WO2023194495A1 - Dispositif echantillonneur pour le prelevement d'eaux souterraines et procédé de prélèvement associé - Google Patents

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WO2023194495A1
WO2023194495A1 PCT/EP2023/059044 EP2023059044W WO2023194495A1 WO 2023194495 A1 WO2023194495 A1 WO 2023194495A1 EP 2023059044 W EP2023059044 W EP 2023059044W WO 2023194495 A1 WO2023194495 A1 WO 2023194495A1
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WO
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sampling
intermediate column
groundwater
sampling device
sampling rod
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/059044
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English (en)
Inventor
Vincent Schneider
Sylvain GIGLEUX
Original Assignee
Agence Nationale Pour La Gestion Des Déchets Radioactifs
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Publication date
Application filed by Agence Nationale Pour La Gestion Des Déchets Radioactifs filed Critical Agence Nationale Pour La Gestion Des Déchets Radioactifs
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    • E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
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    • E21B49/08—Obtaining fluid samples or testing fluids, in boreholes or wells
    • E21B49/084—Obtaining fluid samples or testing fluids, in boreholes or wells with means for conveying samples through pipe to surface

Definitions

  • the invention relates, in general, to the technical field of water sampling.
  • the invention relates more specifically to a sampling device for sampling groundwater
  • passive sampling devices such as sampling rods or samplers. They allow samples to be taken from the superficial part of the water column, with the exception of automatic trigger samplers which allow samples to be taken at depth in a manner generally subject to one or more external data. Although such passive sampling devices are practical to use for occasional or diagnostic samples, their use for renewing the water column is impossible on a routine basis.
  • Emerged active sampling devices are also known, such as surface pumps or even peristaltic pumps. Such sampling devices make it possible to carry out purges or samples, via the use of dip tubes. Their use is limited to a few meters of depth due to the boiling of water for piezometric levels beyond approximately 7 meters of depth. Furthermore, these types of devices samplers can cause the sample to become depressed, and therefore potentially modify the characteristics of the sample taken (degassing, isotopic fractionation, etc.).
  • Solutions for submerged active sampling devices are also known, for example equipped with submerged or inertia pumps, or even equipped with a hydrosensor.
  • Submerged pumps for example, generally make it possible to carry out purges or samples, the depth limits depending on the type of pump. Their use is limited to their dewatering, in particular if the productivity of the structure is insufficient with regard to the minimum pumping flow rate, due to the dewatering of the device. With the exception of “low flow” devices, also called “low-flow” in Anglo-Saxon jargon, their minimum flow rate is often greater than lL/min. A major disadvantage of this type of device is that the movement of the blades of the pumps used is likely to break certain molecules, and the cavitation on their surface can potentially modify the characteristics of the sample (degassing, isotopic fractionation, etc.).
  • inertia pumps are generally equipped with a valve at the base of the dip tube, and allow samples to be taken from small diameter boreholes of relatively great depth.
  • a vertical back and forth movement of the sampler allows, during descent, to bring water into the dip tube, and, during ascent, to close and prevent the sampled water contained in the tube diver to exit.
  • the back and forth movement created in the drilling can cause a strong resuspension of sediments, requiring the installation of additional filtration, and which can also disrupt the quality of the samples.
  • the invention aims to remedy all or part of the drawbacks of the state of the art by proposing in particular a solution making it possible both to renew the water from a borehole and to take samples in the most representative manner possible.
  • groundwater samples undisturbed by pumping systems (depression, cavitation, etc.), at determined depths, according to current recommendations.
  • Another objective pursued is to propose a sufficiently simple solution so that it can be used routinely.
  • a desired advantage of the solution is also to limit the volumes pumped, in order to limit the withdrawal of the fine fraction from the formation, taking into account the recommendations of the authorities.
  • a sampling device for sampling groundwater, the sampling device being characterized in that it comprises a sampling rod suspended by suspension means and extraction connected to the surface and comprising a tubular intermediate column extending along a longitudinal reference axis between an upper end and a lower end, and in that: the upper end comprises a connection interface connected to a circuit connected to one or more pump(s) for drawing groundwater from the lower end, passing through the intermediate column and pumping the drawn water up to the surface; the lower end includes a valve configured to open and close a flow channel so as to open and close, respectively, the lower end of the sampling rod.
  • the sampling device has a sampling rod configured to both renew the water from a borehole in a use phase during which it is used in the continuity of the circuit connected to the pump, that is to say mounted in series with the groundwater suction circuit, and during another phase of use, to take groundwater samples in the most representative manner possible, without having to pass through a pump, the sample taken is then contained in the closed sampling rod and can be recovered after being extracted to the surface.
  • a sampling device is therefore designed for the implementation of the groundwater sampling process described below, which allows samples to be taken without risk of disturbing said samples.
  • connection interface of the upper end is connected directly, and mechanically, to a pipe of a circuit connected to one or more pump(s).
  • the pipe of the circuit comprises, preferably consists of, a pipe which is preferably still flexible to connect the sampling rod to the surface when said sampling rod is immersed in the groundwater, in particular during a step of pumping groundwater to through the sampling device.
  • connection interface includes, for example, a connection between the upper end and the tubular pipe.
  • the valve and a non-return valve preferably constituted by a ball.
  • a ball preferably constituted by a ball.
  • the upper end comprises an upper connection part distinct from the intermediate column, the upper connection part having a connection interface with an upper end of the intermediate column and comprising the connection interface .
  • the lower end comprises a lower end piece distinct from the intermediate column, the lower end piece having a connection interface with a lower end of the intermediate column and delimiting the flow channel.
  • connection interface of the upper end and the flow channel of the lower end are aligned axially with respect to the reference axis.
  • connection interface and the connection interface of the upper connection part and/or the connection interface and the flow channel of the lower end piece are aligned axially with respect to to the reference axis of the intermediate column.
  • the valve is configured to be controlled by an actuator accessible from the outside, the actuator of the valve preferably comprising a movable lever, preferably in rotation around an axis orthogonal to the reference axis, between an opening position and a closing position of the flow channel.
  • a lever is particularly simple to implement.
  • the lever is manual, that is to say it is configured to be moved between its closing and opening positions of the flow channel by manual actuation.
  • the lever is preferably forced elastically by energy storage means, for example a torsion spring, towards an equilibrium position corresponding to the closed position.
  • the upper connection part and/or the lower end piece is(are) manufactured in one piece.
  • the corresponding part can be manufactured by an additive manufacturing process.
  • connection elements distinct from the intermediate column
  • the connection elements preferably comprising suspension cables extending parallel to the reference axis and around the intermediate column, in the assembled position.
  • the tubular column rests on the lower end piece, itself suspended from the upper connecting part via the connecting elements.
  • sealing means are not necessary to allow the operation of the sampler device.
  • Such a construction is also simple and reliable and allows, for good maintenance, to be able to replace if necessary one or other of the parts such as the upper connection part, the lower end piece, the tubular column or the elements of connection, which minimizes maintenance costs.
  • the connecting elements are at least two in number, preferably at least three, distributed homogeneously radially around the sampling rod, i.e. around its reference axis. In this way, uniform tightening of the elements is ensured.
  • connecting elements can include different connecting means than cables.
  • it can be wires or ropes of different types, or even rods.
  • the upper connection part delimits an interior space inside which are housed hooks configured to support, in the assembled position of use, a hooking portion of the end upper part of the intermediate column, the attachment portion preferably comprising at least one spacer extending orthogonally to the reference axis.
  • the upper connection part has, relative to the reference axis, a first angular position of assembly with the upper end of the intermediate column by axial sliding of the upper end of the intermediate column in the connection interface of the upper connection part, and a different angular assembly position in which, after pivoting of the upper connection part relative to the intermediate column, the hooks in the upper connection part are in engagement with the hooking portion of the intermediate column.
  • the sampling device comprises sealing means between the upper connection part and the intermediate column and/or between the lower endpiece and the intermediate column.
  • the sampling method comprising at least the steps following: immersion of the sampling rod (11) at least in groundwater, for example through a drilling well; pumping groundwater through the sampling device so as to purge the sampling rod, the groundwater being sucked up by the pump(s) from the lower end, passing through the tubular column then pumped back at least in part until on the surface; stopping pumping; closing the valve so as to block the groundwater sample contained in the sampling rod; extraction to the surface from the groundwater of the sampling device containing the collected groundwater sample; recovery of at least part of the groundwater sample taken contained in the sampling rod.
  • the step of recovering at least part of the groundwater sample taken and contained in the sampling rod comprises a step of actuating an actuator accessible from the exterior configured to control the valve at the lower end of the sampling rod.
  • the pumping step is preferably carried out without application of direct pneumatic pressure in contact with the groundwater, so as not to risk making them unsuitable for their use.
  • Figure 1 a schematic view of a sampling device according to one embodiment
  • Figure 2 a view of an embodiment of the suspension and extraction means connected to the surface and from which a sampling rod is intended to be suspended
  • Figure 3 a view of a sampling rod according to one embodiment
  • Figure 4 an exploded isometric perspective view of an upper connecting piece of an upper end of the sampling rod of Figure 3 and of a part of a tubular intermediate column
  • Figure 5 a sectional view AA of Figure 4
  • Figure 6 a side view of Figure 4
  • Figure 7 a sectional view BB- of Figure 6
  • Figure 8 a sectional view CC of Figure 6
  • Figure 9 an isometric perspective view of a lower end of a lower end of the sampling rod according to Figure 3
  • Figure 10 an axial sectional view along a vertical reference axis of the lower end piece of Figure 9
  • Figure 11 a sectional view DD of Figure 10.
  • Figures 1 and 2 illustrate a sampling device 10 according to one embodiment, the sampling device 10 being adapted for sampling groundwater.
  • the sampling device 10 comprises a sampling rod 11 forming a sampling tube and suspended by suspension and extraction means 100 connected to the surface S.
  • the suspension and extraction means 100 include in particular at least a tripod or a goat 101 making it possible to sling the sampling rod 11 at the level of the surface S.
  • the associated sling 102 is suspended at a point suspension 103 located in line with a drilling well 104 in which a sample must be taken.
  • the suspension point 103 can be provided with an angle transmission means such as a pulley.
  • the sling extends to a remote anchoring point, that is to say that a taut strand of the sling then extends between the suspension point 103 formed at the level of the pulley and an anchor point (not illustrated) offset, for example down to the ground.
  • This anchor point can also include a means of storing a reserve of sling, for example provided with a drum, these means being able to be motorized or manual, to allow the winding and unwinding of the cable 102.
  • a cable reserve storage means can be placed directly at the level of the suspension point 103 to the right of the drilling point 104.
  • these means can be motorized and/or manual, for example at by means of a crank primarily, or even secondary to compensate for example for possible damage to the motor or geared motor.
