WO1985003105A1 - Piezometre multiple et application d'un tel piezometre - Google Patents

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WO1985003105A1
WO1985003105A1 PCT/FR1985/000002 FR8500002W WO8503105A1 WO 1985003105 A1 WO1985003105 A1 WO 1985003105A1 FR 8500002 W FR8500002 W FR 8500002W WO 8503105 A1 WO8503105 A1 WO 8503105A1
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/06—Measuring temperature or pressure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12—Packers; Plugs
    • E21B33/124—Units with longitudinally-spaced plugs for isolating the intermediate space
    • E21B33/1243—Units with longitudinally-spaced plugs for isolating the intermediate space with inflatable sleeves

Definitions

  • the invention relates to a multiple piezometer intended to be introduced into a borehole.
  • piezometer designates an apparatus or a device making it possible to measure the hydraulic load at a point on the ground.
  • the installation of the piezometer can be carried out either by drilling, which is the case for the targeted piezometers, or by threshing for other types of piezometers.
  • a multiple piezometer is then used in this drilling.
  • Such a piezometer is described, in particular, pages 11 to 13 of the book "Water tests in soil recognition", by M. CASSAN - Editions EYROLLES, PARIS, 1980.
  • the object of the invention is therefore, above all, to provide a multiple piezometer which makes it possible to determine, simultaneously, the pressure of the water in the ground, at different depths (with, for information, five or even ten measurement points), and which no longer has, or to a lesser degree, the drawbacks mentioned above; in particular, the object of the invention is to provide a multiple piezometer which is of a simple and robust construction, and of a rapid and safe implementation, avoiding as much as possible intercommunications between the measurement zones.
  • a multiple piezometer intended to be introduced into a borehole is characterized in that it comprises, on the one hand, rigid measuring rings intended to be placed at predetermined distances in the axial direction of the hole, the outside diameter of these measuring rings being less than the diameter of the borehole, and inflatable sealing means linked to the measuring rings, suitable for being applied against the wall of the borehole and to be determined, in combination with the rings, several annular measurement zones at the level of the rings, these measurement zones being limited in the external radial direction by the wall of the borehole, these zones being furthermore isolated from the internal volume of the hole and separated from each other , and, on the other hand, measuring means provided for measuring the pressure in said annular zones, these measuring means being connected to the surface by pipes s or the like, and means for supplying a pressurized fluid connected to the sealing means to ensure the inflation of the latter.
  • the sealing means may comprise a flexible membrane, in particular rubberized, or the like, extending along the entire length of the piezometer and the measuring rings are mounted around the membrane.
  • the piezometer may include a tube fitted on its outer wall, inflatable sealing means which surround the tube, said annular measurement zones being isolated from the interior volume of the tube, the aforesaid canalisa ⁇ tions sealingly passing through the outer wall of the piezometer and extending inside to the end of it intended to be on the surface.
  • the means for supplying the pressurized fluid can include passage openings provided in the wall of the tube and communicating with chambers defined by the sealing means, the inflation of these sealing means being obtainable by sending in the tube, fluid (in particular air, gas, water, etc.) under pressure, or a sealing grout with subsequent setting.
  • the measuring rings are advantageously equipped with a pressure sensor, this sensor being connected on the surface by a pipe such as an electrical conductor or a conduit, passing, in a sealed manner, the membrane, and / or the wall of the tube.
  • a pipe such as an electrical conductor or a conduit
  • Fixing or blocking means are provided on the outer surface of the membrane, such as, for example, beads, in particular glued or vulcanized, on either side of the rings, in the axial direction, in order to maintain the position of these rings.
  • Said rings can be surrounded, externally, by a filter envelope, for example made of non-woven, anti-contamination material, in particular made of geotextile suitable for letting water pass, while stopping solid particles, in particular clay.
  • a filter envelope for example made of non-woven, anti-contamination material, in particular made of geotextile suitable for letting water pass, while stopping solid particles, in particular clay.
  • the inflatable outer membrane surrounds the tube along its entire length.
  • the tube can be fitted, at its end intended to be introduced first into the borehole, with a shoe, the other end of the tube intended to be in surface being equipped with a plug traversed, in particular, by the pipes or conduits connecting the measuring means, as well as by a pipe for supplying pressurized fluid, for the inflation of the sealing means, and, if necessary, a tube vent.
  • the tube is advantageously made of a semi-rigid material, in particular semi-rigid plastic, and can be rolled up.
  • Such a piezometer can be permanently installed in the ground, for frequent or permanent measurements of hydraulic pressures in the soil; for such an applica ⁇ tion, the inflation of the sealing means is advantageously ensured using a cement grout or a similar setting material.
  • the invention consists, apart from the arrangements set out above, in certain other arrangements which will be more explicitly discussed below, in connection with a particular embodiment described with reference to the attached drawings, but which is by no means limiting.
  • Figure 1 of these drawings is an axial section of a borehole equipped with a multiple piezometer according to the invention;
  • FIG. 2 represents, on a larger scale, the zone of the end of the piezometer intended to be on the surface, and situated, for example, at the upper end of the borehole;
  • FIG. 3 represents the zone of the lower end of the piezometer, located at the bottom of the borehole
  • FIG. 4 represents, on a larger scale, and in longitudinal section, part of the piezometer at a measurement zone
  • FIG. 5, finally, is a diagram illustrating an implementation of a gallery piezometer according to the invention.
  • a multiple piezometer 1 comprising a tube 2 inserted in a hole of borehole 3 which crosses several geological layers N1, N2, N3 ... Nn for which the hydraulic head or pressure is to be studied, these layers being separated from each other and from the ground surface, by other layers such as C1, C2 ...
