que des cannes de prélèvement ou des préleveurs. Ils permettent de faire des prélèvements de la partie superficielle de la colonne d’eau, à l’exception des préleveurs automatiques à déclenchement qui permettent de prélever en profondeur de façon généralement asservie à une ou plusieurs données extérieures. Bien que de tels dispositifs échantillonneurs passifs sont pratiques d’utilisation pour des prélèvements ponctuels ou de diagnostic, leur utilisation pour le renouvellement de la colonne d’eau est impossible en routine.

[0005] On connaît également des dispositifs échantillonneurs actifs émergés tels que des pompes de surface ou encore des pompes péristaltiques. De tels dispositifs échantillonneurs permettent de réaliser des purges ou des prélèvements, via l’utilisation de tubes plongeurs. Leur utilisation est limitée à quelques mètres de profondeur du fait de la mise en ébullition de l’eau pour les niveaux piézométriques au-delà de 7 mètres de profondeur environ. Par ailleurs, ces types de dispositifs échantillonneurs peuvent provoquer une mise en dépression de l’échantillon, et donc potentiellement modifier les caractéristiques de l’échantillon prélevé (dégazages, fractionnements isotopiques ...).

[0006] Des solutions de dispositifs échantillonneurs actifs immergés sont également connues, par exemple munis de pompes immergées ou à inertie, ou encore munis d’un hydrocapteur.

[0007] Des pompes immergées par exemple permettent généralement de réaliser des purges ou des prélèvements, les limites de profondeur étant fonction du type de pompe. Leur utilisation est limitée à leur dénoyage, notamment si la productivité de l’ouvrage est insuffisante au regard du débit minimal de pompage, du fait du dénoiement du dispositif. À l’exception des dispositifs « bas débits » aussi appelés « low-flow » en jargon anglo-saxon, leur débit minimum est souvent supérieur à lL/min. Un inconvénient majeur de ce type de dispositifs est que le mouvement des pales des pompes employées est susceptible de casser certaines molécules, et la cavitation à leur surface peut potentiellement modifier les caractéristiques de l’échantillon (dégazages, fractionnements isotopiques ...).

[0008] S’ agissant des pompes à inertie, elles sont généralement munies d’une valve à la base du tube plongeur, et permettent de prélever des échantillons dans des forages de petit diamètre, et de relativement grande profondeur. Un mouvement de va-et-vient vertical du préleveur permet, lors de la descente, de faire rentrer l’eau dans le tube plongeur, et, lors de la remontée, de fermer et d’empêcher l’eau prélevée contenue dans le tube plongeur de sortir. Cependant, le mouvement de va-et-vient créé dans le forage peut provoquer une forte remise en suspension de sédiments, nécessitant la mise en place de filtrations complémentaires, et pouvant perturber également la qualité des échantillons.

[0009] De manière générale on constate que le prélèvement d’échantillon à l’aide de pompes immergées entraîne le risque de perturber les échantillons, du fait du passage à travers des matériels constitutifs : échanges physico-chimiques entre l’eau et les matériaux (pompes, tuyaux, raccords, etc.), cavitation, passage à travers des pales des pompes, etc. L’utilisation d’un gaz avec des pompes pour assurer des purges est également de nature à compromettre un échantillon lorsque ce gaz vient au contact direct des eaux souterraines prélevées. De même, la réalisation de prélèvements d’eaux souterraines à l’aide d’échantillonneurs à valve ne permet pas de renouveler la colonne d’eau (échantillons non représentatifs), ni de choisir la profondeur de prélèvement, sauf en utilisant des échantillonneurs automatiques à déclenchement, ce qui est plus complexe et donc plus onéreux.

EXPOSE DE L'INVENTION

[0010] L’ invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique en proposant notamment une solution permettant à la fois de renouveler l’eau d’un forage et de prélever de manière la plus représentative possible des échantillons d’eaux souterraines, non perturbés par les systèmes de pompage (dépression, cavitation, etc.), à des profondeurs déterminées, selon les recommandations en vigueur.

[0011] Un autre objectif poursuivi est de proposer une solution suffisamment simple de manière à pouvoir être utilisée en routine

[0012] Un avantage recherché de la solution est également de limiter les volumes pompés, afin de limiter le soutirage de la fraction fine de la formation, compte tenu des recommandations des autorités.

[0013] Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un dispositif échantillonneur pour le prélèvement d’eaux souterraines, le dispositif échantillonneur étant caractérisé en ce qu’il comprend une canne de prélèvement suspendue par des moyens de suspension et d’extraction reliés à la surface et comprenant une colonne intermédiaire tubulaire s’étendant suivant un axe longitudinal de référence entre une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, et en ce que : l’extrémité supérieure comprend une interface de connexion connectée à un circuit relié à une ou plusieurs pompe(s) pour aspirer des eaux souterraines depuis l’extrémité inférieure, traversant la colonne intermédiaire et refouler les eaux aspirées jusqu’à la surface ; l’extrémité inférieure comprend un clapet configuré pour ouvrir et fermer un canal d’écoulement de sorte à ouvrir et fermer, respectivement, l’extrémité inférieure de la canne de prélèvement.

[0014] Grâce à une telle combinaison de caractéristiques, le dispositif échantillonneur dispose d’une canne de prélèvement configurée à la fois de renouveler l’eau d’un forage dans une phase d’utilisation durant lequel il est utilisé dans la continuité du circuit relié à la pompe, c’est-à-dire montée en série avec le circuit d’aspiration des eaux souterraines, et durant une autre phase d’utilisation, de prélever de manière la plus représentative possible des échantillons d’eaux souterraines, sans avoir à traverser une pompe, l’échantillon prélevé étant alors contenu dans la canne de prélèvement fermée et peut être récupéré après avoir été extrait à la surface. Un tel dispositif échantillonneur est donc conçu pour la mise en œuvre du procédé de prélèvement d’eaux souterraines décrit plus loin, qui permet le prélèvement d’échantillons sans risque de perturber lesdits échantillons.