  • the sling 102 is connected: on the one hand to motorized and/or manual means located on the surface S to allow the associated cable to be deployed or wound up, and on the other hand, to the rod sampling rod 11 so as to be able to lower or raise said sampling rod 11 in the drilling well 104, that is to say in the drilling hole or a casing sovereignly delimiting the well.
  • a sling 102 to raise the sampling rod 11 makes it possible to limit any tensile effort directly on a dewatering pipe 106. Furthermore, such a sling 102 is preferably configured so as to respect a chemical neutrality to avoid any interaction. It will be noted that the sling 102 used can for example consist of a cable. According to another variant, the sling 102 may include a rope of a material of your choice (nylon, steel, etc.), a rod such as a threaded rod, a rope, a chain or any other wire.
  • the sampling rod 11 comprises a tubular intermediate column 12 extending along a longitudinal reference axis A between an upper end 13 and a lower end 14.
  • the reference axis A extends vertically in a position of use of the sampling rod 11, when suspended from the sling 102 in the drilling well 104.
  • the sampling rod 11 is intended to be immersed in groundwater during sample collection, in particular in a zone deep enough to bathe in the saturated ZI zone of the aquifer.
  • a sampling rod 11 according to the invention is illustrated in more detail in Figure 3.
  • the intermediate tubular column 12 here has a cylindrical profile.
  • a constant section of the intermediate column 12 guarantees ease of use when the sampling rod 11 moves in the wellbore, and also facilitates its guidance during its vertical movements.
  • a circular section of the intermediate column 12 makes it possible to guarantee the good circulation of the flow of water inside it, and adapts externally more easily to drilling wells of circular section resulting directly from the drilling tools. drilling used.
  • tubular intermediate column 12 extends axially between its upper 13 and lower 14 ends.
  • FIGS 4 to 8 illustrate details of the upper end 13 of the sampling rod 11 of Figure 3.
  • the upper end 13 of the sampling rod 11 comprises a connection interface 23 connected to a circuit 15 connected to one or more pumps 16, connected in series in the case of a plurality of pumps, to suck up water underground from the lower end 14, crossing the intermediate column 12 and returning the water sucked up to the surface S by the drainage pipe 106.
  • the upper end 13 comprises an insert forming an upper connection part 30, distinct from the intermediate column 12.
  • This upper connection part 30 makes it possible to guarantee the connection or connection between the intermediate column 12 on the one hand, and the circuit 15 on the other hand.
  • the upper connection part 30 has, on the one hand, a connection interface 31 with an upper end 121 of the intermediate column 12 and, on the other hand, the connection interface 23.
  • the upper connection part 30 extends axially between two axial ends constituted by the connection interfaces 31 and connection 23.
  • FIGS 9 to 11 illustrate details of the lower end 14 of the sampling rod 11 of Figure 3.
  • the lower end 14 of the sampling rod 11 comprises a flow channel 142 in communication with the environment external to the sampling rod 11.
  • This lower end is provided with a valve 141 configured to open and close the flow channel 142 so as to open and close, respectively, the lower end 14 of the sampling rod 11.
  • the lower end 14 comprises an insert forming a lower end piece 40, distinct from the intermediate column 12, the lower end 40 having a connection interface 41 configured to ensure its connection with a lower end 122 of the intermediate column 12.
  • This lower end 40 makes it possible to close the intermediate column 12 from below while allowing fluid communication of water between an interior space of the sampling rod 11 and its exterior environment.
  • the valve 141 in particular a non-return type valve 141, ensures the opening of the sampling rod 11.
  • the lower end piece 40 has, on the one hand, a connection interface 41 with a lower end 122 of the intermediate column 12 and, on the other hand, the flow channel 142 which it delimits.
  • the lower end piece 40 extends axially between two ends constituted by the connection interface 41 and the flow channel 142.
  • the lower end piece 40 In a vertical reference position, where the reference axis A is parallel to a vertical axis, the lower end piece 40 is located below the intermediate column 12 and the upper connection piece 30 is located above, the intermediate column 12 being interposed between these two attached parts 30, 40.
  • their associated connection interface 31, 41 comprises a complementary sleeve of the associated upper end 121 or lower 122 of the intermediate column 12 of so that said associated upper 121 or lower 122 end can fit into the complementary sleeve of the corresponding connection interface 31, 41.
  • a shrink fit that is to say a tight fit, of the attached parts of the lower end piece 40 and/or the upper connection part 30 with the associated end 121, 122 of the column intermediate 12 can be carried out to ensure their fixation.
  • the tubular intermediate column 12 is placed on the lower end piece 40, in particular on an inner shoulder 43 of the lower end piece 40, that is to say projecting towards the inside of the the lower end piece 40.
  • the shoulder 43 is dimensioned to receive in plane contact, extending here in a plane parallel to a horizontal plane perpendicular to the vertical axis, a lower edge of the lower end 122 of the intermediate column 12. This continuous plane contact delimits a closed contour contributing to the sealing of the assembly.
  • connection 50 distinct from the intermediate column 12 so that the lower end piece 40 is suspended from the upper connection piece 30.
  • the connecting elements 50 comprise in particular suspension cables extending parallel to the reference axis A around the intermediate column 12, in the assembled position.
  • the cables (not shown) are fixed on eyelets 51 located on the outer periphery of the lower end 40. Such eyelets 51 can each be simply made up of a simple drilling.
  • a portion of the lower end is housed in sheaths 52 forming vertical guide corridors and also located on the outer periphery of the lower end 40.
  • sheaths 52 are provided axially and vertically above each hanging eyelet 51.
  • the cables are stretched up to the upper connection part 30 also provided with vertical axial sheaths 52 located on the outer periphery of said upper connection part 30.
  • connection cable is therefore stretched at least between the upper connection part 30 and the lower end 40 where it is guided by a pair of associated sheaths 52 provided on each of the two inserts 30, 40, each pair of sheaths being aligned along an axis parallel to the reference axis A so that the connecting cables are kept parallel to the reference axis A, that is to say vertically, in the vertical reference position, and distributed around the reference axis A.
  • the sheaths are placed on the outer periphery upper 13 and lower 14 end inserts, namely the upper connecting piece 30 and the lower end piece 40 respectively.
  • other configurations are possible.
  • the sheath can be integrated into a body of the insert 30, 40 so that only its inlet and/or outlet orifice is visible.
  • the guide sheaths 52 have no projection outside the intermediate column 12, thus limiting the risk of snagging with the interior of the borehole.
  • the use of the sampling device 11 is therefore facilitated.
  • the eyelets 51 it is also possible for the eyelets 51 to be located entirely inside the associated insert 30, 40 with respect to its outer periphery or flush with its outer surface so as not to create a projection.
  • each of the connecting cables can be fixed for example to means for adjusting the tension of the cable (not illustrated).
  • the sling 102 can be fixed directly to the upper connecting piece 30.
  • these connecting cables between the upper connection piece 30 and the lower end piece 40 can each be fixed directly to the sling 102.
  • each connecting the upper connection piece 30 and the lower end piece 40 can be reduced.
  • a single cable can be used and alternately repeatedly connecting the upper connection piece 30 and the lower end piece 40.
  • the connecting cable can pass through all of the sheaths 52 successively and alternately between each end 13, 14.
  • Each end of the cable can be held fixedly by crimping a fixing part, such as a crushed metal tube.
  • two connection cables can be used, each of the cables twice connecting the upper connection piece 30 and the lower end piece 40 in a distinct manner, in the manner of a loop portion, for example in “U”.
  • each connecting cable is held fixedly by being crimped at its ends.
  • the use of several connection cables allows redundancy, and therefore improves the security of the device in the event of a connection cable breakage.
  • these cables can be replaced by any other wire or flexible means to form such a loop portion.
  • the lower end piece 40 delimiting the flow channel 142 is configured to be closed and opened by the non-return valve 141.
  • the valve 141 is here constituted by a ball 141' having negative buoyancy, that is to say that the ball is heavier than the water that it displaces when it is submerged.
  • this ball 141' is metallic, that is to say it is made up of one or more metals. In this way, in a vertical reference position, the ball 141' naturally positions itself at the bottom of the sampling rod 11, inside the lower end piece 40, whether the sampling rod 11 is submerged or not.
  • the flow channel 142 has a smaller section than the ball 141' so that the flow channel 142 is configured to be closed by the ball 141'.
  • one end of the channel 142 opening into the interior space of the sampling rod 11 has a shape flared towards the inside of the sampling rod 11, the flow channel 142 having a circular section of smaller diameter than that of the column intermediate 12.
  • This interior portion of the sampling rod 11 of flared shape is concave so that the reduction in section of the intermediate column 12 towards the flow channel 142 is guided progressively with concave interior walls, that is to say i.e. whose hollow shape is open radially outwards. In this way, a shape is thus ensured which guarantees better stability for the ball 141' when it is in the equilibrium position of closing the flow channel 142.
  • the pump(s) 16 When the pump(s) 16 are activated to suck up the groundwater, the depression allows water to infiltrate through the flow channel 142 from the outside into the sampling rod 11, the ball 141' not forming an obstacle to this flow, it is moved in the flow of water flowing into the sampling rod 11.
  • the mass of the ball 141' is such that it descends vertically to the bottom of the sampling rod 11, to come to rest house in the flared interior portion of the end of channel 142 inside the lower end piece 40.
  • the valve 141 is configured to be controlled by an actuator 42 accessible from the outside.
  • the actuator 42 of the valve 141 comprises a movable lever, rotating around a horizontal axis A' orthogonal to the reference axis A so that the lever 42 is movable between an open position and a closed position of the flow channel 142.
  • the lever 42 extends at least between a gripping portion accessible outside the lower end 14 of the sampling rod 11, and an actuation portion located at least partly in the flow channel 142.
  • the lever 42 In the closed position, the lever 42 is positioned so that its actuation portion is away from the ball 141', below it vertically. In this position, the ball 141' can rest in the flared inlet of the flow channel 142 to close it.
  • the lever 42 In the open position, the lever 42 is positioned so that its actuation portion is placed on the path to the closed position of the ball 141'. The actuation portion comes into contact with the ball 141', moving it from its closed position and forcing the opening of the flow channel 142. On the surface, the lever 42 can be actuated to recover the sample taken while maintaining the vertical sampling rod 11. In other words, and generally speaking, the actuator makes it possible to clear the lower orifice of the sampling rod 11, namely the flow channel 142, which is obstructed by a valve, here constituted by the ball 141'.
  • the upper connection part 30 has a connection interface 31 forming a complementary sleeve of the upper end 121 of the intermediate column 12 so that the upper end 121 can fit into said muff.
  • a complementary fixing means is also associated with this fitting.
