Journée d’informations et d’échanges sur la réalisation des

puits et forages privés en Aquitaine22 novembre 2013

Choix de la méthode de forage

1. Critères de choix de la méthode de forage

Le choix de la méthode de forage est fonction :

De la géologie des terrains à traverser :- formations sédimentaires + ou - consolidées,- zones de socle + ou - fracturées,

De la profondeur à atteindre,

De l’accessibilité et de l’emprise disponible sur le site,

Des moyens humains et matériels de l’entreprise.

Origine géologique

Exemples Calcaire Grès Marnes Argile Sable Gravier

Dureté Dur à tendre Non consolidé

Méthodes de forage

Type de formation

Ignées et métamorphiques

Granite Quartzite Basalte Gneiss Schiste

Très dur à dur

Sédimentaires

GUIDE DE SELECTION DE LA METHODE DE FORAGE

Marteau fond de trou

Battage

Rotary

Rotary air

Rotary boue

2. Principales méthodes de forage

Méthodes les plus couramment employées en forage domestique :

-Forage au battage,

-Forage au rotary

-Forage au marteau fond de trou

2.1 Forage au battage

La technique consiste à soulever avec un câble un trépan lourd et à le laisser retomber sur le terrain à traverser.La hauteur et la fréquence de chute varient avec la dureté des formations.Le nettoyage du trou se fait au fur et à mesure de l’avancement par la descente d’une soupape permettant de remonter les cuttings.Dans les formations non consolidées, les parois sont maintenues par un tube de travail lisse , épais, assemblé par filetage à mi-épaisseur et mis en place par louvoiement à l’avancement.

Avantages :Simple et peu couteux en matériel et énergie,Pas de fluide de forage,Pas de développement à prévoir,

Inconvénient : Faible vitesse d’avancement dans les terrains consolidés,Contrôle difficile des venues d’eau artésiennes,

Préconisation :Procédé adapté à la réalisation de forages de moins de 50m de profondeur, dans les formations sédimentaires meubles et compactes, notamment alluvionnaires sans éléments grossiers (galets), où ses avancements rapides et sa facilité de mise en œuvre la rendent compétitive.

2.2 Le rotary

La technique consiste à animer d’un mouvement de rotation un outil monté au bout d’une ligne de sonde et à le faire pénétrer dans le terrain, sans chocs, par abrasion et broyage sous l’effet d’une charge (poids de la garniture ou pression hydraulique).

Le choix de l’outil est fonction de la nature des formations géologiques.- Outil à lame pour les formations sédimentaires compactes à structure fine et peu dures,- Tricône à dents pour les formations pas ou moyennement consolidées.- Tricône à picots et outils diamantés pour les terrains durs.

Le nettoyage du trou se fait au moyen d’un fluide de forage injecté en continu, sous pression, dans la ligne de sonde (en circulation directe), et remontant les déblais (cuttings) dans l’espace annulaire.

Ce fluide est le plus souvent :- de la boue à base de bentonite ou mixte bentonite + polymères- de la boue à base de polymères (amidon,....)- voire de l’eau ou de l’air.

Ses principales fonctions sont : - de remonter les déblais à la surface grâce à sa viscosité,- de maintenir les parois des terrains non consolidés traversés (boue bentonitique)- de refroidir l’outil,- de s’opposer par sa densité à l’artésianisme des aquifères rencontrés (boue bentonitique)

Avantages :Vitesse d’avancement rapide dans les formations sédimentaires peu à moyennement consolidées,Maintient des parois boulantes par la boue bentonitique et le « cake » (pas de tubage des parois),Bon contrôle des arrivées d’eau,Profondeurs atteintes élevées, Diamètre de forage important.

Inconvénients :Nécessité d’un fluide de forage,Envahissement possible des aquifères par la boue,Développement de l’aquifère à prévoir,Matériel important (pompe à boue, bacs, tamis, dessableur) Amené – repli et emprise chantier conséquentsPréconisation :Procédé adapté à la réalisation de forages dans les formations sédimentaires, consolidées ou non, en présence de venues d’eau ou d’artésianisme. Procédé déconseillé dans les terrains durs et fracturés.

2.3 Forage au marteau fond de trou

La technique consiste à animer d’un mouvement de rotation un outil, un marteau perforateur pneumatique équipé d’un taillant, monté au bout d’une ligne de sonde, et à le faire pénétrer dans le terrain, par percussion sous l’effet d’une charge (poids de la garniture ou pression hydraulique).

