22 novembre 2013 Je conçois l’ouvrage

Présentation au sujet: "22 novembre 2013 Je conçois l’ouvrage"— Transcription de la présentation:

1 Journée d’informations et d’échanges sur la réalisation des puits et forages privés en Aquitaine
22 novembre 2013 Je conçois l’ouvrage Je choisis la méthode de forage adaptée Nappes libres/nappes captives

2 Les écoulements souterrains
Nappe d’eau souterraine Aquifère : corps (couche, massif) de roches perméables à l'eau, reposant sur des roches peu ou moins perméables (substratum) et parfois à couverture de roches moins perméables (toit). L’aquifère comporte une zone saturée d’eau et conduit suffisamment l'eau pour permettre l'écoulement significatif d'une nappe souterraine et le captage de quantités d'eau appréciables. Nappe : ensemble de l'eau présente dans la zone saturée d'un aquifère, dont toutes les parties sont en liaison hydraulique. 

3 Fluctuations piézométriques
Les nappes sont influencées par les recharges (fluctuations saisonnières et interannuelles) et par les prélèvements Exutoires des nappes  : Lacs, rivières, océan Sources Autres nappes Reprise par évaporation Moyennes eaux Basses eaux Hautes eaux

4 Contextes hydrodynamiques
Nappe libre (à surface libre) la nappe fluctue dans la zone non saturée de l’aquifère Nappe captive (sans surface libre) le niveau piézométrique est au-dessus du toit de l’aquifère Nappe captive jaillissante (artésienne) le niveau piézométrique est au-dessus du sol

5 FORAGE EN NAPPE LIBRE GUIDE D’APPLICATION DE L’ARRÊTÉ INTERMINISTÉRIEL
DU 11 SEPTEMBRE 2003 RELATIF À LA RUBRIQUE DE LA NOMENCLATURE EAU Quelques définitions concernant la composition d'un forage d'eau "classique" Le trou: foré, creusé ou foncé, il traverse les terrains de couverture et l'aquifère. Le tubage de protection (parfois appelé de soutènement): c'est un tube plein constitué d'éléments cylindriques vissés ou soudés. Il est étanche. Il est maintenu au centre du trou par les centreurs. La crépine: c'est un tube percé d'orifices dont la taille (le "slot", en mm) est adaptée à la formation à capter. Sa nature (acier, inox, PVC) est adaptée à la qualité de l'eau mais celle-ci ne constitue pas le seul critère de choix du matériau. Elle est également équipée de centreurs. Si la totalité de l'épaisseur de l'aquifère est équipée on parle de "puits parfait". Le tube de décantation ("poubelle") : En dessous de la crépine il récupère les particules les plus fines qui ont réussi à pénétrer dans l'ouvrage et pourrait colmater des arrivées d'eau ou perturber le fonctionnement de la pompe. Il permet le nettoyage du puits sans risque pour les crépines ou la formation (on descend une colonne de soufflage au fond). Il est fermé au fond de manière à éviter les remontées de matériaux fluants (sables boulants). Autour de la crépine le massif filtrant, constitué de gravier calibré, assure un filtrage de l'eau (protection de la pompe); Il n'est pas toujours indispensable (selon les terrains) Lorsque le trou est d'un seul diamètre il faut pouvoir mettre en place les différents éléments. On commence par descendre la crépine et le tube plein, puis on lace le massif de gravier. Il faut alors mettre un bouchon (packer ou joint d'étanchéité) pour couler le ciment autour du tubage plein. La tête de puits assure la protection de l'ouvrage vis à vis de la surface (risque de pollution directe): margelle, capot de fermeture étanche et cadenacé sont désormais obligatoires. A l'arrêt, le niveau de la nappe est au repos (niveau "statique"). En pompage, le niveau de l'eau est rabattu. Si la surface de la nappe au repos était horizontale, l'aquifère homogène et isotrope, la surface de la nappe en pompage aurait la forme d'un entonnoir (cône de rabattement). Le niveau mesuré dans l'ouvrage est le niveau dynamique. On s'efforce qu'il reste au dessus des crépines pour éviter les phénomènes de corrosions. Au dessous du niveau d'eau, l'aquifère est dit "saturé". En dessus, dans le cas du schéma, le terrain dénoyé est appelé zone non saturée (ZNS)

6 FORAGE EN NAPPE CAPTIVE

7 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.