  • the upper end 121 of the intermediate column 12 is provided with a fixing mechanism comparable to a bayonet mechanism.
  • the upper connection part 30 delimits an interior space 32 inside which are housed hooks 33 configured to support, in the assembled position of use, a hooking portion 123 of the upper end 121 of the column intermediate 12.
  • the hooking portion 123 notably comprises at least one spacer or transverse lug extending orthogonally to the reference axis A.
  • the fixing of the upper connection part 30 with the intermediate column 12 is ensured by: a nesting of the upper end 121 of the intermediate column 12 in the connection interface 31, and by a rotation of the part of upper connection 30 relative to the intermediate column 12 so as to move the spacers forming the hooking portion 123 in the hooks 33 of complementary shape.
  • the upper connection part 30 has, relative to the reference axis A: a first angular position of assembly with the upper end 121 of the intermediate column 12 by axial sliding of the upper end 121 of the intermediate column 12 in the connection interface 31 of the upper connection part 30 to fit them together, and a different angular assembly position in which after pivoting of the upper connection part 30 relative to to the intermediate column 12, the hooking portion 123 of the intermediate column 121 engages with the hooks 33 in the upper connection part 30.
  • connection interface 23 of the upper end 13 and the flow channel 142 of the lower end 14 are aligned axially with respect to the reference axis A.
  • connection interface 31 and the connection interface 23 of the upper connection part 30 and the connection interface 41 and the flow channel 142 of the lower end piece 40 are aligned axially with respect to the reference axis A of the intermediate column 12.
  • these means for fixing the lower end piece 40 and the upper connection piece 30 with the intermediate tubular column 12 are removable and do not require additional sealing means.
  • additional sealing means may be desired to use such sealing means, in particular between the upper connection part 30 and the intermediate column 12 and/or between the upper connection part 30 and the intermediate column 12.
  • These sealing means may include in particular at least one O-ring.
  • the upper connection part 30 and the lower end piece 40 are each formed in one piece, based on plastic material(s), in particular obtained by the additive manufacturing process. .
  • plastic material(s) in particular obtained by the additive manufacturing process.
  • Such a process also makes it possible to obtain the manufacture of the lower end piece 40 including the lever 42 mounted on its axis A' with the body of the lower end piece 40, in a simple and inexpensive manner.
  • the suspension and extraction means 100 are installed.
  • a tripod or a goat 101 forming a support is positioned in line with the drilling well 104.
  • a sampling rod 11 is then suspended from this support 101 allowing the sampling rod 11 to be deployed in the drilling well 104 and the 'extract.
  • sampling rod 11 is then deployed in the drilling well 104 until it is completely immersed in the groundwater where the sample must be taken, then groundwater is pumped through the device. sampler 10 so as to purge the sampling rod 11. During this immersion, the sampling rod 11 is immersed in groundwater in a natural state, i.e. unfiltered. The sampling rod 11 is kept suspended there only by the sling 102 and is free laterally or radially, that is to say it is not held laterally.
  • the sampling device 10 makes it possible to pump water from the borehole to a given depth using at least one pump 16, for example of the "low-flow" type, via the sampling rod 11 fixed under this pump 16, and through which the pumped water passes.
  • the groundwater is sucked up by at least one pump 16, this from the lower end 14 of the sampling rod 11, successively crossing the tubular column 12 and the end upper 13 then delivered at least in part to the surface S by the circuit 15 connected to the pump(s) 16.
  • the circuit 15 takes the form of a pipe on the path of which two pumps 16 are positioned.
  • At least one of the pumps 16 must be submerged for the entire duration of the sampling. In the case of plurality of pumps 16, it will be at least the pump closest to the sampling rod 11 in relation to the circuit 15. In practice it is possible, depending on the type of pump used, not to immerse the pump 16 only during priming, and that it then emerges due to the drawdown of the water table. This possibility allows, in the case of low water levels, to not be forced to lower the sampling rod 11 to the bottom of the structure, which could be detrimental from the point of view of suspended matter.
  • the pumping is stopped.
  • the pump(s) 16 are stopped. Stopping the pumping automatically causes the valve 141 to close because the ball 141' falls into the bottom of the sampling rod and closes the sampling channel 142.
  • the valve 141 thus makes it possible to block the sample. of groundwater contained in the sampling tube 11. The groundwater in the sample, even if it is contained in the sampling tube 11 and on the path of the pumped water, has not passed through the pumps and is therefore not not disturbed by them.
  • sampling rod 11 is raised by the means of suspension and extraction 100 until extraction at the surface S from the groundwater of the groundwater sample taken.
  • sampling rod 11 Given that recovery of the sample requires extracting the sampling rod 11 completely, and does not allow the operation to be repeated while ensuring an identical sample, it is necessary to size the sampling rod 11 accordingly. of the necessary volume. For example, a sample volume of 2 liters may be required to perform an analysis. Taking into account possible losses, for example a leak at the base of the sampling rod 11, and the physico-chemical measurements to be carried out, a larger volume, for example 3 liters can be chosen.
  • a user will be able to choose a height of the sampling rod 11 as a function of a diameter, to obtain a predetermined useful volume.
  • the choice can be made to adapt the diameter of the sampling rod 11, in particular of the intermediate tubular column 12, so as to correspond to the diameter of a pump, for example a “low-flow” pump.
  • the height of the sampling rod 11 should be approximately 1.90 m.
  • a predetermined diameter of 70 mm could be used, the sampling rod 11 extending to a height of 78 cm to obtain a useful volume of 3 L.
  • the sampling rod 11 thus delimits a space for containing the sample having a predetermined useful volume.
  • a volume of groundwater taken to form the sample is contained in this sampling rod 11.
  • the interior space for containing the sample is closed laterally by the intermediate tubular column 12, lowerly by the lower end piece 40 of the lower end 13 in a position of closing the flow channel 141, and higher by the upper connecting piece 30.
  • This upper connecting piece 30 is only open towards the circuit 15 at the level of its connection interface 23 which is connected to the circuit 15.
  • said circuit 15 is filled with groundwater locally homogeneous with the nature of the sample (at the level of the connection interface 23), these being then not likely to disturb the sample taken and contained in the sampling cane 11. Indeed, once the pumping is stopped, the groundwater then contained in the circuit 15 will remain there without being sucked up any more and also being retained by the closing position of the flow channel 141. In this way, the sampling rod 11 is closed from the external environment particularly during the stages of extraction to the surface then recovery of the sample taken contained at the inside the sampling rod 11.
  • the sampling device 10 represents a device for sampling representative of undisturbed groundwater.
  • the collected sample does not pass through the pump(s): due to the absence of cavitation usually generated due to pressure, the sampling device 10 makes it possible to preserve the species in solution (dissolved gases, large molecules).
  • the sample collected is not brought into contact with the pipes or metal parts, but only with the sampling rod 11 and the inert parts allowing it to be used such as the lower ends 14 and upper ends. 13, the lower end piece 40, upper connection piece 30 and the intermediate tubular column 12.
  • the sampling device 10 allows the sampling rod 11 to be drained without contact with unrinsed parts, the parts allowing the sampling rod 11 to be drained being integrated into the base of the sampling rod 11, in particular at the level of the sampling rod 11. lower end 40, and operated without there being contact with water.
  • the renewal of water in the drilling is possible and ensured through the sampling rod 11.
  • the sampling of water is made possible at a given depth by limiting the vertical mixing of the waters in drilling.
  • the sampling device 10 therefore offers an economical solution allowing the collection of undisturbed representative samples. This saving is achieved in particular by the fact that certain components exist and are widespread, such as pumps and the tubular intermediate body, that the sampling rod 11 is easy to assemble when it is composed of several elements with parts 30, 40 attached to its ends.
  • sampling device 10 could be used in general for the sampling of fluids for which it is desired to limit exchanges with the atmosphere, and more particularly samples intended for the search for large molecules. , such as Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), pesticides, etc., which could thus not be influenced by the pumps 16.
  • PAHs Polycyclic Aromatic Hydrocarbons
  • pesticides etc.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif échantillonneur (10) pour le prélèvement d'eaux souterraines, le dispositif échantillonneur (10) étant caractérisé en ce qu'il comprend une canne de prélèvement (11) suspendue par des moyens de suspension et d'extraction (100) reliés à la surface (S) et comprenant une colonne intermédiaire (12) tubulaire s'étendant suivant un axe longitudinal de référence (A) entre une extrémité supérieure (13) et une extrémité inférieure (14), et en ce que : l'extrémité supérieure (13) comprend une interface de connexion (23) connectée à un circuit (15) relié à une ou plusieurs pompe(s) (16) pour aspirer des eaux souterraines depuis l'extrémité inférieure (14), traversant la colonne intermédiaire (12) et refouler les eaux aspirées jusqu'à la surface (S); et en ce que l'extrémité inférieure (14) comprend un clapet (141) configuré pour ouvrir et fermer un canal d'écoulement (142) de sorte à ouvrir et fermer, respectivement, l'extrémité inférieure (14) de la canne de prélèvement (11).

Description

DESCRIPTION
DISPOSITIF ECHANTILLONNEUR POUR LE PRELEVEMENT D'EAUX SOUTERRAINES ET PROCEDE DE PRELEVEMENT ASSOCIE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] L' invention concerne, de façon générale, le domaine technique des prélèvements d’eaux.
[0002] L’ invention se rapporte plus spécifiquement à un dispositif échantillonneur pour le prélèvement d’eaux souterraines
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
[0003] La réalisation de prélèvements d’eaux souterraines connaît des solutions diverses, chacune d’elles étant généralement adaptée à un environnement donné et/ou à la nature du prélèvement recherché.
[0004] On connaît par exemple des dispositifs échantillonneurs passifs tels que des cannes de prélèvement ou des préleveurs. Ils permettent de faire des prélèvements de la partie superficielle de la colonne d’eau, à l’exception des préleveurs automatiques à déclenchement qui permettent de prélever en profondeur de façon généralement asservie à une ou plusieurs données extérieures. Bien que de tels dispositifs échantillonneurs passifs sont pratiques d’utilisation pour des prélèvements ponctuels ou de diagnostic, leur utilisation pour le renouvellement de la colonne d’eau est impossible en routine.
[0005] On connaît également des dispositifs échantillonneurs actifs émergés tels que des pompes de surface ou encore des pompes péristaltiques. De tels dispositifs échantillonneurs permettent de réaliser des purges ou des prélèvements, via l’utilisation de tubes plongeurs. Leur utilisation est limitée à quelques mètres de profondeur du fait de la mise en ébullition de l’eau pour les niveaux piézométriques au-delà de 7 mètres de profondeur environ. Par ailleurs, ces types de dispositifs échantillonneurs peuvent provoquer une mise en dépression de l’échantillon, et donc potentiellement modifier les caractéristiques de l’échantillon prélevé (dégazages, fractionnements isotopiques ...).