L’énergie nécessaire au marteau est procurée par de l’air comprimé à haute pression (10-25 bars) injecté à fort débit dans la ligne de sonde.

Le nettoyage du trou se fait en remontant les cuttings (poussières et éclats) dans l’espace annulaire avec l’air d’échappement du marteau.

Pour éviter tout risque de coincement la vitesse ascensionnelle des cuttings doit être élevée (15m/s). L’emploi de mousse est nécessaire si celle-ci est insuffisante.

En présence de formations boulantes ou incohérentes le trou doit être tubé au fur et à mesure de sa foration et impose l’usage du tubage à l’avancement avec taillant excentrique.

Avantages :Vitesse d’avancement rapide dans les formations dures,Bonne observation des cuttings et des zones productrices d’eau à l’avancement,Pas d’envahissement des formations traversées,Pas d’unité de traitement du fluide de forage,

Inconvénients : Peu adapté au terrains non consolidés ou plastiques,Profondeur limitée sous d’importantes hauteur d’eau,Risque de coincements par des bouchons de cuttings ou en zone très fracturée instable,Nécessité d’avoir un puissant compresseur d’air,Consommation d’énergie (combustible) importante.

Préconisation :Procédé adapté à la réalisation de forages de profondeur moyenne, dans les terrains durs et fissurés, avec une vitesse d’avancement rapide et ne nécessitant pas d’eau ni d’unité de traitement de fluide de forage.Procédé déconseillé dans les terrains meubles, peu consolidés ou plastiques.

Dimensionnement d’un forage

1. Aquifère à capter

Le dimensionnement d’un forage est lié aux caractéristiques de la ressource à capter :- type de formation aquifère,- profondeur du toit de l’aquifère,- puissance (épaisseur) de la formation ciblée,- caractéristiques hydrodynamiques de l’aquifère (nappe libre, nappe captive, productivité,

…)

Ces informations peuvent être obtenues :- par consultation des banques de données géologiques (Infoterre,BSS)- par consultation des dossiers d’ouvrages proches réalisés par l’entreprise,- à partir de l’expérience et de la connaissance terrain du foreur,

2. Equipement du forage

L’équipement du forage se compose : - d’une colonne d’exploitation, masquant la partie supérieure non captée de l’ouvrage,- d’une crépine, au droit de la formation aquifère à capter,

Cet équipement peut être :- télescopé : les éléments sont emboités l’un dans l’autre, (forages importants)- monolithique : les éléments sont assemblés bout à bout, (forages simples)

Il doit : - protéger de toute contamination la ressource en eau au droit du forage,- éviter l’entrainement d’éléments solides,- permettre d’obtenir le débit le plus élevé possible.

Il est constitué :- en PVC à raccords à visser,- en acier noir fileté manchonné,- en acier inox à souder ou fileté manchonné

Dans le cas des forages domestiques, cet équipement est souvent monolithique et en PVC (occasionnellement à fil enroulé en inox, ou à nervures repoussées en acier)

2.1 La colonne d’exploitation

La colonne d’exploitation doit :- être étanche, - résister aux contraintes :

- de traction,- d’écrasement,- thermiques,- de corrosion.

Sa longueur doit correspondre à la profondeur de l’aquifère cible, majorée d’une rehausse de 0,50m pour sa mise hors sol.

Son diamètre intérieur est fonction :- du débit d’exploitation escompté,- du diamètre de la pompe immergée prévue (4¨,6¨) et de la vitesse de circulation d’eau

requise autour de son moteur.

Pour les forages domestiques, ce tubage en PVC doit être :- en PVC forage de couleur bleue, conforme aux normes NFT 54003 et 54016,- lisse, à raccords à visser, filetages dans la ½ épaisseur du tube.

- Ses dimensions et caractéristiques les plus courantes sont les suivantes :- DN100 diamètre 104x114mm prévu pour pompe 4¨ débit maxi 20m3/h,- DN 125 diamètre 126x140mm prévu pour pompe 4¨ débit maxi 30m3/h,- DN 150 diamètre 150x165mm prévu pour pompe 6¨ débit maxi 60m3/h

2.2 La crépine

La crépine constitue l’élément principal de l’équipement du forage et doit :

- permettre la production d’eau claire sans particules fines,- induire des pertes de charges minimales,- résister aux contraintes :

- de traction- d’écrasement,- thermiques- de corrosion

Sa longueur correspond à la hauteur d’aquifère à capter nécessaire pour obtenir le débit souhaité.