[0015] Selon un mode de réalisation, l’interface de connexion de l’extrémité supérieure est connectée directement, et mécaniquement, à une conduite d’un circuit relié à une ou plusieurs pompe(s). Ainsi les eaux souterraines peuvent être aspirées par la ou les pompe(s) depuis l’extrémité inférieure, traversant la colonne intermédiaire, l’extrémité supérieure où elles traversent l’interface de connexion pour être refoulées jusqu’à la surface, guidé par les conduites du circuit. La conduite du circuit comprend, de préférence est constituée par, un tuyau de préférence encore flexible pour relier la canne de prélèvement à la surface lorsque ladite canne de prélèvement est immergée dans les eaux souterraines, notamment durant une étape de pompage d’eaux souterraines à travers le dispositif échantillonneur. Grâce à une connexion directe mécanique entre la conduite du circuit et l’extrémité supérieure, les eaux souterraines sont guidées directement et successivement de la canne de prélèvement à la conduite, sans élément intermédiaire, pour être guidées vers la surface. L’interface de connexion comprend par exemple un raccord entre l’extrémité supérieure et la conduite tubulaire.

[0016] Selon un mode de réalisation, le clapet et un clapet antiretour, de préférence constitué par une bille. Une telle configuration apporte une simplicité de fonctionnement utilisant les principes physiques bien connus liés à la gravitation de la bille sans avoir à utiliser d’énergie extérieure nécessitant une source d’énergie particulière.

[0017] Selon un mode de réalisation, l’extrémité supérieure comprend une pièce de raccordement supérieure distincte de la colonne intermédiaire, la pièce de raccordement supérieure présentant une interface de raccordement avec une extrémité supérieure de la colonne intermédiaire et comprenant l’interface de connexion.

[0018] Selon un mode de réalisation, l’extrémité inférieure comprend un embout inférieur distinct de la colonne intermédiaire, l’embout inférieur présentant une interface de raccordement avec une extrémité inférieure de la colonne intermédiaire et délimitant le canal d’écoulement.

[0019] Selon un mode de réalisation, l’interface de connexion de l’extrémité supérieure et le canal d’écoulement de l’extrémité inférieure sont alignés axialement par rapport à l’axe de référence.

[0020] Selon un mode de réalisation, l’interface de raccordement et l’interface de connexion de la pièce de raccordement supérieure et/ou l’interface de raccordement et le canal d’écoulement de l’embout inférieur sont alignés axialement par rapport à l’axe de référence de la colonne intermédiaire.

[0021] Selon un mode de réalisation, le clapet est configuré pour être commandé par un actionneur accessible depuis l’extérieur, l’actionneur du clapet comportant de préférence un levier mobile, de préférence en rotation autour d’un axe orthogonal à l’axe de référence, entre une position d’ouverture et une position de fermeture du canal d’écoulement. Un tel levier est particulièrement simple à mettre en œuvre. De préférence le levier est manuel, c’est-à-dire qu’il est configuré pour être déplacé entre ses positions de fermeture et d’ouverture du canal d’écoulement par un actionnement manuel. Le levier est contraint de préférence élastiquement par des moyens d’emmagasinement d’énergie, par exemple un ressort de torsion, vers une position d’équilibre correspondant à la position de fermeture. [0022] Selon un mode de réalisation, la pièce de raccordement supérieure et/ou l’embout inférieur est(sont) fabriqué(e)(s) d’un seul tenant. Par exemple, la pièce correspondante peut être fabriquée par un procédé de fabrication additive. Dans le cas de l’embout inférieur par exemple, on obtient un levier fabriqué directement par la mise en œuvre du procédé de fabrication additive et directement positionné sur l’embout de sorte que le procédé de fabrication peut être simplifié à son maximum.

[0023] Selon un mode de réalisation, la pièce de raccordement supérieure et l’embout inférieur sont reliés ensemble par des éléments de liaison distincts de la colonne intermédiaire, les éléments de liaison comprenant de préférence des câbles de suspension s’étendant parallèlement à l’axe de référence et autour de la colonne intermédiaire, en position assemblée. De cette manière, dans une position d’utilisation, la colonne tubulaire repose sur l’embout inférieur, lui-même suspendu à la pièce de raccordement supérieure par l’intermédiaire des éléments de liaison. En pratique, on note que des moyens d’étanchéité ne sont pas nécessaires pour permettre le fonctionnement du dispositif d’échantillonneur. Une telle construction est également simple et fiable et permet, pour une bonne maintenance, de pouvoir remplacer si besoin l’une ou l’autre des pièces telles que la pièce de raccordement supérieure, l’embout inférieur, la colonne tubulaire ou les éléments de liaison, ce qui minimise les coûts de maintenance.

[0024] Selon un mode de réalisation, les éléments de liaison sont au moins au nombre de deux, de préférence au moins trois, répartis de façon homogène radialement autour de la canne de prélèvement, soit autour de son axe de référence. De cette manière, on assure un serrage homogène des éléments entre eux.

[0025] Bien entendu les éléments de liaison peuvent comporter différents moyens de liaison que des câbles. Par exemple, il peut s’agir de fils ou cordes de différentes natures, voire de tiges.

[0026] Selon un mode de réalisation, la pièce de raccordement supérieure délimite un espace intérieur à l’intérieur duquel sont logés des crochets configurés pour supporter, en position assemblée d’utilisation, une portion d’accrochage de l’extrémité supérieure de la colonne intermédiaire, la portion d’accrochage comprenant de préférence au moins une entretoise s’étendant orthogonalement à l’axe de référence.