[0006] Des solutions de dispositifs échantillonneurs actifs immergés sont également connues, par exemple munis de pompes immergées ou à inertie, ou encore munis d’un hydrocapteur.
[0007] Des pompes immergées par exemple permettent généralement de réaliser des purges ou des prélèvements, les limites de profondeur étant fonction du type de pompe. Leur utilisation est limitée à leur dénoyage, notamment si la productivité de l’ouvrage est insuffisante au regard du débit minimal de pompage, du fait du dénoiement du dispositif. À l’exception des dispositifs « bas débits » aussi appelés « low-flow » en jargon anglo-saxon, leur débit minimum est souvent supérieur à lL/min. Un inconvénient majeur de ce type de dispositifs est que le mouvement des pales des pompes employées est susceptible de casser certaines molécules, et la cavitation à leur surface peut potentiellement modifier les caractéristiques de l’échantillon (dégazages, fractionnements isotopiques ...).
[0008] S’ agissant des pompes à inertie, elles sont généralement munies d’une valve à la base du tube plongeur, et permettent de prélever des échantillons dans des forages de petit diamètre, et de relativement grande profondeur. Un mouvement de va-et-vient vertical du préleveur permet, lors de la descente, de faire rentrer l’eau dans le tube plongeur, et, lors de la remontée, de fermer et d’empêcher l’eau prélevée contenue dans le tube plongeur de sortir. Cependant, le mouvement de va-et-vient créé dans le forage peut provoquer une forte remise en suspension de sédiments, nécessitant la mise en place de filtrations complémentaires, et pouvant perturber également la qualité des échantillons.
[0009] De manière générale on constate que le prélèvement d’échantillon à l’aide de pompes immergées entraîne le risque de perturber les échantillons, du fait du passage à travers des matériels constitutifs : échanges physico-chimiques entre l’eau et les matériaux (pompes, tuyaux, raccords, etc.), cavitation, passage à travers des pales des pompes, etc. L’utilisation d’un gaz avec des pompes pour assurer des purges est également de nature à compromettre un échantillon lorsque ce gaz vient au contact direct des eaux souterraines prélevées. De même, la réalisation de prélèvements d’eaux souterraines à l’aide d’échantillonneurs à valve ne permet pas de renouveler la colonne d’eau (échantillons non représentatifs), ni de choisir la profondeur de prélèvement, sauf en utilisant des échantillonneurs automatiques à déclenchement, ce qui est plus complexe et donc plus onéreux.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0010] L’ invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique en proposant notamment une solution permettant à la fois de renouveler l’eau d’un forage et de prélever de manière la plus représentative possible des échantillons d’eaux souterraines, non perturbés par les systèmes de pompage (dépression, cavitation, etc.), à des profondeurs déterminées, selon les recommandations en vigueur.
[0011] Un autre objectif poursuivi est de proposer une solution suffisamment simple de manière à pouvoir être utilisée en routine
[0012] Un avantage recherché de la solution est également de limiter les volumes pompés, afin de limiter le soutirage de la fraction fine de la formation, compte tenu des recommandations des autorités.
[0013] Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un dispositif échantillonneur pour le prélèvement d’eaux souterraines, le dispositif échantillonneur étant caractérisé en ce qu’il comprend une canne de prélèvement suspendue par des moyens de suspension et d’extraction reliés à la surface et comprenant une colonne intermédiaire tubulaire s’étendant suivant un axe longitudinal de référence entre une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, et en ce que : l’extrémité supérieure comprend une interface de connexion connectée à un circuit relié à une ou plusieurs pompe(s) pour aspirer des eaux souterraines depuis l’extrémité inférieure, traversant la colonne intermédiaire et refouler les eaux aspirées jusqu’à la surface ; l’extrémité inférieure comprend un clapet configuré pour ouvrir et fermer un canal d’écoulement de sorte à ouvrir et fermer, respectivement, l’extrémité inférieure de la canne de prélèvement.
[0014] Grâce à une telle combinaison de caractéristiques, le dispositif échantillonneur dispose d’une canne de prélèvement configurée à la fois de renouveler l’eau d’un forage dans une phase d’utilisation durant lequel il est utilisé dans la continuité du circuit relié à la pompe, c’est-à-dire montée en série avec le circuit d’aspiration des eaux souterraines, et durant une autre phase d’utilisation, de prélever de manière la plus représentative possible des échantillons d’eaux souterraines, sans avoir à traverser une pompe, l’échantillon prélevé étant alors contenu dans la canne de prélèvement fermée et peut être récupéré après avoir été extrait à la surface. Un tel dispositif échantillonneur est donc conçu pour la mise en œuvre du procédé de prélèvement d’eaux souterraines décrit plus loin, qui permet le prélèvement d’échantillons sans risque de perturber lesdits échantillons.
[0015] Selon un mode de réalisation, l’interface de connexion de l’extrémité supérieure est connectée directement, et mécaniquement, à une conduite d’un circuit relié à une ou plusieurs pompe(s). Ainsi les eaux souterraines peuvent être aspirées par la ou les pompe(s) depuis l’extrémité inférieure, traversant la colonne intermédiaire, l’extrémité supérieure où elles traversent l’interface de connexion pour être refoulées jusqu’à la surface, guidé par les conduites du circuit. La conduite du circuit comprend, de préférence est constituée par, un tuyau de préférence encore flexible pour relier la canne de prélèvement à la surface lorsque ladite canne de prélèvement est immergée dans les eaux souterraines, notamment durant une étape de pompage d’eaux souterraines à travers le dispositif échantillonneur. Grâce à une connexion directe mécanique entre la conduite du circuit et l’extrémité supérieure, les eaux souterraines sont guidées directement et successivement de la canne de prélèvement à la conduite, sans élément intermédiaire, pour être guidées vers la surface. L’interface de connexion comprend par exemple un raccord entre l’extrémité supérieure et la conduite tubulaire.
[0016] Selon un mode de réalisation, le clapet et un clapet antiretour, de préférence constitué par une bille. Une telle configuration apporte une simplicité de fonctionnement utilisant les principes physiques bien connus liés à la gravitation de la bille sans avoir à utiliser d’énergie extérieure nécessitant une source d’énergie particulière.
[0017] Selon un mode de réalisation, l’extrémité supérieure comprend une pièce de raccordement supérieure distincte de la colonne intermédiaire, la pièce de raccordement supérieure présentant une interface de raccordement avec une extrémité supérieure de la colonne intermédiaire et comprenant l’interface de connexion.
[0018] Selon un mode de réalisation, l’extrémité inférieure comprend un embout inférieur distinct de la colonne intermédiaire, l’embout inférieur présentant une interface de raccordement avec une extrémité inférieure de la colonne intermédiaire et délimitant le canal d’écoulement.
[0019] Selon un mode de réalisation, l’interface de connexion de l’extrémité supérieure et le canal d’écoulement de l’extrémité inférieure sont alignés axialement par rapport à l’axe de référence.
[0020] Selon un mode de réalisation, l’interface de raccordement et l’interface de connexion de la pièce de raccordement supérieure et/ou l’interface de raccordement et le canal d’écoulement de l’embout inférieur sont alignés axialement par rapport à l’axe de référence de la colonne intermédiaire.
[0021] Selon un mode de réalisation, le clapet est configuré pour être commandé par un actionneur accessible depuis l’extérieur, l’actionneur du clapet comportant de préférence un levier mobile, de préférence en rotation autour d’un axe orthogonal à l’axe de référence, entre une position d’ouverture et une position de fermeture du canal d’écoulement. Un tel levier est particulièrement simple à mettre en œuvre. De préférence le levier est manuel, c’est-à-dire qu’il est configuré pour être déplacé entre ses positions de fermeture et d’ouverture du canal d’écoulement par un actionnement manuel. Le levier est contraint de préférence élastiquement par des moyens d’emmagasinement d’énergie, par exemple un ressort de torsion, vers une position d’équilibre correspondant à la position de fermeture. [0022] Selon un mode de réalisation, la pièce de raccordement supérieure et/ou l’embout inférieur est(sont) fabriqué(e)(s) d’un seul tenant. Par exemple, la pièce correspondante peut être fabriquée par un procédé de fabrication additive. Dans le cas de l’embout inférieur par exemple, on obtient un levier fabriqué directement par la mise en œuvre du procédé de fabrication additive et directement positionné sur l’embout de sorte que le procédé de fabrication peut être simplifié à son maximum.
[0023] Selon un mode de réalisation, la pièce de raccordement supérieure et l’embout inférieur sont reliés ensemble par des éléments de liaison distincts de la colonne intermédiaire, les éléments de liaison comprenant de préférence des câbles de suspension s’étendant parallèlement à l’axe de référence et autour de la colonne intermédiaire, en position assemblée. De cette manière, dans une position d’utilisation, la colonne tubulaire repose sur l’embout inférieur, lui-même suspendu à la pièce de raccordement supérieure par l’intermédiaire des éléments de liaison. En pratique, on note que des moyens d’étanchéité ne sont pas nécessaires pour permettre le fonctionnement du dispositif d’échantillonneur. Une telle construction est également simple et fiable et permet, pour une bonne maintenance, de pouvoir remplacer si besoin l’une ou l’autre des pièces telles que la pièce de raccordement supérieure, l’embout inférieur, la colonne tubulaire ou les éléments de liaison, ce qui minimise les coûts de maintenance.
[0024] Selon un mode de réalisation, les éléments de liaison sont au moins au nombre de deux, de préférence au moins trois, répartis de façon homogène radialement autour de la canne de prélèvement, soit autour de son axe de référence. De cette manière, on assure un serrage homogène des éléments entre eux.
[0025] Bien entendu les éléments de liaison peuvent comporter différents moyens de liaison que des câbles. Par exemple, il peut s’agir de fils ou cordes de différentes natures, voire de tiges.
[0026] Selon un mode de réalisation, la pièce de raccordement supérieure délimite un espace intérieur à l’intérieur duquel sont logés des crochets configurés pour supporter, en position assemblée d’utilisation, une portion d’accrochage de l’extrémité supérieure de la colonne intermédiaire, la portion d’accrochage comprenant de préférence au moins une entretoise s’étendant orthogonalement à l’axe de référence.
[0027] Selon un mode de réalisation, la pièce de raccordement supérieure présente par rapport à l’axe de référence une première position angulaire d’assemblage avec l’extrémité supérieure de la colonne intermédiaire par un coulissement axial de l’extrémité supérieure de la colonne intermédiaire dans l’interface de raccordement de la pièce de raccordement supérieure, et une position angulaire différente d’assemblage dans laquelle, après pivotement de la pièce de raccordement supérieure par rapport à la colonne intermédiaire, les crochets dans la pièce de raccordement supérieure sont en prise avec la portion d’accrochage de la colonne intermédiaire. Une telle configuration permet de suspendre la colonne tubulaire au niveau de son extrémité supérieure en prise avec la pièce de raccordement supérieure.
