Cette situation amène les maîtres d’œuvre à se trouver confrontés aux problèmes posés par l’exploitation des puits et des forages. C’est ainsi que les colonnes d’exhaure qui y sont installées, fabriquées traditionnellement en acier, sont souvent sujettes, en fonction de la qualité de l’eau, à des problèmes de corrosion et à des incrustations internes ; de plus, des moyens techniques importants sont à mettre en œuvre, aussi bien pour la pose que pour la dépose des tuyaux rigides de grande longueur, opérations onéreuses nécessitées par leur remise en état ou par la maintenance du groupe électropompe immergé (figure 1).
Ces tuyaux métalliques (éventuellement en acier inoxydable) de poids important présentent en outre des inconvénients de manutention et de transport, sujétions partagées par ceux réalisés en P.V.C. rigide ou en fibre de verre, utilisés pour supprimer les problèmes de corrosion. En outre, les dépôts internes et incrustations qui se produisent dans ces tuyaux rigides augmentent les pertes de charge, diminuent le débit et engendrent des dépenses d’énergie supérieures.
Par contre, de par son élasticité, un tuyau souple empêchera ces dépôts et conservera dans le temps ses performances hydrauliques associées à un faible coefficient de pertes de charge (en fonction des débits, de 30 à 50 % de moins que l’acier).
Son gonflement diamétral, qui peut atteindre 15 % sous une pression maximale de 25 bars, contribuera également à réduire ces pertes du seul fait de sa capacité à assurer un débit supérieur (figure 2). Cette caractéristique est d’autant plus intéressante que l’utilisateur pourra envisager, dans certains cas, un tuyau souple de moindre diamètre que celui du tuyau rigide initialement prévu ou installé, ce qui lui permettra de réduire sensiblement ses frais d’équipement.
Ce matériel a été utilisé pour la première fois en 1980 à la suite de plusieurs années de recherches et de développement dans le cadre d’une nouvelle technique de refoulement d’eau par pompes immergées. Ce procédé consiste à utiliser un tuyau de refoulement souple continu, de fabrication monocouche, spécialement conçu et élaboré pour cette application ; en effet, les tuyaux souples multicouches existant dans d’autres domaines ne peuvent être employés dans ce but en raison des conditions de fiabilité et de sécurité à respecter dans une telle installation. Cette conception supprime en outre la nécessité de chaînes, de câbles de sécurité ou d’ancrages.
La mise au point de cet équipement a été accompagnée de la fabrication d’une large gamme d’accessoires et de petits matériels annexes, ce qui a permis de réaliser une installation complète d’exhaure alliant la simplicité et la fiabilité (figure 3).
Afin de pouvoir supporter le poids d’une colonne d’eau, du câble électrique et du groupe électropompe immergé, il est nécessaire que le tuyau souple présente une résistance égale ou supérieure au tuyau rigide qu’il remplace. Cette résistance est obtenue par une armature de fils de polyester à haut module de tension, cisaillement et torsion, tissés d’une manière particulièrement élaborée au niveau des fils de trame et de chaîne (tissage circulaire à dessin spécial). Cette armature est ensuite revêtue intérieurement et extérieurement en une seule opération par
[Photo : Dépose de tuyaux de grande longueur.]
[Photo : Comparaison des pertes de charge observées sur des tuyaux de 102 mm de diamètre, neufs et après 5 ans d’utilisation.]
extrusion d’un élastomère de synthèse à base polyuréthane de très fortes caractéristiques mécaniques et chimiques ; l’ensemble forme un produit homogène monocouche, plus résistant que l’acier, totalement insensible à la corrosion et à l’abrasion, et conforme aux spécifications internationales concernant les qualités alimentaires.
Ce tuyau souple est fabriqué dans les diamètres nominaux suivants :
— 2 pouces (50,8 mm) poids : 0,55 kg par mètre
— 3 pouces (76,2 mm) poids : 0,88 kg par mètre
— 4 pouces (101,6 mm) poids : 1,40 kg par mètre
— 6 pouces (152,4 mm) poids : 2,40 kg par mètre
[Photo : Fig. 3 – Tuyau de refoulement souple continu, de fabrication monocouche.]
ce qui permet de répondre à toutes les demandes de débit dépassant 300 m³/h, en fonction de la puissance de la pompe et de la vitesse.
La température de l’eau refoulée peut atteindre 50 °C dans une plage de pH 4 à 9 sans altération des propriétés physiques et mécaniques du tuyau qui font par ailleurs l’objet de contrôles réguliers en laboratoire.
Le test d’abrasion par rotation (4 000 tours/minute pendant 3 heures) dans un bain d’eau chargée en sable de quartz à raison de 50/50 en poids fait notamment apparaître une résistance de l’élastomère de synthèse composant l’enrobage de l’armature polyester nettement supérieure à la résistance de l’acier au carbone. Le test de résistance à la rupture par traction atteint 20 tonnes pour un Ø 6", et celui de pression d’éclatement sur section courte : 57 bars pour une pression de service de 25 bars, soit un coefficient de sécurité de 2,28.
Chaque élément de tuyau de 200 m est mis en eau sous pression, afin d’être éprouvé avant utilisation.
Pour compléter les caractéristiques exceptionnelles que l’on obtient sous des charges en bout et des tensions importantes, les accouplements en tête de puits et avec la pompe, spécialement élaborés en acier inoxydable (de qualité 316) ou en acier doux zingué, sont d’un montage facile et rapide sur site, sans outils spéciaux.
Une pièce de jonction permet ainsi de relier des systèmes de tuyau souple (par exemple dans le cas d’essais de puits ou de forages ou de baisse du niveau de la nappe phréatique) ; ils sont donc facilement démontables et réutilisables (figure 4).
[Photo : Fig. 4 – Pièce de jonction.]
Ces accouplements sont composés de telle façon que leur serrage augmente en fonction de la pression et des charges (ce qui a été expérimenté sous des pressions atteignant 57 bars).
Les méthodes d’installation dépendent des conditions du chantier ; la figure 5 en présente un exemple typique où un véhicule de transport associé à un tambour en tête de puits permet de dérouler sans difficultés le tuyau souple.
[Photo : Fig. 5 – Exemple de pose typique sur un chantier.]
Le câble d’alimentation électrique est fixé sur le tuyau par des attaches en acier inoxydable, de même que d’autres accessoires éventuels (figure 6).
[Photo : Fig. 6 – Système d’attache d’un câble.]
Parmi les avantages que présentent les colonnes d’exhaure flexibles, on peut noter :
— une résistance remarquable et durable aux efforts de traction,
— une excellente résistance à l’abrasion et aux coupures,
— une paroi intérieure lisse qui assure de bonnes performances hydrauliques,
— un allongement et un gonflement parfaitement contrôlés,
— l’efficacité des systèmes d’accouplement et d’attache des câbles électriques.
Outre ces caractéristiques, elles offrent des gains considérables de coût et de temps :
— leur légèreté et leur enroulement à plat facilitent leur transport et leur stockage,
— leur résistance à la corrosion et leurs qualités hydrauliques assurent la pérennité du débit de la pompe (contrairement aux tuyaux rigides qui se corrodent et s’encombrent d’incrustations et de dépôts),
— leur facilité de maniement, leur flexibilité et leur disponibilité en grandes longueurs permettent une installation et une pose rapides.
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Plusieurs centaines de puits et de forages sont maintenant équipés de telles installations qui apportent aux maîtres d’œuvre des équipements rationnels, économiques, fiables et sécurisants.
