CHAPITRE V

Travaux sépciaux de forage.

Prise de carottes-témoins par percussion.

Afin de reconnaître la pente, la direction, la nature des couches, on prend des échantillons massifs, cylindriques, du terrain en place. Pour cela, au lieu de découper le fond du trou sur toute sa largeur, on ne le découpe que suivant une rainure circulaire en laissant la partie centrale intacte sur un certain diamètre. On emploie, pour cela, des trépans dits découpeurs pour le système par percussion.

Dans les grands diamètres, le trépan découpeur est à quatre ou six branches (Rg. 8, pi. XXIX), tandis que, dans les petits diamètres, il n'est qu'à deux ou trois branches (fig. 9, pi. XXIX). Pour renfortifier les branches, on les relie par des entretoises eu tôle maintenues par des rivets. On donne une plus ou moins grande longueur aux branches qui permet d'obtenir une carotte d'une longueur suffisante pour qu'on puisse distinguer la stratification. Dans certains terrains, et quand il ne s'agit que d'obtenir l'inclinaison et la nature de ces terrains, une carotte de m 20 à m 30 de longueur suffit souvent, tandis que si on veut obtenir une succession de earottes qui représente toute la formation des terrains sur une hauteur plus ou moins grande, il est préférable de faire les carottes les plus longues possible pour éviter les manœuvres trop répétées. Il s'ensuit que la longueur des branches des trépans-découpeurs dépend du travail que l'on veut faire.

Pour la facilité d'aiguisage des dents des trépans-découpeurs, on munit les lames de dents rapportées à vis ou à cales (fig. 10, pi. XXIX). Quand une dent, par suite d'un vissage trop tôt limité, ne se trouve pas dans la position voulue, on intercale une bague de tôle d'une certaine épaisseur entre le bout de la femelle et l'embase du mâle de la dent, de manière que, après vissage à fond, le tranchant de la dent se trouve suivant le rayon du trépan-découpeur.

Si l'on ne veut obtenir qu'un échantillon pour reconnaître la nature du terrain, on peut employer un trépan (fig. 11, pi. XXIX).

Quand on veut obtenir des carottes de très grande longueur, on est obligé de curer le trou de sonde de temps en temps. On emploie, dans ce but, une cuillère (fig, 1, pi. XXX) qui recueille la boue dans la rainure circulaire qui entoure le noyau.

Cette cuillère ne diffère en rien de celles ordinairement employées, sauf en ce que la frette a un diamètre intérieur et une longueur, suffisants pour emboîter le noyau de terrain.

Après que la carotte-témoin a été découpée, on doit encore la ramener au sol. On se sert pour cela de divers instruments qui saisissent le témoin après l'avoir cassé aussi près que possible du fond (fig. 2, pi. XXX). Cet emporte-pièce se compose d'une cloche A dans laquelle deux griffes b c, venant d'une seule pièce, sont introduites. Ces griffes possèdent à leur bout et extérieurement un renflement d'une épaisseur voulue. Deux rivets, traversant des rainures découpées dans les branches des griffes, soutiennent celles-ci et limitent leur course. On descend cet instrument, les griffes au bas de leur course et, arrivé près du fond, on le laisse tomber vigoureusement sur le fond sous tout le poids des tiges. Les griffes, en touchant le fond, sont chassées dans la cloche, tandis que les renflements qui les terminent les forcent à se refermer et à saisir le témoin. Un léger évidement est ménagé à même la cloche pour que les renflements des griffes, venant s'y loger, empèohent celles-ci de retomber, soit sous leur propre poids, soit sous la traction que l'on devrait faire pour arracher le témoin du fond.

(Figure 3, pi. XXX). — Cet appareil consiste en un tuyau A, muni d'une bague B y qui y est rivée. Un levier C, terminé par une main en demi-cercle d oscille sur un boulon e traversant le tuyau A. Un coin f glissant dans deux pièces g h, rapportées à rivets sur le tuyau A, s'appuie sur le levier C. Une tige i, coiffée d'un tampon ;', traverse la bague B et soutient tout l'appareil. Une cale l, fixée sur la tige i à une hauteur convenable, glisse dans une rainure pratiquée dans la bague B, et empêche la tige i de glisser tant qu'elle ne se trouve pas en face de la rainure. Un ressort K en lame, fixée sur le tuyau A, maintient le levier C dans une position d'ouverture.

