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REPUBLIQUE DU NIGER
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR, DE LA RECHERCHE ET
DE L’INNOVATION
Institut Universitaire de Technologie
Technologie en Génie Pétrolier
Rapport de stage DUT présenté et soutenu par :
ALI ASSOUMANE Mamane Bachir
Sous la direction de : Membres du jury :
M. ZAKARIA HALIDOU Abdou Salam Président :
Enseignant Technologue à l’IUT/UZ M. BAGALE Mamadou Mala
Tuteur professionnel : Enseignant Technologue à l’IUT/UZ
M. ABDOU Issoufou Assesseur
Opérateur FORACO M. BADAMASSI Ibrahim
Enseignant vacataire à l’IUT/UZ
Réalisation d’un forage par la technique rotary
Zinder, Novembre 2016
REPUBLIQUE DU NIGER
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR, DE LA RECHERCHE ET
DE L’INNOVATION
Institut Universitaire de Technologie
Technologie en Génie Pétrolier
Rapport de stage DUT présenté et soutenu par :
ALI ASSOUMANE Mamane Bachir
Sous la direction de : Membres du jury :
M. ZAKARIA HALIDOU Abdou Salam Président :
Enseignant Technologue à l’IUT/UZ M. BAGALE Mamadou Mala
Tuteur professionnel : Enseignant Technologue à l’IUT/UZ
M. ABDOU Issoufou Assesseur
Opérateur FORACO M. BADAMASSI Ibrahim
Enseignant vacataire à l’IUT/UZ
Réalisation d’un forage par la technique rotary
Zinder, Novembre 2016
3
TABLE DES MATIERES
TABLE DES ILLUSTRATIONS .............................................................................................. 6
LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS ............................................................................. 7
DEDICACE................................................................................................................................ 8
REMERCIEMENTS .................................................................................................................. 9
RESUME.................................................................................................................................. 10
INTRODUCTION GENERALE.............................................................................................. 11
CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA DRH/A ET DE LA SNTC ................................... 13
I.1 Présentation de la structure d’accueil.................................................................................. 13
I.1.1 Organisation de la Direction Régionale de l’Hydraulique et de l'assainissement de
Tahoua .................................................................................................................................. 13
I.1.2 Missions et objectifs de la direction Régionale de l'hydraulique et de l'assainissement
.............................................................................................................................................. 14
I.2 Présentation du projet ......................................................................................................... 14
I.3 Présentation de l’entreprise d’exécution des travaux.......................................................... 15
I.4 Localisation de la zone d’étude........................................................................................... 15
I.5 Environnement physique de la zone ................................................................................... 15
I.5.1 Climat........................................................................................................................... 15
I.5.2 Contexte hydrogéologique ........................................................................................... 16
Conclusion................................................................................................................................ 16
CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES TECHNIQUES DE FORAGE .......................... 17
II.1 Forage au battage............................................................................................................... 17
II.1.1 Principe ....................................................................................................................... 17
II.1.2.1 Avantages............................................................................................................. 17
II.1.2.2 Inconvénients ....................................................................................................... 17
II.2 Forage au rotary................................................................................................................. 17
II.2.1 Principe ....................................................................................................................... 18
II.2.2.1 Avantages............................................................................................................. 19
II.2.2.2 Inconvénients ....................................................................................................... 19
II.3 Forage au marteau fond de trou......................................................................................... 19
II.3.1 Principe ....................................................................................................................... 19
II.3.2.1 Avantages............................................................................................................. 19
II.3.2.2 Inconvénients ....................................................................................................... 19
4
II.4 Paramètres du forage ........................................................................................................ 20
Conclusion................................................................................................................................ 20
CHAPITRE III : PREPARATION ET INSTALLATION DU CHANTIER........................... 21
III.1 Moyens mobilisés sur le terrain........................................................................................ 21
III.1.1. Installation du chantier ............................................................................................. 21
III.2 Préparation de la boue de forage ...................................................................................... 21
III.2.1 Fosses à boue............................................................................................................. 22
III.2.2 Circuit de la boue....................................................................................................... 22
III.2.3 Rôle de la boue de forage .......................................................................................... 23
III.2.4 Caractéristiques de la boue de forage........................................................................ 23
III.3 Problèmes au cours du forage .......................................................................................... 24
III.3.1 Coincement de l’outil ................................................................................................ 24
III.3.2 Perte de boue ............................................................................................................. 24
Conclusion................................................................................................................................ 24
CHAPITRE IV : EXECUTION DU FORAGE ....................................................................... 25
IV.1 Spécification du matériel utilisé....................................................................................... 25
IV.1.1 Sondeuse et la ligne de sonde.................................................................................... 25
IV.1.2 Flexible de forage...................................................................................................... 26
IV.1.3 Pompe à boue ............................................................................................................ 26
IV.2 Méthode de forage utilisé (principe)................................................................................ 26
IV.2.1 Mode opératoire ........................................................................................................ 26
IV.2.2 Echantillonnage......................................................................................................... 27
IV.2.3 Diagraphie ................................................................................................................. 27
IV.3 Equipement et mise en production du forage................................................................... 27
IV.3.1 Pose du décanteur ou sabot ....................................................................................... 28
IV.3.2 Pose du tubage de protection (casing)....................................................................... 28
IV.3.3 Pose des crépines....................................................................................................... 28
IV.3.4 Massif filtrant ............................................................................................................ 28
IV.3.5 Cimentation .............................................................................................................. 29
IV.4 Développement ................................................................................................................ 29
IV.5 Essai de pompage............................................................................................................. 29
IV.6 Analyse de l’eau............................................................................................................... 30
Conclusion................................................................................................................................ 30
5
CONCLUSION GENERALE.................................................................................................. 31
BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................... 31
ANNEXES ............................................................................................................................... 31
6
Table des figures
Figure n°1 : Organigramme de la direction régionale de l'hydraulique et de
l'assainissement de Tahoua…………………………………………………….13
Figure n°2 : Plateforme forage rotary…………………………………………..18
Figure n°3 : Normes fixées par l’OMS sur l’analyse de l’eau…………………30
Table des photographies
Photo n°1 : Fosse à boue……………………………………………………….22
Photo n°2 : Sondeuse et ligne de sonde………………………………………...25
TABLE DES ILLUSTRATIONS
7
AEP : Adduction d’Eau potable
BRGM : Bureau de Recherche Géologiques et Minières
DRACI : Division Régionale d'appui Conseil et d'Intervention
DREPL: Division Régionale des Etudes, Programmation et Législation
DRA : Division Régionale de l'Assainissement
DRH/A: Direction Régionale de l’Hydraulique et de l’Assainissement
DRRHFM: Division Régionale des Ressources Humaines, Financières et Matériels
DRHVP: Division Régionale de l'hydraulique Villageoise et Pastorale
DRRES: Division Régionale des Ressources en Eau et Statistique
DRHUSU: Division Régionale de l'Hydraulique Urbaine et semi-urbaine
DUT: Diplôme Universitaire de Technologie
GTA : Gouvernorat de Tahoua
IUT : Institut Universitaire de Technologie
MFT : Marteau Fond de Trou
SNTC : Société Nigérienne des Travaux Civils
TA : Tahoua
TGP : Technologie en Génie Pétrolier
UZ : Université de Zinder
LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS
8
Je dédie ce travail à ma famille
DEDICACE
9
Louange à Allah qui par sa grâce infinie et sa volonté nous a permis d’aboutir à ce travail.
Nos remerciements vont à l’endroit de :
M. ZAKARIA HALIDOU Abdou Salam, notre tuteur pédagogique pour le suivi, les conseils
et explications.
Toute l’équipe de la SNTC pour l’accueil et la collaboration.
M. Alio Mahamadou, directeur général de la SNTC pour nous avoir permis d’effectuer ce
stage dans sa société.
M. Souley Adamou Galadima, directeur technique de la société pour ses efforts
ABDOU Issoufou et Moussa, foreurs de la SNTC pour nous avoir accueilli dans leurs
équipes, confié des tâches, fait confiance et encouragé.
M. CHAIBOU Saley, ingénieur des travaux pour son apport et surtout ses encouragements.
Nous remercions aussi tout le corps enseignant de l'IUT de Zinder pour la rigueur dans
le travail et surtout la patience qu'ils ont montrés tout au long de ces deux ans de formation ;
Merci également à tous mes amis et camarades pour leurs apports et leur soutien.
REMERCIEMENTS
10
RESUME
Pour l'obtention du diplôme Universitaire de Technologie (DUT), un stage de deux mois est
obligatoire. C'est en ce sens que nous avons effectué un stage avec comme thème «la mise en
œuvre de la techniques de forage : le rotary direct» à la société SNTC. L'objectif du choix du
thème est d’étudier la méthode rotary au forage d'eau.
La démarche méthodologique adoptée a consisté tout d’abord à la consultation des documents
mis à notre disposition suivie des recherches sur internet ; l’utilisation des résultats obtenus
lors des opérations pratiques sur le terrain et des entretiens avec les personnes présentes sur le
chantier de forage.
Mots clés : rotary, forage, SNTC, aquifère
ABSTRACT
To obtain a University degree of Technology (DUT), a two-month internship is mandatory. It
is in this sense that we have completed an internship with the theme "Implementation of
drilling techniques: direct rotary" on SNTC society. The aim of the choice of the theme is to
study the rotary method of drilling water.