  • the axis of the borehole 3 has been drawn vertically downwards, but it is clear that the orientation of the axis of the borehole may be different, as shown moreover in Figure 5.
  • the tube 2 is equipped, on its outer wall, with inflatable sealing means E surrounding the tube, suitable for being applied against the wall of the borehole and for determining several annular measurement zones m1, m.2, m.3 ... min distributed along the length of the tube, so as to be at the level of layers N1, N2 ... which we want to study.
  • the measurement areas m1, m.2 ... min are limited in the external radial direction by the wall 4 of the borehole; these measurement zones are also isolated from the interior volume 5 (see more particularly FIG. 4) of the tube and are separated from one another.
  • the sealing means E advantageously comprise a flexible, rubberized membrane 6 (or an equivalent membrane) surrounding the 'tube, preferably over its entire length, in the manner of a sleeve.
  • the membrane 6 is maint * enue at its two longitudinal ends, respectively 7 and 8 ( Figure 1) on the tube 2 in a sealed manner. Said ends 7, 8 can be, for example, glued to the tube or clamped on the latter by suitable collars or rings.
  • Measuring rings b1, b2 ... are mounted around the membrane 6 and arranged, along the axis of the tube 2, at predetermined distances corresponding to the measurement areas m1, m2 ... min.
  • the measuring rings can be threaded around the membrane 6, in the non-inflated state, and brought to their locations by sliding, in the direction of the axis of the tube.
  • the measuring rings b1, b2 ... can be held in place by beads 9, 10 ( Figure 4) surrounding the membrane 6 and fixed on the latter, in particular by gluing or vulcanization. ' These beads are provided at each axial end of the rings. According to another possibility, the rings b1, b2 ... could be fixed directly to the membrane by gluing or other connection.
  • rings b1, b2 ... are preferably metallic and may have, in their wall, holes ( Figure 4) such that 11 completely passing through this wall.
  • the axial length h (FIG. 4) of the rings is small compared to the distance L separating two rings. It can be indicated that the h / L ratio is preferably less than 1/5 or even 1/10. Generally, the axial length h is of the order of 30 to 50 centimeters.
  • Each measuring ring b1, b2 ... is provided with a pressure sensor 12, preferably housed in a cavity 13, of the wall of the ring, substantially halfway along this ring.
  • the sensor 12 can be a pneumatic, hydraulic or electric sensor.
  • Each sensor such as 12 is connected, to the ground surface, by a pipe 14, in particular a conductor or a conduit, specific to each sensor, as visible in FIG. 1, so as to be able to transmit, by this channeling or this leads, the information collected by the sensor.
  • the pipe or conduit 14 crosses, in a sealed manner, the membrane 6.
  • the means making it possible to carry out the sealed crossing of the pipe 14 may be constituted by seals not shown in the drawing.
  • annular clearance 15 of reduced radial dimension remains between the exterior surface of the tube 2 and the interior surface of the membrane 6, along the entire axial extent of each of the rings; this annular clearance makes it possible to establish communication between the two chambers 16, 17 located axially on the side and on the other side of the ring and comprised between the membrane 6 and the outer wall of the tube 2. Such a communication allows the trait of ensuring the inflation of the entire membrane 6, from a single arrival of the fluid under pressure in the 'one of the bedrooms; in this case, a tube 2 whose cylindrical wall would be closed, and devoid of openings, could be used.
  • the annular clearances such as 15 can therefore be considered as belonging to the means for supplying a pressurized fluid into said chambers.
  • passage openings 18 are provided (FIG. 4) completely passing through the wall of the tube 2 and causing communication 1 'interior of this tube with one exterior and in particular the chambers such as 16 and 17.
  • These openings 18 are distributed regularly over the entire length of the tube, the distance between two openings 18 being significantly less than the length L of a chamber. In the embodiment of FIG. 4, the distance between two successive openings 18 is substantially equal to half the length h of a measuring ring.
  • the diameter of the openings 18 is chosen such that it allows sufficiently rapid flow of the pressurized fluid used for inflating the sealing means.
  • the tube 2 is equipped, at its end intended for be introduced first into the borehole, a shoe 20 in the form of a cone, the wall of which may include a valve or valve 20a controlled, in particular for opening, from the surface, using control means (not shown) such as a cable mechanism or the like.
  • the deepest measurement zone ji is located at the level of this shoe 20, between the bottom of the borehole and the region of the membrane 6 close to its lower end 7.
  • the conical end of the drilling shoe 20 can be extend by a cylindrical part 21 comprising, at its periphery, a groove 22, corresponding to an area of smaller diameter of the outer surface, in which is housed the pressure sensor 12 corresponding to this measurement area.
  • This sensor is located outside the wall of the shoe and the pipe 14, connecting the sensor to the surface, crosses said wall in a sealed manner.
  • a protective ring made of porous material 23 can be placed in the groove 22, so as to surround the sensor 12 and to protect it.
  • the cylindrical part 21 of the shoe is tightly connected to the lower end of the membrane 6.
  • the surface end of the tube 2 is equipped with a plug 24 (FIG. 2) crossed, in particular, by the pipes or conduits 14 for connection, as well as by a pipe. 25 for supplying pressurized fluid, in particular compressed air, water or clamping grout.
  • a plug 24 crossed, in particular, by the pipes or conduits 14 for connection, as well as by a pipe. 25 for supplying pressurized fluid, in particular compressed air, water or clamping grout.
  • the tube 2 is advantageously made of semi-rigid plastic, so that it can be wound, for example on a reel 26 (Figure 5).
  • the winding diameter can be of the order of 1 meter.
