Barils de carottage à cône rouleau

Les carottes à cônes roulants sont des outils de forage rotatifs spécialisés conçus pour obtenir des échantillons de carottes de roche représentatifs dans des applications de fondations profondes, principalement pour l'évaluation des ancrages rocheux et la caractérisation des sous-sols dans des projets d'excavation profonde et d'amélioration du sol. Ces outils se composent d'un baril cylindrique avec un tube de carotte interne et un ensemble de tête rotative équipé de forets à cônes roulants — typiquement trois cônes en acier durci ou en carbure de tungstène rotatifs, intégrés avec des inserts en tungstène ou en diamant. Le baril de carotte forme l'interface structurelle entre la tige de forage et la tête de coupe, permettant de capturer et de récupérer intact le matériau rocheux extrait pour une analyse géologique et géotechnique. Les carottes à cônes roulants sont appliquées dans plusieurs méthodologies de fondations profondes : dans la construction de murs de diaphragme, où la profondeur et la qualité de la roche déterminent le soutien de l'excavation et la capacité des ancrages de pieux ; dans les murs de pieux sécants et tangents, pour vérifier la profondeur d'ancrage rocheux et les caractéristiques des strates de portance ; dans les rideaux de coupure et les structures de contrôle des infiltrations, pour évaluer la perméabilité et les zones de prise de coulis dans les horizons de coulis potentiels ; et dans le forage d'investigation préliminaire avant les travaux d'excavation majeure ou de renforcement. Leur fonction principale est de fournir une récupération de carotte contrôlée avec une désignation de qualité de roche (RQD) documentée, des tests de résistance à la compression uniaxiale et une caractérisation des fractures nécessaires pour la vérification de la conception et l'assurance qualité de la construction. Le principe opérationnel repose sur le couple de rotation appliqué à la tige de forage, provoquant la rotation des cônes roulants autour de l'axe du baril de carotte tout en étant poussés contre la face rocheuse. L'action de coupe est principalement de broyage et de concassage — les dents individuelles des cônes brisent progressivement le matériau rocheux sous le foret à cônes roulants, permettant au matériau fracturé de tomber dans le tube de carotte interne. À mesure que le forage progresse, la section du baril avance par sections, capturant la colonne rocheuse, qui est retenue par un récupérateur de carotte activé par gravité (type balle ou panier) positionné à la base du baril. Une fois la longueur de carotte souhaitée obtenue (typiquement 3 à 10 mètres par course), l'ensemble est récupéré et la carotte est soigneusement extraite, mesurée, enregistrée et préparée pour des tests en laboratoire selon les normes ISRM (Société Internationale de Mécanique des Roches). Les configurations d'équipement incluent des systèmes de fil standard (tailles de jauge NQ, HQ, PQ correspondant à des diamètres de carotte de 47,6, 63,5 et 85 mm) et des barils suspendus par tige conventionnels. Les conceptions de forets à cônes roulants varient selon la classification de dureté de la roche : les formations plus douces utilisent des inserts en carbure avec un espacement de cône plus large, tandis que les roches extrêmement dures ou abrasives nécessitent des forets à boutons en carbure de tungstène avec une densité de boutons plus rapprochée. Les barils de longueur prolongée pour des strates épaisses, les barils à tube fendu pour une meilleure préservation des échantillons, et les systèmes de carottes orientées spécialisés pour l'évaluation de la géologie structurelle représentent des variantes courantes. La sélection des configurations de barils à cônes roulants dépend de la résistance anticipée de la roche (plage UCS), des exigences de récupération de carotte spécifiées dans le périmètre de l'investigation géotechnique, des contraintes budgétaires de forage, et de la compatibilité avec la puissance de sortie de la machine. Les foreurs doivent équilibrer la qualité de récupération par rapport à la vitesse de forage — une alimentation agressive augmente la pénétration mais risque de perturber et de réduire l'échantillon de carotte ; une technique conservatrice minimise la fracturation mais prolonge le calendrier du projet. Les normes applicables incluent ISO 13311-1 (caractérisation des carottes orientées et des masses rocheuses), DIN 4095 (norme allemande pour le forage et la carottage), et les directives API (American Petroleum Institute) adaptées aux applications en génie civil. L'évaluation de la RQD suit les recommandations de l'ISRM, avec la photographie des carottes et la préservation des boîtes de carottes documentées selon les normes ISO 14689.