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9 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

10 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.

11 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.

12 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).

13 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.

14 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)

15 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 conséquents Préconisation : 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.

16 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).

17 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.

18 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 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.

19 Journée d’informations et d’échanges sur la réalisation des puits et forages privés en Aquitaine
22 novembre 2013 Je conçois l’ouvrage Présentation de la Charte Qualité des puits et forages d’eau

20 La charte de qualité Forage d’eau
Eric GARROUSTET Bordeaux, le 22 Novembre 2013

21 Le S.F.E.G. • Le SFEG représente les entreprises de forage spécialistes de la ressource en eau souterraine et de la géothermie, réparties sur l’ensemble du territoire national.

22 Charte de qualité- Forage d’eau

23 Forage d’eau et de géothermie
NF X Réalisation ,suivi et abandon d’ouvrages de captage ou de surveillance des eaux souterraines réalisés par forages -avril 2007-

24 Un puits ou un forage d’eau est un ouvrage complexe dont le bon fonctionnement dans la durée dépend de la conception, de la réalisation, et de ses conditions d’exploitation. De plus, sa réalisation doit être respectueuse de l’environnement

25 Pour permettre aux clients d’identifier les entreprises compétentes et limiter les risques de non-qualité technique et environnementale, le SFEG a crée en la Charte Qualité des Foreurs d’Eau. Cette charte engage ses signataires à construire des forages de qualité et fiables, dans le respect de l'environnement.

26 Cette Charte a été conçue en étroite collaboration avec la Direction de l'Eau et de la Biodiversité du Ministère de l'Ecologie, du Développement Durable des Transports et du Logement, les Agences de l'Eau et le BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières).

27 Les signataires de la Charte Qualité des Puits et Forages d'Eau s'engagent à :

28 assister le maître d'ouvrage dans la définition de ses besoins et fournir une offre structurée,

29 respecter les règles de l'art et les normes en vigueur ; en particulier prévenir les risques de pollution et les nuisances (un seul aquifère capté, cimentations/protection des aquifères)

30 mettre en œuvre une procédure Qualité, consigner les travaux réalisés et prendre des échantillons de terrain et d'eau

31 déclarer et transmettre un rapport de travaux à son client et à l’administration.

32 Une commission paritaire composée de professionnels du forage, de maîtres d’œuvre public et privé instruit les dossiers d'adhésion et de renouvellement annuel. Elle établit la liste des entreprises autorisées chaque année à afficher leur adhésion à la Charte. Elle se prononce sur la base d’un dossier comprenant la liste des travaux réalisés par le candidat l’année précédente, des rapports de chantier, et les factures de ciment

33 L’adhésion à la Charte de Qualité est ouverte à l’ensemble des entreprises de forage du territoire national ,sans obligation d’adhérer au S.F.E.G.

34 Merci de votre attention

35 Journée d’informations et d’échanges sur la réalisation des puits et forages privés en Aquitaine
22 novembre 2013 Je conçois l’ouvrage Je dimensionne le forage et bâtis son architecture (tubage, crépine, cimentation)

36 Je dimensionne le forage et bâtis son architecture
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 (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,

37 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)

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40 2.1 La colonne d’exploitation
La colonne d’exploitation doit : - 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 et 54016, - lisse, à raccords à visser, filetages dans la ½ épaisseur du tube. - Ses dimensions et caractéristiques les plus courantes sont les suivantes : - DN diamètre 104x114mm prévu pour pompe 4¨ débit maxi 20m3/h, - DN diamètre 126x140mm prévu pour pompe 4¨ débit maxi 30m3/h, - DN diamètre 150x165mm prévu pour pompe 6¨ débit maxi 60m3/h

41 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, - répondre aux mêmes sollicitations que la colonne d’exploitation, 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 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.

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43 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

44 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 cimentation de la colonne d’exploitation.

45 Journée d’informations et d’échanges sur la réalisation des puits et forages privés en Aquitaine
22 novembre 2013 Je conçois l’ouvrage Si travaux géothermie, j’informe des particularités

46 Discussion