Les six façons dont un chantier de forage DTH peut mal tourner : analyse des accidents depuis le fond du trou
Le forage DTH pneumatique est dix fois plus rapide que les méthodes conventionnelles en roche dure. C'est ce qui le rend si attractif. Mais cette même fréquence d'impact qui lui confère sa rapidité le rend aussi impitoyable en cas d'incident. Un accident de forage DTH ne se développe pas lentement : il survient à cinquante impacts par seconde, et avant même qu'on s'en aperçoive, les dégâts sont déjà faits.
Voici les six façons dont une tâche DTH peut mal tourner, les causes de chacune et les mesures à prendre avant et après.
1. Fracture en tête de marteau — Rupture de fatigue au niveau de l'épaulement de la trochlée
La tête du marteau casse presque toujours au même endroit : à la transition de diamètre juste au-dessus de la partie cannelée. Il s'agit d'une concentration de contraintes géométriques : là où la section transversale change, les contraintes s'accumulent. C'est également là que le foret transmet le couple par l'intermédiaire des cannelures, ajoutant une contrainte de cisaillement à la charge d'impact axiale.
Deux facteurs peuvent entraîner la rupture d'une tête de marteau. Le premier est une mauvaise fabrication : acier de qualité inférieure, contraintes résiduelles d'usinage, résistance à la fatigue insuffisante. Le second est lié aux conditions d'utilisation : pression d'avance excessive provoquant la flexion du fil et l'amplification des vibrations, ou perçage de zones de transition entre matériaux tendres et durs où le couple fluctue constamment.
La prévention commence par l'achat auprès d'un fabricant capable de prouver la qualité de ses produits. Ensuite, il faut respecter les règles de forage : réduire les paramètres lors de la pénétration dans des terrains fracturés ou hétérogènes, démarrer avec une faible avance lorsque la formation est inconnue et la réduire progressivement dans les couches meubles où les plaquettes risquent de s'enfoncer trop profondément et d'entraîner une augmentation brutale du couple.
Deux précautions pratiques : utiliser un marteau muni d’une douille de retenue pour éviter qu’une tête cassée ne tombe au fond, et si la tête se casse, la récupérer immédiatement avant qu’elle ne se coince définitivement.
2. Insertion de la rupture — Le bord extérieur en premier
Lors d'un forage normal, l'usure des plaquettes est progressive. La plupart des ruptures de plaquettes sont soudaines, et les plaquettes situées à l'extrême bord extérieur de la face du trépan sont les plus vulnérables. Elles subissent les chocs les plus importants, le contact le plus abrasif avec la paroi du trou et les contraintes de flexion les plus élevées.
Les causes se répartissent en trois catégories : la formation (terrain dur, fracturé ou mixte), les paramètres de forage (avance excessive, vitesse de rotation excessive) et le fonctionnement (avance irrégulière, rebond, tir à blanc).
La prévention repose sur des mesures de base : une avance légère au démarrage, des paramètres réduits en terrain difficile, une pression d’avance régulière et constante, et surtout, le choix d’un trépan dont la nuance et la conception de la face sont adaptées à la formation. Un insert qui casse dans une formation pour laquelle il n’a pas été conçu n’est pas un problème de qualité, mais un problème de choix.
3. Obstruction par marteau — Les débris provenant de vos propres canalisations
Celle-ci est embarrassante car elle est entièrement de ma propre faute.
Les tiges de forage neuves sont livrées avec des dépôts de rouille, de calamine et des résidus de fabrication sur leur paroi interne. Lorsque l'air comprimé est mis en circulation, ces résidus se détachent et descendent le long de la tige, directement dans le marteau. Ils s'accumulent alors contre les conduits d'air et le clapet anti-retour, restreignant ou bloquant le flux d'air.
La solution est simple et pourtant systématiquement négligée : nettoyer chaque tuyau avant son installation dans le puits. Soufflez-le à l’air comprimé. Pour un tuyau neuf, brossez l’intérieur avec une brosse métallique ou passez un écouvillon de nettoyage. Nettoyez également les conduites d’air en surface, en particulier les vannes et les coudes où les débris s’accumulent.
4. Reflux — La différence de pression qui aspire les déblais
Il s'agit du mode de défaillance DHT le plus insidieux, car il se produit même lorsque le marteau n'est pas en marche.