The methodology adopted was first to the consultation documents made available followed by
searching the internet; the use of results obtained in practical field operations and interviews
with people on the well site.
Keywords: rotary, drilling, SNTC, aquifer
INTRODUCTION GENERALE
12
L’eau souterraine est celle qui existe dans les pores, les fissures des roches et dans les
sédiments sous la terre. Pour l'extraire, il faut procéder à un forage. Dans le souci
d’approvisionner le centre de multiplication des animaux d’Ibecétan en eau, un forage
profond a été réalisé. La réalisation de cet ouvrage nécessite l'utilisation de plusieurs
techniques parmi lesquelles la technique rotary d’où le choix de notre thème portant
essentiellement sur cette méthode de forage et sa mise en œuvre au cours d’un stage effectué à
la SNTC, une société intervenant dans le domaine du forage d'eau.
L’objectif général étant d’analyser les conditions de mise en œuvre de la technique de forage
rotary, les objectifs spécifiques sont définis comme suit :
 Comprendre le principe de la méthode rotary ;
 Identifier les moyens utilisés pour réaliser un forage ;
 Identifier les différentes étapes de réalisation d’un forage.
Le présent document est structuré en quatre chapitres repartis comme suit:
 Un premier chapitre qui concerne la présentation de la structure d’accueil et
l’entreprise d’exécution des travaux.
 Un deuxième chapitre sur les techniques de forage.
 Le troisième chapitre parle de la préparation et de l’installation du chantier.
 Le quatrième chapitre portant sur l’exécution du forage
13
CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA DRH/A ET DE LA SNTC
Dans le présent chapitre, sera présentée la direction régionale de l'hydraulique et de
l'assainissement (DRH/A), notamment son organisation et ses attributions, la présentation du
projet ainsi qu’un aperçu de la zone d’étude et de l’entreprise d’exécution des travaux.
I.1 Présentation de la structure d’accueil
La direction Régionale de l'hydraulique et de l'assainissement de Tahoua qui est l'une des huit
(8) directions régionales que compte le pays, constitue un service déconcentré du Ministère en
charge de l'hydraulique et de l'assainissement.
I.1.1 Organisation de la Direction Régionale de l’Hydraulique et de
l'assainissement de Tahoua
Elle est composée de sept (7) divisions régionales et douze (12) directions départementales.
Figure n°1 : Organigramme de la direction régionale de l'hydraulique et de
l'assainissement de Tahoua
Source : direction hydraulique Tahoua
Pour les divisions départementales, il s'agit des directions départementales d'Abalak, de
BirniN’Konni, de Malbaza, de Bouza, d'Illela, de Bagaroua, de Keita, de Madaoua, de
Tahoua, de Tchintabaraden, de Tillia et de Tassara.
DRH/A
SECRETARIAT
DRH/A ADJOINT
DRHUSU DRRES DREPLDRACI DRRHFMDRHVP DRA
14
I.1.2 Missions et objectifs de la direction Régionale de l'hydraulique et de
l'assainissement
A l'instar de ses paires, elle est chargée de conduire la politique du Ministère et par extension
celle du gouvernement au niveau régional en matière de l'alimentation en eau potable des
populations et de leurs cheptels mais aussi sur la question de l'assainissement.
Elle a pour attributions de :
 Coordonner, suivre et contrôler l’exécution de tous les plans et programmes de la
région relatifs à l’Hydraulique villageoise, pastorale et urbaine ;
 Assurer l’implantation des ouvrages à réaliser en liaison avec toutes les parties opérant
dans la région ;
 Elaborer, suivre et assurer le contrôle des fiches techniques des projets et programmes
d’Hydraulique de la région ;
 Etudier et préparer les dossiers techniques d’appel d’offres et les marchés relatifs aux
études de mise en valeur et d’exploitation des ressources en eau, et aux travaux de
réalisation d’infrastructures hydrauliques ;
 Organiser l’utilisation du personnel cadre, auxiliaire et de l’assistance technique de la
Direction ;
 Participer à l’élaboration des programmes des offres et établissements publics du secteur
de l’Hydraulique mis en œuvre dans la région ;
 Identifier et préparer les programmes et/ou projets d’Hydraulique dans la région;
 Participer à l’élaboration et aux études de faisabilité de tous les projets et actions
nouveaux de la région relatifs à l’Hydraulique.
I.2 Présentation du projet
Le présent projet, marché n°20/2013/GTA/DRH/TA conclu entre le gouvernorat de la région
de Tahoua et la Société Nigérienne des Travaux Civils S.A (SNTC) a pour objet l’exécution
des travaux de réalisation du forage profond de 425 mètres dans le ranch d’Ibecétan commune
rurale d’Akoubounou, région de Tahoua.
15
I.3 Présentation de l’entreprise d’exécution des travaux
Créée en 2007, la SNTC intervient dans les travaux de Génie Civil, d’équipement hydraulique
(forages et AEP). Elle est domiciliée à Niamey et inscrite au registre du Commerce sous le n°
RCCM NI NIA 2008 du 08/07/2008 en 3ème catégorie option (Bâtiments et Travaux Publics)
et en Hydraulique de la 2ème Catégorie Option (AEP) et option (Puits). Par arrêté n°
195/MUL/A/DGAC/DC, est agréée en Hydraulique Option (forages).
Nombre d’années d’expérience comme entrepreneur :
Au Niger : 2008 (dans le domaine de l’Hydraulique) et à l’international depuis 2012.
Adresse officielle : B.P : 13949 Niamey (Niger)
Téléphone : (+227) 96.88.69.49/90.40.05.35
Email : sntc2007@ yahoo.fr
I.4 Localisation de la zone d’étude
Le forage a été réalisé à 14 km au Nord-est d’Ibecétan, commune rurale d’Akoubounou dans
la région de Tahoua. La zone est surtout habitée par des peulh nomades et des touaregs dont
l’activité principale est l’élevage.
I.5 Environnement physique de la zone
I.5.1 Climat
La zone connait un climat semi-désertique, de type sahélien. Les hauteurs annuelles
moyennes des précipitations sont de 534,6 et 401,3 mm respectivement à Birni N’Konni et
Tahoua. Nous distinguons ainsi trois (3) types de saisons bien distinctes :
 La saison sèche et froide : de novembre en février, période pendant laquelle la
température minimale est généralement de l’ordre de 15°C.
 La saison sèche et chaude : de mars à mai, marquée par de fortes températures qui
peuvent dépasser les 45°C sous l’effet de l’harmattan, vent chaud et sec du Nord-est
lié à une zone anticyclonique saharienne, souffle de façon continue et régulière sur
tout le pays.
 La saison pluvieuse : de juin à octobre, les pluies sont généralement de courte durée et
de forte intensité. Le vent de mousson du sud-ouest, lié à l’anticyclone de Sainte
Hélène s’installe. Au passage du Front Inter Tropical (FIT), des vents violents
cycloniques se manifestent, souvent accompagnés de tempêtes de sable et d’orages.
16
I.5.2 Contexte hydrogéologique
Le bassin des Illumenden contient plusieurs aquifères d’importance et d’intérêt inégaux. Les
principaux sont les quatre suivants :
 Aquifères du quaternaire : il s’agit en général des nappes des creux dunaires assez
régulièrement reparties ou des nappes des formations de piémont en avant des reliefs
Crétacés de faible extension et épaisseur, parfois pérennes et qui ont été les seules à
être exploitées avant la création des points d’eau modernes ;
 Aquifère du paléocène : l’aquifère du paléocène n’existe que dans la région de
Tahoua. Il est contenu dans une couche de calcaire d’origine marine d’une quarantaine
de mètres d’épaisseur, intercalée entre deux couches imperméables de schistes
papyracés. Les caractéristiques hydrogéologiques de cet aquifère sont donc très
défavorables ; de ce fait, les quelques forages qui ont tenté de le capter ont fourni un
débit dérisoire de quelques centaines de litres par heure avec des rabattements de
plusieurs dizaines de mètres.
 Aquifères contenues dans les séries crétacé Supérieur : cet aquifère captif d’assez
grande extension a été reconnu dans les calcaires blancs du turonien. Ses paramètres
hydrogéologiques sont très mal connus, mais il semble que l’aquifère fournit au moins
un débit de plusieurs mètres cube par heure, d’une eau peu chargée en sels.
 Aquifère du continental intercalaire/hamadien : il renferme une nappe continue
essentiellement dans la série des grès de Tégama. La nappe est présente dans toute la
région de Tahoua.
Conclusion
La SNTC, société intervenant dans le domaine des travaux civils et surtout des forages a
toujours été à la hauteur des attentes placées en elle. Elle a réalisée plus de cinquante forages
d’eau (voir annexe 1) et est dotée de moyens matériels modernes et surtout d’un personnel
qualifié dans tous les domaines dans lesquelles elle intervient.
17
CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES TECHNIQUES DE FORAGE
Plusieurs techniques de forages ont été développées en fonction du type d’ouvrage recherché
et du contexte géologique. Nous retiendrons ici trois (3) techniques courante de forage d’eau,
le forage au battage, le forage Rotary et le forage par percussion Marteau Fond de Trou
(MFT).