[0028] Selon un mode de réalisation, le dispositif échantillonneur comprend des moyens d’étanchéité entre la pièce de raccordement supérieure et la colonne intermédiaire et/ou entre l’embout inférieur et la colonne intermédiaire.
[0029] Selon un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un procédé de prélèvement d’eaux souterraines par un dispositif échantillonneur présentant tout ou partie des caractéristiques décrites ci-avant, le procédé de prélèvement comportant au moins les étapes suivantes : immersion de la canne de prélèvement (11) au moins dans des eaux souterraines, par exemple à travers un puits de forage ; pompage d’eaux souterraines à travers le dispositif échantillonneur de sorte à purger la canne de prélèvement, les eaux souterraines étant aspirées par la ou les pompe(s) depuis l’extrémité inférieure, traversant la colonne tubulaire puis refoulées au moins en partie jusqu’à la surface; arrêt du pompage ; fermeture du clapet de sorte à bloquer l’échantillon d’eaux souterraines contenu dans la canne de prélèvement; extraction à la surface depuis les eaux souterraines du dispositif échantillonneur contenant l’échantillon d’eaux souterraines prélevé ; récupération d’une partie au moins de l’échantillon d’eaux souterraines prélevé contenu dans la canne de prélèvement.
[0030] Grâce à un tel procédé, une fois la purge effectuée et la stabilisation des paramètres physico-chimiques atteinte, le pompage est arrêté, et l’échantillon est bloqué dans la canne de prélèvement, sans transiter au travers de la pompe. Il est ainsi possible d’obtenir un échantillon représentatif du milieu, en s’affranchissant des effets potentiels des pompes, et en s’écartant des limites et des influences sur les échantillons comme décrites en référence à l’art antérieur.
[0031] Selon un mode de réalisation, l’étape de récupération d’une partie au moins de l’échantillon d’eaux souterraines prélevé et contenu dans la canne de prélèvement comprend une étape d’actionnement d’un actionneur accessible depuis l’extérieur configuré pour commander le clapet de l’extrémité inférieure de la canne de prélèvement. Ainsi, la simple ouverture dudit clapet par un actionnement dudit actionneur permet de recueillir simplement l’échantillon prélevé une fois la canne de prélèvement extraite à la surface depuis les eaux souterraines.
[0032] L’ étape de pompage est mise en œuvre de préférence sans application de pression pneumatique directe au contact des eaux souterraines, ceci de sorte à ne pas risquer de les rendre impropre à leur usage.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0033] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : figure 1 : une vue schématique d’un dispositif échantillonneur selon un mode de réalisation ; figure 2 : une vue d’un mode de réalisation des moyens de suspension et d’extraction reliés à la surface et auxquels est destinée à être suspendue une canne de prélèvement ; figure 3 : une vue d’une canne de prélèvement selon un mode de réalisation ; figure 4 : une vue éclatée en perspective isométrique d’une une pièce de raccordement supérieure d’une extrémité supérieure de la canne de prélèvement de la figure 3 et d’une partie d’une colonne intermédiaire tubulaire ; figure 5 : une vue en coupe A-A de la figure 4 ; figure 6 : une vue de côté de la figure 4 ; figure 7 : une vue en coupe B-B- de la figure 6 ; figure 8 : une vue en coupe C-C de la figure 6 ; figure 9 : une vue en perspective isométrique d’un embout inférieur d’une extrémité inférieure de la canne de prélèvement selon la figure 3 ; figure 10 : une vue en coupe axiale selon un axe de référence vertical de l’embout inférieur de la figure 9 ; figure 11 : une vue en coupe D-D de la figure 10.
[0034] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN MODE DE RÉALISATION
[0035] Les figures 1 et 2 illustrent un dispositif échantillonneur 10 selon un mode de réalisation, le dispositif échantillonneur 10 étant adapté pour le prélèvement d’eaux souterraines.
[0036] Le dispositif échantillonneur 10 comprend une canne de prélèvement 11 formant un tube préleveur et suspendue par des moyens de suspension et d’extraction 100 reliés à la surface S. [0037] Les moyens de suspension et d’extraction 100 comprennent notamment au moins trépied ou une chèvre 101 permettant d’élinguer la canne de prélèvement 11 au niveau de la surface S. L’élingue 102 associée est suspendue au niveau d’un point de suspension 103 situé au droit d’un puits de forage 104 dans lequel un prélèvement d’échantillon doit être effectué. Le point de suspension 103 peut être muni d’un moyen de renvoi d’angle tel qu’une poulie. Dans ce cas l’élingue s’étend jusqu’à un point d’ancrage déporté, c’est-à-dire qu’un brin tendu de l’élingue s’étend alors entre le point de suspension 103 formé au niveau de la poulie et un point d’ancrage (non illustré) déporté, par exemple jusqu’au sol. Ce point d’ancrage peut être également comporter un moyen de stockage d’une réserve d’élingue, par exemple muni d’un tambour, ces moyens pouvant être motorisés ou manuels, pour permettre l’enroulement et le déroulement du câble 102. Dans une configuration particulière, on pourra placer un tel moyen de stockage de réserve de câble directement au niveau du point de suspension 103 au droit du point de forage 104. Dans cette configuration également, ces moyens pouvant être motorisés et/ou manuels, par exemple au moyen d’une manivelle à titre principal, voire à titre secondaire pour palier par exemple à une éventuelle avarie du moteur ou motoréducteur.
[0038] De cette manière, l’élingue 102 est reliée : d’une part à des moyens motorisés et/ou manuels situés à la surface S pour permettre de déployer ou enrouler le câble associé, et d’autre part, à la canne de prélèvement 11 de sorte à pouvoir descendre ou remonter ladite canne de prélèvement 11 dans le puits de forage 104, c’est-à-dire dans le trou de forage ou un tubage de souverainement délimitant le puits.
[0039] L’utilisation d’une élingue 102 pour élever la canne de prélèvement 11 permet de limiter tout effort de traction directement sur un tuyau d’exhaure 106. Par ailleurs, une telle élingue 102 est de préférence configurée de sorte à respecter une neutralité chimique pour éviter tout interaction. On notera que l’élingue 102 utilisée peut être par exemple constituée d’un câble. Suivant d’autre variante, l’élingue 102 peut comprendre un filin d’une matière au choix (nylon, acier, etc.), une tige telle qu’une tige filetée, une corde, une chaîne ou tout autre fil.
[0040] La canne de prélèvement 11 comporte une colonne intermédiaire 12 tubulaire s’étendant suivant un axe longitudinal de référence A entre une extrémité supérieure 13 et une extrémité inférieure 14. L’axe de référence A s’étend verticalement dans une position d’utilisation de la canne de prélèvement 11, lorsqu’elle est suspendue à l’élingue 102 dans le puits 104 de forage. La canne de prélèvement 11 est destinée à venir être immergée dans des eaux souterraines durant le prélèvement d’échantillon, notamment dans une zone suffisamment profonde pour venir baigner dans la zone ZI saturée de l’aquifère.
[0041] Une canne de prélèvement 11 selon l’invention est illustrée plus en détail sur la figure 3. La colonne intermédiaire 12 tubulaire présente ici un profilé cylindrique. Une section constante de la colonne intermédiaire 12 garantit une facilité d’utilisation lorsque la canne de prélèvement 11 évolue dans le puits de forage, et facilite également son guidage lors de ses déplacements verticaux. Par ailleurs, une section circulaire de la colonne intermédiaire 12 permet de garantir la bonne circulation du flux d’eau à l’intérieur d’elle, et s’adapte extérieurement plus facilement à des puits de forages de section circulaire résultant directement des outils de forage utilisés.
[0042] Comme évoqué précédemment, la colonne intermédiaire 12 tubulaire s’étend axialement entre ses extrémités supérieure 13 et inférieure 14.
[0043] Les figures 4 à 8 illustrent des détails de l’extrémité supérieure 13 de la canne de prélèvement 11 de la figure 3.
[0044] L’ extrémité supérieure 13 de la canne de prélèvement 11 comprend une interface de connexion 23 connectée à un circuit 15 relié à une ou plusieurs pompes 16, montées en série dans le cas d’une pluralité de pompes, pour aspirer des eaux souterraines depuis l’extrémité inférieure 14, traversant la colonne intermédiaire 12 et refouler les eaux aspirées jusqu’à la surface S par le tuyau d’exhaure 106. Dans ce mode de réalisation, l’extrémité supérieure 13 comprend une pièce rapportée formant une pièce de raccordement supérieure 30, distincte de la colonne intermédiaire 12. Cette pièce de raccordement supérieure 30 permet de garantir la connexion ou le raccord entre la colonne intermédiaire 12 d’une part, et le circuit 15 d’autre part. La pièce de raccordement supérieure 30 présente d’une part une interface de raccordement 31 avec une extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 et, d’autre part, l’interface de connexion 23. La pièce de raccordement supérieure 30 s’étend axialement entre deux extrémités axiales constituées par les interfaces de raccordement 31 et de connexion 23.
[0045] Les figures 9 à 11 illustrent des détails de l’extrémité inférieure 14 de la canne de prélèvement 11 de la figure 3.
[0046] L’ extrémité inférieure 14 de la canne de prélèvement 11 comprend un canal d’écoulement 142 en communication avec l’environnement extérieur à la canne de prélèvement 11. Cette extrémité inférieure est munie d’un clapet 141 configuré pour ouvrir et fermer le canal d’écoulement 142 de sorte à ouvrir et fermer, respectivement, l’extrémité inférieure 14 de la canne de prélèvement 11. Dans ce mode de réalisation, l’extrémité inférieure 14 comprend une pièce rapportée formant un embout inférieur 40, distinct de la colonne intermédiaire 12, l’embout inférieur 40 présentant une interface de raccordement 41 configurée pour assurer son raccordement avec une extrémité inférieure 122 de la colonne intermédiaire 12. Cet embout inférieur 40 permet de fermer par le bas, la colonne intermédiaire 12 tout en permettant une communication fluidique des eaux entre un espace intérieur de la canne de prélèvement 11 et son environnement extérieur. Le clapet 141, en particulier un clapet 141 de type antiretour, permet d’assurer l’ouverture de la canne de prélèvement 11. Cette ouverture du canal d’écoulement 142 par le clapet 141 intervient notamment dans une position immergée pour prélever les eaux souterraines lorsque la ou les pompes 16 aspirent les eaux souterraines et lorsque la canne de prélèvement 11 est manipulée à la surface, notamment pour pouvoir récupérer l’échantillon prélevé en l’évacuant dans un contenant adapté (non illustré). L’embout inférieur 40 présente d’une part une interface de raccordement 41 avec une extrémité inférieure 122 de la colonne intermédiaire 12 et, d’autre part, le canal d’écoulement 142 qu’il délimite. L’embout inférieur 40 s’étend axialement entre deux extrémités constituées par l’interface de raccordement 41 et le canal d’écoulement 142.
