Pour un puits d'alimentation en eau dont la profondeur prévue est de trois à quatre cents mètres, la question de la suffisance de la force de levage revient souvent lors des demandes de devis. La difficulté tient au fait que la force de levage n'est pas un indicateur isolé : à force de levage égale de 22 T, le rythme réel de manœuvre des tiges diffère selon que l'on utilise des tiges de 6 m ou de 3 m ; de même, les blocages des outils de forage se produisent différemment dans une formation rocheuse intacte ou dans une zone fracturée. Pour juger de la suffisance de la force de levage, il faut d'abord la replacer dans les différentes opérations concrètes d'un forage d'eau à profondeur intermédiaire.
La force de levage intervient principalement dans trois opérations lors du forage d'un puits d'eau
La force de levage d'une foreuse de puits d'eau correspond essentiellement à la traction vers le haut que le crochet ou la tête motrice peut exercer sur le train de tiges. Dans un forage à profondeur intermédiaire de l'ordre de 400 m, cette traction sert principalement à trois choses : la manœuvre du train de tiges, la manipulation du tubage et le traitement des anomalies dans le trou. Ces trois opérations n'exigent pas la même force de levage et l'on ne peut pas simplement résumer la question par « plus le tonnage est élevé, plus c'est sûr ».
Manœuvre des tiges : le poids propre du train augmente linéairement avec la profondeur
À mesure que la profondeur augmente, le poids des tiges, des raccords et des outils de fond s'accumule. En estimant avec des tiges de 6 m et un diamètre recommandé de 89/102 mm, à 400 m de profondeur, le poids propre du train de tiges constitue déjà une charge non négligeable. La force de levage doit d'abord couvrir ce poids propre et conserver une certaine marge pour faire face au frottement des parois. Si la force de levage ne fait qu'égaler tout juste le poids propre du train, en cas de rétrécissement ou d'éboulement lors de la remontée, la marge de manœuvre devient très limitée.
Manipulation du tubage : un poids concentré et une descente irréversible
Lors de la phase de complétion du puits, il faut descendre le tubage ; le poids du tubage est concentré sur une seule opération de descente et, en cas de problème après la descente, le traitement est bien plus difficile que pour les tiges. La force de levage doit couvrir le poids d'une longueur ou d'une section de tubage, tout en s'appuyant sur le treuil auxiliaire pour le transport et l'assemblage des outils de tubage. La force de levage du treuil auxiliaire du WR400QS est de 1,5 T, utilisable pour le transport sur site du marteau fond-de-trou, des tiges, des outils de tubage et autres accessoires, mais la traction du corps du tubage repose toujours sur le système de levage principal.
Anomalies dans le trou : la force de levage est un moyen, pas une solution
En cas de coincement, de rétrécissement ou d'éboulement des parois, la force de levage est souvent considérée comme le moyen de « tirer pour sortir ». Cependant, la documentation précise clairement que dans ces situations, il faut d'abord résoudre le problème par le curage du trou et l'ajustement des paramètres, plutôt que de forcer uniquement avec la force de levage maximale. Ce point est facilement négligé lors de la sélection : plus la force de levage est grande, plus il faut comprendre qu'elle correspond à une marge pour les manœuvres normales et non à une capacité de traitement des incidents dans le trou.
À quoi correspond une force de levage de 22 T dans un forage d'eau de 400 m
Les données du WR400QS indiquent une profondeur de forage maximale de 400 m, un diamètre de forage de 105–325 mm, une force de levage de 22 T et la compatibilité avec des tiges de 6 m. En mettant ces valeurs côte à côte, on voit que la force de levage de 22 T correspond à une combinaison d'opérations courantes pour un forage d'eau à profondeur intermédiaire.
- Relation entre profondeur de forage et force de levage : à une profondeur de l'ordre de 400 m, la force de levage de 22 T laisse une marge pour le poids propre du train et le frottement des parois ; il s'agit d'une configuration de capacité de levage plutôt élevée dans cette catégorie d'équipement.
- Impact des tiges de 6 m : des tiges longues réduisent le nombre de raccords ; la longueur du train manœuvré en une seule fois est plus grande, ce qui exige une stabilité accrue de la sortie continue de la force de levage.
- Coordination avec la rotation à deux régimes : la rotation à deux régimes de 8000/4000 N·m correspond à des vitesses maximales de 75/150 tr/min ; le régime basse vitesse et fort couple convient aux grands diamètres et aux roches dures, où la charge du train est également plus élevée ; la force de levage doit être évaluée en coordination avec le régime de rotation.