II.1 Forage au battage
C’est la technique la plus ancienne, utilisée par les Chinois depuis plus de 4000 ans, elle
consiste à soulever un outil très lourd (trépan) et le laisser retomber sur la roche à perforer en
chute libre. Le forage par battage ne nécessite pas de circuit d’eau ou de boue, et seul un peu
d’eau au fond du forage suffit. Il est tout indiqué pour les terrains durs.
II.1.1 Principe
Le battage se produit par le mouvement alternatif d’un balancier actionné par un arbre à came
(ou bien un treuil : cylindre horizontal). Après certain avancement, on tire le trépan et on
descend une curette (soupape) pour extraire les déblais (éléments broyés : cuttings). Pour
avoir un bon rendement, on travail toujours en milieu humide en ajoutant de l’eau au fond de
trou.
II.1.2.1 Avantages
 Facilité de mise en œuvre ;
 pas de boue de forage et une récupération aisée d’échantillons ;
 nécessite moins d’eau (40 à 50 l/h) et de n’importe quelle qualité ;
 la détection de la nappe même à faible pression est facile : la venue de l’eau à basse
pression se manifeste directement dans le forage sans être masquée par la boue.
II.1.2.2 Inconvénients
 le forage s’effectue en discontinue (forage puis curage de cuttings et ainsi de suite) ;
 forage lent et absence de contrôle de la rectitude.
II.2 Forage au rotary
La technique est relativement récente, ses premières utilisations remontent au 1920. Le rotary
est utilisé spécialement dans les terrains sédimentaires non consolidés pour les machines
18
légères, mais les machines puissantes de rotary peuvent travailler dans les terrains durs
(pétroliers).
II.2.1 Principe
Le rotary est une méthode par rotation et broyage. Les déblais sont entraînés vers la surface
par la circulation d’un fluide de forage, en général de la boue de forage, dans l’espace
annulaire entre le terrain et le train de tiges. L’avancement de l’outil s’effectue par abrasion et
broyage (deux effets) du terrain sans choc, mais uniquement par translation et rotation (deux
mouvements). Le mouvement de translation est fourni principalement par le poids des tiges au
dessus de l’outil. La circulation d’un fluide permet de remonter les cuttings à la surface. La
boue est injectée à l’intérieur des tiges par une tête d’injection à l’aide d’une pompe à boue, et
remonte dans l’espace annulaire en mouvement ascensionnel, en circuit fermé sans
interruption.
Figure n°2: Plateforme forage rotary
Source: BRGM
19
II.2.2.1 Avantages
 Les forages de grands diamètres sont exécutés rapidement et économiquement ;
 facilité de mise en place des équipements de forage ;
 bons rendements dans les terrains tendres.
II.2.2.2 Inconvénients
 Nécessite beaucoup d’eau ;
 nécessite un grand investissement (matériels très importants).
II.3 Forage au marteau fond de trou
Cette technique permet de traverser des terrains durs. Le marteau fond de trou fonctionne à
l’air comprimé par percussion d’un taillant. L’avancement peut être rapide : 100 mètres en un
ou deux jours.
II.3.1 Principe
Le principe repose sur un taillant à boutons en carbure de tungstène, fixé directement sur un
marteau pneumatique, est mis en rotation et percussion pour casser et broyer la roche du
terrain. Le marteau fonctionne comme un marteau piqueur, à l’air comprimé à haute pression
(10 à 25 bars) qui est délivré par un compresseur, et permettant de remonter les cuttings. Cette
technique est surtout utilisée dans les formations dures car elle permet une vitesse de
perforation plus élevée que celles obtenues avec les autres techniques.
II.3.2.1 Avantages
 Technique très intéressante dans les zones où l’eau est très rare ;
 mise en œuvre rapide et simple ;
 permet de détecter la présence d’un aquifère lors du forage.
II.3.2.2 Inconvénients
 Au démarrage d’un forage, l’air de soufflage peut éroder le sol autour du trou à forer
et mettre en danger la stabilité de la machine ;
 en cours de forage, la remontée des déblais érode les parois du trou, ce qui peut
entraîner des effondrements susceptibles de bloquer le train de tige ;
 les pertes d’air dans les terrains très meubles entraînent une diminution de la vitesse
ascensionnelle des cuttings.
20
II.4 Paramètres du forage
Pour avoir le meilleur rendement d’un atelier de forage rotary, il convient d’être très vigilant
sur les trois paramètres suivants :
 le débit des pompes (à boue, à air) : la vitesse de remontée des cuttings doit se situer
autour de 60 m/min. au minimum. Le choix de la puissance de la pompe et de son
moteur sera conditionné par le volume total de boue à mettre en ouvre pour la plus
grande profondeur du forage, en tenant compte des pertes de charge, de la viscosité de
la boue et de dimensions des tiges.
 le poids sur l’outil : l’avancement s’accroîtra en fonction du poids sur l’outil (qui
augmente en s’avançant par le montage au fur et à mesure de tiges), mais on est limité
dans cette voie par l’usure rapide des lames et des dents et surtout par détérioration
rapide des roulements des outils à molettes. Le contrôle du poids sur l’outil s’opère par
le dynamomètre qui mesure la tension du brin (file) mort du câble, il donne le poids de
tout ce qui est suspendu au crochet.
 la vitesse de rotation : la plus part des appareils rotary sont munis d’un indicateur
donnant la vitesse de rotation de la table (table de rotation). Dans les terrains durs, la
vitesse de rotation sera faible ; elle sera plus élevée lorsque les terrains seront tendres.
Cette vitesse qui se calcule en fonction de la vitesse des moteurs et le rapport des
transmissions, devra être vérifiée par un appareil de contrôle.
Conclusion
Le choix d’une technique de forage se fait sur : la nature du terrain, sa teneur en eau,
l’avancement de l’outil de forage, la quantité d’eau à utiliser, l’endroit du forage…etc. Au-
delà de certaines profondeurs, le rotary à l’air comprimé est à éviter car il est difficile à
maîtriser (mauvaise remontée du cuttings). Dans les terrains sédimentaires peu consolidés, le
rotary à la boue est le plus adéquat.
21
CHAPITRE III : PREPARATION ET INSTALLATION DU CHANTIER
La préparation du matériel ainsi que leur bonne répartition sur le terrain de forage est une
étape importante sur tout chantier de forage car au delà de l’aspect organisationnel, cette
préparation permet d’assurer une fluidité des opérations ce qui n’est pas sans conséquence sur
la durée du forage permettant ainsi de le réaliser dans le temps imparti par le cahier des
charges.
III.1 Moyens mobilisés sur le terrain
L’organisation de chantier de forage doit permettre au foreur d’intervenir rapidement en cas
de problème.
III.1.1. Installation du chantier
Les précautions à prendre doivent conduire à déterminer :
- un périmètre de sécurité autour du chantier,
- un accès pour les véhicules,
- un approvisionnement en eau (citernes),
- un accès facile pour le remplissage des fosses,
- un endroit sec pour la rédaction (bureau),
- une zone de déblais (cuttings),
- un terrain aplani pour faciliter le calage de la machine,
- l’emplacement et le creusage des fosses à boue,
- l’installation de toutes les unités de pompage, de pression hydraulique et des moteurs sur un
plan horizontal,
III.2 Préparation de la boue de forage
Dans les terrains argileux il est préférable de forer à l'eau simple sans bentonite pour éviter de
colmater l’aquifère. Le fluide de circulation en forage rotary peut être de l’eau, de la boue, de
22
l’huile, de l’air, quelquefois du gaz, ou un mélange quelconque de ces éléments. La boue de
forage utilisée dans notre cas est à base d’eau.
Il est précisé dans le marché que tous les produits utilisés seront d’une composition propre à
ne pas colmater les couches productives et devront être biodégradables. Toutefois, dans le cas
de perte de circulation de boue dans les zones stériles de surface, les boues bentoniques
pourraient être utilisées. Cependant, la boue à base d’huile est un fluide rarement utilisé car
plus cher que celle à base d’eau. Presque tous les puis forés par la méthode rotary dans la
région utilisent comme fluide une boue à base d’eau.
III.2.1 Fosses à boue
La fosse à boue ou bassin est un fossé rectangulaire creusé dans le sol dont les parois sont
stabilisées par un coulis du ciment. Elles se forment d’une fosse de décantation, d’une fosse
de pompage et de canaux. Les fosses et les canaux sont régulièrement curés et nettoyés des
sédiments déposés en cours de forage. Le dimensionnement des fosses à boue se fait en
fonction de la profondeur du forage à réaliser.
Photo n°1 : Fosse à boue
Source : AMAFOR, Juillet 2016
III.2.2 Circuit de la boue
Le système de circulation est classique : les parties principales se composent d’une pompe à
boue, d’un tube flexible relié à l’arbre de forage (ligne de sonde) permettant ainsi le pompage
de la boue tandis que l’outil tourne, et un retour au bassin en surface d’où la boue peut être à
nouveau reprise pour être pompée.
Le principe est le suivant : à partir du bassin de boue, par l’intermédiaire du flexible, la pompe
aspire la boue et refoule celle-ci dans la tête d’injection. De là, la boue descend à l’intérieur
du train de tiges, arrive à l’outil qu’elle lubrifie et remonte à travers l’espace annulaire en
entrainant les déblais de forage en surface.