[0047] Dans une position verticale de référence, où l’axe de référence A est parallèle à un axe vertical, L’embout inférieur 40 est situé dessous la colonne intermédiaire 12 et la pièce de raccordement supérieure 30 est située au-dessus, la colonne intermédiaire 12 étant interposée entre ces deux pièces rapportées 30, 40. Pour ces deux pièces 30, 40, leur interface de raccordement 31, 41 associée comprend un manchon complémentaire de l’extrémité supérieure 121 ou inférieure 122 associée de la colonne intermédiaire 12 de sorte que ladite extrémité supérieure 121 ou inférieure 122 associée peut s’emmancher dans le manchon complémentaire de l’interface de raccordement 31, 41 correspondante. Dans une variante de réalisation, un frettage, c’est-à-dire un ajustement serré, des pièces rapportées de l’embout inférieur 40 et/ou de la pièce de raccordement supérieure 30 avec l’extrémité 121, 122 associée de la colonne intermédiaire 12 peut être effectué pour assurer leur fixation.
[0048] D’autres moyens de fixations, complémentaires ou en combinaison, peuvent être évidemment envisagés. Dans le mode de réalisation illustré, la colonne intermédiaire 12 tubulaire, est posée sur l’embout inférieur 40, en particulier sur un épaulement 43 intérieur de l’embout inférieur 40, c’est-à-dire en saillie vers l’intérieur de l’embout inférieur 40. L’épaulement 43 est dimensionné pour recevoir en contact plan, s’étendant ici dans un plan parallèle à un plan horizontal perpendiculaire à l’axe vertical, un chant inférieur de l’extrémité inférieure 122 de la colonne intermédiaire 12. Ce contact plan continu délimite un contour fermé participant à l’étanchéité de l’assemblage.
[0049] De cette manière, dans la position verticale de référence, la colonne intermédiaire 12 tubulaire repose sur l’embout inférieur 40. En complément ici, la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 sont reliés ensemble par des éléments de liaison 50 distincts de la colonne intermédiaire 12 de sorte que l’embout inférieur 40 est suspendu à la pièce de raccordement supérieure 30. [0050] Les éléments de liaison 50 comprennent en particulier des câbles de suspension s’étendant parallèlement à l’axe de référence A autour de la colonne intermédiaire 12, en position assemblée. Au niveau d’une extrémité inférieure, les câbles (non illustrés) sont fixés sur des œillets 51 située en périphérie extérieure de l’embout inférieur 40. De tels œillets 51 peuvent être chacun constitués simplement d’un simple perçage. Pour assurer la stabilité des câbles avec l’embout inférieur 40 une portion de l’extrémité inférieure est logée dans des gaines 52 formant des couloirs de guidage verticaux et située également en périphérie extérieure de l’embout inférieur 40. Une telle gaine 52 est prévue axialement et verticalement au-dessus de chaque œillet 51 d’accrochage. Les câbles sont tendus jusqu’à la pièce de raccordement supérieure 30 munie également de gaines 52 axiales verticales situées en périphérie extérieure de ladite pièce de raccordement supérieure 30. Chaque câble de liaison est donc tendu au moins entre la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 où il est guidé par une paire de gaines 52 associées prévues sur chacune des deux pièces rapportées 30, 40, chaque paire de gaines étant alignée suivant un axe parallèle à l’axe de référence A de sorte que les câbles de liaison sont maintenus parallèles à l’axe de référence A, c’est-à-dire verticalement, en position verticale de référence, et répartis autour de l’axe de référence A. Dans ce mode de réalisation, les gaines sont placées en périphérie extérieure des pièces rapportées d’extrémité supérieure 13 et inférieure 14, à savoir la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 respectivement. Toutefois, d’autres configurations sont possibles. Par exemple, la gaine peut être intégrée dans un corps de la pièce rapportée 30, 40 de sorte que seul son orifice d’entrée et/ou de sortie est visible. Dans une telle configuration, les gaines 52 de guidage ne comportent aucune saillie à l’extérieur de la colonne intermédiaire 12, limitant ainsi les risques d’accrochage avec l’intérieur du forage. L’utilisation du dispositif échantillonneur 11 est donc facilitée. On peut également prévoir que les œillets 51 soient intégralement situés à l’intérieur de la pièce rapportée 30, 40 associée par rapport à sa périphérie extérieure ou à fleur de sa surface extérieure de sorte à ne pas créer de saillie.
[0051] Une extrémité de chacun des câbles de liaison peut être fixée par exemple à des moyens de réglage de la tension du câble (non illustrés). Dans ce cas l’élingue 102 peut être fixée directement à la pièce de raccordement supérieure 30. Dans une autre configuration, ces câbles de liaison entre la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 peuvent être fixés chacun directement à l’élingue 102.
[0052] En lieu et place de plusieurs câbles de liaison, chacun reliant la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 de façon distincte, le nombre de câble des de liaison peut être réduit. Par exemple, un câble unique peut être utilisé et reliant alternativement de façon répétée la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40. Dans ce cas, le câble de liaison peut traverser l’ensemble des gaines 52 de manière successive et alternée entre chaque extrémité 13, 14. Chacune des extrémités du câble peut être maintenue fixement par sertissage d’une pièce de fixation, telle qu’un tube métallique écrasé. Selon une autre configuration possible, deux câbles de liaison peuvent être utilisés, chacun des câbles reliant à deux reprises la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 de façon distincte, à la manière d’une portion de boucle, par exemple en « U ». Comme dans le précédent exemple, chaque câble de liaison est maintenu fixement en étant serti à ses extrémités. De manière générale, l’utilisation de plusieurs câbles de liaison permet une redondance, et donc améliore la sécurité du dispositif en cas de rupture d’un câble de liaison. Là encore ces câbles peuvent être replacés par tout autre fil ou moyen souple pour former une telle portion de boucle.
[0053] L’ embout inférieur 40 délimitant le canal d’écoulement 142 est configuré pour être fermé et ouvert par le clapet 141 antiretour. Le clapet 141 est ici constitué par une bille 141' présentant une flottabilité négative, c’est-à-dire que la bille est plus lourde que l’eau qu’elle déplace lorsqu’elle est immergée. De préférence cette bille 141' est métallique, c’est-à-dire qu’elle est constituée d’un ou plusieurs métaux. De cette manière, dans une position verticale de référence la bille 141' vient naturellement se positionner au fond de la canne de prélèvement 11, à l’intérieur de l’embout inférieur 40, que la canne de prélèvement 11 soit immergée ou non. Le canal d’écoulement 142 présente une section plus petite que la bille 141' de sorte que le canal d’écoulement 142 est configuré pour être fermé par la bille 141'. De préférence, une extrémité du canal 142 débouchant dans l’espace intérieur de la canne de prélèvement 11 présente une forme évasée vers l’intérieur de la canne de prélèvement 11, le canal d’écoulement 142 présentant une section circulaire de plus faible diamètre que celui de la colonne intermédiaire 12. Cette portion intérieure de la canne de prélèvement 11 de forme évasée est concave de sorte que la diminution de section de la colonne intermédiaire 12 vers le canal d’écoulement 142 est guidée progressivement avec des parois intérieures concaves, c’est-à-dire dont la forme en creux est ouverte radialement vers l’extérieur. De cette manière, on assure ainsi une forme garantissant une meilleure stabilité pour la bille 141' lorsqu’elle est en position d’équilibre de fermeture du canal d’écoulement 142. Lorsque la ou les pompes 16 sont activées pour aspirer les eaux souterraines, la dépression permet à l’eau de s’infiltrer par le canal d’écoulement 142 d’écoulement 142 depuis l’extérieur jusque dans la canne de prélèvement 11, la bille 141' ne formant pas obstacle à ce flux, elle est déplacée dans le flux d’eaux s’écoulant dans la canne de prélèvement 11. Lorsque la ou les pompes 16 sont arrêtées, la masse de la bille 141' est telle qu’elle redescend verticalement au fond de la canne de prélèvement 11, pour venir se loger dans la portion intérieure de forme évasée de l’extrémité du canal 142 à l’intérieur de l’embout inférieur 40.
[0054] Le clapet 141 est configuré pour être commandé par un actionneur 42 accessible depuis l’extérieur. L’actionneur 42 du clapet 141 comporte un levier mobile, en rotation autour d’un axe A' horizontal orthogonal à l’axe de référence A de sorte que le levier 42 est mobile entre une position d’ouverture et une position de fermeture du canal d’écoulement 142. Le levier 42 s’étend au moins entre une portion de préhension accessible à l’extérieur de l’extrémité inférieure 14 de la canne de prélèvement 11, et une portion d’actionnement située au moins en partie dans le canal d’écoulement 142.
[0055] Dans la position de fermeture, le levier 42 est positionné de sorte que sa portion d’actionnement est éloignée de la bille 141', en dessous d’elle verticalement. Dans cette position, la bille 141' peut reposer dans l’entrée évasée du canal d’écoulement 142 pour le fermer.
[0056] Dans la position d’ouverture, le levier 42 est positionné de sorte que sa portion d’actionnement est placée sur le chemin de la position de fermeture de la bille 141'. La portion d’actionnement vient en contact avec la bille 141' en la déportant de sa position fermée et forçant l’ouverture du canal d’écoulement 142. En surface, le levier 42 peut être actionné pour récupérer l’échantillon prélevé tout en maintenant la canne de prélèvement 11 verticale. En d’autres termes, et de manière générale, l’actionneur permet de dégager l’orifice inférieur de la canne de prélèvement 11, à savoir le canal d’écoulement 142, lequel est obstrué par une valve, ici constituée par la bille 141'.
[0057] Comme décrit ci-avant, la pièce de raccordement supérieure 30 présente une interface de raccordement 31 formant un manchon complémentaire de l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 de sorte que l’extrémité supérieure 121 peut s’emmancher dans ledit manchon.
[0058] Un moyen de fixation complémentaire est en outre associé à cet emmanchement. En particulier, l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 est pourvue d’un mécanisme de fixation comparable à un mécanisme à baïonnette. En particulier, la pièce de raccordement supérieure 30 délimite un espace intérieur 32 à l’intérieur duquel sont logés des crochets 33 configurés pour supporter, en position assemblée d’utilisation, une portion d’accrochage 123 de l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12. La portion d’accrochage 123 comprend notamment au moins une entretoise ou ergot transverse s’étendant orthogonalement à l’axe de référence A.