L'appareil étant descendu sur le fond, on fait tourner légèrement la tige t, de manière à introduire la cale l dans la rainure ; on laisse appuyer tout le poids de la sonde, la tige i presse le coin f sur le levier C et force la main à saisir le témoin.

Prise de carottes-témoins automatique. — Dans la deuxième édition de leur Guide du Sondeur, en 1861, Degousée et Laurent disent textuellement : « L'emploi de la pompe foulante, en usage depuis environ trente ans, a servi, comme nous l'avons vu, au système de sondage adopté par M. Fauvelle. Nous avons exposé précédemment les motifs qui rendent impossible de généraliser cette méthode.

Un nouveau système de sondage, basé sur ce principe, a été proposé tout dernièrement.

Seulement, au lieu d'injecter l'eau par les tiges creuses et de la faire revenir au sol entre celles-ci et les parois, c'est, au contraire, par ce dernier espace annulaire que l'eau est injectée pour être rejetée par la colonne centrale, fonctionnant comme sonde. Par ce système, dont quelques-unes des dispositions sont originales et ingénieuses, les auteurs se proposent d'extraire, par la force de l'eau, non seulement tous les détritus produits, mais même des échantillons cylindriques découpés dans le terrain. Ce que nous avons dit du système Fauvelle s'applique à celui-ci. Nous croyons que bien des échecs l'attendent à sa mise en pratique. »

En ces dernières années, M. Albert Fauck a repris cette idée et Ta appliquée à son système de forage à courant d'eau. Il emploie un trépan découpeur percé longitudinalement d'un trou pour le passage de l'eau, tel que le montre la figure 4, pi. XXX. Les carottes de rc 025 environ de diamètre remontent, entraînées par le

courant d'eau, par l'intérieur des tiges creuses et sont récoltées dans une poche spéciale. Les résultats obtenus sont très satisfaisants.

Cimentage des trous de sonde.

Souvent, en approfondissant en dessous des couches pétrolifères, on rencontre une couche aquiière, dont la venue d'eau influe fortement sur la production du puits. On se résigne ordinairement, au lieu d'épuiser inutilement à la pompe cette venue d'eau, à boucher hermétiquement le fond.

Quand le sondage est poussé très loin en dessous de la nappe aquifère, on se contente, tout simplement, de bourrer des pierrailles dans le fond jusqu'à hauteur de cette couche d'eau; on descend ensuite un lit d'argile plastique suifée de deux à trois mètres de hauteur à l'aide de l'appareil figure 5, pi. XXX, ou bien on la jette dans le sondage sous forme de boules. Cela fait, on chasse un cylindre de bois, d'un à deux mètres de longueur, d'un diamètre aussi juste que possible dans le trou de sonde, dans l'argile à coups de sonde, puis on descend un cylindre de plomb, suspendu sur un tenon fileté, ménagé en dessous de la lame d'un trépan sans tranchant, et qu'on tasse à coups de sonde sur la tête du cylindre de bois (fig. 6, pi. XXX). Pour assurer le joint, on peut encore descendre une certaine quantité de ciment délayé dans des appareils (fig. 7 et 8, pi. XXX).

Pour mener à bien un tel travail, on doit l'exécuter à niveau plein pour empêcher tout mouvement des eaux du fond vers la surface, car autrement les éléments qu'on descendrait seraient enlevés, au fur et à mesure qu'on les déposerait sur le fond, par le courant ascendant du liquide.

Nous employons encore, pour boucher les eaux du fond, un appareil à mousse (fig. 9, pi. XXX), inventé par nous. 11 se compose d'une tige creuse A armée d'une barre transversale dentée B, et par laquelle elle s'appuie sur le fond du trou de sonde; cette tige A supporte un plateau C. Une vis D, portant un second plateau E y se visse dans la tige creuse A. Un emmanchement F relie la vis D à la sonde. Entre les deux plateaux C E, on tasse de la mousse que l'on presse entre les deux plateaux en glissant l'appareil dans un tube, de manière à former un cylindre de mousse massif. On obtient une longueur suffisante du cylindre de mousse en y ajoutant de celle-ci et en la pressant à plusieurs reprises. Avant de descendre l'appareil, on entoure la mousse d'une bande de toile que l'on serre fortement.