23
III.2.3 Rôle de la boue de forage
La boue joue plusieurs rôles dans l’exécution d’un forage :
 Transport des déblais en surface : la circulation évacue les éclats de roches, les
particules de sable ou d’argile en dehors du puits par le mouvement de la boue dans
l’espace annulaire (l’espace compris entre la ligne de sonde et la paroi du trou) ;
 refroidir le trépan tout en le lubrifiant ; la boue de forage vise à faciliter le forage de la
roche, en lubrifiant et refroidissant le trépan car un outil mal refroidi s’échauffera très
vite et s’usera très rapidement ;
 déposer un gâteau d’argile, appelé cake sur les parois du puits, ce qui contribue à
éviter les éboulements ;
 Prévention des venues de fluides de la formation : les pressions de l’eau contenue dans
les formations pénétrées par l’outil peuvent être supérieures à la pression
hydrostatique de la boue de forage. Si cela se produit, le fluide la formation pénétrera
librement dans le puits, et il faudra injecter une boue plus lourde pour augmenter la
pression au fond du trou, et par conséquent dépasser la pression du trou.
III.2.4 Caractéristiques de la boue de forage
Elles doivent être contrôlées et au besoin corrigées pour s’assurer des rôles précités. Pour ce
faire, tout au long de la réalisation du forage, on devrait procéder aux vérifications des
paramètres suivants à des intervalles de temps réguliers :
 La viscosité : mesurée à l’aide de l’entonnoir de Marsh ; une viscosité élevée
provoque des difficultés pour le pompage de la boue, alors qu’une boue à viscosité
moins élevée perd sa propriété pour consolider les parois ;
 La densité : mesurée avec la balance de Baroïd, elle s’exprime par comparaison avec
l’eau pure de densité 1 par définition ;
 La teneur en sable : le sable est dangereux par son action abrasive dans tout le circuit
où il circule et peut endommager la pompe à boue. On recommande de ne pas
dépasser une teneur maximale de 5% ;
 le pH permet d’indiquer l’acidité ou l’alcalinité de la boue. Une boue dont le pH < 7
provoque un risque de floculation, alors qu’une boue dont le pH > 10 indique sa
contamination par le ciment ou par l’eau de l’aquifère ;
24
 cake : c’est la propriété de laisser déposer une couche d’argile sur la paroi. Il joue le
rôle inverse de filtrat. Le cake ne se forme pas sur une paroi non perméable.
 thixotropie : c’est la propriété d’une boue à passer d’une consistance rigide à un aspect
fluide sous l’effet de brassage (agitation).
III.3 Problèmes au cours du forage
III.3.1 Coincement de l’outil
La non verticalité du trou, des tubes brisés ou déboités sont des origines possibles du
coincement des tiges de sondage dans le trou. Des objets qui tombent dans le trou et des
éléments fragiles de la colonne, qui se brisent, peuvent également conduire au coincement des
tiges.
III.3.2 Perte de boue
Une perte de fluide indique habituellement la présence des fractures, cavités ou autres vides
dans les terrains traversés. La perte de fluide mène habituellement à une diminution de la
pression, ce qui peut poser des problèmes majeurs au foreur. Cette perte peut être maîtrisée en
ajoutant des additifs à la bentonite pour l'alourdir.
Conclusion
De la qualité de la boue dépend la qualité du forage. Négliger les paramètres liés au sol où
doit avoir lieu le forage se traduit bien souvent par une surconsommation de boue, un
allongement du temps de forage et une dégradation des matériels.
25
CHAPITRE IV : EXECUTION DU FORAGE
Après l’installation du chantier et la préparation de la boue, place à la foration qui constitue le
creusage du trou de forage puis l’équipement de l’excavation.
IV.1 Spécification du matériel utilisé
Nous dressons ici une liste non exhaustive de quelques éléments essentiels dans un atelier de
forage au Rotary :
IV.1.1 Sondeuse et la ligne de sonde
La ligne de sonde, l’appareil de forage et la pompe à boue sont les principaux matériels mis
en œuvre sur un atelier rotary : Les tiges courantes, vissées les unes aux autres, participent à la
charge sur l’outil et transmettent la rotation tout en amenant la boue sous pression depuis la
tête d’injection. Son mécanisme est assuré par un moteur hydraulique. Selon le type de
formation rencontrée lors du fonçage du trou de forage, la vitesse de rotation est réglée à
partir du tableau de bord de la sondeuse.
Photo n°2 : sondeuse et ligne de sonde
Source : AMAFOR, 2016
26
IV.1.2 Flexible de forage
C'est une conduite souple muni d'une vanne permettant le passage du fluide qui permet
principalement l'injection de la boue refoulée par la pompe à boue dans la tête d'injection
située au sommet du train de tiges.
IV.1.3 Pompe à boue
La pompe à boue, naturellement, est l’élément principal du système de circulation de la boue.
Son rôle consiste à fournir la puissance au fluide sous forme de pression et de volume. Elle est
muni d'un tuyau crépiné lui permettant d'aspirer la boue présente dans la fosse de pompage et
d'une conduite de refoulement pour l'injection du fluide dans le trou à travers le flexible
d'injection. La pompe à boue est généralement munie d’un équipement auxiliaire telque le
dessableur qui est nécessaire à la séparation du sable contenue dans la boue pour éviter toute
éventuelle usure de certains éléments de la pompe tels que le piston, le clapet…
IV.2 Méthode de forage utilisé (principe)
La méthode de forage rotary utilise un outil (trépan) monté au bout d´une ligne de sonde
(tiges vissées les unes aux autres), animé d´un mouvement de rotation de vitesse variable et
d´un mouvement de translation verticale sous l´effet d´une partie du poids de la ligne de sonde
ou d´une pression hydraulique. Le mouvement de rotation est imprimé au train de tiges et à
l´outil par un moteur situé sur la machine de forage en tête de puits. Les tiges sont creuses et
permettent l´injection de boue au fond du forage. Les outils utilisés en rotation sont des
trépans de plusieurs types en fonction de la dureté des terrains rencontrés (outils à lames,
molettes ou tricône, outils diamantés ou à carbures métalliques). Au-dessus du trépan, on peut
placer une ou plusieurs masses-tiges très lourdes qui accentuent la pression verticale sur
l´outil et favorisent la pénétration et la rectitude du trou. Le forage rotary nécessite l´emploi
d´un fluide de forage préparé sur le chantier, le fluide est injecté en continu sous pression dans
les tiges creuses de la ligne de sonde, il sort par les évents de l´outils et remonte à la surface
dans l´espace annulaire (entre les tiges et les parois du trou).
IV.2.1 Mode opératoire
La technique de forage utilisée est le rotary à la boue à base de GS 550 et du CMC puis à base
de Bentonite et du produit Polyfor selon le mode d’exécution suivant :
 Installation de la sondeuse et de la pompe à boue
 Creusage de la fosse à boue ;
27
 Installation et préparation de la boue ;
 Foration du trou guide au diamètre 17 pouces
 Foration du trou au diamètre 12 pouces
 Contrôle de trou et de l’outil
 Gravillonnage (massif filtrant)
 Pose du tubage de protection
 Cimentation
 Pose des crépines
 Développement ou soufflage
 Essai de pompage
IV.2.2 Echantillonnage
Le forage à la boue permet de fournir à la surface des échantillons broyés ou non du terrain
rencontré par l’outil au fond du trou. S’il s’agit de forage au rotary, ces échantillons
contiennent une forte portion de la boue de circulation. Pour le forage au battage, il procure
un échantillonnage nettement plus représentatif de la formation.
La nature géologique de ces débris, leur taille, leur forme, leur couleur, leur porosité, leur
contenu en fluides (eau, hydrocarbures, autres gaz) fournissent des informations précieuses
sur les roches forées. Les échantillons prélevés doivent être représentatifs et suffisants afin de
permettre une meilleure analyse.
IV.2.3 Diagraphie
Une diagraphie (well log) consiste à mesurer, à l'aide de différentes sondes, les
caractéristiques des roches traversées lors d'un forage. D'une manière générale, on appelle
diagraphie tout enregistrement d'une caractéristique d'une formation géologique traversée par
un sondage en fonction de la profondeur. Une diagraphie instantanée enregistre les
caractéristiques de la formation pendant le forage tandis qu'une diagraphie différée détermine
les caractéristiques de la formation après le forage.
IV.3 Equipement et mise en production du forage
La mise en place de l'équipement, des tubes et du captage (crépine et gravier filtre) est une
étape essentielle de la réalisation du forage d’eau. Le plan de captage et la position des
crépines influeront de façon très importante sur le débit d’exploitation de l’ouvrage.
28
IV.3.1 Pose du décanteur ou sabot
Le sabot se trouve à la terminaison du tubage de production ou des crépines. Il est censé créer
une zone morte du point de vue de la circulation en cas de pompage ou d'injection. Il permet
la sédimentation de particules, et la mise à l'écart de la circulation des objets qui tomberaient
malencontreusement dans la colonne. Le sabot doit avoir le même diamètre que le casing.
IV.3.2 Pose du tubage de protection (casing)
Pour éviter les risques d’effondrement de terre dans le trou du forage (qui sont de plus en plus
importants si la profondeur du forage devient importante), on recommande de placer le tubage
le plus rapidement possible. Les casings sont descendus dans le trou jusqu’au toit de
l’aquifère et sont soudés au décanteur. Le dernier tube doit être au dessus de la surface de sol
d’environ 0,5 m.