[0027] Selon un mode de réalisation, la pièce de raccordement supérieure présente par rapport à l’axe de référence une première position angulaire d’assemblage avec l’extrémité supérieure de la colonne intermédiaire par un coulissement axial de l’extrémité supérieure de la colonne intermédiaire dans l’interface de raccordement de la pièce de raccordement supérieure, et une position angulaire différente d’assemblage dans laquelle, après pivotement de la pièce de raccordement supérieure par rapport à la colonne intermédiaire, les crochets dans la pièce de raccordement supérieure sont en prise avec la portion d’accrochage de la colonne intermédiaire. Une telle configuration permet de suspendre la colonne tubulaire au niveau de son extrémité supérieure en prise avec la pièce de raccordement supérieure.

[0028] Selon un mode de réalisation, le dispositif échantillonneur comprend des moyens d’étanchéité entre la pièce de raccordement supérieure et la colonne intermédiaire et/ou entre l’embout inférieur et la colonne intermédiaire.

[0029] Selon un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un procédé de prélèvement d’eaux souterraines par un dispositif échantillonneur présentant tout ou partie des caractéristiques décrites ci-avant, le procédé de prélèvement comportant au moins les étapes suivantes : immersion de la canne de prélèvement (11) au moins dans des eaux souterraines, par exemple à travers un puits de forage ; pompage d’eaux souterraines à travers le dispositif échantillonneur de sorte à purger la canne de prélèvement, les eaux souterraines étant aspirées par la ou les pompe(s) depuis l’extrémité inférieure, traversant la colonne tubulaire puis refoulées au moins en partie jusqu’à la surface; arrêt du pompage ; fermeture du clapet de sorte à bloquer l’échantillon d’eaux souterraines contenu dans la canne de prélèvement; extraction à la surface depuis les eaux souterraines du dispositif échantillonneur contenant l’échantillon d’eaux souterraines prélevé ; récupération d’une partie au moins de l’échantillon d’eaux souterraines prélevé contenu dans la canne de prélèvement.

[0030] Grâce à un tel procédé, une fois la purge effectuée et la stabilisation des paramètres physico-chimiques atteinte, le pompage est arrêté, et l’échantillon est bloqué dans la canne de prélèvement, sans transiter au travers de la pompe. Il est ainsi possible d’obtenir un échantillon représentatif du milieu, en s’affranchissant des effets potentiels des pompes, et en s’écartant des limites et des influences sur les échantillons comme décrites en référence à l’art antérieur.

[0031] Selon un mode de réalisation, l’étape de récupération d’une partie au moins de l’échantillon d’eaux souterraines prélevé et contenu dans la canne de prélèvement comprend une étape d’actionnement d’un actionneur accessible depuis l’extérieur configuré pour commander le clapet de l’extrémité inférieure de la canne de prélèvement. Ainsi, la simple ouverture dudit clapet par un actionnement dudit actionneur permet de recueillir simplement l’échantillon prélevé une fois la canne de prélèvement extraite à la surface depuis les eaux souterraines.

[0032] L’ étape de pompage est mise en œuvre de préférence sans application de pression pneumatique directe au contact des eaux souterraines, ceci de sorte à ne pas risquer de les rendre impropre à leur usage.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0033] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : figure 1 : une vue schématique d’un dispositif échantillonneur selon un mode de réalisation ; figure 2 : une vue d’un mode de réalisation des moyens de suspension et d’extraction reliés à la surface et auxquels est destinée à être suspendue une canne de prélèvement ; figure 3 : une vue d’une canne de prélèvement selon un mode de réalisation ; figure 4 : une vue éclatée en perspective isométrique d’une une pièce de raccordement supérieure d’une extrémité supérieure de la canne de prélèvement de la figure 3 et d’une partie d’une colonne intermédiaire tubulaire ; figure 5 : une vue en coupe A-A de la figure 4 ; figure 6 : une vue de côté de la figure 4 ; figure 7 : une vue en coupe B-B- de la figure 6 ; figure 8 : une vue en coupe C-C de la figure 6 ; figure 9 : une vue en perspective isométrique d’un embout inférieur d’une extrémité inférieure de la canne de prélèvement selon la figure 3 ; figure 10 : une vue en coupe axiale selon un axe de référence vertical de l’embout inférieur de la figure 9 ; figure 11 : une vue en coupe D-D de la figure 10.

[0034] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN MODE DE RÉALISATION

[0035] Les figures 1 et 2 illustrent un dispositif échantillonneur 10 selon un mode de réalisation, le dispositif échantillonneur 10 étant adapté pour le prélèvement d’eaux souterraines.

[0036] Le dispositif échantillonneur 10 comprend une canne de prélèvement 11 formant un tube préleveur et suspendue par des moyens de suspension et d’extraction 100 reliés à la surface S. [0037] Les moyens de suspension et d’extraction 100 comprennent notamment au moins trépied ou une chèvre 101 permettant d’élinguer la canne de prélèvement 11 au niveau de la surface S. L’élingue 102 associée est suspendue au niveau d’un point de suspension 103 situé au droit d’un puits de forage 104 dans lequel un prélèvement d’échantillon doit être effectué. Le point de suspension 103 peut être muni d’un moyen de renvoi d’angle tel qu’une poulie. Dans ce cas l’élingue s’étend jusqu’à un point d’ancrage déporté, c’est-à-dire qu’un brin tendu de l’élingue s’étend alors entre le point de suspension 103 formé au niveau de la poulie et un point d’ancrage (non illustré) déporté, par exemple jusqu’au sol. Ce point d’ancrage peut être également comporter un moyen de stockage d’une réserve d’élingue, par exemple muni d’un tambour, ces moyens pouvant être motorisés ou manuels, pour permettre l’enroulement et le déroulement du câble 102. Dans une configuration particulière, on pourra placer un tel moyen de stockage de réserve de câble directement au niveau du point de suspension 103 au droit du point de forage 104. Dans cette configuration également, ces moyens pouvant être motorisés et/ou manuels, par exemple au moyen d’une manivelle à titre principal, voire à titre secondaire pour palier par exemple à une éventuelle avarie du moteur ou motoréducteur.

