Techniques de forages

Les techniques de forages

 

  • Les forages manuels

Nous avons répertoriés dans cette page quatre techniques différentes de forages manuels d'usage courant en Afrique. Ces différentes techniques sont les suivantes : la technique du lançage à l'eau, le forage à la tarière, le forage à la percussion et le forage à la boue. Ces techniques de forage manuel sont estimées 5 à 10 fois moins chers que les ouvrages conventionnels. Cependant, on observe des limitations techniques ne permettant pas d'utiliser systématiquement de telles techniques de forage.

  1. Forage au lançage à l'eau

Cette technique est basée sur la circulation et la pression de l'eau. L'eau injectée dans le trou permet de faire remonter un fluide composé d'eau et de matériaux du sous-sol. Un schéma simpliste est présenté sur la figure ci-dessous :

Source : Forage au lançage à l'eau, Manuel de formation technique, Fondation Practica

Cette technique nécessite deux bassins de décantation. Un premier dans lequel l'eau évacuée des profondeurs sera purifiée des matériaux grossiers, et le second éliminera les matériaux plus fins. Une motopompe est nécessaire afin de prendre de l'eau de ce second bassin de décantation et de l'injecter en profondeur du forage.

Le forage au lançage à l'eau est réalisable dans des sols constitués de matériaux alluvionaires, tels que des sables faiblement compactés, des limons, de fines couches d'argiles tendres, ... La profondeur maximale d'un tel forage est de 45 mètres.

Si un tel forage est réalisé dans des zones où des couches très compactes sont présentes dans le sol, il faut associer cette technique à une technique différente, qui ne sera plus manuelle.

  2. Forage à la tarière

Le forage à la tarière est une technique simple qui demande peu de moyens techniques. Ces forages demandent des conditions particulières de réalisation, tel qu'un diamètre de forage maximum de 180 mm de diamètre et une profondeur maximale faible, de 20 mètres. Ce sont donc des forages facilement réalisable au niveau du coût que cela engendre mais réalisable uniquement dans des zones où la nappe phréatique est très proche de la surface du sol. De plus, le sol doit être tendre pour qu'un tel forage soit réalisable. Deux phases différentes constituent ce forage : une première jusqu'à atteinte du niveau statique de la nappe, où le forage sera facile, réalisé à l'aide d'une tarière simple. En second lieu, une tarière à clapet devra être utilisée afin d'évacuer l'eau et les résidus du milieu poreux. Sur cette partie, un prétubage est souvent nécessaire afin que le trou ne s'effondre pas. On peut observer sur l'image suivante la réalisation d'un tel forage :

Source : La tarière manuelle, Manuel de formation technique, Fondation Practica

Cette technique est largement utilisée dans des pays tels que le Niger, le Tchad, le Zimbabwé, la Tanzanie, ... Cependant, les nappes dans la région de Gorgol semblent être trop profondes pour utiliser une telle technique de forage.

  3. Forage à la percussion

La technique du forage à la percussion utilise un lourd trépan venant percuter la surface en profondeur du sol. Ces impacts fragmentent le sol, et les débits situés en profondeur du forage sont ensuite évacués à l'aide d'une tarière de mise en eau (identique à la tarière à clapet). Le schéma d'une installation de forage à la percussion est le suivant :

Source : Forage à la percussion, Manuel de formation technique, Fondation Practica

L'intérêt majeur de cette technique est qu'elle est appropriée pour des terrains durs autant que pour des sols plus tendres. La profondeur maximale du forage est de 25 mètres environ. De la main d'oeuvre est nécessaire pour réaliser ce forage, ainsi, dans une localité rurale, tous les habitants du village peuvent prendre part à la réalisation du puits commun. Cette technique est relativement lente ce qui entraîne des coûts plus importants que d'autres techniques dont la réalisation est rapide. 

  4. Forage à la boue

Pour réaliser un forage à la boue, un train de tige est actionné de bas en haut. Un choc crée en profondeur du sol ameubli et fragmente les matériaux. Lors de la remontée du train de tige, un effet d'aspiration de l'eau permet de faire remonter cette eau ainsi que les matériaux fins jusqu'à la surface. L'eau ainsi extraite est stockée dans un petit bassin de décantation, permettant de séparer les gros matériaux, de l'eau épurée qui pourra être réinjectée dans le forage en cours de fonçage. Lors de la réalisation de ce forage, la pression qu'exerce l'eau sur les parois du forage évite l'effondrement de ce dernier. La profondeur maximale que peut atteindre un forage à la boue est d'environ 35 mètres. On peut observer sur la photo suivante la réalisation d'un forage suivant cette technique :

Source : Rapport Annuel 2006 Fondation Practica

Les forages à la boue peuvent être réalisés dans des sols non consolidés, tels que sables, limons ou argiles. Si une rotation est mise en place en ajout de cette technique (alors appelée forage à boue rotative ou rota-sludge), le forage peut être réalisés dans des formations semi-consolidées comme de l'argile dure, du calcaire tendre, ou de la latérite altérée.