IV.3.3 Pose des crépines.
Les crépines sont les tubes possédant des espaces laissant passer le fluide de l'encaissant
exempte de particules. Il existe une grande variété de matériaux et de modèles de crépines. Le
choix du degré d’ouverture de la crépine dépend de la granulométrie du captage. Le massif
filtrant permet d’utiliser des crépines à perforations plus larges et d’augmenter ainsi le débit
du forage. Le choix de la longueur d’une crépine dépend du niveau de la nappe, de
l’épaisseur de la nappe à exploiter, de la nature et la structure des couches aquifères formant
la nappe. La crépine doit être placée dans une position où les caractéristiques hydrauliques
sont les meilleures. Pour choisir cette position, on doit se baser sur : les diagraphies
instantanées, les pertes de boue, l’analyse des échantillons.
IV.3.4 Massif filtrant
Un massif filtrant est constitué de graviers que l’on fait descendre le long de l’espace
annulaire du tubage, ce qui permet, tout en fixant la colonne de captage, de filtrer l’eau entrant
dans la crépine en arrêtant les particules fines de sable ou autres.
Le volume nécessaire du gravier peut être défini théoriquement (volume du trou moins
volume de tubage) ou de la manière empirique suivante selon E.Drouart V = h.0,8(D2
– d2
)
Où V : le volume de gravier en litre. h : hauteur du massif de gravier en m.
D : diamètre du trou en pouces. d : diamètre des tubes en pouces
29
IV.3.5 Cimentation
Le rôle de cimentation est de protéger le forage contre les pollutions extérieures. Elle est
réalisée avec du laitier de ciment. L’opération consiste à remplir avec un mélange d’eau et de
ciment (laitier de ciment) l’espace annulaire au dessus du massif filtrant jusqu’à la surface de
sol. Le dosage de laitier de ciment est d’environ 50 l d’eau pour 100 kg de ciment.
IV.4 Développement
Le développement d’un forage est une étape très importante qui permet d'éliminer la plupart
des particules fines du terrain et du gravier filtre qui pourraient pénétrer dans le forage ainsi
que le reste du cake de boue et d'arranger le terrain autour de la crépine afin d'en augmenter la
perméabilité. Cette opération permet d'augmenter de façon significative le débit du forage
initialement estimé. La nappe est en effet progressivement mise en production, l'aquifère est
libéré de ses fines particules, la perméabilité et le débit instantané augmentent.
Il existe plusieurs moyens qui s’offrent à nous pour opérer un développement, notons:
 le surpompage
Le développement par surpompage, consiste à mettre provisoirement le forage en production
par un pompage à un débit supérieur à celui de l’exploitation future
 le développement pneumatique
Le développement pneumatique est le plus efficace et le plus répandu. L’avantage est que le
matériel de pompage ne subit pas de détérioration (pompage de sable). Il s’agit de faire subir
au captage des contraintes assez fortes dans toutes les directions, pression et dépression en
introduisant d’important volumes d’air et de mettre en production l’ouvrage par ‘’air lift’’.
L’opération consiste à alterner les phases de pompage à l’air lift et les phases de soufflage
direct d’air au niveau des crépines.
IV.5 Essai de pompage
L’essai de pompage est l’un des moyens les plus utiles pour déterminer les propriétés
hydrauliques des couches aquifères et d’optimiser leur exploitation.
Il existe plusieurs méthodes de pompage d’essai, et parmi ces pompages d’essais, le pompage
par palier.
30
Un essai par paliers est aussi appelé essai de performance, essai de puits (par opposition aux
essais de nappes), et essai de courte durée (par opposition aux essais de longue durée).
Concrètement un essai par paliers permet d'évaluer la performance d'un ouvrage de captage. Il
est mené suivant plusieurs débits croissants (habituellement quatre), pendant de très courtes
périodes (appelées les paliers). On mesure le rabattement à la fin de chaque palier ainsi que le
débit. Chaque palier est suivi par un arrêt d’une durée permettant la remontée du niveau
d’eau. Par expériences, trois paliers avec débits croissants, dont chacun de deux heures sont
suffisants.
L’intérêt du pompage par palier est de déterminer les caractéristiques du forage comme le
débit critique, le débit d’exploitation et le rabattement maximal autorisé qui permet de
connaitre la profondeur de l’installation de la pompe.
IV.6 Analyse de l’eau
Chaque forage fera l'objet d'un prélèvement d'eau en fin de pompage pour analyse physico-
chimique. Cette analyse, à la charge de l'entrepreneur sera effectuée par l'administration et
portera sur les paramètres et éléments suivants : pH, Conductivité, Na, K, F, Ca, Mg, Mn,
HCo3, SO4, Cl.... Ces analyses consistent à voir si ces paramètres respectent la norme fixée
par l’OMS.
Figure 3 : Normes fixées par l’OMS sur l’analyse de l’eau
Source : OMS
Conclusion
Ainsi le développement est la dernière étape dans la réalisation d’un trou de forage. Elle
implique l’élimination des matières plus fines dans l’aquifère, le nettoyage et l’ouverture des
trous les espaces de pores à travers lesquels l’eau peut passer dans le trou de forage.
CONCLUSION GENERALE
32
Le forage est une étape indispensable pour la recherche et l’exploitation des substances utiles
qui se trouvent dans le sous-sol. Mais malgré les avantages indéniables qu’il présente, il y a
aussi des problèmes liés à son application car, en premier lieu, il y a son coût assez élevé.
Les forages ne doivent pas être utilisés n’importe comment, il faut utiliser des méthodes. Le
choix d’une technique de forage se fait sur : la nature du terrain, sa teneur en eau,
l’avancement de l’outil de forage, la quantité d’eau à utiliser, l’endroit du forage…etc.. Au-
delà de certaine profondeur, le rotary à l’air comprimé est à éviter car il est difficile à
maîtriser (mauvaise remontée du cuttings). Dans les terrains sédimentaires peu consolidés, le
rotary à la boue est la plus adéquat. Dans les terrains argileux il est préférable de forer à l'eau
simple sans bentonite pour éviter de colmater l’aquifère. De la qualité de la boue dépend la
qualité du forage. Négliger les caractéristiques de la boue conduit à des problèmes de trou
allant du coincement de la garniture jusqu’à l’abandon du forage. Les fluides de forage ont été
utilisés pour l'évacuation continue des déblais. Le fluide utilisé initialement était l'eau, avec le
développement des différentes techniques de forage qui sont en relation avec la croissance de
la profondeur, et dans des conditions géologiques de plus en plus compliqués, le rôle du fluide
est devenu de plus en plus important.
Soulignons aussi que le stage constitue un élément primordial dans la formation des étudiants
à l’Institut Universitaire de Technologie de Zinder et surtout dans la vie professionnelle qui
les attend. Au cours de notre stage, nous avons appris et retenu beaucoup de choses. Grâce
aux différentes tâches accomplies, aux observations faites et surtout aux explications reçues
des opérateurs, nous avons eu à comprendre le fonctionnement de la société ainsi que la mise
en œuvre de la technique rotary.