  • the number of measurement zones or points ml, ... min is in particular greater than 5 and can reach, or even exceed, 10 measurement points by drilling.
  • the measurement chain corresponding to the piezometer of the invention can be entirely prefabricated in the workshop on request. That said, the implementation and use of a piezometer according to the invention are as follows. First of all, the borehole 3 is made in the ground. This borehole is washed, then it is emptied by pumping.
  • FIG. 5 illustrates, diagrammatically, the insertion of the piezometer 1 into a borehole 3 inclined relative to the vertical, by unwinding of this piezometer and of the tube 2, from the reel 26.
  • the shutter sealing means formed by the membrane 6 are inflated by sending, for example, compressed air through the pipe 25 (FIG. 2) .
  • the compressed air will flow in the tube 2 and pass through the holes 18 to inflate the membrane 6 between the various measuring rings b1, b2 ... (of course, during the introduction into the hole 3, the membrane 6 is not swollen).
  • the inflation can be obtained using a compressed gas other than air or a pressurized liquid, if one wishes to disassemble the piezometer.
  • Inflation can be carried out using a setting pressure grout, in particular a cement grout, if the piezometer is intended to remain in place definitively, to allow permanent study of the distribution of water pressures in the ground, for example in the vicinity of a hydraulic structure, in particular a dam, slope or coast or in any aquifer.
  • a setting pressure grout in particular a cement grout
  • the inflation of the chambers such as 16, 17 located between the measuring rings b1, b2 ... is carried out under a pressure significantly higher than the hydraulic pressures to be measured, so that the membrane 6 is applied firmly and sealingly against the wall of the borehole 3.
  • the measurement zones are thus isolated and independent of each other.
  • the inflation pressure can exceed 0.3 MPa and even 1 MPa, always remaining higher than the hydraulic pressures to be measured.
  • the fluid in the ground then sets up against the sensors 12 and the measurements can then be carried out using a reading or recording device at the head of the borehole.
  • a first simple type of piezometer is that intended to be installed permanently in a borehole, - in this case, the Archimedes' thrust exerted by the water from the borehole on the piezometer, when it is introduced, is compensated for by a partial filling of sealing grout; this filling is insufficient to apply the sealing means E against the wall 4 and therefore does not hinder the introduction.
  • the shoe 20 of such a piezometer will not have a valve 20a.
  • a second type of piezometer is that intended to be recovered and removed from the borehole after a measurement campaign.
  • the shoe 20 is equipped with a valve 20a. which is closed when the piezometer is inserted into the drill hole full of water.
  • a valve 20a which is closed when the piezometer is inserted into the drill hole full of water.
  • the piezometer we compensate for the Archimedes thrust by filling the inside of the tube with water from the surface 2.
  • the piezometer When the piezometer is in place, o inflates the membrane 6 by an overpressure of gas or d water inside the tube 2; the measurements are made.
  • the membrane is deflated and the opening of the valve 20a is controlled from the surface (by means not shown, such as a cable traction mechanism).
  • the water contained in the tube 2 can escape towards the borehole, which avoids, during the ascent of the piezometer, an overpressure inside the tube 2 and of the membrane 6 and any risk of blockage and deterioration of the membrane 6 against the wall 4 of the borehole.
  • the first simple type of piezometer without valve
  • the references 14 designate electrical conduits or conductors.
  • the tube 2 can be omitted, the rings b1 ... bn, the shoe 20. and the head being fixed on the membrane 6, which in the case of a downward drilling, would descend by gravity.
  • This membrane 6 could, if necessary, be semi-rigid while being inflatable, this to facilitate the introduction of the piezometer in inclined or upward drilling.
  • the membrane 6 could be multilayer and the pipes 14, electrical conductors or conduits, could be embedded in this membrane.
  • the rings b1 ... bn could be formed of two cylindrical parts fixed to one another in a sealed manner, but removable.
  • a section of membrane, between two rings, would then be fitted, at each end, with a part (in the form of a cylindrical sleeve) of a ring; each ring part would be connected, in particular by screwing, or by means of clamping ramps, to a complementary ring part carried by the neighboring membrane section.
  • the piezometer would then form a kind of "firefighter type" pipe closed at one end by shoe 20.
  • a second tube (not shown) can be provided, going to the bottom of the piezometer and serving as a vent tube to allow the gases trapped in the bottom of escaping to the atmosphere.
  • the tube 25 will be an injection tube and the second tube of the vent tube, or vice versa as the case may be.

Abstract

Le piézomètre (1) destiné à être introduit dans un trou de forage (3), comprend, d'une part, des bagues de mesure rigides (b1, b2...) destinées à être placées à des distances prédéterminées suivant la direction axiale du trou, le diamètre extérieur de ces bagues de mesure étant inférieur au diamètre du trou de forage, et des moyens d'étanchéité gonflables (E) liés aux bagues de mesure, propres à être appliqués contre la paroi (4) du trou de forage (3) et à déterminer, en combinaison avec les bagues, plusieurs zones annulaires de mesure (m1, m2...mn) au niveau desdites bagues, ces zones de mesure étant limitées dans le sens radial extérieur par la paroi (4) du trou de forage, ces zones étant en outre isolées du volume intérieur du trou et séparées les unes des autres, et, d'autres part, des moyens de mesure (12) prévus pour mesurer la pression dans lesdites zones annulaires, ces moyens de mesure étant reliés à la surface par des canalisations (14) ou analogues, et des moyens d'amenée (25, 18, 15) d'un fluide sous pression reliés aux moyens d'étanchéité pour assurer le gonflage de ces derniers.

Description

PIEZOMETRE MULTIPLE ET APPLICATION D'UN TEL PIEZOMETRE.