[0059] La fixation de la pièce de raccordement supérieure 30 avec la colonne intermédiaire 12 est assurée par : un emboîtement de l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 dans l’interface de raccordement 31, et par une rotation de la pièce de raccordement supérieure 30 par rapport à la colonne intermédiaire 12 de sorte à déplacer les entretoises formant portion d’accrochage 123 dans les crochets 33 de forme complémentaire.
[0060] En d’autres termes, la pièce de raccordement supérieure 30 présente par rapport à l’axe de référence A : une première position angulaire d’assemblage avec l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 par un coulissement axial de l’extrémité supérieure 121 de la colonne intermédiaire 12 dans l’interface de raccordement 31 de la pièce de raccordement supérieure 30 pour les emboîter, et une position angulaire différente d’assemblage dans laquelle après pivotement de la pièce de raccordement supérieure 30 par rapport à la colonne intermédiaire 12, la portion d’accrochage 123 de la colonne intermédiaire 121 est en prise avec les crochets 33 dans la pièce de raccordement supérieure 30.
[0061] Une configuration dans laquelle les extrémités inférieure 14 et supérieure 13 de la canne de prélèvement sont formées par des pièces distinctes de la colonne intermédiaire 12 tubulaire, à savoir respectivement l’embout inférieur 40 et la pièce de raccordement supérieure 30, avec en outre des moyens de fixation amovibles simples et efficaces permet d’assurer un nettoyage efficace et rapide de l’espace intérieur de la canne de prélèvement 11. Cela permet également de faciliter la maintenance.
[0062] Pour faciliter la circulation du flux des eaux souterraines aspirées dans la canne de prélèvement 11, tout en garantissant une bonne verticalité durant son usage, l’interface de connexion 23 de l’extrémité supérieure 13 et le canal d’écoulement 142 de l’extrémité inférieure 14 sont alignés axialement par rapport à l’axe de référence A. De même, l’interface de raccordement 31 et l’interface de connexion 23 de la pièce de raccordement supérieure 30 et l’interface de raccordement 41 et le canal d’écoulement 142 de l’embout inférieur 40 sont alignés axialement par rapport à l’axe de référence A de la colonne intermédiaire 12.
[0063] On notera que ces moyens de fixation de l’embout inférieur 40 et de la pièce de raccordement supérieure 30 avec la colonne intermédiaire 12 tubulaire sont amovibles et ne nécessitent pas de moyens d’étanchéité supplémentaires. Toutefois, selon les quantités d’eaux souterraines prélevées, il peut être souhaité utiliser de tels moyens d’étanchéité, notamment entre la pièce de raccordement supérieure 30 et la colonne intermédiaire 12 et/ou entre la pièce de raccordement supérieure 30 et la colonne intermédiaire 12. Ces moyens d’étanchéité peuvent comprendre notamment au moins un joint torique.
[0064] Dans ce mode de réalisation, la pièce de raccordement supérieure 30 et l’embout inférieur 40 sont formées chacune d’un seul tenant, à base de matériau(x) plastique(s), notamment obtenues par au procédé de fabrication additive. Un tel procédé permet également d’obtenir la fabrication de l’embout inférieur 40 incluant le levier 42 monté sur son axe A' avec le corps de l’embout inférieur 40, ceci de façon simple et peu coûteuse.
[0065] Le procédé de prélèvement d’eaux souterraines par le dispositif échantillonneur 10 tel que décrit ci-avant sera mieux compris à la lumière de la description qui suit.
[0066] Après forage du puits 104, les moyens de suspension et d’extraction 100 sont installés. Par exemple, un trépied ou une chèvre 101 formant support est positionnée au droit du puits de forage 104. Une canne de prélèvement 11 est ensuite suspendue à ce support 101 permettant de déployer la canne de prélèvement 11 dans le puits de forage 104 et de l’en extraire.
[0067] La canne de prélèvement 11 est ensuite déployée dans le puits de forage 104 jusqu’à venir être complètement immergée dans les eaux souterraines où l’échantillon doit être prélevé, puis on procède à un pompage d’eaux souterraines à travers le dispositif échantillonneur 10 de sorte à purger la canne de prélèvement 11. Durant cette immersion, la canne de prélèvement 11 est immergée dans des eaux souterraines dans un état naturel, soit non filtrées. La canne de prélèvement 11 y est maintenue suspendue seulement par l’élingue 102 et est libre latéralement ou radialement, c’est-à-dire qu’elle n’est pas maintenue latéralement. Le dispositif échantillonneur 10 permet de pomper des eaux du forage a une profondeur donnée à l’aide d’au moins une pompe 16, par exemple de type « low-flow », par l’intermédiaire de la canne de prélèvement 11 fixée sous cette pompe 16, et au travers de laquelle transite l’eau pompée. En effet, durant cette purge, les eaux souterraines sont aspirées par au moins une pompe 16, ceci depuis l’extrémité inférieure 14 de la canne de prélèvement 11, traversant successivement la colonne tubulaire 12 et l’extrémité supérieure 13 puis refoulées au moins en partie jusqu’à la surface S par le circuit 15 relié à la ou les pompe(s) 16. Le circuit 15 prend la forme d’une conduite sur le chemin de laquelle sont positionnées deux pompes 16.
[0068] Dans le cas de niveaux piézométriques profonds, il est possible d’ajouter des pompes relais intermédiaires le long du circuit, comme illustré par exemple sur la figure 1, par exemple tous les 8 mètres, l’espacement des pompes dépendant des caractéristiques des pompes relais, ceci afin de s’affranchir des capacités de remontée des pompes utilisées. Ces pompes peuvent être réglées avant immersion, par exemple au moyen d’au moins un bouton de réglage, par exemple pour réguler le début de la pompe à la valeur souhaitée. Alternativement, ou en combinaison, des moyens de commande à distance de la ou des pompes(s) peuvent être prévus.
[0069] L’ une des pompes 16 au moins doit être immergée pendant toute la durée du prélèvement. En cas de pluralités de pompes 16, il s’agira au moins de la pompe la plus proche de la canne de prélèvement 11 par rapport au circuit 15. En pratique il est possible, selon le type de pompe utilisé, de n’immerger la pompe 16 que lors de l’amorçage, et qu’elle soit ensuite émergée du fait du rabattement de nappe. Cette possibilité permet, dans le cas de hauteurs d’eau peu importantes, de ne pas être contraint de descendre la canne de prélèvement 11 en fond d’ouvrage, ce qui pourrait être pénalisant du point de vue des matières en suspension.
[0070] Lorsque la purge est suffisante pour garantir l’obtention d’un échantillon représentatif, le pompage est arrêté. La ou les pompes 16 sont arrêtées. L’arrêt du pompage entraîne, automatiquement ici, la fermeture du clapet 141 du fait que la bille 141' retombe dans le fond de la canne de prélèvement et vient obturer le canal de prélèvement 142. Le clapet 141 permet ainsi de bloquer l’échantillon d’eaux souterraines contenu dans la canne de prélèvement 11. Les eaux souterraines de l’échantillon, même si elles sont contenues dans la canne de prélèvement 11 et sur le chemin des eaux pompées, n’ont pas traversé les pompes et ne sont donc pas perturbées par elles.
[0071] Une fois l’échantillon des eaux souterraines bloqué dans la canne de prélèvement 11, ladite canne de prélèvement 11 est remontée par les moyens de suspension et d’extraction 100 jusqu’à extraction à la surface S depuis les eaux souterraines de l’échantillon d’eaux souterraines prélevé.
[0072] Enfin, une partie au moins de l’échantillon d’eaux souterraines prélevé contenu dans la canne de prélèvement 11 est ensuite récupérée, notamment au moyen du levier 42 mobile actionné de sa position de fermeture à la position d’ouverture.
[0073] Durant le procédé de prélèvement, depuis l’étape d’immersion jusqu’à l’étape d’extraction à la surface de la canne de prélèvement 11, ladite canne de prélèvement 11 est uniquement suspendue à l’élingue 102. Cette élingue 102 constitue ainsi son unique support.
[0074] Compte tenu que la récupération de l’échantillon nécessite d’extraire la canne de prélèvement 11 intégralement, et ne permet pas de réitérer l’opération en assurant un échantillon identique, il est nécessaire de dimensionner la canne de prélèvement 11 en fonction du volume nécessaire. Par exemple, un volume d’échantillons prélevé de 2 litres peut être nécessaire pour effectuer une analyse. Compte tenu des pertes éventuelles, par exemple une fuite à la base de la canne de prélèvement 11, et des mesures physico-chimiques à réaliser, un volume plus important, par exemple de 3 litres peut être choisi.
[0075] Ainsi, un utilisateur pourra choisir une hauteur de la canne de prélèvement 11 en fonction d’un diamètre, pour obtenir un volume utile prédéterminé. Notamment, le choix peut être fait d’adapter le diamètre de la canne de prélèvement 11, en particulier de la colonne intermédiaire 12 tubulaire, de sorte à correspondre à un diamètre d’une pompe, par exemple une pompe « low-flow ». Pour un diamètre de 45 mm par exemple, la hauteur de la canne de prélèvement 11 devrait être de 1,90 m environ. Pour s’adapter mieux aux forages conventionnels, dont la plupart mesurent entre 80 et 105 mm de diamètre, un diamètre prédéterminé de 70 mm pourrait être utilisé, la canne de prélèvement 11 s’étendant sur une hauteur de 78 cm pour obtenir un volume utile de 3 L. La canne de prélèvement 11 délimite ainsi un espace de confinement de l’échantillon présentant un volume utile prédéterminé. Un volume d’eaux souterraines prélevées pour former l'échantillon est contenu dans cette canne de prélèvement 11. L’espace intérieur de confinement de l’échantillon est fermé latéralement par la colonne intermédiaire 12 tubulaire, inférieurement par l’embout inférieur 40 de l’extrémité inférieure 13 dans une position de fermeture du canal d’écoulement 141, et supérieurement par la pièce de raccordement supérieure 30. Cette pièce de raccordement supérieure 30 est uniquement ouverte vers le circuit 15 au niveau de son interface de connexion 23 laquelle est connectée au circuit 15. Cependant, lors de l’étape d’extraction à la surface S des eaux souterraines prélevées et contenues dans la canne de prélèvement 11, et du fait de l’étape de pompage mise en œuvre préalablement, ledit circuit 15 est rempli d’eaux souterraines localement homogènes avec la nature de l’échantillon (au niveau de l’interface de connexion 23), celles-ci n’étant alors pas de nature à perturber l’échantillon prélevé et contenu dans la canne de prélèvement 11. En effet, une fois l’arrêt du pompage mis en œuvre, les eaux souterraines alors contenues dans le circuit 15 y resteront sans être plus aspirées et en étant également retenues par la position de fermeture du canal d’écoulement 141. De cette manière, la canne de prélèvement 11 est fermée de l’environnement extérieure notamment durant les étapes d’extraction à la surface puis de récupération de l’échantillon prélevé contenu à l’intérieur de la canne de prélèvement 11.
