06/01/2021

UNIVERSITE MUSTAPHA BEN BOULAID-BATNA2FACULTE DE TECHNOLOGIE

DEPARTEMENT D’HYDRAULIQUE

Cours Techniques de reconnaissance et forage2 eme Année Master HYDRAULIQUE (H.U R.H)

CH.III: Forage d’eau (Equipment)

Dr.LAKEHAL RidaDépartement Sciences et TechniquesFaculté de TechnologieUB2 – BATNAhttp://staff.univ-batna2.dz/lakehal-ridar.lakehal@univ-batna2.dz

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Réalisation et exploitation avec plusieurs précautions :

- Cas des aquifères multicouches : nécessité d’aveuglement de la nappe supérieure,

tubage et du ciment au niveau de la première nappe afin d'éviter un éventuel transfert de

pollution entre les deux nappes. (Le forage est un vecteur potentiel de pollution)

- Etanchéifier le puits selon plusieurs dispositifs :

* une tête de puits au-dessus du niveau des plus hautes eaux,

* tubages résistants à l'écrasement et bien reliés entre eux limitent également les

risques d'érosion,

* crépine adaptée au milieu permet de capter le meilleur debit disponible.

Equipment = interface entre le terrain et la station de pompage.

Equipment du forage

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Foration : Ø = 600 mm cimentation de l'extrados (de 0 à 3 m)(de 0 à 3 m) Ø = 500 mm - tubage acier plein (de 0 à 3 m)

Foration : Ø = 445 mm Ø = 320 mm - tubage acier plein (de 0 à 10 m)(de 3 à 10 m)

cimentation de l'extrados (de 0 à 60 m)

Ø = 203 x 225 mm - tubage PVC plein (de 0 à 70 m)

Foration : Ø = 311 mm(de 10 à 118 m) gravillonnage 2 x 4 (de 60 à 118 m)

Ø = 203 x 225 mm - tubage PVC crépiné (de 70 à 97 m)

crépine inox 304 à fil enroulé 10/10 (de 97 à 115 m) de Ø 8"

tube inox 304 plein avec fond (de 115 à 118 m)

Toarcien (de 28 à 47 m)

1. Tubages2. Crépines3. Massif filtrant4. Cimentation

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- Fonction :* canaliser l'eau depuis la ressource jusqu'en surface* tenir mécaniquement les terrains traversés* participer à l'individualisation de l'eau captée * permettre la fixation du matériel de tête d'ouvrage (pompe

immergée, raccordement au réseau de surface).

1.Tubages

- Matériaux :* PVC, avec filetage

sensibilité aux chocs, à la température et aux chlorures* Acier inoxydable : sensibilité aux rayures, chlorures, sulfures,

hydrogène et tensions réservé à des cas extrêmes (tubagesprofonds par exemple)

* Inox : cher mais qualité…

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- Choix du matériau :

* Adaptabilité aux formations traversées (sable, calcaire etc )* Neutralité et inertie du matériau sur son environnement - Dégradation

du métal (eau rouillée)* Oxydation entraînant le colmatage (bactéries ferrugineuses) * Résistance à la traction (pour les forages profonds)* Fiabilité et longévité garantissant la pérennité de l'ouvrage

- Diamètre du tubage lié à :

* la profondeur finale * la qualité des terrains traversés * débit de production espéré

- Contrôle après mise en place du tubage

par inspection vidéo : permet de visualiser la mise en place suivant les spécifications, l'état général du tubage et l'étanchéité apparente des raccords soudés ou filetés

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2. CrépinePrincipale interface avec la ressource : Elément principal de l'équipement d'un ouvrage d'exploitation

- Fonction : tube ajouré laissant le passage à l'eau tout en maintenant la formation

- Caractéristiques :· Nature du matériau qui la constitue,· Forme des ouvertures,· Taille et densité des ouvertures,· Coefficient d'ouverture.

Crépines perforées : coefficient d'ouverture limité de 10 à 20 %Trous oblongues, nervures repoussées, ou fentes rectangulaires pour le PVC.