L'invention est relative à un piézomètre multiple destiné à être introduit dans un trou de forage.
On rappelle que le terme "piézomètre" désigne un appareil ou un dispositif permettant de mesurer la charge hydraulique en un point du sol. La mise en place du piézomètre peut être réalisée soit par forage, ce qui est le cas pour les piézomètres visés, soit par battage pour d'autres types de piézomètres. Il arrive fréquemment que l'on veuille étudier le comportement de plusieurs niveaux aquifères superposés, et donc déterminer la pression de l'eau dans le sol, à diverses profondeurs, en n'utilisant qu'un seul forage. On met alors en oeuvre, dans ce forage, un piézomètre multiple. Un tel piézomètre est décrit, notam- ment, pages 11 à 13 de l'ouvrage "Les essais d'eau dans la reconnaissance des sols", par M. CASSAN - Editions EYROLLES, PARIS, 1980. Pratiquement, un tel piézomètre multiple nécessite l'emploi de plusieurs tubes de longueurs différentes, introduits dans un trou de forage d'un diamètre beaucoup plus grand que dans le cas d'un piézomètre simple ; il faut en outre réaliser, dans le trou de forage, des bouchons d'étanchéité pour séparer les extrémités des tubes du piézomètre. La réalisation et la manipulation de tels piézomètres multiples sont délicates et le nombre de points de mesure ne peut, en raison des difficultés pratiques de mise en oeuvre et des risques d' intercommunication, dépasser trois ou quatre par forage. On connaît, par ailleurs, des piézomètres continus tels que ceux décrits pages 30 et suivantes de l'ouvrage déjà cité; toutefois, de tels piézomètres ne permettent de réaliser, à un instant donné, qu'une mesure de pression à un niveau déterminé ; il faut ensuite déplacer ce piézomètre dans le trou de forage, pour effectuer une mesure à une profondeur différente. Il ne s'agit donc pas d'un piézomètre multiple. L'invention a donc pour but, surtout, de fournir un piézomètre multiple qui permet de déterminer, simultanément, la pression de l'eau dans le sol, à différentes profondeurs (avec, à titre indicatif, cinq voire dix points de mesure), et qui ne présente plus, ou à un degré moindre, les inconvénients rappelés ci-dessus ; en particulier, l'invention a pour objet de fournir un piézomètre multiple qui soit d'une construction simple et robuste, et d'une mise en oeuvre rapide et sûre, en évitant au maximum des intercommunications entre les zones de mesure. Selon l'invention, un piézomètre multiple destiné à être introduit dans un trou de forage est caractérisé par le fait qu'il comprend, d'une part, des bagues de mesure rigides destinées à être placées à des distances prédéterminées suivant la direction axiale du trou, le diamètre extérieur de ces bagues de mesure étant inférieur au diamètre du trou de forage, et des moyens d'étanchéité gonflables liés aux bagues de mesure, propres à être appliqués contre la paroi du trou de forage et à déterminer, en combinaison avec les bagues, plusieurs zones annulaires de mesure au niveau desdi es bagues, ces zones de mesure étant limitées dans le sens radial extérieur par la paroi du trou de forage, ces zones étant en outre isolées du volume intérieur du trou et séparées les unes des autres, et, d'autre part, des moyens de mesure prévus pour mesurer la pression dans lesdites zones annulaires, ces moyens de mesure étant reliés à la surface par des canalisations ou analogues, et des moyens d'amenée d'un fluide sous pression reliés aux moyens d'étanchéité pour assurer le gonflage de ces derniers. Ce nouveau piézomètre multiple est conçu pour être fabriqué en usine, avec tests préalables en laboratoire avant l'installation in situ et n'est donc plus réalisé sur le terrain selon l'art antérieur. Sa conception et les matériaux utilisés sont, de ce fait, tout-à-fait différents. Les moyens d'étanchéité peuvent comprendre une membrane souple, notamment caoutchoutée, ou analogue, s 'étendant suivant toute la longueur du piézomètre et les bagues de mesure sont montées autour de la membrane.
Le piézomètre peut comporter un tube équipé sur sa paroi extérieure, des moyens d'étanchéité gonflables qui entourent le tube, lesdites zones annulaires de mesure étant isolées du volume intérieur du tube, les susdites canalisa¬ tions traversant de manière étanche- la paroi extérieure du piézomètre et s 'étendant à l'intérieur jusqu'à l'extrémité de celui-ci destinée à se trouver en surface. Les moyens d'amenée du fluide sous pression peu¬ vent comprendre des ouvertures de passage prévues dans la paroi du tube et communiquant avec des chambres définies par les moyens d'étanchéité, le gonflage de ces moyens d'étanchéité pouvant être obtenu en envoyant dans le tube, du fluide (notamment air, gaz, eau...) sous pression, ou encore un coulis de scellement à prise ultérieure.
Les bagues de mesure sont avantageusement équipées d'un capteur de pression, ce capteur étant relié en surface par une canalisation telle qu'un conducteur électrique ou un conduit, traversant, de manière étanche, la membrane, et/ou la paroi du tube.
Des moyens de fixation ou de blocage sont prévus sur la surface extérieure de la membrane, comme par exemple, des bourrelets, notamment collés ou vulcanisés, de part et d'autre des bagues, suivant la direction axiale, pour assurer le maintien en position de ces bagues.
Lesdites bagues peuvent être entourées, extérieurement, d'une enveloppe filtre, par exemple en matière non tissée, anticontaminante, notamment en géotextile propre à laisser passer l'eau, tout en arrêtant les particules solides, notamment l'argile.