[0038] De cette manière, l’élingue 102 est reliée : d’une part à des moyens motorisés et/ou manuels situés à la surface S pour permettre de déployer ou enrouler le câble associé, et d’autre part, à la canne de prélèvement 11 de sorte à pouvoir descendre ou remonter ladite canne de prélèvement 11 dans le puits de forage 104, c’est-à-dire dans le trou de forage ou un tubage de souverainement délimitant le puits.

[0039] L’utilisation d’une élingue 102 pour élever la canne de prélèvement 11 permet de limiter tout effort de traction directement sur un tuyau d’exhaure 106. Par ailleurs, une telle élingue 102 est de préférence configurée de sorte à respecter une neutralité chimique pour éviter tout interaction. On notera que l’élingue 102 utilisée peut être par exemple constituée d’un câble. Suivant d’autre variante, l’élingue 102 peut comprendre un filin d’une matière au choix (nylon, acier, etc.), une tige telle qu’une tige filetée, une corde, une chaîne ou tout autre fil.

[0040] La canne de prélèvement 11 comporte une colonne intermédiaire 12 tubulaire s’étendant suivant un axe longitudinal de référence A entre une extrémité supérieure 13 et une extrémité inférieure 14. L’axe de référence A s’étend verticalement dans une position d’utilisation de la canne de prélèvement 11, lorsqu’elle est suspendue à l’élingue 102 dans le puits 104 de forage. La canne de prélèvement 11 est destinée à venir être immergée dans des eaux souterraines durant le prélèvement d’échantillon, notamment dans une zone suffisamment profonde pour venir baigner dans la zone ZI saturée de l’aquifère.

[0041] Une canne de prélèvement 11 selon l’invention est illustrée plus en détail sur la figure 3. La colonne intermédiaire 12 tubulaire présente ici un profilé cylindrique. Une section constante de la colonne intermédiaire 12 garantit une facilité d’utilisation lorsque la canne de prélèvement 11 évolue dans le puits de forage, et facilite également son guidage lors de ses déplacements verticaux. Par ailleurs, une section circulaire de la colonne intermédiaire 12 permet de garantir la bonne circulation du flux d’eau à l’intérieur d’elle, et s’adapte extérieurement plus facilement à des puits de forages de section circulaire résultant directement des outils de forage utilisés.

[0042] Comme évoqué précédemment, la colonne intermédiaire 12 tubulaire s’étend axialement entre ses extrémités supérieure 13 et inférieure 14.

[0043] Les figures 4 à 8 illustrent des détails de l’extrémité supérieure 13 de la canne de prélèvement 11 de la figure 3.

[0044] L’ extrémité supérieure 13 de la canne de prélèvement 11 comprend une interface de connexion 23 connectée à un circuit 15 relié à une ou plusieurs pompes 16, montées en série dans le cas d’une pluralité de pompes, pour aspirer des eaux souterraines depuis l’extrémité inférieure 14, traversant la colonne intermédiaire 12 et refouler les eaux aspirées jusqu’à la surface S par le tuyau d’exhaure 106. Dans ce mode de réalisation, l’extrémité supérieure 13 comprend une pièce rapportée formant une pièce de raccordement supérieure 30, distincte de la colonne intermédiaire 12. Cette pièce de raccordement supérieure 30 permet de garantir la connexion ou le raccord entre la colonne intermédiaire 12 d’une part, et le circuit 15 d’autre part. La pièce de raccordement supérieure 30 présente d’une part une interface de raccordement 31 avec une extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 et, d’autre part, l’interface de connexion 23. La pièce de raccordement supérieure 30 s’étend axialement entre deux extrémités axiales constituées par les interfaces de raccordement 31 et de connexion 23.

[0045] Les figures 9 à 11 illustrent des détails de l’extrémité inférieure 14 de la canne de prélèvement 11 de la figure 3.

[0046] L’ extrémité inférieure 14 de la canne de prélèvement 11 comprend un canal d’écoulement 142 en communication avec l’environnement extérieur à la canne de prélèvement 11. Cette extrémité inférieure est munie d’un clapet 141 configuré pour ouvrir et fermer le canal d’écoulement 142 de sorte à ouvrir et fermer, respectivement, l’extrémité inférieure 14 de la canne de prélèvement 11. Dans ce mode de réalisation, l’extrémité inférieure 14 comprend une pièce rapportée formant un embout inférieur 40, distinct de la colonne intermédiaire 12, l’embout inférieur 40 présentant une interface de raccordement 41 configurée pour assurer son raccordement avec une extrémité inférieure 122 de la colonne intermédiaire 12. Cet embout inférieur 40 permet de fermer par le bas, la colonne intermédiaire 12 tout en permettant une communication fluidique des eaux entre un espace intérieur de la canne de prélèvement 11 et son environnement extérieur. Le clapet 141, en particulier un clapet 141 de type antiretour, permet d’assurer l’ouverture de la canne de prélèvement 11. Cette ouverture du canal d’écoulement 142 par le clapet 141 intervient notamment dans une position immergée pour prélever les eaux souterraines lorsque la ou les pompes 16 aspirent les eaux souterraines et lorsque la canne de prélèvement 11 est manipulée à la surface, notamment pour pouvoir récupérer l’échantillon prélevé en l’évacuant dans un contenant adapté (non illustré). L’embout inférieur 40 présente d’une part une interface de raccordement 41 avec une extrémité inférieure 122 de la colonne intermédiaire 12 et, d’autre part, le canal d’écoulement 142 qu’il délimite. L’embout inférieur 40 s’étend axialement entre deux extrémités constituées par l’interface de raccordement 41 et le canal d’écoulement 142.