Crépines à fente continue, enroulement hélicoïdal : coefficient d'ouverture jusqu'à 50 %. Ce type de crépine n'existe pas en PVC

Trous oblongs

Nervures repoussées

Crépine PVC

Crépine enroulée

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Les différents types de crépines –critères de choix des fentes en formation hétérogène

Equipement des forages 98

Figure 3-8 Différents types de crépines (d’après : 1 à 4 — données TUBAFOR ; 5 - A. MABILLOT,

1971)

Equipement des forages 97

— analyse granulométrique des échantillons, — logs géophysiques (diagraphies). Il est recommandé de choisir des longueurs de crépines selon les quatre cas

suivants qui peuvent se présenter. — Nappe artésienne en terrain homogène, non stratifié. Dans ce type d’aquifère,

on crépinera 80 à 90 % de son épaisseur en s’assurant que le rabattement ne descend pas sous le niveau du toit de cette couche aquifère.

— Nappe artésienne en terrain hétérogène, stratifié. 80 à 90 % des couches les plus perméables doivent être crépinées.

— Nappe libre en terrain homogène. Théoriquement, il est recommandé dans une couche inférieure à 45 mètres de puissance de crépiner au moins le tiers inférieur sans dépasser une hauteur de 50 % au maximum. Dans une couche plus puissante, on peut crépiner 80 % de cet aquifère pour obtenir une capacité spécifique plus importante. En fait, la longueur de crépine à adopter est un compromis entre la crépine la plus longue possible (dont l’avantage est de réduire la vitesse d’entrée de l’eau) et la crépine la plus courte placée à la base de l’aquifère et qui permet un rabattement plus important. Il est recommandé de ne pas rabattre la nappe au-dessous de la crépine.

Profondeur et naturedes formations

120

125

132

136

145

Diamètre desgrains retenus

à 40%

0,5 mm

1,27 mm

0,76 mm

1,52 mm

Ouverturedes fentes

Longueurdes crépines

120

126127

132

137

0,5 mm

1,0 mm

1,25 mm

0,75 mm

1,5 mm

6 m

1 m

5 m

5 m

8 m

Sablemoyen

Sabletrès grossier

Sablegrossier

Sabletrès grossier

Figure 3-7 Choix des fentes des crépines dans une formation hétérogène, (d’après R. LAUGA, 1990).

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-Critères de choix :

* permettre la production de fluide sans particule fine,* rester inerte vis à vis du fluide à capter,* résister à la pression d'écrasement exercée par la formation aquifèreen cours d'exploitation,* ne pas risquer un vieillissement prématuré,* induire des pertes de charges minimales.

-Choix des caractéristiques géométriques lié à :

* la nature de l'aquifère (pas de crépine pour des terrains consolidés)* aux caractéristiques hydrauliques définies lors du suivi de forage

(analyse granulométrique, diagraphie...)* l'épaisseur de la formation à capter, * au niveau de rabattement maximal.

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3. Massif filtrant

La cote supérieure du massif de gravierdoit recouvrir en partie le tube pleinpour disposer d'une réservede gravier et jouer pleinement son rôlede filtre.

- Fonction :limiter les pertes de charge au niveau du forage + assurer une filtration efficace.

- permet l’augmentation de la taille des ouvertures des crépines - augmente la porosité autour du forage = réduit la vitesse de l'eau à l'entrée de la

crépine = augmenter le débit de production + longévité de l'ensemble.- filtre les éléments fins

Massif de gravier de granulométrie élevée entre la crépine et l'aquifère

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Choix et Dimensionnement :

- matériau propre sans élément fin, de forme arrondie (limite les pertes de charge), calibréle plus souvent : gravier siliceux

- granulométrie définie à partir de la courbe granulométrique propre de l'aquifère- diamètre le plus fin possible, en étant toutefois plus gros que les ouvertures des crépines

- calcul volume de gravier = volume foré – volume tube… et la réalité est toujours supérieure.

Choix des ouvertures des crépines et du gravier en fonction de la granulométrie de l’aquifère

Taille des grains de l’aquifère

Taille des grains du massif filtrant

Taille des orifices de la crépine

0.1 à 0.6 mm0.2 à 0.8 mm0.3 à 1.2 mm0.4 à 2.0 mm0.5 à 3.0 mm

0.7 à 1.2 mm0.1 à 0.5 mm1.5 à 2.0 mm1.7 à 2.5 mm3.0 à 4.0 mm

0.50 mm0.75 mm1.00 mm1.50 mm2.00 mm

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4. CimentationIndispensable pour protéger l’aquifère des pollutions extérieures

-Fonction :· Ancrer les tubages dans le terrain,· Rendre l'espace annulaire étanche et empêcher la pollution par les eaux de surface,

· Protéger le tubage de l'action corrosive de certains fluides ou terrain.

ciment

Argile ou matériau imperméable

Massif filtrant

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Avant d’entamer une opération de cimentation, il faut calculer le volume exact de

lait de ciment à mettre en œuvre.