De préférence, la membrane extérieure gonflable entoure le tube.suivant toute sa longueur.
Le tube peut être équipé, à son extrémité destinée à être introduite la première dans le trou de forage, d'un sabot, l'autre extrémité du tube destinée à se trouver en surface étant équipée d'un bouchon traversé, notamment, par les canalisations ou conduits de liaison des moyens de mesure, ainsi que par une canalisation d'amenée de fluide sous pression, pour le gonflage des moyens d'étanchéité, et, si nécessaire, un tube évent.
Le tube est avantageusement en une matière semi- rigide, notamment en matière plastique semi-rigide, et peut être enroulé.
Un tel piézomètre peut être implanté à demeure dans le sol, en vue de mesures fréquentes ou permanentes de pressions hydrauliques dans le sol ; pour une telle applica¬ tion, le gonflage des moyens d'étanchéité est avantageuse¬ ment assuré à l'aide d'un coulis de ciment ou d'une matière analogue faisant prise. L'invention consiste, mises à part les disposi¬ tions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après, à propos d'un mode de réalisation particulier décrit avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui n'est nullement limitatif. La figure 1, de ces dessins, est une coupe axiale d'un trou de forage équipé d'un piézomètre multiple selon 1'invention;
La figure 2 représente, à plus grande échelle, la zone de 1'extrémité du piézomètre destinée à se trouver en surface, et située, par exemple, à l'extrémité supérieure du trou de forage;
La figure 3 représente la zone de l'extrémité inférieure du piézomètre, située au fond du trou de forage;
La figure 4 représente, à plus grande échelle, et en coupe longitudinale, une partie du piézomètre au niveau d'une zone de mesure;
La figure 5, enfin, est un schéma illustrant une mise en oeuvre d'un piézomètre en galerie selon l'invention.
En se reportant aux dessins, et plus particulièrement à la figure 1 , on peut voir un piézomètre multiple 1 comprenant un tube 2 introduit dans un trou de forage 3 qui traverse plusieurs couches géologiques N1 , N2, N3... Nn dont on souhaite étudier la charge ou pression hydraulique, ces couches étant séparées les unes des autres et de la surface du sol, par d'autres couches telles que C1 , C2... Sur la figure 1, l'axe du trou de forage 3 a été des¬ siné vertical descendant, mais il est clair que l'orientation de l'axe du trou de forage peut être différente, comme représenté d'ailleurs sur la figure 5.
Le tube 2 est équipé, sur sa paroi extérieure, de moyens d'étanchéité gonflables E entourant le tube, propres à être appliqués contre la paroi du trou de forage et à déterminer plusieurs zones annulaires de mesure m1 , m.2, m.3... mn réparties suivant la longueur du tube, de manière à se trouver au niveau des couches N1 , N2... que l'on veut étudier.
Les zones de mesure m1 , m.2... mn sont limitées dans le sens radial extérieur par la paroi 4 du trou de forage; ces zones de mesure sont en outre isolées du volume intérieur 5 (voir plus particulièrement figure 4) du tube et sont séparées les unes des autres.
Les moyens d'étanchéité E comprennent avantageuse¬ ment une membrane souple 6, caoutchoutée (ou une membrane équivalente) entourant le' tube, de préférence sur toute sa longueur, à la manière d'un manchon. La membrane 6 est maint *enue, à ses deux extrémités longitudinales, respective- ment 7 et 8 (figure 1) sur le tube 2 de manière étanche. Lesdites extrémités 7, 8 peuvent être, par exemple, collées sur le tube ou serrées sur ce dernier par des colliers ou bagues appropriés. Des bagues de mesure b1 , b2... sont montées autour de la membrane 6 et disposées, suivant l'axe du tube 2, à des distances prédéterminées correspondant aux zones de mesure m1 , m2... mn. Les bagues de mesure peuvent être enfilées autour de la membrane 6, à l'état non gonflé, et amenées à leurs emplacements par coulissement, suivant la direction de l'axe du tube. Les bagues de mesure b1 , b2... peuvent être maintenues en place par des bourrelets 9, 10 (figure 4) entourant la membrane 6 et fixés sur cette dernière, notam¬ ment par collage ou vulcanisation. ' Ces bourrelets sont prévus à chaque extrémité axiale des bagues. Selon une autre possibilité, les bagues b1 , b2... pourraient être fixées directement sur la membrane par collage ou autre liaison.
Ces bagues b1 , b2... sont, de préférence, métalliques et peuvent comporter, dans leur paroi, des trous (figure 4) tels que 11 traversant totalement cette paroi. La longueur axiale h (figure 4) des bagues est faible par rap¬ port à la distance L séparant deux bagues. On peut indiquer que le rapport h/L est de préférence inférieur à 1/5 voire 1/10. Généralement, la longueur axiale h est de l'ordre de 30 à 50 centimètres.
Chaque bague de mesure b1 , b2... est munie d'un capteur de pression 12, de préférence logé dans une cavité 13, de la paroi de la bague, sensiblement à mi-longueur de cette bague. Le capteur 12 peut être un capteur pneuma- tique, hydraulique ou électrique.
Chaque capteur tel que 12 est relié, à la surface du sol, par une canalisation 14, notamment un conducteur ou un conduit, propre à chaque capteur, comme visible sur la figure 1, de manière à pouvoir transmettre, par cette canal- isation ou ce conduit, les informations recueillies par le capteur. La canalisation ou conduit 14 traverse, de manière étanche, la membrane 6. Les moyens permettant de réaliser la traversée étanche de la canalisation 14 peuvent être constitués par des joints d'étanchéité non représentés sur le dessin.