[0047] Dans une position verticale de référence, où l’axe de référence A est parallèle à un axe vertical, L’embout inférieur 40 est situé dessous la colonne intermédiaire 12 et la pièce de raccordement supérieure 30 est située au-dessus, la colonne intermédiaire 12 étant interposée entre ces deux pièces rapportées 30, 40. Pour ces deux pièces 30, 40, leur interface de raccordement 31, 41 associée comprend un manchon complémentaire de l’extrémité supérieure 121 ou inférieure 122 associée de la colonne intermédiaire 12 de sorte que ladite extrémité supérieure 121 ou inférieure 122 associée peut s’emmancher dans le manchon complémentaire de l’interface de raccordement 31, 41 correspondante. Dans une variante de réalisation, un frettage, c’est-à-dire un ajustement serré, des pièces rapportées de l’embout inférieur 40 et/ou de la pièce de raccordement supérieure 30 avec l’extrémité 121, 122 associée de la colonne intermédiaire 12 peut être effectué pour assurer leur fixation.

[0048] D’autres moyens de fixations, complémentaires ou en combinaison, peuvent être évidemment envisagés. Dans le mode de réalisation illustré, la colonne intermédiaire 12 tubulaire, est posée sur l’embout inférieur 40, en particulier sur un épaulement 43 intérieur de l’embout inférieur 40, c’est-à-dire en saillie vers l’intérieur de l’embout inférieur 40. L’épaulement 43 est dimensionné pour recevoir en contact plan, s’étendant ici dans un plan parallèle à un plan horizontal perpendiculaire à l’axe vertical, un chant inférieur de l’extrémité inférieure 122 de la colonne intermédiaire 12. Ce contact plan continu délimite un contour fermé participant à l’étanchéité de l’assemblage.

[0049] De cette manière, dans la position verticale de référence, la colonne intermédiaire 12 tubulaire repose sur l’embout inférieur 40. En complément ici, la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 sont reliés ensemble par des éléments de liaison 50 distincts de la colonne intermédiaire 12 de sorte que l’embout inférieur 40 est suspendu à la pièce de raccordement supérieure 30. [0050] Les éléments de liaison 50 comprennent en particulier des câbles de suspension s’étendant parallèlement à l’axe de référence A autour de la colonne intermédiaire 12, en position assemblée. Au niveau d’une extrémité inférieure, les câbles (non illustrés) sont fixés sur des œillets 51 située en périphérie extérieure de l’embout inférieur 40. De tels œillets 51 peuvent être chacun constitués simplement d’un simple perçage. Pour assurer la stabilité des câbles avec l’embout inférieur 40 une portion de l’extrémité inférieure est logée dans des gaines 52 formant des couloirs de guidage verticaux et située également en périphérie extérieure de l’embout inférieur 40. Une telle gaine 52 est prévue axialement et verticalement au-dessus de chaque œillet 51 d’accrochage. Les câbles sont tendus jusqu’à la pièce de raccordement supérieure 30 munie également de gaines 52 axiales verticales situées en périphérie extérieure de ladite pièce de raccordement supérieure 30. Chaque câble de liaison est donc tendu au moins entre la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 où il est guidé par une paire de gaines 52 associées prévues sur chacune des deux pièces rapportées 30, 40, chaque paire de gaines étant alignée suivant un axe parallèle à l’axe de référence A de sorte que les câbles de liaison sont maintenus parallèles à l’axe de référence A, c’est-à-dire verticalement, en position verticale de référence, et répartis autour de l’axe de référence A. Dans ce mode de réalisation, les gaines sont placées en périphérie extérieure des pièces rapportées d’extrémité supérieure 13 et inférieure 14, à savoir la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 respectivement. Toutefois, d’autres configurations sont possibles. Par exemple, la gaine peut être intégrée dans un corps de la pièce rapportée 30, 40 de sorte que seul son orifice d’entrée et/ou de sortie est visible. Dans une telle configuration, les gaines 52 de guidage ne comportent aucune saillie à l’extérieur de la colonne intermédiaire 12, limitant ainsi les risques d’accrochage avec l’intérieur du forage. L’utilisation du dispositif échantillonneur 11 est donc facilitée. On peut également prévoir que les œillets 51 soient intégralement situés à l’intérieur de la pièce rapportée 30, 40 associée par rapport à sa périphérie extérieure ou à fleur de sa surface extérieure de sorte à ne pas créer de saillie.

[0051] Une extrémité de chacun des câbles de liaison peut être fixée par exemple à des moyens de réglage de la tension du câble (non illustrés). Dans ce cas l’élingue 102 peut être fixée directement à la pièce de raccordement supérieure 30. Dans une autre configuration, ces câbles de liaison entre la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 peuvent être fixés chacun directement à l’élingue 102.

[0052] En lieu et place de plusieurs câbles de liaison, chacun reliant la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 de façon distincte, le nombre de câble des de liaison peut être réduit. Par exemple, un câble unique peut être utilisé et reliant alternativement de façon répétée la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40. Dans ce cas, le câble de liaison peut traverser l’ensemble des gaines 52 de manière successive et alternée entre chaque extrémité 13, 14. Chacune des extrémités du câble peut être maintenue fixement par sertissage d’une pièce de fixation, telle qu’un tube métallique écrasé. Selon une autre configuration possible, deux câbles de liaison peuvent être utilisés, chacun des câbles reliant à deux reprises la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 de façon distincte, à la manière d’une portion de boucle, par exemple en « U ». Comme dans le précédent exemple, chaque câble de liaison est maintenu fixement en étant serti à ses extrémités. De manière générale, l’utilisation de plusieurs câbles de liaison permet une redondance, et donc améliore la sécurité du dispositif en cas de rupture d’un câble de liaison. Là encore ces câbles peuvent être replacés par tout autre fil ou moyen souple pour former une telle portion de boucle.