L'appareil étant descendu sur le fond, en imprimant un mouvement de rotation dans le sens convenable à la sonde, on visse la vis D dans la tige A, les deux plateaux C E se rapprochent l'un de l'autre et pressent la mousse dans le trou de sonde. On dévisse ensuite la sonde et on abandonne l'appareil. Afin de pouvoir dévisser facilement l'emmanchement qui relie la sonde à l'appareil, on le munit de dents de butage.

Pour renforcer la fermeture hermétique du fond, on descend du ciment sur l'appareil sur une hauteur de plusieurs mètres.

Appareil à descendre Vargile, système Petit (fig. 5, pi. XXX).* — Se compose de deux tubes A B de diamètres différents, reliés ensemble par un raccord fileté ; dans le plus petit des deux tubes, le disque C qui termine la tige D glisse à frottement

doux. Une bague vissée dans le tube A limite la course en hauteur du disque C, tandis que l'embase E de la tige la limite en profondeur. On bourre le tube A d'argile plastique et, après avoir graissé soigneusement l'intérieur du tube B, on descend l'appareil sur le fond. Aussitôt qu'il touche le fond, sous tout le poids des tiges, le disque C chasse l'argile hors du tube A. Le tube étant graissé, l'argile n'a aucune prise sur lui et reste sur le fond quand on relève l'appareil.

Quand on jette de l'argile directement de la surface dans le trou de sonde, elle reste bien souvent accrochée, soit à la tète d'une colonne perdue, soit à une aspérité quelconque, bien loin au-dessus du fond. Si une seule boule reste suspendue aux parois, elle empêche toutes celles qu'on jette ensuite d'aller plus loin; il se produit un amoncellement de l'argile en cet endroit, amoncellement qu'on a d'autant plus de difficultés ensuite à enlever que l'argile est plus plastique et mieux suifée. A l'aide de l'appareil (fig. 5, pi. XXX), cet inconvénient est écarté et on obtient les meilleurs résultats.

Si l'on a une très grande hauteur de trou de sonde à boucher avec de l'argile, on peut descendre une colonne de tubes, dont la base est garnie d'un rebord intérieur, jusqu'à quelques mètres du fond. L'appareil (fig. 5, pi. XXX) vient s'appuyer sur ce rebord et l'argile chassée tombe sur le fond. Au fur et à mesure du remplissage on relève la colonne d'une hauteur convenable.

Si le diamètre du trou de sonde le permet, on peut encore descendre l'argile dans des sacs traversés par une broche de bois et sur laquelle on lie les deux ouvertures des sacs. On jette ces sacs dans le trou et, sous leur poids, ils vont directement à fond. Après avoir jeté plusieurs sacs d'argile, on peut jeter quelques sacs de pierres que l'on chasse à coups de sonde dans l'argile. Ainsi que nous l'avons déjà dit, toutes ces opérations doivent se faire à niveau plein. Si on jetait des sjics d'argile dans un trou plus ou moins vide, en touchant le liquide, les sacs s'aplatiraient et s'éventiv raient : l'argile, de nouveau, n'irait pas à fond et resterait attachée aux parois du trou de sonde.

Appareils à descendre le ciment (fig. 7, pi. XXX). — Dans un tuyau A est rivée une traverse B supportant deux lames a b, dont les extrémités sont munies de griffes qui viennent saisir en dessous d'un rebord C ménage sur une plaque D faisant fonction de clapet. Une tige E, qui traverse la plaque D et la traverse B, s'appuie sur celle-ci par un rebord F et possède, à une hauteur convenable, un renflement G d'un certain diamètre. La plaque H qui termine la tige E, en touchant le fond, repousse celle-ci, le renflement G pénètre entre deux talons ef venant des lames a b et force celles-ci à s'ouvrir et à lâcher le clapet D qui laisse couler le ciment sur le fond.