Il convient de noter que, de préférence, un jeu annulaire 15 de dimension radiale réduite subsiste entre la surface extérieure du tube 2 et la surface intérieure de la membrane 6, suivant toute 1' étendue axiale de chacune des bagues; ce jeu annulaire permet d'établir une communication entre les deux chambres 16, 17 situées axialement de part et d'autre de la bague et comprises entre la membrane 6 et la paroi extérieure du tube 2. Une telle communication permet¬ trait d'assurer le gonflage de toute la membrane 6, à partir d'une seule arrivée du fluide sous pression dans l'une des chambres ; dans ce cas, un tube 2 dont la paroi cylindrique serait fermée, et dépourvue d'ouvertures, pourrait être utilisé. Les jeux annulaires tels que 15 peuvent donc être considérés comme appartenant aux moyens d'amenée d'un fluide sous pression dans lesdites chambres. Toutefois, pour faciliter le gonflage de ces chambres, notamment lorsque le fluide sous pression utilisé est un liquide ou un coulis de ciment, on prévoit des ouvertures de passage 18 (figure 4) traversant totalement la paroi du tube 2 et faisant communi¬ quer 1'intérieur de ce tube avec 1 'extérieur et notamment les chambres telles que 16 et 17. Ces ouvertures 18 sont réparties régulièrement sur toute la longueur du tube, la distance entre deux ouvertures 18 étant notablement inférieure à la longueur L d'une chambre. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, la distance entre deux ouver- tures 18 successives est sensiblement égale à la moitié de la longueur h d'une bague de mesure. Le diamètre des ouver¬ tures 18 est choisi de telle sorte qu'il permette un écoule¬ ment suffisamment rapide du fluide sous pression utilisé pour le gonflage des moyens d'étanchéité. Les bagues b1, b2... sont avantageusement entourées, extérieurement, d'une enveloppe 19 en matière non tissée anticontaminante, notamment en géotextile, propre à laisser passer l'eau, telle un filtre, tout en arrêtant les particules solides, notamment d'argile. II est clair que la distance L entre bagues suc¬ cessives n'est généralement pas constante, le long du tube 2; en effet, les écartements entre les bagues successives sont choisis par l'utilisateur de manière que les bagues de mesure se trouvent au niveau des couches que l'on souhaite étudier, comme expliqué précédemment.
Le tube 2 est équipé, à son extrémité destinée à être introduite la première dans le trou de forage, d'un sabot 20 en forme de cône, dont la paroi peut comporter une valve ou soupape 20a commandée, notamment pour l'ouverture, depuis la surface, à l'aide de moyens de commande (non représentés) tels qu'un mécanisme à câble ou analogues. La zone de mesure la plus profonde ji est située au niveau de ce sabot 20, entre le fond du trou de forage et la région de la membrane 6 voisine de son extrémité in érieure 7. L'extrémité conique du sabot de forage 20 peut se prolonger par une partie cylindrique 21 comportant, à sa périphérie, une gorge 22, correspondant à une zone de diamètre plus fai¬ ble de la surface extérieure, dans laquelle est logé le cap¬ teur de pression 12 correspondant à cette zone de mesure. Ce capteur est situé à 1'extérieur de la paroi du sabot et la canalisation 14, reliant le capteur à la surface, traverse de manière étanche ladite paroi. Une bague de protection en matière poreuse 23 peut être placée dans la gorge 22, de manière à entourer le capteur 12 et à le protéger. La partie cylindrique 21 du sabot est raccordée de manière étanche à l'extrémité inférieure de la membrane 6.
L'extrémité en surface du tube 2 est équipée d'un bouchon 24 (figure 2) traversé, notamment, par les canalisations ou conduits 14 de liaison, ainsi que par une canalisation. 25 d'amenée de fluide sous pression, notamment d'air comprimé, eau ou coulis de serrage.
Le tube 2 est avantageusement en matière plastique semi-rigide, de manière à pouvoir être enroulé, par exemple sur un enrouleur 26 (figure 5). Le diamètre d'enroulement peut être de l'ordre de 1 mètre. Le nombre des zones ou points de mesure ml, ...mn est notamment supérieur à 5 et peut atteindre, voire dépasser, 10 points de mesure par forage. La chaîne de mesures correspondant au piézomètre de 1'invention peut être entièrement préfabriquée en atelier à la demande. Ceci étant, la mise en oeuvre et l'utilisation d'un piézomètre conforme à l'invention sont les suivantes. On réalise, tout d'abord, le trou de forage 3 dans le sol. On lave ce trou de forage, puis on le vide par pom¬ page.
On introduit ensuite dans le trou de forage 3 le piézomètre 1 préfabriqué en atelier et comportant autant de bagues de mesure b1 , b2... que souhaitées. La figure 5 illustre, schématiquement, l'enfoncement du piézomètre 1 dans un trou de forage 3 incliné par rapport à la verticale, par déroulement de ce piézomètre et du tube 2, à partir de l'enrouleur 26.
Au cours de 1'enfoncement du piézomètre dans un trou de forage 3 descendant, en cas d'une présence abondante d'eau souterraine percolant vers ce trou (de l'eau peut, en effet, s'être écoulée dans le trou de forage depuis le moment où ce trou a été vidé), on peut laisser pénétrer l'eau dans le tube 2 et/ou effectuer un pompage à l'intérieur de ce tube 2, l'eau pénétrant par les ouvertures et la valve du sabot 20.
Lorsque le sabot 20 bute dans le fond du trou de forage 3, on procède au gonflage des moyens d'étanchéité obturateurs formés par la membrane 6 en envoyant, par exem¬ ple, de l'air comprimé par la canalisation 25 (figure 2). L'air comprimé va s'écouler dans le tube 2 et passer par les trous 18 pour gonfler la membrane 6 entre les diverses bagues de mesure b1 , b2... (bien entendu, lors de l'introduction dans le trou 3, la membrane 6 n'est pas gonflée) .
