L'équipement des forages aquifères de Pouzols en tuyaux d'exhaure flexibles

Situé en un point où le terrain naturel est à la cote 88, le puits est profond de 335 m ; son diamètre intérieur est de 323 mm sur 66 m, puis de 177 mm sur 100 m, la partie crépinée se situant de 156 à 205 m (de 205 à 335 m le forage n’est plus tubé). Il traverse, à partir de 160 m, les calcaires du Lutétien, fortement fissurés, couche qui renferme une nappe importante semi-artésienne dont le niveau statique remonte à 40 m sous le terrain naturel.

Après essais, le forage a été équipé d’une pompe immergée d’un débit de 216 m³/h à 130 m, et d’un moteur de 110 kW, la colonne de refoulement étant constituée par ailleurs de 15 éléments de tuyaux en acier (200 mm de diamètre, 4 m de long, 3,5 mm d’épaisseur), raccordés entre eux par brides plates réduites au diamètre de 285 mm, compte tenu du diamètre du forage et du passage des câbles électriques. L’ensemble constitué par la colonne de refoulement et la pompe correspond à une longueur de 64,6 m, la partie inférieure de la pompe se trouvant à 1,50 m du raccordement des tubes de diamètre 323 et 177 mm. La crépine de la pompe se situe à 62,6 m du terrain naturel, soit, en moyenne, à 22 m du niveau statique et à 5 m du niveau dynamique.

L’ensemble a été mis en service en 1972 ; depuis cette date, la pompe a été remontée trois fois pour révisions et incidents au niveau du moteur et de la colonne de refoulement. En raison de l’étroitesse du forage (qui ne présente pas une linéarité parfaite) et de la rigidité du refoulement, des difficultés dans l’introduction et la remontée de la pompe sont apparues à chaque intervention. Les frottements de la colonne le long de la gaine métallique du forage ont ainsi entraîné des dégradations du câble électrique d’alimentation de la pompe. D’autre part, la dernière intervention faisait apparaître une corrosion importante de la colonne de refoulement. Son remplacement était donc décidé et une solution pratique et durable a été recherchée.

Or, les ingénieurs des bureaux d’études de la Cie nationale du Bas-Rhône Languedoc et du Gersar recherchaient depuis plusieurs années une solution permettant de faciliter la maintenance des pompes immergées, notamment de celles fonctionnant dans les eaux chargées ou corrosives (situation très fréquente en Afrique et au Moyen-Orient). Leur manutention est en effet rendue difficile par l’emploi de tubes métalliques d’exhaure. Les travaux menés en commun avec ces chercheurs, des constructeurs de pompes (notamment la société Pleuger), divers services du BRGM et notre société ont, en définitive, permis de mettre au point une gamme de conduites souples en caoutchouc armé qui constituent un procédé de manutention assurant la descente et la remontée rapide des pompes et, de plus, une conduite d’exhaure autoporteuse. Les recherches ont bénéficié d’une subvention de l’Anvar au titre des aides à l’innovation.

Deux solutions se présentaient alors :

• — le remplacement de la colonne par une tubulure similaire en acier, avec tous les inconvénients d’exploitation cités plus haut ;
• — profiter de la technique des conduites souples qui venaient d’être expérimentées dans les forages « off shore », grâce à la maîtrise récemment acquise de leurs procédés de fabrication. C’est le parti qui fut adopté par la Cie nationale du Bas-Rhône en raison des avantages que présentait cette seconde option :
  • • flexibilité de la canalisation s’adaptant au forage et permettant de descendre la pompe à une profondeur supérieure à 1 m ;
  • • présentation d’une seule bride intermédiaire de fixation grâce à l’emploi de deux flexibles de 30 m, de 0,9 t de poids unitaire ;
  • • absence de corrosion ;
  • • diminution des pertes de charge (K = 0,02 mm) ;
  • • allongement réduit.

Caractéristiques des tuyaux souples armés

Les conduites souples ainsi mises au point comportent une armature noyée dans une nappe constituée par des caoutchoucs synthétiques vulcanisés offrant les meilleures performances face aux phénomènes électrochimiques, à la corrosion et à l’abrasion.

Le choix portait sur deux constructions de base qui existent concurremment :

— l’une (modèle H ou I) comporte une armature en textile ou métallique renforcée par une ou des spirales hélicoïdales en fibre de verre ou métal, noyées dans des élastomères, permettant au flexible de garder sa forme ronde tout en admettant des enroulements d’un rayon de courbure égal à 6 ou 10 fois le diamètre intérieur ;

— l’autre (modèle S20) se présentait sous la forme d’un flexible aplatissable (de la même façon qu’un tuyau à incendie) à armature circulaire en fil polyester très dense, noyée dans un élastomère alliant résistance, légèreté, facilités de stockage et de maniement.

Dans le premier cas, les raccordements peuvent être sertis ou encore mieux, incorporés lors de la construction du flexible et vulcanisés (si bien que l’on obtient une meilleure résistance à l’arrachement que celle mesurée en plein corps du tuyau…).