Lorsque le trou contient des déblais épais et pâteux et que le marteau s'arrête, une différence de pression se crée. Si le clapet anti-retour n'est pas parfaitement étanche, ou si les jeux internes sont usés, cette différence de pression aspire les déblais vers l'arrière, à travers les interstices internes du marteau, jusque dans les jeux du piston et des cannelures. Les déblais s'accumulent. Le piston se bloque. Les cannelures se grippent. Les orifices d'échappement se bouchent.
La cause principale est généralement un clapet anti-retour usé ou endommagé, ou un jeu piston-cylindre insuffisant pour assurer l'étanchéité. La prévention passe par l'inspection : vérifiez le clapet anti-retour avant chaque trajet, contrôlez régulièrement le jeu piston-cylindre et remplacez les pièces usées avant qu'elles ne provoquent un reflux.
Pour les forages profonds, une solution plus sophistiquée consiste à installer un robinet à flotteur 150 à 200 mètres plus haut sur la colonne de forage. Ce robinet se ferme lorsque la pression d'air chute, empêchant ainsi le reflux qui projette les déblais dans le marteau.
En cas d'obstruction du flux d'air, actionnez immédiatement la corde de haut en bas avec vigueur pour dégager le bouchon. Si cela ne fonctionne pas, tirez sur la corde et vérifiez ; n'insistez pas à forcer l'air dans un marteau obstrué.
5. Enroulement de l'anneau de boue — L'étranglement lent
En conditions humides, les déblais ne s'évacuent pas facilement. Ils adhèrent à la garniture de forage, à la paroi du puits et au corps du marteau. Un anneau de déblais compactés se forme. L'espace annulaire se réduit. Les déblais qui s'écoulaient auparavant s'accumulent désormais contre cet anneau. Celui-ci se transforme en boue, qui finit par obstruer complètement l'espace annulaire. La garniture est bloquée.
Le mécanisme est progressif : chaque cycle de circulation dépose un peu plus de matière sur l’anneau, ce qui réduit l’efficacité du cycle suivant. Avant même que l’on s’aperçoive de la dégradation de la circulation, le paquet est déjà en formation.
La prévention repose sur le maintien de la propreté de l'espace annulaire : un volume d'air suffisant, un rinçage régulier et vigoureux, et une attention particulière au débit de retour. Si ce dernier ralentit, rincez abondamment avant qu'il ne s'arrête complètement.
6. Coincés et ensevelis — La formation riposte
Le dernier mode de défaillance est le plus coûteux : la corde se bloque, et plus elle reste bloquée, plus elle se bloque.
Les facteurs liés à la formation comprennent les roches fracturées ou faillées qui s'effondrent dans le forage, et les couches aquifères qui provoquent le gonflement et la désintégration des schistes. Les facteurs techniques incluent les vibrations à haute fréquence qui fragilisent la paroi du forage, l'air à grande vitesse qui érode les roches instables et l'absence de fluide de soutènement lors du forage à l'air.
Lorsque les parois commencent à s'effondrer, la séquence est prévisible : des blocs tombent, le marteau se bloque et, si le trou s'écroule, le marteau est enseveli.
La procédure d'intervention est progressive. Commencez par l'observation : surveillez le débit de retour, le couple et les variations de pénétration. Maintenez le train de tiges en mouvement : effectuez des allers-retours courts et fréquents, ainsi que des mouvements de va-et-vient réguliers pour éviter le tassement. Au premier signe de problème, arrêtez-vous et intervenez. Utilisez l'injection de mousse pour évacuer les déblais importants. Procédez à des allers-retours courts pour vérifier l'état de la paroi du forage. Si le forage ne reste pas ouvert, changez de tactique : forage à la mousse, injection d'un fluide de soutènement ou tubage. En dernier recours, le fraisage peut être utilisé pour libérer un train de tiges bloqué.
Le modèle
Le forage fond de trou (DTH) est rapide, mais il exige de la vigilance et punit la négligence. Les six types d'accidents ont un point commun : la plupart sont évitables grâce à l'inspection, au nettoyage et au respect des consignes de forage. La défaillance du marteau due à des débris dans une conduite encrassée, à un clapet anti-retour usé ou à une pression d'alimentation excessive n'est pas le fruit du hasard. Elle résulte inévitablement du non-respect des étapes de forage.