 

  • Les forages à l'aide de machines dites légère

Les forages non manuels s'appuie sur les mêmes bases physiques de rotation, de percussion, ... mais sont réalisés plus rapidement et efficacement car l'énergie utilisée n'est plus humaine mais mécanisée. Ces techniques peuvent donc être utilisées pour des forages plus profonds, ce qui va être intéressant dans la région de Gorgol où on trouve un aquifère à des profondeurs variant de 35 à 80 mètres. Une des machines principalement utilisée pour la réalisation de tel forages en Afrique, de part son coût relativement faible et sa mobilité, est la machine Pat Drill présentée dans le paragraphe suivant.

1. La machine Pat Drill

La machine AcF-PAT 301 est une machine hydraulique pouvant réaliser des forages de type Rotary ainsi que Marteau Fond de Trou (MFT). Elle est portable et permet de forer jusqu'a 100 m de profondeur. Elle peut opérer dans une grande variété de sols  : alluvions, formations sédimentaires, et formations rocheuses par exemple.

Cette machine est très pratique car chaque élément peut être séparé pour le transport. De plus, la machine montée peut être posée dans un camion ou un véhicule tout terrain, ce qui facilite le transport et l'accès aux lieux difficiles, les plus reculés.

Source : Kit machine de forage Acf-Pat 301

Le choix de la technique mise en place (Rotary ou MFT) dépend  principalement du type de sol. La technique Rotary est utilisée pour des terrrains plus tendres, de type sédimentaires, alors que la technique MFT permettra de forer des terrains plus durs et consolidés. Dans la région de Gorgol, les terrains étant principalement de type alluvionnaires, la technique Rotary sera appliquée pour les forages les plus profonds.

Le fluide du forage est de l'air comprimé lubrifié pour les MFT. La pression de cet air comprimé injecté en entrée du marteau est un paramètre essentiel pour la bonne réalisation d'un tel forage. La nécessité d'une calibration juste de ce paramètre implique que les forages MFT sont plus techniques à réaliser que les forages Rotary. Le fluide d'un forage Rotary est de l'eau avec plus ou moins de boue, ou de matériaux extraits de la profondeur du forage. Ce fluide permet entre autres de colmater et de stabiliser les parois du forage ; c'est donc important de s'assurer de la densité et de la viscosité de ce fluide au cours du forage. Les principaux matériaux utilisés pour modifier le fluide initial sont la bentonite et le polycol.

Le schéma suivant illustre le principe du forage Rotary :

Source : Le Forage, Rapport Action Contre la Faim

 

  •  Récapitulatif et caractéristiques techniques

Caractéristiques des différents forages étudiés

  Lançage à l'eau Tarière Percussion Rota-sludge Pat Drill
Diamètre [mm] 60 - 100 50 - 140 100 - 140 125 100 - 225
Profondeur [m] 35 - 45 15 - 25 15 - 25 20 - 35 60 - 100
Temps de réalisation [jours] 1 - 2 1 - 4 2 - 8 1 - 3 1
Estimation coût total [€] 800 - 1400 200 - 600 300 - 1200 600 - 1000 20 000 (*)
Sable, limon et gravier à faible cohésion x x x x x
Argile tendre et compacte x x x x x
Formations consolidées et tendres     x x x
Roche tendre altérée     x   x
Roche mère non altérée          
Principal Avantage

Profond

(pour un forage manuel)

Simple, peu cher Sols durs, consolidés Sols semi-consolidés Rapide, profond
Principal Inconvénient

Cher

(pour un forage manuel)

Sols tendres, peu profonds Lent Plutôt cher Coût

(*) Attention, le prix d'un forage Pat Drill semble exorbitant, cependant nous avons considéré l'achat de la machine. Un tel équipement peut être réutilisé, notamment entre différentes communautés. Le prix pour plusieurs utilisations d'une machine Pat Drill sera donc moins important.

 

 

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Suite : Technique de pompage

 

Source :

Forage à la percussion, Manuel de formation technique, Fondation Practica : http://www.unicef.org/wash/files/07_F.pdf

Forage au lançage à l'eau, Manuel de formation technique, Fondation Practica : http://www.unicef.org/wash/files/06_F.pdf

La tarière manuelle, Manuel de formation technique, Fondation Practica : http://www.unicef.org/wash/files/05_F.pdf

Le Forage, Rapport Action Contre la Faim : http://www.pseau.org/outils/ouvrages/acf_le_forage_2004.pdf

Rapport Annuel 2006 Fondation Practica : http://www.practica.org/wp-content/uploads/library%20files/annual%20reports/annual-report-20061.pdf

Rapport Kit machine de forage Acf-Pat 301, PAT Promotion of Appropriate Technologie Co. Ltd.