Comme pour la colonne d’exploitation, son diamètre est fonction du débit escompté.

Le choix de l’ouverture des crépines est fonction : - de la granulométrie de la formation aquifère,- du débit admissible par mètre de crépine,- du rabattement induit par les pertes de charges dans les ouvertures.

Dans le cas d’un équipement de forage en PVC, celle-ci est : - impérativement préfabriquée,- en PVC forage de couleur bleue, conforme aux normes NFT 54003 et 54016,- lisse, à raccords à visser, filetages dans ½ épaisseur du tube,- obturée en pied par un bouchon,- équipée de fentes de 0,2 à 3mm d’épaisseur.

3. Diamètre de foration

Une fois l’équipement du forage dimensionné, le diamètre de foration doit être défini de façon à :

- faciliter la descente des équipements de forage dans le trou,- permettre la mise en place si nécessaire autour de la crépine d’un massif de gravier filtrant,- pouvoir cimenter à l’extrados, la colonne d’exploitation du sommet des crépines jusqu’au sol afin :

- d’ empêcher toute infiltration des eaux de surface dans le forage,- isoler les nappes captives intermédiaires,- solidariser le tubage avec le terrain

Il est conseillé de laisser un espace annulaire minimum :

- autour d’un équipement télescopé de :- 50mm pour la mise en place gravitaire d’un massif de gravier filtrant,- 25mm pour la cimentation de la colonne d’exploitation.

- autour d’un équipement monolithique de :- 50mm pour la mise en place gravitaire d’un massif de gravier filtrant,

- 50mm pour la cimentation de la colonne d’exploitation.

Implantation du forage

Lors de cette opération faite en présence et contradictoirement avec le client, il faut s’assurer que :

Les distances règlementaires sont respectées,Les déclarations ont été faites, (DDTM, Code Minier,….),Les autorisations nécessaires ont été obtenues, (rejets des eaux)La DT – DICT a été réalisée,

La topographie ne risque pas d’entrainer de déversements accidentels chez les riverains,Le point de rejet des eaux et effluents traités durant le chantier existe et soit suffisant,Le site est accessible avec le matériel,Le forage n’est pas implanté :

- sur une zone inondable,- dans les points bas et les cuvettes (pollutions par ruissellements),- à proximité d’ouvrages et sites potentiellement polluants (fosse septique,

cuve de fuel, atelier mécanique,…)- à proximité d’un forage existant,- à proximité de végétaux à grand développement,- sous une ligne électrique aérienne,

Dans tout les cas, il est vivement conseillé de reconnaître manuellement avec précaution le 1er mètre de forage, afin de se prémunir contre la présence d’ouvrages ou de réseaux pas ou mal repérés dans la zone de travail.

Réalisation du forage

1. Installation du chantier

Pour assurer la propreté, l’hygiène et la sécurité du chantier, mettre en place :

- une clôture et une signalétique pour interdire l’accès aux personnes extérieures,- un dispositif de collecte et de rétention des éventuelles fuites d’hydrocarbures et d’huile

hydraulique sous les machines (bacs, bâches,…),- un dispositif de rétention sous les bidons et cuves de gasoil, huiles et autres produits polluants, et

les éloigner du forage,- un bac de neutralisation en cas d’utilisation d’additifs chimiques, (acide chlorhydrique, soude,..),- un dispositif de décantation des fluides de forage et de stockage des déblais (bac décanteur,…)- du matériel correctement entretenu et en bon état de propreté.

2. Foration

2.1 Préconisations

- utiliser le matériel de forage adapté,- laisser un espace annulaire suffisant entre les parois du trou et l’équipement en prévision du gravillonnage et de la cimentation,- maintenir le chantier propre,- évacuer les déchets et résidus de fluide de forage conformément à la réglementation,

2.2 Suivi de la foration

Quelque soit la méthode de foration choisie, relever sur un carnet :- les vitesses d’avancements (en minute/mètre),- les arrivées d’eau,- les incidents de forage (chute d’outils, éboulement, perte de fluide, artésianisme,…)- la coupe géologique foreur avec prise d’échantillon tous les mètres et à chaque changement de faciès.