Le gonflage peut être obtenu à l'aide d'un autre gaz comprimé que l'air ou d'un liquide sous pression, si l'on souhaite démonter le piézomètre.
Le gonflage peut être réalisé à l'aide d'un coulis sous pression faisant prise, notamment un coulis de ciment, si le piézomètre est destiné à rester en place définitivement, pour permettre d'étudier en permanence la distribution des pressions de l'eau dans le sol, par exemple au voisinage d'un ouvrage hydraulique, notamment d'un barrage, d'une pente ou d'une côte ou dans tout milieu aquifère.
Le gonflage des chambres telles que 16, 17 situées entre les bagues de mesure b1 , b2... est réalisé sous une pression nettement supérieure aux pressions hydrauliques à mesurer, de telle sorte que la membrane 6 soit appliquée fermement et de manière étanche contre la paroi du trou de forage 3. Les zones de mesure se trouvent ainsi isolées et indépendantes les unes des autres. La pression de gonflage peut dépasser 0,3 MPa et même 1 MPa et ce en restant toujours plus élevées que les pressions hydrauliques à mesurer.
Le fluide du terrain se met alors en place contre les capteurs 12 et les mesures peuvent alors être réalisées à l'aide d'un appareillage de lecture ou d'enregistrement en tête de forage.
Selon l'invention, pour équiper des forages des¬ cendants plein d'eau, on peut distinguer deux types de piézomètres : - un premier type simple de piézomètre est celui destiné à être installé à demeure dans un forage,- dans ce cas, la poussée d'Archimède exercée par l'eau du trou • de forage sur le piézomètre, lors de son introduction, est compensée par un remplissage partiel de coulis de scelle- ment; ce remplissage est insuffisant pour appliquer les moy¬ ens d'étanchéité E contre la paroi 4 et ne gêne donc pas l'introduction. Le sabot 20 d'un tel piézomètre ne compor¬ tera pas de valve 20a. Lorsque le piézomètre est en place, on complète le remplissage en coulis de scellement, sous pression, pour appliquer la membrane 6 de manière étanche contre la paroi 4. La prise du coulis a lieu ensuite.
- un second type de piézomètre est celui destiné à être récupéré et sorti du trou de forage après une campagne de mesures. Pour ce second type, le sabot 20 est équipé d'une valve 20a. qui est fermée lors de l'introduction du piézomètre dans le trou de forage plein d'eau. Pour introduire le piézomètre dans le trou, on compense l poussée d'Archimède en remplissant d'eau, depuis la surface, l'intérieur du tube 2. Quand le piézomètre est en place, o gonfle la membrane 6 par une surpression de gaz ou d'eau l'intérieur du tube 2; on effectue les mesures. Puis, pour retirer le piézomètre, on dégonfle la membrane et on com¬ mande, depuis la surface (par des moyens non représentés tels qu'un mécanisme de traction à câble), l'ouverture de la valve 20a,. Lors de l'extraction du piézomètre, l'eau conte- nue dans le tube 2 pourra s'échapper vers le trou de forage, ce qui évite, au cours de la remontée du piézomètre, une surpression à l'intérieur du tube 2 et de la membrane 6 et tout risque de blocage et de détérioration de la membrane 6 contre la paroi 4 du forage. Le premier type simple de piézomètre (sans valve
20a.), évoqué cisavant, permet en général, à lui seul, d'équiper les forages ascendants même en présence de venues d'eau. L'eau de percolation peut en effet s'évacuer du forage par gravité. II est à noter que, selon la représentation des figures 1 et 2, la tête du forage est située en haut, au niveau du sol. Dans le cas d'un forage en galerie, cette situation pourrait être inversée et la tête de forage se trouverait au niveau de la paroi de la galerie et éven- tuellement, à un niveau inférieur à celui du fond du trou de forage. Autrement dit, le terme "surface" utilisé dans des expressions telles que "reliés à la surface" ou "se trouver en surface" doit être compris comme désignant la paroi ou surface où se trouve la tête du trou de forage. Cette sur- face peut être la surface du sol, ou bien la surface d'une voûte de galerie, ou bien la surface de parois d'une excava¬ tion, etCa a a
On peut disposer de systèmes de mesure automa¬ tiques (mesures séquentielles ou continues) avec enregistre- ment. L'ensemble peut ainsi être interprété à l'aide d'un système automatique de traitement des données. On voit que le piézomètre multiple conforme à l'invention est d'une utilisation simple et rapide. Il per¬ met d'effectuer des mesures en de nombreux points d'un trou de forage. Dans le cas où les capteurs de pressions 12 sont des capteurs hydrauliques ou pneumatiques, les références 14 désignent des conduits dans lesquels l'eau peut circuler.
Dans le cas où les capteurs de pression 12 sont électriques (notamment capteurs à quartz piézo ou à cordes vibrantes ou similaires...), les références 14 désignent des canalisations ou conducteurs électriques.
Il est clair que le tube 2 peut être supprimé, les bagues b1...bn, le sabot 20. et la tête étant fixés sur la membrane 6, qui dans le cas d'un forage descendant, descen- drait par gravité. Cette membrane 6 pourrait, le cas échéant, être semi-rigide tout en étant gonflable, ceci pour faciliter l'introduction du piézomètre dans les forages inclinés ou ascendants.
La membrane 6 pourrait être multicouche et les canalisations 14, conducteurs électriques ou conduits, pour¬ raient être noyées dans cette membrane.