[0053] L’ embout inférieur 40 délimitant le canal d’écoulement 142 est configuré pour être fermé et ouvert par le clapet 141 antiretour. Le clapet 141 est ici constitué par une bille 141' présentant une flottabilité négative, c’est-à-dire que la bille est plus lourde que l’eau qu’elle déplace lorsqu’elle est immergée. De préférence cette bille 141' est métallique, c’est-à-dire qu’elle est constituée d’un ou plusieurs métaux. De cette manière, dans une position verticale de référence la bille 141' vient naturellement se positionner au fond de la canne de prélèvement 11, à l’intérieur de l’embout inférieur 40, que la canne de prélèvement 11 soit immergée ou non. Le canal d’écoulement 142 présente une section plus petite que la bille 141' de sorte que le canal d’écoulement 142 est configuré pour être fermé par la bille 141'. De préférence, une extrémité du canal 142 débouchant dans l’espace intérieur de la canne de prélèvement 11 présente une forme évasée vers l’intérieur de la canne de prélèvement 11, le canal d’écoulement 142 présentant une section circulaire de plus faible diamètre que celui de la colonne intermédiaire 12. Cette portion intérieure de la canne de prélèvement 11 de forme évasée est concave de sorte que la diminution de section de la colonne intermédiaire 12 vers le canal d’écoulement 142 est guidée progressivement avec des parois intérieures concaves, c’est-à-dire dont la forme en creux est ouverte radialement vers l’extérieur. De cette manière, on assure ainsi une forme garantissant une meilleure stabilité pour la bille 141' lorsqu’elle est en position d’équilibre de fermeture du canal d’écoulement 142. Lorsque la ou les pompes 16 sont activées pour aspirer les eaux souterraines, la dépression permet à l’eau de s’infiltrer par le canal d’écoulement 142 d’écoulement 142 depuis l’extérieur jusque dans la canne de prélèvement 11, la bille 141' ne formant pas obstacle à ce flux, elle est déplacée dans le flux d’eaux s’écoulant dans la canne de prélèvement 11. Lorsque la ou les pompes 16 sont arrêtées, la masse de la bille 141' est telle qu’elle redescend verticalement au fond de la canne de prélèvement 11, pour venir se loger dans la portion intérieure de forme évasée de l’extrémité du canal 142 à l’intérieur de l’embout inférieur 40.

[0054] Le clapet 141 est configuré pour être commandé par un actionneur 42 accessible depuis l’extérieur. L’actionneur 42 du clapet 141 comporte un levier mobile, en rotation autour d’un axe A' horizontal orthogonal à l’axe de référence A de sorte que le levier 42 est mobile entre une position d’ouverture et une position de fermeture du canal d’écoulement 142. Le levier 42 s’étend au moins entre une portion de préhension accessible à l’extérieur de l’extrémité inférieure 14 de la canne de prélèvement 11, et une portion d’actionnement située au moins en partie dans le canal d’écoulement 142.

[0055] Dans la position de fermeture, le levier 42 est positionné de sorte que sa portion d’actionnement est éloignée de la bille 141', en dessous d’elle verticalement. Dans cette position, la bille 141' peut reposer dans l’entrée évasée du canal d’écoulement 142 pour le fermer.

[0056] Dans la position d’ouverture, le levier 42 est positionné de sorte que sa portion d’actionnement est placée sur le chemin de la position de fermeture de la bille 141'. La portion d’actionnement vient en contact avec la bille 141' en la déportant de sa position fermée et forçant l’ouverture du canal d’écoulement 142. En surface, le levier 42 peut être actionné pour récupérer l’échantillon prélevé tout en maintenant la canne de prélèvement 11 verticale. En d’autres termes, et de manière générale, l’actionneur permet de dégager l’orifice inférieur de la canne de prélèvement 11, à savoir le canal d’écoulement 142, lequel est obstrué par une valve, ici constituée par la bille 141'.

[0057] Comme décrit ci-avant, la pièce de raccordement supérieure 30 présente une interface de raccordement 31 formant un manchon complémentaire de l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 de sorte que l’extrémité supérieure 121 peut s’emmancher dans ledit manchon.

[0058] Un moyen de fixation complémentaire est en outre associé à cet emmanchement. En particulier, l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 est pourvue d’un mécanisme de fixation comparable à un mécanisme à baïonnette. En particulier, la pièce de raccordement supérieure 30 délimite un espace intérieur 32 à l’intérieur duquel sont logés des crochets 33 configurés pour supporter, en position assemblée d’utilisation, une portion d’accrochage 123 de l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12. La portion d’accrochage 123 comprend notamment au moins une entretoise ou ergot transverse s’étendant orthogonalement à l’axe de référence A.

[0059] La fixation de la pièce de raccordement supérieure 30 avec la colonne intermédiaire 12 est assurée par : un emboîtement de l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 dans l’interface de raccordement 31, et par une rotation de la pièce de raccordement supérieure 30 par rapport à la colonne intermédiaire 12 de sorte à déplacer les entretoises formant portion d’accrochage 123 dans les crochets 33 de forme complémentaire.

[0060] En d’autres termes, la pièce de raccordement supérieure 30 présente par rapport à l’axe de référence A : une première position angulaire d’assemblage avec l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 par un coulissement axial de l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 dans l’interface de raccordement 31 de la pièce de raccordement supérieure 30 pour les emboîter, et une position angulaire différente d’assemblage dans laquelle après pivotement de la pièce de raccordement supérieure 30 par rapport à la colonne intermédiaire 12, la portion d’accrochage 123 de la colonne intermédiaire 121 est en prise avec les crochets 33 dans la pièce de raccordement supérieure 30.

[0061] Une configuration dans laquelle les extrémités inférieure 14 et supérieure 13 de la canne de prélèvement sont formées par des pièces distinctes de la colonne intermédiaire 12 tubulaire, à savoir respectivement l’embout inférieur 40 et la pièce de raccordement supérieure 30, avec en outre des moyens de fixation amovibles simples et efficaces permet d’assurer un nettoyage efficace et rapide de l’espace intérieur de la canne de prélèvement 11. Cela permet également de faciliter la maintenance.

[0062] Pour faciliter la circulation du flux des eaux souterraines aspirées dans la canne de prélèvement 11, tout en garantissant une bonne verticalité durant son usage, l’interface de connexion 23 de l’extrémité supérieure 13 et le canal d’écoulement 142 de l’extrémité inférieure 14 sont alignés axialement par rapport à l’axe de référence A. De même, l’interface de raccordement 31 et l’interface de connexion 23 de la pièce de raccordement supérieure 30 et l’interface de raccordement 41 et le canal d’écoulement 142 de l’embout inférieur 40 sont alignés axialement par rapport à l’axe de référence A de la colonne intermédiaire 12.