BIBLIOGRAPHIE
34
 Ouvrages
1. François, R. (2002). cours d’hydrogéologie
2. Vincent, F. (2009). les forages de reconnaissanceorex
3. Dr Mehdi, M. (2013). forage techniques et procédés. Université de Bouira
4. le forage d’eau, guide pratique : Albert mabillot
 Webographie
5. https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Fluide_de_forage, consulté le 4 septembre
6. http://tpe-petrole.lo.gs/c-forage-et-exploitation-p29087, consulté le 4
septembre
7. http://www.rapportdestage-facile.com/comment-presenter-soutenir-rapport-
stage, consulté le 5 septembre
8. https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Diagraphie, consulté le 28 Août
9. https://fr.m.wikiversity.org/wiki/Essai_de_pompage/Essais_par_paliers
10. http://foad-uam.refer.ne/course/info.php?id=41, consulté le 4 septembre
ANNEXES
Titre des annexes
Annexe 1 : Références techniques de la SNTC
Annexe 2 : Tiges de forage et tubes de protection
Annexes 3 : Echantillons
Annexe 1 : références techniques de la SNTC
Nom du projet
/type de travaux
Valeur totale des
travaux sous sa
responsabilité (€
ou FCFA)
Pério
de du
Contr
at
Date de
démarrage et
de fin du
projet
(mois/année)
% des
travaux
réalisés
Autorité
contractante et
lieu
Titulai
re
princi
pal
(P)
Accept
ation
finale
émise
- Oui
- Pas
encore
(Contra
ts en
cours)
– Non
A) National
Année 2009
Réalisation de 4 forages
d’Hydraulique villageoise
dans le Département de
Madaoua (Région de Tahoua)
43.600.000 2009 05/06/2009
au
29/06/2009
100% ONG
EDUCATION-
PAUVRETE ET
SANTE
P Termin
é
Réalisation de 3 forages
d’Hydraulique villageoise
dans les villages de Birni Lafa,
Soffo, et Tilwey de la
Commune rurale de
Hamdalaye du Département
de Kollo (Région de Tillabéry)
38.062.985 2010 14/01/2011
au
25/02/2011
100%
Ministère du
Développement
Agricole
P Termin
é
Réalisation de 12 forages de
profondeur moyenne de 80
ml dont un est équipé d’une
électropompe et 11 de
pompes à à motricité
humaine de type Vergnet
avec leurs superstructures
dans les Départements de
Keita et Illélla (Région de
Tahoua)
114.212.352 2011 02/04/11 au
04/06/11
100%
ONG
EDUCATION-
PAUVRETE ET
SANTE
P Termin
é
Réalisation d’un forage
profond de 400 ml dans la
Commune de Garahanga
dans le cadre du projet
Résilience Plus (Région de
Tahoua)
143.604.350 2012
11/03/12
au
07/05/12
100%
projet Résilience
Plus (Région de
Tahoua)
P Termin
é
Réalisation de 9 forages
équipés de pompes à
motricité humaine et
superstructures dans les
villages de du Département
de Keita (Région de Tahoua)
91.144.762
2012
18/09/12
au
07/11/12
100%
ONG
EDUCATION-
PAUVRETE ET
SANTE
P Termin
é
Réalisation d’un forage
profond de 431 ml dans le
village de Chadawanka dans
le village d’Aboukounou du
Département d’Abalack
(Région de Tahoua)
156.780.540
2013 14/03/13
au
05/04/13
100% Projet de
renforcement de
capacité des
Unions des
coopératives et
Groupements
AMAMA NIR
1752 TAHOUA
P Termin
é
Réalisation de huit (8) forages
équipés de PMH et
superstructures dans les
Département de Kantché
(Région de Zinder)
69.876.000
2013
23/09/2013
Au
02/11/2013
100%
UNICEF P En
cours
Travaux de réalisation d’un
forage de 425 m à Ibécéten
dans le Département
d’ABALAK (Région de Tahoua)
209.689.900 2013 Non démarré
100%
Gouvernorat de
Tahoua
P Termin
é
Nom du projet
/type de travaux
Valeur totale
des travaux
sous sa
responsabilité
(€ ou FCFA)
Pério
de du
Contr
at
Date de
démarrage
et de fin
du projet
(mois/ann
ée)
% des
travaux
réalisés
Autorité
contractant
e et lieu
Titulaire
principal
(P)
Acceptation
finale émise
?
- Oui
- Pas encore
(Contrats en
cours)
– Non
B) International
Réalisation de 40
forages piézométriques
en Guinée de Conakry
de 7900 ml
359.500.000 2012 Mars au
mois de
Mai 2012
100 % ULC Afrique
de l’Ouest
P Terminé
Réalisation de 40
forages piézométriques
au Mali de 1800 ml
255.000.000 2012 100 % ULC Afrique
de l’Ouest
P Terminé
Total (International) 614.500.000
Annexe 2 : Tiges de forage et tubes de protection
Tiges de forage de diamètre 4 pouces
Tubes de protection (casing) de diamètre 8 pouces
Source : AMAFOR, 2016
Annexes 3 : Echantillons
Source : AMAFOR, 2016

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  • 1. REPUBLIQUE DU NIGER MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR, DE LA RECHERCHE ET DE L’INNOVATION Institut Universitaire de Technologie Technologie en Génie Pétrolier Rapport de stage DUT présenté et soutenu par : ALI ASSOUMANE Mamane Bachir Sous la direction de : Membres du jury : M. ZAKARIA HALIDOU Abdou Salam Président : Enseignant Technologue à l’IUT/UZ M. BAGALE Mamadou Mala Tuteur professionnel : Enseignant Technologue à l’IUT/UZ M. ABDOU Issoufou Assesseur Opérateur FORACO M. BADAMASSI Ibrahim Enseignant vacataire à l’IUT/UZ Réalisation d’un forage par la technique rotary Zinder, Novembre 2016
  • 2. REPUBLIQUE DU NIGER MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR, DE LA RECHERCHE ET DE L’INNOVATION Institut Universitaire de Technologie Technologie en Génie Pétrolier Rapport de stage DUT présenté et soutenu par : ALI ASSOUMANE Mamane Bachir Sous la direction de : Membres du jury : M. ZAKARIA HALIDOU Abdou Salam Président : Enseignant Technologue à l’IUT/UZ M. BAGALE Mamadou Mala Tuteur professionnel : Enseignant Technologue à l’IUT/UZ M. ABDOU Issoufou Assesseur Opérateur FORACO M. BADAMASSI Ibrahim Enseignant vacataire à l’IUT/UZ Réalisation d’un forage par la technique rotary Zinder, Novembre 2016
  • 3. 3 TABLE DES MATIERES TABLE DES ILLUSTRATIONS .............................................................................................. 6 LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS ............................................................................. 7 DEDICACE................................................................................................................................ 8 REMERCIEMENTS .................................................................................................................. 9 RESUME.................................................................................................................................. 10 INTRODUCTION GENERALE.............................................................................................. 11 CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA DRH/A ET DE LA SNTC ................................... 13 I.1 Présentation de la structure d’accueil.................................................................................. 13 I.1.1 Organisation de la Direction Régionale de l’Hydraulique et de l'assainissement de Tahoua .................................................................................................................................. 13 I.1.2 Missions et objectifs de la direction Régionale de l'hydraulique et de l'assainissement .............................................................................................................................................. 14 I.2 Présentation du projet ......................................................................................................... 14 I.3 Présentation de l’entreprise d’exécution des travaux.......................................................... 15 I.4 Localisation de la zone d’étude........................................................................................... 15 I.5 Environnement physique de la zone ................................................................................... 15 I.5.1 Climat........................................................................................................................... 15 I.5.2 Contexte hydrogéologique ........................................................................................... 16 Conclusion................................................................................................................................ 16 CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES TECHNIQUES DE FORAGE .......................... 17 II.1 Forage au battage............................................................................................................... 17 II.1.1 Principe ....................................................................................................................... 17 II.1.2.1 Avantages............................................................................................................. 17 II.1.2.2 Inconvénients ....................................................................................................... 17 II.2 Forage au rotary................................................................................................................. 17 II.2.1 Principe ....................................................................................................................... 18 II.2.2.1 Avantages............................................................................................................. 19 II.2.2.2 Inconvénients ....................................................................................................... 19 II.3 Forage au marteau fond de trou......................................................................................... 19 II.3.1 Principe ....................................................................................................................... 19 II.3.2.1 Avantages............................................................................................................. 19 II.3.2.2 Inconvénients ....................................................................................................... 19
  • 4. 4 II.4 Paramètres du forage ........................................................................................................ 20 Conclusion................................................................................................................................ 20 CHAPITRE III : PREPARATION ET INSTALLATION DU CHANTIER........................... 21 III.1 Moyens mobilisés sur le terrain........................................................................................ 21 III.1.1. Installation du chantier ............................................................................................. 21 III.2 Préparation de la boue de forage ...................................................................................... 21 III.2.1 Fosses à boue............................................................................................................. 22 III.2.2 Circuit de la boue....................................................................................................... 22 III.2.3 Rôle de la boue de forage .......................................................................................... 23 III.2.4 Caractéristiques de la boue de forage........................................................................ 23 III.3 Problèmes au cours du forage .......................................................................................... 24 III.3.1 Coincement de l’outil ................................................................................................ 24 III.3.2 Perte de boue ............................................................................................................. 24 Conclusion................................................................................................................................ 24 CHAPITRE IV : EXECUTION DU FORAGE ....................................................................... 25 IV.1 Spécification du matériel utilisé....................................................................................... 25 IV.1.1 Sondeuse et la ligne de sonde.................................................................................... 25 IV.1.2 Flexible de forage...................................................................................................... 26 IV.1.3 Pompe à boue ............................................................................................................ 26 IV.2 Méthode de forage utilisé (principe)................................................................................ 26 IV.2.1 Mode opératoire ........................................................................................................ 26 IV.2.2 Echantillonnage......................................................................................................... 27 IV.2.3 Diagraphie ................................................................................................................. 27 IV.3 Equipement et mise en production du forage................................................................... 27 IV.3.1 Pose du décanteur ou sabot ....................................................................................... 28 IV.3.2 Pose du tubage de protection (casing)....................................................................... 28 IV.3.3 Pose des crépines....................................................................................................... 28 IV.3.4 Massif filtrant ............................................................................................................ 28 IV.3.5 Cimentation .............................................................................................................. 29 IV.4 Développement ................................................................................................................ 29 IV.5 Essai de pompage............................................................................................................. 29 IV.6 Analyse de l’eau............................................................................................................... 30 Conclusion................................................................................................................................ 30