Ce volume est donné par la formule suivante :

Cimentation 102

Volume du coulis

30

70

2,1

40

60 1,75

1,95

35 2,05

44 1,90

48 1,85

54 1,80

66 1,70

37 2,0

100 90 80 70 60

DensitésVolume d'eau pour 100 kgde ciment

Figure 3-10 Diagramme triangulaire donnant les différents paramètres de préparation de coulis de ciment pur (d’après R. LAUGA, 1990).

Avant d’entamer une opération de cimentation, il faut calculer le volume exact de

lait de ciment à mettre en œuvre. Ce volume est donné par la formule suivante :

V =H2 . d11 – d2

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avec :

H : hauteur de cimentation, d1 : diamètre de foration, d2 : diamètre du tubage.

Une opération de cimentation d’une colonne de tubage doit être effectuée de bout

en bout, sans interruption. Nous décrirons sommairement les principaux types de cimentation utilisés en forage d’eau.

3.4.1 Cimentation par l’extérieur du tubage

Cette méthode ne concerne que les forages peu profonds. On introduit par le fond la quantité de lait de ciment nécessaire pour remplir l’espace annulaire, puis, tout de suite après, la colonne à cimenter. Le pied du tubage étant fermé par un bouchon destructible, le casing sera rempli d’eau au fur et à mesure de la descente pour éviter que la colonne de tubes ne flotte sur le ciment.

Il est possible également de cimenter après la mise en place de la colonne de tubage. Dans ce cas, le lait de ciment est injecté grâce à une pompe par le fond et remonte le long des parois du tubage au fur et à mesure de l’injection.

Cimentation 102

Volume du coulis

30

70

2,1

40

60 1,75

1,95

35 2,05

44 1,90

48 1,85

54 1,80

66 1,70

37 2,0

100 90 80 70 60

DensitésVolume d'eau pour 100 kgde ciment

Figure 3-10 Diagramme triangulaire donnant les différents paramètres de préparation de coulis de ciment pur (d’après R. LAUGA, 1990).

Avant d’entamer une opération de cimentation, il faut calculer le volume exact de

lait de ciment à mettre en œuvre. Ce volume est donné par la formule suivante :

V =H2 . d11 – d2

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avec :

H : hauteur de cimentation, d1 : diamètre de foration, d2 : diamètre du tubage.

Une opération de cimentation d’une colonne de tubage doit être effectuée de bout

en bout, sans interruption. Nous décrirons sommairement les principaux types de cimentation utilisés en forage d’eau.

3.4.1 Cimentation par l’extérieur du tubage

Cette méthode ne concerne que les forages peu profonds. On introduit par le fond la quantité de lait de ciment nécessaire pour remplir l’espace annulaire, puis, tout de suite après, la colonne à cimenter. Le pied du tubage étant fermé par un bouchon destructible, le casing sera rempli d’eau au fur et à mesure de la descente pour éviter que la colonne de tubes ne flotte sur le ciment.

Il est possible également de cimenter après la mise en place de la colonne de tubage. Dans ce cas, le lait de ciment est injecté grâce à une pompe par le fond et remonte le long des parois du tubage au fur et à mesure de l’injection.

Une opération de cimentation d’une colonne de tubage doit être effectuée de bout en bout,

sans interruption.

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5. PompePompe immergée ou pompe de surface

Pompe localisée toujours au-dessus des crépinesSinon :- Vitesses élevées dans crépines- Eléments fins pompés- Evite dénoyage crépine car risque d’oxidation et développement bactérien si oxygénation.

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Origine - frottement du liquide contre les parois plus ou moins lisses de la tuyauterie, - changements de diamètres, aux courbes, - aux accessoires tels que : tés, vannes coudes...

Les pertes de charge dans une conduite sont donc :¤ Proportionnelles à sa longueur,¤ Indépendantes de la pression intérieure,¤ En relation avec la nature et l'état de la paroi de la canalisation,¤ Fonction de la vitesse d'écoulement (approximativement proportionnelle au carré de cette vitesse), ¤ Inversement proportionnelles au diamètre de la conduite.

6. Diminuer les pertes de charges

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