[0063] On notera que ces moyens de fixation de l’embout inférieur 40 et de la pièce de raccordement supérieure 30 avec la colonne intermédiaire 12 tubulaire sont amovibles et ne nécessitent pas de moyens d’étanchéité supplémentaires. Toutefois, selon les quantités d’eaux souterraines prélevées, il peut être souhaité utiliser de tels moyens d’étanchéité, notamment entre la pièce de raccordement supérieure 30 et la colonne intermédiaire 12 et/ou entre la pièce de raccordement supérieure 30 et la colonne intermédiaire 12. Ces moyens d’étanchéité peuvent comprendre notamment au moins un joint torique.

[0064] Dans ce mode de réalisation, la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 sont formées chacune d’un seul tenant, à base de matériau(x) plastique(s), notamment obtenues par au procédé de fabrication additive. Un tel procédé permet également d’obtenir la fabrication de l’embout inférieur 40 incluant le levier 42 monté sur son axe A' avec le corps de l’embout inférieur 40, ceci de façon simple et peu coûteuse.

[0065] Le procédé de prélèvement d’eaux souterraines par le dispositif échantillonneur 10 tel que décrit ci-avant sera mieux compris à la lumière de la description qui suit.

[0066] Après forage du puits 104, les moyens de suspension et d’extraction 100 sont installés. Par exemple, un trépied ou une chèvre 101 formant support est positionnée au droit du puits de forage 104. Une canne de prélèvement 11 est ensuite suspendue à ce support 101 permettant de déployer la canne de prélèvement 11 dans le puits de forage 104 et de l’en extraire.

[0067] La canne de prélèvement 11 est ensuite déployée dans le puits de forage 104 jusqu’à venir être complètement immergée dans les eaux souterraines où l’échantillon doit être prélevé, puis on procède à un pompage d’eaux souterraines à travers le dispositif échantillonneur 10 de sorte à purger la canne de prélèvement 11. Durant cette immersion, la canne de prélèvement 11 est immergée dans des eaux souterraines dans un état naturel, soit non filtrées. La canne de prélèvement 11 y est maintenue suspendue seulement par l’élingue 102 et est libre latéralement ou radialement, c’est-à-dire qu’elle n’est pas maintenue latéralement. Le dispositif échantillonneur 10 permet de pomper des eaux du forage a une profondeur donnée à l’aide d’au moins une pompe 16, par exemple de type « low-flow », par l’intermédiaire de la canne de prélèvement 11 fixée sous cette pompe 16, et au travers de laquelle transite l’eau pompée. En effet, durant cette purge, les eaux souterraines sont aspirées par au moins une pompe 16, ceci depuis l’extrémité inférieure 14 de la canne de prélèvement 11, traversant successivement la colonne tubulaire 12 et l’extrémité supérieure 13 puis refoulées au moins en partie jusqu’à la surface S par le circuit 15 relié à la ou les pompe(s) 16. Le circuit 15 prend la forme d’une conduite sur le chemin de laquelle sont positionnées deux pompes 16.

[0068] Dans le cas de niveaux piézométriques profonds, il est possible d’ajouter des pompes relais intermédiaires le long du circuit, comme illustré par exemple sur la figure 1, par exemple tous les 8 mètres, l’espacement des pompes dépendant des caractéristiques des pompes relais, ceci afin de s’affranchir des capacités de remontée des pompes utilisées. Ces pompes peuvent être réglées avant immersion, par exemple au moyen d’au moins un bouton de réglage, par exemple pour réguler le début de la pompe à la valeur souhaitée. Alternativement, ou en combinaison, des moyens de commande à distance de la ou des pompes(s) peuvent être prévus.

[0069] L’ une des pompes 16 au moins doit être immergée pendant toute la durée du prélèvement. En cas de pluralités de pompes 16, il s’agira au moins de la pompe la plus proche de la canne de prélèvement 11 par rapport au circuit 15. En pratique il est possible, selon le type de pompe utilisé, de n’immerger la pompe 16 que lors de l’amorçage, et qu’elle soit ensuite émergée du fait du rabattement de nappe. Cette possibilité permet, dans le cas de hauteurs d’eau peu importantes, de ne pas être contraint de descendre la canne de prélèvement 11 en fond d’ouvrage, ce qui pourrait être pénalisant du point de vue des matières en suspension.

[0070] Lorsque la purge est suffisante pour garantir l’obtention d’un échantillon représentatif, le pompage est arrêté. La ou les pompes 16 sont arrêtées. L’arrêt du pompage entraîne, automatiquement ici, la fermeture du clapet 141 du fait que la bille 141' retombe dans le fond de la canne de prélèvement et vient obturer le canal de prélèvement 142. Le clapet 141 permet ainsi de bloquer l’échantillon d’eaux souterraines contenu dans la canne de prélèvement 11. Les eaux souterraines de l’échantillon, même si elles sont contenues dans la canne de prélèvement 11 et sur le chemin des eaux pompées, n’ont pas traversé les pompes et ne sont donc pas perturbées par elles.

[0071] Une fois l’échantillon des eaux souterraines bloqué dans la canne de prélèvement 11, ladite canne de prélèvement 11 est remontée par les moyens de suspension et d’extraction 100 jusqu’à extraction à la surface S depuis les eaux souterraines de l’échantillon d’eaux souterraines prélevé.

[0072] Enfin, une partie au moins de l’échantillon d’eaux souterraines prélevé contenu dans la canne de prélèvement 11 est ensuite récupérée, notamment au moyen du levier 42 mobile actionné de sa position de fermeture à la position d’ouverture.

[0073] Durant le procédé de prélèvement, depuis l’étape d’immersion jusqu’à l’étape d’extraction à la surface de la canne de prélèvement 11, ladite canne de prélèvement 11 est uniquement suspendue à l’élingue 102. Cette élingue 102 constitue ainsi son unique support.