Nous employons encore un second appareil, également inventé par nous et que montre la figure 8, pi. XXX. Il se compose d'un tube A qu'un second tube B emboîte à frottement doux. Des lucarnes sont ménagées à même les tubes A et B, de telle façon que les lucarnes du tube B correspondent à celles du tube A par simple glissement. Le tube B est terminé en pointe et porte une tige C qui s'appuie sur la traverse Z>, rivée dans le tube A , par un rebord E. La traverse D porte deux ressorts FG, dont les extrémités se rapprochent l'une de l'autre. Quand la pointe du tube B touche le fond, sous le poids de la sonde, le tube A glisse dans le tube B> tandis que le rebord E de la tige C glisse entre les ressorts FG et est saisi par ceux-ci. Par ce mouvement de glissement des deux tubes l'un dans l'autre, les lucarnes viennent se placer en face l'une de l'autre et offrent une issue au ciment

liquide que contient le tube A et qui coule sur le fond. Quand on relève l'appareil, le tube B reste suspendu par le rebord E de la tige C sur les extrémités des ressorts FG.

Quelques généralités sur les ciments et argiles.

L'emploi du ciment, soit pour la fermeture des eaux supérieures, soit pour aveugler une venue d'eau du fond, demande des précautions particulières. Ces opérations se faisant ordinairement dans des trous de sonde très petits ou dans des espaces annulaires très restreints, et à de grandes profondeurs, on doit employer un ciment qui, par son mélange avec d'autres matériaux, donne une pâte liquide à prise lente.

Degousée et Laurent, daus leur Guide du Sondeur, traitent abondamment de l'emploi du ciment et de l'argile. Nous ne pourrions mieux faire que de répéter textuellement ce qu'ils en disent :

« Les ciments, dits romains, de bonne chaux hydraulique, que l'on prend, autant que possible, à la sortie du four, ou que l'on ravive, avant de l'éteindre, en la chauffant sur une feuille de tôle, avec additions variables de sable pur, fin et bien lavé, nous ont donné de bons résultats. Nous leur ajoutons, lorsque nous le pouvons, des produits ferrugineux, tels que la ferrugine de Naples, de la limaille de fer ou de fonte.

Lorsque nous employons les ciments, nous les coulons à peu près purs pour commencer, en y mélangeant seulement la limaille de fer dès le début; puis nous ajoutons progressivement du sable, jusqu'à une proportion qui ne dépasse pas les deux tiers, en terminant l'opération. Si c'est de la chaux, nous allons jusqu'à moitié seulement. Si on a le choix entre différentes natures de sable, on devra employer, surtout en commençant, le plus fin et celui dont la densité se rapprochera le plus de celle du ciment ou de la chaux, afin d'éviter le plus possible les effets de décantation du mélange, dans le trajet qu'il a à parcourir avant d'être rendu en place.

Pour cette raison, nous croyons les ciments Portland de nature à s'associer le plus convenablement à presque tous les sables; leur densité étant de 1,4, se rapproche, comme on le voit, de celle du sable ordinaire, qui est de 1,7 environ, et en fait une des matières hydrauliques des plus lourdes.

On doit admettre qu'avec le ciment Portland on aura des chances beaucoup plus grandes pour que le mélange, se rendant à destination dans des proportions convenables, puisse se solidifier assez énergiquement. Nous avons vu des échantillons de ce ciment, coulés en rivière, acquérir au bout de quelques semaines une consistance, sinon plus grande, au moins égale à celle des marbres les plus durs. Son énergie est telle qu'on peut lui associer, dans les travaux ordinaires, jusqu'à six ou huit fois son volume de sable. Pour le sujet qui nous occupe, quatre ou cinq fois le volume doit être regardé comme un maximum que l'on fera bien de ne pas dépasser.

Comme les ciments, en général, prennent assez promptement, on ne doit les délayer, soit purs, soit avec mélanges, qu'au fur et à mesure de leur introduction dans le sondage. 11 faut, surtout au commencement de l'opération, leur donner une consistance se rapprochant de la liquidité, pour ne pas former de bourrelets dans l'espace resserré qu'ils doivent parcourir.