[0076] Grâce à l’invention décrite, le dispositif échantillonneur 10 représente un dispositif de prélèvements représentatifs d’eaux souterraines non perturbées.
[0077] D’une part, l’échantillon collecté ne passe pas par la ou les pompe(s) : du fait de l’absence de cavitation habituellement générée du fait de la pression, le dispositif échantillonneur 10 permet de préserver les espèces en solution (gaz dissous, grosses molécules).
[0078] D’autre part, l’échantillon collecté n’est pas mis au contact des tuyaux ou pièces métalliques, mais uniquement de la canne de prélèvement 11 et des pièces inertes permettant de l’utiliser telles que les extrémités inférieure 14 et supérieure 13, l’embout inférieur 40, pièce de raccordement supérieure 30 et la colonne intermédiaire 12 tubulaire. Le dispositif échantillonneur 10 permet la vidange de la canne de prélèvement 11 sans contact avec des pièces non rincées, les pièces permettant la vidange de la canne de prélèvement 11 étant intégrées à la base de la canne de prélèvement 11, notamment au niveau de l’embout inférieur 40, et actionnées sans qu’il y ait contact avec l’eau. [0079] Par ailleurs, le renouvellement de l’eau dans le forage est possible et assuré au travers de la canne de prélèvement 11. Enfin, le prélèvement d’eaux est rendu possible à une profondeur donnée en limitant le mélange vertical des eaux dans le forage.
[0080] Le dispositif échantillonneur 10 offre donc une solution économique permettant le prélèvement d’échantillons représentatifs non perturbés. Cette économie est réalisée notamment par le fait que certains composants existent et sont répandus, tels que les pompes et le corps intermédiaire tubulaire, que la canne de prélèvement 11 est facile à assembler lorsqu’elle est composée de plusieurs éléments avec les pièces 30, 40 rapportées à ses extrémités.
[0081] On notera que le dispositif échantillonneur 10 selon l’invention pourrait être utilisé d’une manière générale pour le prélèvement de fluides dont on souhaite limiter les échanges avec l’atmosphère, et plus particulièrement les échantillons destinés à la recherche de grandes molécules, telles que les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), pesticides, etc., qui ne pourraient ainsi pas être influencés par les pompes 16.
[0082] Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
[0083] Il est souligné que toutes les caractéristiques, telles qu’elles se dégagent pour un homme du métier à partir de la présente description, des dessins et des revendications attachées, même si concrètement elles n’ont été décrites qu’en relation avec d’autres caractéristiques déterminées, tant individuellement que dans des combinaisons quelconques, peuvent être combinées à d’autres caractéristiques ou groupes de caractéristiques divulguées ici, pour autant que cela n’a pas été expressément exclu ou que des circonstances techniques rendent de telles combinaisons impossibles ou dénuées de sens.

Claims

REVENDICATIONS Procédé de prélèvement d’eaux souterraines par un dispositif échantillonneur (10) pour le prélèvement d’eaux souterraines, le dispositif échantillonneur (10) comprenant une canne de prélèvement (11) suspendue par des moyens de suspension et d’extraction (100) reliés à la surface (S) et comprenant une colonne intermédiaire (12) tubulaire s’étendant suivant un axe longitudinal de référence (A) entre une extrémité supérieure (13) et une extrémité inférieure (14),: l’extrémité supérieure (13) comprenant une interface de connexion (23) connectée à un circuit (15) relié à une ou plusieurs pompe(s) (16) pour aspirer des eaux souterraines depuis l’extrémité inférieure (14), traversant la colonne intermédiaire (12) et refouler les eaux aspirées jusqu’à la surface (S) ; l’extrémité inférieure (14) comprenant un clapet (141) configuré pour ouvrir et fermer un canal d’écoulement (142) de sorte à ouvrir et fermer, respectivement, l’extrémité inférieure (14) de la canne de prélèvement (H), le procédé de prélèvement étant caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes : immersion de la canne de prélèvement (11) au moins dans des eaux souterraines, par exemple à travers un puits (104) de forage ; pompage d’eaux souterraines à travers le dispositif échantillonneur (10) de sorte à purger la canne de prélèvement (11), les eaux souterraines étant aspirées par la ou les pompe(s) (16) depuis l’extrémité inférieure (14), traversant la colonne tubulaire (12) puis refoulées au moins en partie jusqu’à la surface (S); arrêt du pompage ; fermeture du clapet (141) de sorte à bloquer l’échantillon d’eaux souterraines contenu dans la canne de prélèvement (11) ; extraction à la surface (S), depuis les eaux souterraines, du dispositif échantillonneur (10) contenant l’échantillon d’eaux souterraines prélevé ; récupération d’une partie au moins de l’échantillon d’eaux souterraines prélevé contenu dans la canne de prélèvement (11). Procédé de prélèvement d’eaux souterraines selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de récupération d’une partie au moins de l’échantillon d’eaux souterraines prélevé et contenu dans la canne de prélèvement (11) comprend une étape d’actionnement d’un actionneur accessible depuis l’extérieur configuré pour commander le clapet (141) de l’extrémité inférieure (14) de la canne de prélèvement (11). Dispositif échantillonneur (10) conçu pour la mise en œuvre du procédé de prélèvement d’eaux souterraines selon l’une quelconque des revendications précédentes. Dispositif échantillonneur (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le clapet (141) et un clapet antiretour, de préférence constitué par une bille (141’). Dispositif échantillonneur (10) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l’extrémité supérieure (13) comprend une pièce de raccordement supérieure (30) distincte de la colonne intermédiaire (12), la pièce de raccordement supérieure (30) présentant une interface de raccordement (31) avec une extrémité supérieure (121) de la colonne intermédiaire (12) et comprenant l’interface de connexion (23). Dispositif échantillonneur (10) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l’extrémité inférieure (14) comprend un embout inférieur (40) distinct de la colonne intermédiaire (12), l’embout inférieur (40) présentant une interface de raccordement (41) avec une extrémité inférieure (122) de la colonne intermédiaire (12) et délimitant le canal d’écoulement (142). 7. Dispositif échantillonneur (10) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l’interface de connexion (23) de l’extrémité supérieure (13) et le canal d’écoulement (142) de l’extrémité inférieure (14) sont alignés axialement par rapport à l’axe de référence (A).
8. Dispositif échantillonneur (10) selon la revendication précédente dépendante au moins de la revendication 5 et/ou 6, caractérisé en ce que l’interface de raccordement (31) et l’interface de connexion (23) de la pièce de raccordement supérieure (30) et/ou l’interface de raccordement (41) et le canal d’écoulement (142) de l’embout inférieur (40) sont alignés axialement par rapport à l’axe de référence(A) de la colonne intermédiaire (12).
9. Dispositif échantillonneur (10) selon l’une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le clapet (141) est configuré pour être commandé par un actionneur (42) accessible depuis l’extérieur, l’actionneur (42) du clapet (141) comportant de préférence un levier mobile, de préférence en rotation autour d’un axe (A’) orthogonal à l’axe de référence (A), entre une position d’ouverture et une position de fermeture du canal d’écoulement (141).
10. Dispositif échantillonneur (10) selon l’une quelconque des revendications 3 à 9 dépendante au moins des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la pièce de raccordement supérieure (30) et l’embout inférieur (40) sont reliés ensemble par des éléments de liaison (50) distincts de la colonne intermédiaire (12), les éléments de liaison (50) comprenant de préférence des câbles de suspension s’étendant parallèlement à l’axe de référence (A) et autour de la colonne intermédiaire (12), en position assemblée.
11 . Dispositif échantillonneur (10) selon l’une quelconque des revendications 3 à 10 dépendante au moins de la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce de raccordement supérieure (30) délimite un espace intérieur (32) à l’intérieur duquel sont logés des crochets (33) configurés pour supporter, en position assemblée d’utilisation, une portion d’accrochage (123) de l’extrémité supérieure (121) de la colonne intermédiaire (12), la portion d’accrochage (123) comprenant de préférence au moins une entretoise s’étendant orthogonalement à l’axe de référence. Dispositif échantillonneur (10) selon la revendication 11, caractérisé en ce que la pièce de raccordement supérieure (30) présente par rapport à l’axe de référence (A) une première position angulaire d’assemblage avec l’extrémité supérieure
(121) de la colonne intermédiaire (12) par un coulissement axial de l’extrémité supérieure (121) de la colonne intermédiaire (12) dans l’interface de raccordement (31) de la pièce de raccordement supérieure (30), et une position angulaire différente d’assemblage dans laquelle après pivotement de la pièce de raccordement supérieure (30) par rapport à la colonne intermédiaire (12), les crochets (33) dans la pièce de raccordement supérieure (30) sont en prise avec la portion d’accrochage (123) de la colonne intermédiaire (121). Dispositif échantillonneur (10) selon l’une quelconque des revendications 3 à 12 dépendante au moins des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’étanchéité entre la pièce de raccordement supérieure (30) et la colonne intermédiaire (12) et/ou entre l’embout inférieur (40) et la colonne intermédiaire (12).
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0456581B1 (fr) * 1990-05-10 1995-03-22 Commissariat A L'energie Atomique Bouteille de prélèvement de fluide, utilisable en forages profonds
US5979569A (en) * 1993-09-21 1999-11-09 Simulprobe Technologies, Inc. Method and apparatus for environmental sampling
WO2005010362A2 (fr) * 2003-07-21 2005-02-03 Mark Kevin Blaisdell Procede et dispositif ameliores pour systemes de puits a injection de gaz
EP3077677B1 (fr) * 2013-12-03 2019-11-13 Q.E.D. Environmental Systems, Inc. Pompe de prélèvement d'eaux souterraines

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0456581B1 (fr) * 1990-05-10 1995-03-22 Commissariat A L'energie Atomique Bouteille de prélèvement de fluide, utilisable en forages profonds
US5979569A (en) * 1993-09-21 1999-11-09 Simulprobe Technologies, Inc. Method and apparatus for environmental sampling
WO2005010362A2 (fr) * 2003-07-21 2005-02-03 Mark Kevin Blaisdell Procede et dispositif ameliores pour systemes de puits a injection de gaz
EP3077677B1 (fr) * 2013-12-03 2019-11-13 Q.E.D. Environmental Systems, Inc. Pompe de prélèvement d'eaux souterraines

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