3.Equipement du forage

3.1 Calage de la coupe technique du forageEn fonction :

- de la coupe géologique établie par le foreur,- de la position réelle du toit de l’aquifère,- du constat de la nature de l’aquifère à capter,

L’équipement prévisionnel du forage est susceptible d’être modifié quant :- à la nécessité de mettre des crépines ou laisser le trou nu,- aux longueurs de tubage et crépines.

3.2 Tubages et crépines

Le tubage et les crépines PVC devront :être équipés :

- d’un bouchon de pied,- de centreurs tous les 10m,

dépasser du sol de 0,50m une fois mis en place.

4. Massif de gravier filtrant

Indispensable en présence d'aquifères sableux ou graveleux, le massif filtrant sert à éviter l'ensablement du forage,Pour être efficace, celui-ci doit :

- être constitué de graviers calibrés, lavés et étuvés, - avoir une épaisseur de 50mm sur toute la hauteur des crépines, - posséder une granulométrie adaptée au terrain et à l'ouverture des crépines, - dépasser le sommet des crépines et le toit de l'aquifère.

Mis en place gravitairement, son volume réel doit être supérieur au volume théorique et son niveau contrôlé à la sonde.

5. Cimentation

5.1 ObjectifLa cimentation du tubage a pour objectif :

- de protéger la ressource en eau en empêchant: - les infiltrations d'eaux de ruissèlement depuis la surface, - les communications entre nappes d'eau de qualités différentes,

- d'assurer la stabilité de l'ouvrage par scellement du tubage au terrain, - d'assurer la durée de vie de l'ouvrage en le protégeant des eaux agressives.

5.2 Zone à cimenter

Le forage doit être cimenté : - pour une nappe captive, du toit de la nappe jusqu'au sol, - pour une nappe libre, sur la hauteur du tubage et au minimum de -2m jusqu'au sol, - en région de socle, sur toute la hauteur altérée et au minimum de -10m jusqu'au sol.

5.3 Mode opératoire

Dans le cas de forages domestiques en PVC - mettre en place gravitairement sur le massif filtrant un bouchon d'argile gonflante (type

sobranite) de 1m d'épaisseur, - préparer un laitier de ciment de densité 1,8 , - injecter depuis le bas, avec une pompe et au moyen de cannes placées de chaque coté du tubage, le laitier de ciment dans l'annulaire, jusqu'à son apparition au niveau du sol - après retrait lors de la prise, faire un complément depuis la surface.

6. Développement du forage

6.1 Objectif

Le développement du forage est destiné : - à parfaire le nettoyage du trou, de la crépine et du massif de gravier filtrant - à améliorer les caractéristiques hydrodynamiques de l'aquifère autour de la crépine.

dans le but : - d'augmenter le débit exploitable, - de produire une eau exempte de matière solide.

6.2 Mode opératoire

Le développement s’effectue le plus souvent à la pompe immergée après :- mise en eau claire du puits à l’air lift et traitement éventuel :

- à l’héxamétaphosphate de sodium,- à l’acide chlorhydrique.

Dans le cas de forages domestiques en PVC, le développement s'effectue en général uniquement à la pompe immergée après mise en eau claire du puits.

7. Protection de la tête du forage

7.1 ObjectifLa protection de la tête du forage a pour but :

- d'empêcher les eaux de surface, de ruissellement ou d'inondation de pénétrer à l'intérieur du tubage,

- d'éviter l'introduction d'objets, de petits animaux ou de substances dans le puits, - de protéger l'ouvrage des chocs,

- de contenir les phénomènes d'artésianisme, le cas échéant.

7.2 Ouvrage de protection

Cas général :- réaliser autour du forage une dalle béton de 3m2 et de 0,30m de hauteur,- laisser dépasser le tubage du forage de 0,50m au-dessus du terrain naturel,- mettre un bouchon étanche sur la tête de forage.

Pour un forage domestique hors sol :

- réaliser autour du forage un dallot de 1m2 et de 0,15m de hauteur,- laisser dépasser le tubage du forage de 0,25m au-dessus du terrain naturel,- mettre un bouchon étanche sur la tête du forage.

Pour un forage domestique sous regard :

- réaliser autour du forage en fond de regard un dallot de 1m2 et de 0,15m d’épaisseur,- laisser dépasser le tubage du forage de 0,20m au-dessus du fond en béton du regard,- mettre un bouchon étanche sur la tête de forage.