Quelques sondeurs, au lieu de béton, se contentent de couler de l'argile derrière

les colonnes. Dans des circonstances exceptionnelles, et lorsqu'on nu peut se procurer aucune matière propre au bétonnage, on peut avoir recours à ce moyen. Nous croyons qu'on devrait alors choisir les argiles les plus pures, les dessécher, les broyer, puis les délayer dans une assez grande quantité d'eau, et lorsque la pâte est à l'état liquide, laisser reposer et décanter. Cette pâte devra être introduite dans le trou dans un état de consistance qui lui permette de couler facilement.

Peut-être obtiendrait-on encore un meilleur résultat si, après avoir soumis l'argile à une nouvelle dessiccation complète à l'air libre et l'avoir réduite en poudre fine, on la projetait ainsi dans le forage très lentement. Elle pourrait arriver au fond sans être complètement imbibée d'eau et sans avoir encore eu le temps de se gonfler. Cette propriété de se gonfler, ne se développant que lorsqu'elle serait arrivée en place, en formerait un tout homogène et très compact. »

Soins à prendre pour l'abandon d'un puits à pétrole.

Quand, par suite d'épuisement du terrain, ou pour toute autre raison, on veut abandonner un puits, il est indispensable de le boucher sur une hauteur suffisante pour empêcher que les eaux supérieures ne s'infiltrent dans les couches pétrolifères, aussitôt que les colonnes de tubes hermétiques auront été retirées. Ordinairement, on retire, autant que possible, toutes les colonnes perdues; ensuite on coupe la colonne hermétique à une dizaine de mètres au-dessus du fond, après avoir tassé des pierrailles, puis de l'argile plastique jusque dans la colonne hermétique même. Pour plus de sécurité, on enfonce un cylindre de bois dans l'argile, puis on tasse un bloc de plomb, à coups de sonde, sur la tête du cylindre de bois. Après avoir retiré la colonne hermétique et les tubes en tôle mince, on remplit le trou entièrement de boues de curage, que l'on choisit plutôt sableuses pour la partie inférieure et schisteuse pour la partie supérieure.

Difficultés particulières de forage.

La traversée des terrains présentant parfois des difficultés particulières, nous avons cru indispensable de la traiter à part.

Avec les moyens perfectionnés que nous possédons actuellement par l'emploi de la méthode de forage à courant d'eau, la traversée des sables boulants se fait rapidement si l'on a soin de faire suivre le trépan par la colonne de tubes de garantie, au fur et à mesure de l'enfoncement. Ces sables étant parfois composés d'éléments assez volumineux, on doit créer un courant d'eau très rapide qui en provoque un enlèvement facile. On intervertit alors la direction du courant, c'est-à-dire qu'au lieu d'injecter l'eau par l'intérieur des tiges de forage pour la faire ressortir par la colonne de tubes de garantie, on l'injecte par cette dernière pour la faire ressortir par les tiges. On obtient de la sorte un courant très rapide qui entraine des graviers de plusieurs centimètres cubes de volume. Si l'on veut éviter un encombrement de la sonde par la chute des détritus en suspens au sein de l'eau, et qui retombent aussitôt que l'on interrompt le courant, on doit relever -la sonde d'une certaine hauteur au-dessus du fond et injecter

de l'eau jusqu'au moment où celle-ci ressort de la sonde complètement claire. De même, quand on est obligé d'ajouter une allonge à la sonde, on doit le faire aussi rapidement que possible et n'interrompre le courant d'eau que pendant quelques secondes; il est même bon d'arrêter le battage aussi longtemps que l'eau ne sort pas des tiges presque claire, avant de couper la communication entre la pompe foulante et la sonde. Si Ton ne prenait toutes ces précautions, le sable boucherait immédiatement la partie inférieure de la sonde et l'on se verrait forcé de remonter celle-ci pour la débarrasser. La traversée d'une couche de sables devant être poussée, autant que possible, sans interruption, l'encombrement de la sonde occasionnerait une perte de temps considérable et serait la source de grandes difficultés dans la suite; car il peut arriver que la colonne de tubes de garantie soit entretemps cernée par le terrain et qu'on ne puisse ensuite plus la faire remuer. On se verrait obligé de descendre une colonne de plus faible diamètre pour pouvoir continuer l'enfoncement et de réduire les dimensions du trou de sonde trop rapidement, circonstance qui peut mettre la valeur du puits en péril.