Dans le deuxième cas on dispose, soit d’un ligaturage en usine par fils en acier inoxydable recouverts d’un manchon en caoutchouc, soit d’un système démontable (avec collier ou bride).

D’une façon générale, ces caractéristiques permettent de rendre le tuyau flexible autoporteur (pratiquement sans allongement) et résistant au couple de démarrage des pompes ; il peut, en outre, être manipulé sans les dommages qui pourraient résulter de pliures, enroulement, traction à même le sol, etc.

Réalisation des travaux

L’équipement à réaliser à Pouzols devait tenir compte des éléments suivants concernant le forage :

• — diamètre intérieur : 191 mm,
• — diamètre extérieur maximal au point d’ancrage : 285 mm,
• — corps du tuyau : 241 mm,
• — pression de service : 16 bars,
• — résistance limite des tuyaux : 48 bars,
• — charge axiale maximale : 10 tonnes,
• — couple de torsion : 45 mkp pour la pompe – Cn = 36 mkg,
• — couple de démarrage : 72 mkp pour la pompe – Cd = 44 mkg,
• — rayon de courbure : 2 m.

Il fut donc décidé de réaliser « sur mesures » une conduite souple du premier type défini ci-dessus, dénommée Foraduc S/H, réalisée en élastomère (blanc) non toxique, avec une armature en câble d’acier avec plis en textile intégrant une spirale de renforcement métallique ; en outre, deux paires de câbles de sécurité y ont été incorporés afin de respecter un allongement limité à 0,6 %.

La pose de la conduite a nécessité l’utilisation d’une grue possédant une flèche de 45 m de hauteur. La durée de mise en œuvre a été de trois heures, compte tenu du temps mis pour la fixation des câbles le long de la colonne. Cette fixation étudiée par la Compagnie permet un glissement des câbles le long de la conduite afin de compenser l’allongement théorique de 0,6 % dû à une charge de 9 t correspondant au fonctionnement avec vanne fermée.

À la fin de cette opération, la pompe dut être remontée en raison d’un incident ; sa redescente, avec ses 60 m de tuyaux de refoulement, s’opéra en trois heures (soit un gain de temps de deux heures par rapport à la première opération).

L’allongement maximal mesuré depuis la mise en route est de 40 mm, soit 0,08 %.

Ce système présente un intérêt supplémentaire en raison de la rapidité de mise en œuvre, à condition de disposer d’une grue ayant une flèche suffisante.

Équipement d’un second forage

Peu après cette opération, et à quelques centaines de mètres de là, un second forage avait été mis en service par la commune, nécessitant la pose d’une conduite d’exhaure à partir de la cote – 75, constituée dans les mêmes conditions que le précédent par un tube d’acier composé de multiples éléments assemblés.

Depuis cette époque, les problèmes posés par la corrosion et les difficultés de relevage se posent dans des conditions identiques à celles du premier forage. Compte tenu des excellents résultats obtenus dans la rénovation de celui-ci, la Compagnie du Bas-Rhône vient de programmer une opération de rénovation semblable consistant à le munir d’un tube d’exhaure déformable du modèle ES20 de 150 mm de diamètre intérieur dont nous examinons ci-après les caractéristiques et les avantages.

On trouve ainsi, à l’intérieur, un renfort textile de protection où sont fixés, à des intervalles d’un mètre, des dispositifs d’attache, pour juxtaposer les câbles électriques, d’éventuelles sondes, etc.

Il répond aux spécifications suivantes (pour diamètres intérieurs de 2 à 6’’) :

• — épaisseur : 3,8 à 4,8 mm,
• — poids : 0,6 à 1,8 kg/m,
• — pression de rupture : 85 à 50 bars (30 à 21 utilisables).

— température de service : 50 °C,

— allongement : 3 à 6 %,

— dilatation : 6 à 7 %,

— pH des eaux : 4 à 9.

La structure du tissu extérieur a été réalisée pour résister à la traction et à la pression, mais également au phénomène de l'abrasion. Il en est de même à l'intérieur du caoutchouc synthétique (de qualité alimentaire) utilisé comme tube étanche (l'abrasion peut être due aux sables et aux résidus entraînés par l'eau).

Ses avantages découlent de ces caractéristiques :

— facilité de transport et de stockage,

— facilité et rapidité des opérations de descente et de remontée,

— dans le cas d'un forage irrégulier, plus grande facilité de montage et de retrait, permise par la souplesse du tuyau,

— longue durée de l'installation : résistance au vieillissement, à la corrosion et à l'abrasion,

— absorption des coups de bélier,

— résistance au couple de démarrage,

— fiabilité,

— frais d’entretien réduits.

Conclusion

Les expériences de Pouzols conduiront certainement à un développement de ce procédé d’équipement des forages, en particulier de ceux de forme non linéaire, étroits et transportant des eaux agressives.

En fonction du choix des élastomères utilisés dans la fabrication, tous les forages peuvent être retenus, qu’ils soient destinés au pompage des eaux pour distribution publique ou industrielle, irrigation, thermalisme, géothermie, ou à l’exploitation des champs pétroliers.