  • 5. 5 CONCLUSION GENERALE.................................................................................................. 31 BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................... 31 ANNEXES ............................................................................................................................... 31
  • 6. 6 Table des figures Figure n°1 : Organigramme de la direction régionale de l'hydraulique et de l'assainissement de Tahoua…………………………………………………….13 Figure n°2 : Plateforme forage rotary…………………………………………..18 Figure n°3 : Normes fixées par l’OMS sur l’analyse de l’eau…………………30 Table des photographies Photo n°1 : Fosse à boue……………………………………………………….22 Photo n°2 : Sondeuse et ligne de sonde………………………………………...25 TABLE DES ILLUSTRATIONS
  • 7. 7 AEP : Adduction d’Eau potable BRGM : Bureau de Recherche Géologiques et Minières DRACI : Division Régionale d'appui Conseil et d'Intervention DREPL: Division Régionale des Etudes, Programmation et Législation DRA : Division Régionale de l'Assainissement DRH/A: Direction Régionale de l’Hydraulique et de l’Assainissement DRRHFM: Division Régionale des Ressources Humaines, Financières et Matériels DRHVP: Division Régionale de l'hydraulique Villageoise et Pastorale DRRES: Division Régionale des Ressources en Eau et Statistique DRHUSU: Division Régionale de l'Hydraulique Urbaine et semi-urbaine DUT: Diplôme Universitaire de Technologie GTA : Gouvernorat de Tahoua IUT : Institut Universitaire de Technologie MFT : Marteau Fond de Trou SNTC : Société Nigérienne des Travaux Civils TA : Tahoua TGP : Technologie en Génie Pétrolier UZ : Université de Zinder LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS
  • 8. 8 Je dédie ce travail à ma famille DEDICACE
  • 9. 9 Louange à Allah qui par sa grâce infinie et sa volonté nous a permis d’aboutir à ce travail. Nos remerciements vont à l’endroit de : M. ZAKARIA HALIDOU Abdou Salam, notre tuteur pédagogique pour le suivi, les conseils et explications. Toute l’équipe de la SNTC pour l’accueil et la collaboration. M. Alio Mahamadou, directeur général de la SNTC pour nous avoir permis d’effectuer ce stage dans sa société. M. Souley Adamou Galadima, directeur technique de la société pour ses efforts ABDOU Issoufou et Moussa, foreurs de la SNTC pour nous avoir accueilli dans leurs équipes, confié des tâches, fait confiance et encouragé. M. CHAIBOU Saley, ingénieur des travaux pour son apport et surtout ses encouragements. Nous remercions aussi tout le corps enseignant de l'IUT de Zinder pour la rigueur dans le travail et surtout la patience qu'ils ont montrés tout au long de ces deux ans de formation ; Merci également à tous mes amis et camarades pour leurs apports et leur soutien. REMERCIEMENTS
  • 10. 10 RESUME Pour l'obtention du diplôme Universitaire de Technologie (DUT), un stage de deux mois est obligatoire. C'est en ce sens que nous avons effectué un stage avec comme thème «la mise en œuvre de la techniques de forage : le rotary direct» à la société SNTC. L'objectif du choix du thème est d’étudier la méthode rotary au forage d'eau. La démarche méthodologique adoptée a consisté tout d’abord à la consultation des documents mis à notre disposition suivie des recherches sur internet ; l’utilisation des résultats obtenus lors des opérations pratiques sur le terrain et des entretiens avec les personnes présentes sur le chantier de forage. Mots clés : rotary, forage, SNTC, aquifère ABSTRACT To obtain a University degree of Technology (DUT), a two-month internship is mandatory. It is in this sense that we have completed an internship with the theme "Implementation of drilling techniques: direct rotary" on SNTC society. The aim of the choice of the theme is to study the rotary method of drilling water. The methodology adopted was first to the consultation documents made available followed by searching the internet; the use of results obtained in practical field operations and interviews with people on the well site. Keywords: rotary, drilling, SNTC, aquifer
  • 12. 12 L’eau souterraine est celle qui existe dans les pores, les fissures des roches et dans les sédiments sous la terre. Pour l'extraire, il faut procéder à un forage. Dans le souci d’approvisionner le centre de multiplication des animaux d’Ibecétan en eau, un forage profond a été réalisé. La réalisation de cet ouvrage nécessite l'utilisation de plusieurs techniques parmi lesquelles la technique rotary d’où le choix de notre thème portant essentiellement sur cette méthode de forage et sa mise en œuvre au cours d’un stage effectué à la SNTC, une société intervenant dans le domaine du forage d'eau. L’objectif général étant d’analyser les conditions de mise en œuvre de la technique de forage rotary, les objectifs spécifiques sont définis comme suit :  Comprendre le principe de la méthode rotary ;  Identifier les moyens utilisés pour réaliser un forage ;  Identifier les différentes étapes de réalisation d’un forage. Le présent document est structuré en quatre chapitres repartis comme suit:  Un premier chapitre qui concerne la présentation de la structure d’accueil et l’entreprise d’exécution des travaux.  Un deuxième chapitre sur les techniques de forage.  Le troisième chapitre parle de la préparation et de l’installation du chantier.  Le quatrième chapitre portant sur l’exécution du forage
  • 13. 13 CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA DRH/A ET DE LA SNTC Dans le présent chapitre, sera présentée la direction régionale de l'hydraulique et de l'assainissement (DRH/A), notamment son organisation et ses attributions, la présentation du projet ainsi qu’un aperçu de la zone d’étude et de l’entreprise d’exécution des travaux. I.1 Présentation de la structure d’accueil La direction Régionale de l'hydraulique et de l'assainissement de Tahoua qui est l'une des huit (8) directions régionales que compte le pays, constitue un service déconcentré du Ministère en charge de l'hydraulique et de l'assainissement. I.1.1 Organisation de la Direction Régionale de l’Hydraulique et de l'assainissement de Tahoua Elle est composée de sept (7) divisions régionales et douze (12) directions départementales. Figure n°1 : Organigramme de la direction régionale de l'hydraulique et de l'assainissement de Tahoua Source : direction hydraulique Tahoua Pour les divisions départementales, il s'agit des directions départementales d'Abalak, de BirniN’Konni, de Malbaza, de Bouza, d'Illela, de Bagaroua, de Keita, de Madaoua, de Tahoua, de Tchintabaraden, de Tillia et de Tassara. DRH/A SECRETARIAT DRH/A ADJOINT DRHUSU DRRES DREPLDRACI DRRHFMDRHVP DRA
  • 14. 14 I.1.2 Missions et objectifs de la direction Régionale de l'hydraulique et de l'assainissement A l'instar de ses paires, elle est chargée de conduire la politique du Ministère et par extension celle du gouvernement au niveau régional en matière de l'alimentation en eau potable des populations et de leurs cheptels mais aussi sur la question de l'assainissement. Elle a pour attributions de :  Coordonner, suivre et contrôler l’exécution de tous les plans et programmes de la région relatifs à l’Hydraulique villageoise, pastorale et urbaine ;  Assurer l’implantation des ouvrages à réaliser en liaison avec toutes les parties opérant dans la région ;  Elaborer, suivre et assurer le contrôle des fiches techniques des projets et programmes d’Hydraulique de la région ;  Etudier et préparer les dossiers techniques d’appel d’offres et les marchés relatifs aux études de mise en valeur et d’exploitation des ressources en eau, et aux travaux de réalisation d’infrastructures hydrauliques ;  Organiser l’utilisation du personnel cadre, auxiliaire et de l’assistance technique de la Direction ;  Participer à l’élaboration des programmes des offres et établissements publics du secteur de l’Hydraulique mis en œuvre dans la région ;  Identifier et préparer les programmes et/ou projets d’Hydraulique dans la région;  Participer à l’élaboration et aux études de faisabilité de tous les projets et actions nouveaux de la région relatifs à l’Hydraulique. I.2 Présentation du projet Le présent projet, marché n°20/2013/GTA/DRH/TA conclu entre le gouvernorat de la région de Tahoua et la Société Nigérienne des Travaux Civils S.A (SNTC) a pour objet l’exécution des travaux de réalisation du forage profond de 425 mètres dans le ranch d’Ibecétan commune rurale d’Akoubounou, région de Tahoua.
  • 15. 15 I.3 Présentation de l’entreprise d’exécution des travaux Créée en 2007, la SNTC intervient dans les travaux de Génie Civil, d’équipement hydraulique (forages et AEP). Elle est domiciliée à Niamey et inscrite au registre du Commerce sous le n° RCCM NI NIA 2008 du 08/07/2008 en 3ème catégorie option (Bâtiments et Travaux Publics) et en Hydraulique de la 2ème Catégorie Option (AEP) et option (Puits). Par arrêté n° 195/MUL/A/DGAC/DC, est agréée en Hydraulique Option (forages). Nombre d’années d’expérience comme entrepreneur : Au Niger : 2008 (dans le domaine de l’Hydraulique) et à l’international depuis 2012. Adresse officielle : B.P : 13949 Niamey (Niger) Téléphone : (+227) 96.88.69.49/90.40.05.35 Email : sntc2007@ yahoo.fr I.4 Localisation de la zone d’étude Le forage a été réalisé à 14 km au Nord-est d’Ibecétan, commune rurale d’Akoubounou dans la région de Tahoua. La zone est surtout habitée par des peulh nomades et des touaregs dont l’activité principale est l’élevage. I.5 Environnement physique de la zone I.5.1 Climat La zone connait un climat semi-désertique, de type sahélien. Les hauteurs annuelles moyennes des précipitations sont de 534,6 et 401,3 mm respectivement à Birni N’Konni et Tahoua. Nous distinguons ainsi trois (3) types de saisons bien distinctes :  La saison sèche et froide : de novembre en février, période pendant laquelle la température minimale est généralement de l’ordre de 15°C.  La saison sèche et chaude : de mars à mai, marquée par de fortes températures qui peuvent dépasser les 45°C sous l’effet de l’harmattan, vent chaud et sec du Nord-est lié à une zone anticyclonique saharienne, souffle de façon continue et régulière sur tout le pays.  La saison pluvieuse : de juin à octobre, les pluies sont généralement de courte durée et de forte intensité. Le vent de mousson du sud-ouest, lié à l’anticyclone de Sainte Hélène s’installe. Au passage du Front Inter Tropical (FIT), des vents violents cycloniques se manifestent, souvent accompagnés de tempêtes de sable et d’orages.