Il est à noter que les bagues b1...bn pourraient être formées de deux parties cylindriques fixées l'une à l'autre de manière étanche, mais démontables. Un tronçon de membrane, entre deux bagues, serait alors équipé, à chaque extrémité, d'une partie (en forme de manchon cylindrique) de bague; chaque partie de bague serait raccordée, notamment par vissage, ou au moyen de rampes de serrage, à une partie de bague complémentaire portée par le tronçon de membrane voisin. Le piézomètre formerait alors une sorte de tuyau "type pompier" fermé à une extrémité par le sabot 20.
On peut noter enfin qu'en cas de gonflage par coulis ou liquide, on peut prévoir, en plus du tube 25, un second tube (non représenté) allant jusqu'au fond du piézomètre et servant de tube évent pour permettre aux gaz emprisonnés dans le fond de s'échapper à l'atmosphère. Ce sera le cas notamment pour les piézomètres placés en remon tant (par exemple à partir d'une galerie). Le tube 25 ser¬ vira de tube d'injection et le second tube de tube évent, ou vice versa selon les cas.

Claims

REVENDICATIONS
1. Piézomètre multiple destiné à être introduit dans un trou de forage, caractérisé par le fait qu'il comprend, d 'une part, des bagues de mesure rigides (b1 , b2.. ) destinées à être placés à des distances prédéterminées suivant la direction axiale du trou, le diamètre extérieur de ces bagues de mesure étant inférieur au diamètre du trou de forage, et des moyens d'étanchéité gonflables (E) liés aux bagues de mesure, propres à être appliqués contre la paroi (4) du trou de forage (3) et à déterminer, en com¬ binaison avec les bagues, plusieurs zones annulaires de mesure (m1 , m.2,..., mn) au niveau desdites bagues, ces zones de mesures étant limitées dans le sens radial extérieur par la paroi (4) du trou de forage, ces zones étant en outre isolées du volume intérieur du trou et séparées les unes des autres, et, d'autre part, des moyens de mesure (12) prévus pour mesurer la pression dans lesdites zones annulaires, ces moyens de mesure étant reliés à la surface par des canalisa¬ tions (14) ou analogues, et des moyens d'amenée (25, 18, 15) d'un fluide sous pression reliés aux moyens d'étanchéité (E) pour assurer le gonflage de ces derniers.
2. Piézomètre selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que les moyens d'étanchéité (E) comprennent une membrane souple (6), notamment caoutchoutée, s 'étendant suivant toute la longueur du piézomètre et que les bagues de mesure (b1 , b2... ) sont montées autour de la membrane (6) .
3. Piézomètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un tube (2) lequel est équipé, sur sa paroi extérieure, des moyens d'étanchéité gonflables (E) qui entourent le tube, lesdites zones annu¬ laires de mesure étant isolées du volume intérieur (5) du tube, les susdites canalisations (14) traversant, de manière étanche, la paroi extérieure du piézomètre et s'étendant à l'intérieur jusqu'à l'extrémité de celui-ci destinée à se trouver en surface.
. Piézomètre selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens d'amenée du fluid sous pression comprennent des ouvertures de passage (18) prévues dans la paroi du tube (2) et communiquant avec de chambres (16, 17) définies par les moyens d'étanchéité (E) , le gonflage de ces moyens d'étanchéité pouvant être obten en envoyant du fluide (notamment air, gaz ou eau...) sous pression, dans le tube (5).
5. Piézomètre selon l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que la membrane souple (6) est serrée, à ses deux extrémités longitudinales (7, 8) sur le tube de manière étanche, et que des moyens de fixation ou de blocage sont prévus sur la surface extérieure de la mem¬ brane, comme par exemple des bourrelets (9, 10) notamment collés ou vulcanisés, de part et d'autre des bagues (b1 , b2...) suivant la direction axiale, pour assurer le maintien en position de ces bagues.
6. Piézomètre selon l'une quelconque des revendica¬ tions précédentes, caractérisé par le fait que les bagues de mesure (b1 , b2... ) sont équipées d'un capteur de pression (12), ce capteur étant relié en surface par une canalisation (14) ou un conduit traversant, de manière étanche, la mem¬ brane (6) .
7. Piézomètre selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par le fait que les bagues sont entourées, extérieurement, d'une 'enveloppe filtre (19) anticontaminante, notamment en géotextile, propre à laisser passer l'eau tout en arrêtant les particules solides, notam¬ ment l'argile.
8. Piézomètre selon l'une quelconque des revendi¬ cations précédentes, caractérisé par le fait que le tube est équipé, à son extrémité destinée à être introduite la première dans le trou de forage, d'un sabot (20), notamment muni d'une valve, dont l'ouverture peut être commandée de la surface, l'autre extrémité du tube, destinée à se trouver en surface, étant équipée d'un bouchon (24) traversé, notamment, par les canalisations (14) ou conduits de liaison des moyens de mesure, ainsi que par une canalisation (25) d'amenée de fluide sous pression pour le gonflage des moyens 'd'étanchéité.
9. Piézomètre selon l'une quelconque des revendi¬ cations précédentes, caractérisé par le fait que le tube (2) est en une matière semi-rigide, notamment en matière plas¬ tique semi-rigide et peut être enroulé.
10. Application d'un piézomètre, selon l'une quel- conque des revendications précédentes, à la mesure de pres¬ sions hydrauliques dans le sol, caractérisée par le fait que le gonflage des moyens d'étanchéité (E) est assuré à l'aide d'un coulis de ciment, ou d'une matière analogue, faisant prise, le piézomètre étant alors placé à demeure dans le sol.
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