Pour juger de la suffisance de la force de levage, il faut aussi considérer ces conditions associées
La force de levage fait partie des capacités globales de la machine ; considérer ce chiffre isolément ne permet pas de répondre à la question « est-ce suffisant ? ». Les conditions suivantes influencent directement l'expression de la force de levage sur le chantier.
Compatibilité entre la tour et la longueur des tiges
Des tiges de 6 m exigent une tour offrant un espace de manœuvre suffisant. Si la course utile de la tour ne correspond pas à la longueur des tiges, l'avantage des tiges longues pour les raccords ne se concrétise pas et le rythme d'utilisation de la force de levage est perturbé. Lors de la sélection, il faut vérifier ensemble la longueur des tiges, le type de tour et la force de levage.
Diamètre de forage et assemblage des outils
La plage de diamètres de forage de 105–325 mm est assez large ; lors du forage de grand diamètre, l'assemblage des outils est plus lourd et le frottement des parois peut être plus important. Si le diamètre final du projet se situe vers la limite supérieure de la plage, la marge de force de levage doit être réévaluée et l'on ne peut pas appliquer directement l'expérience des petits et moyens diamètres.
Conditions géologiques et stabilité des parois
Les zones fracturées et les formations fissurées peuvent provoquer des éboulements et des coincements ; la force de levage ne fait alors pas face au poids propre normal du train, mais à une résistance supplémentaire. La documentation recommande de réduire la vitesse d'avancement, de maintenir le curage du trou et d'utiliser selon le cas des mesures auxiliaires telles que la mousse ou le tubage. L'importance de la force de levage ne peut pas remplacer ces ajustements de procédé.
Stabilité des vérins et portance du sol
Le WR400QS est équipé de vérins hydrauliques à course de 1,6 m et d'un poids total de 8,6 T. Pour que la force de levage s'exerce, un support stable de la machine est indispensable. Sur sol meuble, il faut utiliser des plaques de calage pour assurer une répartition uniforme de la charge sur les vérins et éviter que le tassement à long terme ne fasse pencher la tour. Si les conditions du site ne permettent pas un support stable, la valeur réellement disponible de la force de levage sera réduite.
Dans quels cas une force de levage de 22 T peut être insuffisante
La documentation ne conclut pas que « la force de levage de 22 T convient à tous les forages d'eau de 400 m » ; les situations suivantes nécessitent une vérification spécifique :
- Le diamètre final reste longtemps proche de la limite supérieure de 325 mm, avec une augmentation notable du poids de l'assemblage et du frottement ;
- Le trou présente des rétrécissements et des éboulements fréquents, nécessitant de traiter à plusieurs reprises le blocage du train ;
- La section de tubage est longue ou l'épaisseur de paroi du tubage est importante, la charge de traction en une seule fois dépassant l'estimation courante ;
- L'angle de forage n'est pas vertical, la répartition du frottement des parois diffère de celle d'un trou vertical.
Dans ces cas, la suffisance de la force de levage ne peut pas être jugée sur le seul chiffre de 22 T ; il faut effectuer un calcul spécifique en fonction de l'assemblage des outils, des spécifications du tubage et des conditions géologiques.
Points à confirmer avant la sélection
L'évaluation de la force de levage doit finalement revenir aux conditions du projet. Après une première sélection sur la base des données du WR400QS, les points suivants restent à confirmer auprès du fabricant ou du maître d'ouvrage :
- Le poids total de l'assemblage de tiges correspondant à la profondeur cible, y compris les tiges, les raccords et les outils de fond ;
- Les spécifications du tubage de complétion, la longueur d'une section et le poids total prévu ;
- Si le diamètre final prévu est proche de la limite supérieure de 325 mm, ainsi que le frottement dans les formations correspondantes ;
- Les dimensions de compatibilité entre la course utile de la tour et les tiges de 6 m ;
- Si la portance du sol du site satisfait aux exigences de support de la machine de 8,6 T avec vérins.
La suffisance de la force de levage n'est pas une question à laquelle on peut répondre indépendamment de la profondeur, du diamètre, des outils et de la formation. La force de levage de 22 T a son domaine d'application dans cette configuration de 400 m du WR400QS, mais ce domaine doit être vérifié point par point selon les conditions ci-dessus avant d'être confirmé.