[0074] Compte tenu que la récupération de l’échantillon nécessite d’extraire la canne de prélèvement 11 intégralement, et ne permet pas de réitérer l’opération en assurant un échantillon identique, il est nécessaire de dimensionner la canne de prélèvement 11 en fonction du volume nécessaire. Par exemple, un volume d’échantillons prélevé de 2 litres peut être nécessaire pour effectuer une analyse. Compte tenu des pertes éventuelles, par exemple une fuite à la base de la canne de prélèvement 11, et des mesures physico-chimiques à réaliser, un volume plus important, par exemple de 3 litres peut être choisi.

[0075] Ainsi, un utilisateur pourra choisir une hauteur de la canne de prélèvement 11 en fonction d’un diamètre, pour obtenir un volume utile prédéterminé. Notamment, le choix peut être fait d’adapter le diamètre de la canne de prélèvement 11, en particulier de la colonne intermédiaire 12 tubulaire, de sorte à correspondre à un diamètre d’une pompe, par exemple une pompe « low-flow ». Pour un diamètre de 45 mm par exemple, la hauteur de la canne de prélèvement 11 devrait être de 1,90 m environ. Pour s’adapter mieux aux forages conventionnels, dont la plupart mesurent entre 80 et 105 mm de diamètre, un diamètre prédéterminé de 70 mm pourrait être utilisé, la canne de prélèvement 11 s’étendant sur une hauteur de 78 cm pour obtenir un volume utile de 3 L. La canne de prélèvement 11 délimite ainsi un espace de confinement de l’échantillon présentant un volume utile prédéterminé. Un volume d’eaux souterraines prélevées pour former l'échantillon est contenu dans cette canne de prélèvement 11. L’espace intérieur de confinement de l’échantillon est fermé latéralement par la colonne intermédiaire 12 tubulaire, inférieurement par l’embout inférieur 40 de l’extrémité inférieure 13 dans une position de fermeture du canal d’écoulement 141, et supérieurement par la pièce de raccordement supérieure 30. Cette pièce de raccordement supérieure 30 est uniquement ouverte vers le circuit 15 au niveau de son interface de connexion 23 laquelle est connectée au circuit 15. Cependant, lors de l’étape d’extraction à la surface S des eaux souterraines prélevées et contenues dans la canne de prélèvement 11, et du fait de l’étape de pompage mise en œuvre préalablement, ledit circuit 15 est rempli d’eaux souterraines localement homogènes avec la nature de l’échantillon (au niveau de l’interface de connexion 23), celles-ci n’étant alors pas de nature à perturber l’échantillon prélevé et contenu dans la canne de prélèvement 11. En effet, une fois l’arrêt du pompage mis en œuvre, les eaux souterraines alors contenues dans le circuit 15 y resteront sans être plus aspirées et en étant également retenues par la position de fermeture du canal d’écoulement 141. De cette manière, la canne de prélèvement 11 est fermée de l’environnement extérieure notamment durant les étapes d’extraction à la surface puis de récupération de l’échantillon prélevé contenu à l’intérieur de la canne de prélèvement 11.

[0076] Grâce à l’invention décrite, le dispositif échantillonneur 10 représente un dispositif de prélèvements représentatifs d’eaux souterraines non perturbées.

[0077] D’une part, l’échantillon collecté ne passe pas par la ou les pompe(s) : du fait de l’absence de cavitation habituellement générée du fait de la pression, le dispositif échantillonneur 10 permet de préserver les espèces en solution (gaz dissous, grosses molécules).

[0078] D’autre part, l’échantillon collecté n’est pas mis au contact des tuyaux ou pièces métalliques, mais uniquement de la canne de prélèvement 11 et des pièces inertes permettant de l’utiliser telles que les extrémités inférieure 14 et supérieure 13, l’embout inférieur 40, pièce de raccordement supérieure 30 et la colonne intermédiaire 12 tubulaire. Le dispositif échantillonneur 10 permet la vidange de la canne de prélèvement 11 sans contact avec des pièces non rincées, les pièces permettant la vidange de la canne de prélèvement 11 étant intégrées à la base de la canne de prélèvement 11, notamment au niveau de l’embout inférieur 40, et actionnées sans qu’il y ait contact avec l’eau. [0079] Par ailleurs, le renouvellement de l’eau dans le forage est possible et assuré au travers de la canne de prélèvement 11. Enfin, le prélèvement d’eaux est rendu possible à une profondeur donnée en limitant le mélange vertical des eaux dans le forage.

[0080] Le dispositif échantillonneur 10 offre donc une solution économique permettant le prélèvement d’échantillons représentatifs non perturbés. Cette économie est réalisée notamment par le fait que certains composants existent et sont répandus, tels que les pompes et le corps intermédiaire tubulaire, que la canne de prélèvement 11 est facile à assembler lorsqu’elle est composée de plusieurs éléments avec les pièces 30, 40 rapportées à ses extrémités.

[0081] On notera que le dispositif échantillonneur 10 selon l’invention pourrait être utilisé d’une manière générale pour le prélèvement de fluides dont on souhaite limiter les échanges avec l’atmosphère, et plus particulièrement les échantillons destinés à la recherche de grandes molécules, telles que les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), pesticides, etc., qui ne pourraient ainsi pas être influencés par les pompes 16.

[0082] Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

[0083] Il est souligné que toutes les caractéristiques, telles qu’elles se dégagent pour un homme du métier à partir de la présente description, des dessins et des revendications attachées, même si concrètement elles n’ont été décrites qu’en relation avec d’autres caractéristiques déterminées, tant individuellement que dans des combinaisons quelconques, peuvent être combinées à d’autres caractéristiques ou groupes de caractéristiques divulguées ici, pour autant que cela n’a pas été expressément exclu ou que des circonstances techniques rendent de telles combinaisons impossibles ou dénuées de sens.