Si, pendant la traversée d'une couche de sables, la sonde vient à casser, tout le sable en suspens dans l'eau à l'intérieur du tronçon de sonde restant sur le fond, retombe et bouche toute la partie inférieure. Pour débarrasser les tubes, des sables qui les encombrent, au fur et à mesure qu'ils arrivent au jour, on y laisse glisser une lance d'une dizaine de mètres de longueur, reliée à la pompe foulante par un tuyau en caoutchouc et avec laquelle on injecte un jet d'eau; quand une longueur de sonde correspondante à la longueur de la lance est nettoyée, on la relève et on la met de côté. On continue le même jeu pour le reste de la sonde jusqu'à ce qu'elle soit entièrement débarrassée.

L'emploi du système de forage à sonde articulée, sans courant d'eau, présente encore d'autres difficultés; car on n'a pas la faculté d'enlever les sables du fond aussitôt qu'ils sont désagrégés par le trépan. On est obligé, également, de pousser la colonne de tubes de garantie au fur et à mesure de l'enfoncement et d'enlever, sans interruption, les sables à l'aide de la soupape. On doit surtout éviter de balancer celle-ci, pour la remplir, trop longtemps, car les sables monteraient à l'intérieur de la soupape jusqu'au-dessus de son rebord supérieur et en provoqueraient un cernage énergique par leur chute entre elle et les parois du trou de sonde. On ne doit pas non plus abandonner la sonde sur le fond pendant trop longtemps; car il pourrait s'ensuivre un recouvrement du trépan par les sables en suspens au sein de l'eau, et on ne pourrait ensuite le retirer qu'avec les plus grandes difficultés.

Pour l'enlèvement des sables, il est bon d'employer une soupape à boulet disposé à environ m 50 du bord de la frette *; ce dispositif permet de ramasser les sables beaucoup mieux qu'avec la soupape à clapet ordinaire. Il faut ne relever la soupape que d'une faible hauteur et lui imprimer un mouvement rapide de va-et-vient.

On obtient de bons résultats, pour la traversée des sables boulants, en jetant, avant de commencer le battage, des boules d'argile sur le fond. Cette argile se délaie et se mélange aux sables en formant une pâte épaisse qui ne présente pas l'inconvénient de provoquer un cernage de la sonde par recouvrement comme les sables purs.

Les couches superficielles sont souvent composées de graviers plus ou moins volumineux, enveloppés d'une gangue souvent argileuse et sans consistance. Le choc du trépan, dans un tel terrain, est de peu d'efficacité, car les graviers s'enfoncent dans l'argile et celle-ci seule se délaie dans l'eau. On obtient un avancement plus rapide

en employant des tarières que nous décrirons plus loin, ou bien encore un quatrebranches (fig. 10, pi. XXX), que l'on enfonce dans le terrain par rotation.

Dans les argiles plastiques, le forage sans courant d'eau est souvent difficile et lent, car elles se délaient très peu dans l'eau et forment sur le fond une pâte épaisse dans laquelle le choc du trépan a peu d'efficacité. On obtient de bons résultats en jetant sur le fond une certaine quantité de sable qui, en se mélangeant à la boue formée par le terrain broyé, en provoque un foisonnement plus grand dans l'eau.

Dans les grands diamètres et les terrains exceptionnellement durs, pour obtenir un avancement plus rapide, il est préférable de forer premièrement un avant-trou avec un trépan de petit diamètre et de reprendre ensuite avec le trépan au diamètre voulu. On peut également employer la méthode de forage par carottes. On comprend que, si au lieu de broyer toute la surface du fond du trou de sonde, on n'en broie qu'une faiblo partie, l'avancement sera beaucoup plus rapide.