  • 16. 16 I.5.2 Contexte hydrogéologique Le bassin des Illumenden contient plusieurs aquifères d’importance et d’intérêt inégaux. Les principaux sont les quatre suivants :  Aquifères du quaternaire : il s’agit en général des nappes des creux dunaires assez régulièrement reparties ou des nappes des formations de piémont en avant des reliefs Crétacés de faible extension et épaisseur, parfois pérennes et qui ont été les seules à être exploitées avant la création des points d’eau modernes ;  Aquifère du paléocène : l’aquifère du paléocène n’existe que dans la région de Tahoua. Il est contenu dans une couche de calcaire d’origine marine d’une quarantaine de mètres d’épaisseur, intercalée entre deux couches imperméables de schistes papyracés. Les caractéristiques hydrogéologiques de cet aquifère sont donc très défavorables ; de ce fait, les quelques forages qui ont tenté de le capter ont fourni un débit dérisoire de quelques centaines de litres par heure avec des rabattements de plusieurs dizaines de mètres.  Aquifères contenues dans les séries crétacé Supérieur : cet aquifère captif d’assez grande extension a été reconnu dans les calcaires blancs du turonien. Ses paramètres hydrogéologiques sont très mal connus, mais il semble que l’aquifère fournit au moins un débit de plusieurs mètres cube par heure, d’une eau peu chargée en sels.  Aquifère du continental intercalaire/hamadien : il renferme une nappe continue essentiellement dans la série des grès de Tégama. La nappe est présente dans toute la région de Tahoua. Conclusion La SNTC, société intervenant dans le domaine des travaux civils et surtout des forages a toujours été à la hauteur des attentes placées en elle. Elle a réalisée plus de cinquante forages d’eau (voir annexe 1) et est dotée de moyens matériels modernes et surtout d’un personnel qualifié dans tous les domaines dans lesquelles elle intervient.
  • 17. 17 CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES TECHNIQUES DE FORAGE Plusieurs techniques de forages ont été développées en fonction du type d’ouvrage recherché et du contexte géologique. Nous retiendrons ici trois (3) techniques courante de forage d’eau, le forage au battage, le forage Rotary et le forage par percussion Marteau Fond de Trou (MFT). II.1 Forage au battage C’est la technique la plus ancienne, utilisée par les Chinois depuis plus de 4000 ans, elle consiste à soulever un outil très lourd (trépan) et le laisser retomber sur la roche à perforer en chute libre. Le forage par battage ne nécessite pas de circuit d’eau ou de boue, et seul un peu d’eau au fond du forage suffit. Il est tout indiqué pour les terrains durs. II.1.1 Principe Le battage se produit par le mouvement alternatif d’un balancier actionné par un arbre à came (ou bien un treuil : cylindre horizontal). Après certain avancement, on tire le trépan et on descend une curette (soupape) pour extraire les déblais (éléments broyés : cuttings). Pour avoir un bon rendement, on travail toujours en milieu humide en ajoutant de l’eau au fond de trou. II.1.2.1 Avantages  Facilité de mise en œuvre ;  pas de boue de forage et une récupération aisée d’échantillons ;  nécessite moins d’eau (40 à 50 l/h) et de n’importe quelle qualité ;  la détection de la nappe même à faible pression est facile : la venue de l’eau à basse pression se manifeste directement dans le forage sans être masquée par la boue. II.1.2.2 Inconvénients  le forage s’effectue en discontinue (forage puis curage de cuttings et ainsi de suite) ;  forage lent et absence de contrôle de la rectitude. II.2 Forage au rotary La technique est relativement récente, ses premières utilisations remontent au 1920. Le rotary est utilisé spécialement dans les terrains sédimentaires non consolidés pour les machines
  • 18. 18 légères, mais les machines puissantes de rotary peuvent travailler dans les terrains durs (pétroliers). II.2.1 Principe Le rotary est une méthode par rotation et broyage. Les déblais sont entraînés vers la surface par la circulation d’un fluide de forage, en général de la boue de forage, dans l’espace annulaire entre le terrain et le train de tiges. L’avancement de l’outil s’effectue par abrasion et broyage (deux effets) du terrain sans choc, mais uniquement par translation et rotation (deux mouvements). Le mouvement de translation est fourni principalement par le poids des tiges au dessus de l’outil. La circulation d’un fluide permet de remonter les cuttings à la surface. La boue est injectée à l’intérieur des tiges par une tête d’injection à l’aide d’une pompe à boue, et remonte dans l’espace annulaire en mouvement ascensionnel, en circuit fermé sans interruption. Figure n°2: Plateforme forage rotary Source: BRGM
  • 19. 19 II.2.2.1 Avantages  Les forages de grands diamètres sont exécutés rapidement et économiquement ;  facilité de mise en place des équipements de forage ;  bons rendements dans les terrains tendres. II.2.2.2 Inconvénients  Nécessite beaucoup d’eau ;  nécessite un grand investissement (matériels très importants). II.3 Forage au marteau fond de trou Cette technique permet de traverser des terrains durs. Le marteau fond de trou fonctionne à l’air comprimé par percussion d’un taillant. L’avancement peut être rapide : 100 mètres en un ou deux jours. II.3.1 Principe Le principe repose sur un taillant à boutons en carbure de tungstène, fixé directement sur un marteau pneumatique, est mis en rotation et percussion pour casser et broyer la roche du terrain. Le marteau fonctionne comme un marteau piqueur, à l’air comprimé à haute pression (10 à 25 bars) qui est délivré par un compresseur, et permettant de remonter les cuttings. Cette technique est surtout utilisée dans les formations dures car elle permet une vitesse de perforation plus élevée que celles obtenues avec les autres techniques. II.3.2.1 Avantages  Technique très intéressante dans les zones où l’eau est très rare ;  mise en œuvre rapide et simple ;  permet de détecter la présence d’un aquifère lors du forage. II.3.2.2 Inconvénients  Au démarrage d’un forage, l’air de soufflage peut éroder le sol autour du trou à forer et mettre en danger la stabilité de la machine ;  en cours de forage, la remontée des déblais érode les parois du trou, ce qui peut entraîner des effondrements susceptibles de bloquer le train de tige ;  les pertes d’air dans les terrains très meubles entraînent une diminution de la vitesse ascensionnelle des cuttings.
  • 20. 20 II.4 Paramètres du forage Pour avoir le meilleur rendement d’un atelier de forage rotary, il convient d’être très vigilant sur les trois paramètres suivants :  le débit des pompes (à boue, à air) : la vitesse de remontée des cuttings doit se situer autour de 60 m/min. au minimum. Le choix de la puissance de la pompe et de son moteur sera conditionné par le volume total de boue à mettre en ouvre pour la plus grande profondeur du forage, en tenant compte des pertes de charge, de la viscosité de la boue et de dimensions des tiges.  le poids sur l’outil : l’avancement s’accroîtra en fonction du poids sur l’outil (qui augmente en s’avançant par le montage au fur et à mesure de tiges), mais on est limité dans cette voie par l’usure rapide des lames et des dents et surtout par détérioration rapide des roulements des outils à molettes. Le contrôle du poids sur l’outil s’opère par le dynamomètre qui mesure la tension du brin (file) mort du câble, il donne le poids de tout ce qui est suspendu au crochet.  la vitesse de rotation : la plus part des appareils rotary sont munis d’un indicateur donnant la vitesse de rotation de la table (table de rotation). Dans les terrains durs, la vitesse de rotation sera faible ; elle sera plus élevée lorsque les terrains seront tendres. Cette vitesse qui se calcule en fonction de la vitesse des moteurs et le rapport des transmissions, devra être vérifiée par un appareil de contrôle. Conclusion Le choix d’une technique de forage se fait sur : la nature du terrain, sa teneur en eau, l’avancement de l’outil de forage, la quantité d’eau à utiliser, l’endroit du forage…etc. Au- delà de certaines profondeurs, le rotary à l’air comprimé est à éviter car il est difficile à maîtriser (mauvaise remontée du cuttings). Dans les terrains sédimentaires peu consolidés, le rotary à la boue est le plus adéquat.
  • 21. 21 CHAPITRE III : PREPARATION ET INSTALLATION DU CHANTIER La préparation du matériel ainsi que leur bonne répartition sur le terrain de forage est une étape importante sur tout chantier de forage car au delà de l’aspect organisationnel, cette préparation permet d’assurer une fluidité des opérations ce qui n’est pas sans conséquence sur la durée du forage permettant ainsi de le réaliser dans le temps imparti par le cahier des charges. III.1 Moyens mobilisés sur le terrain L’organisation de chantier de forage doit permettre au foreur d’intervenir rapidement en cas de problème. III.1.1. Installation du chantier Les précautions à prendre doivent conduire à déterminer : - un périmètre de sécurité autour du chantier, - un accès pour les véhicules, - un approvisionnement en eau (citernes), - un accès facile pour le remplissage des fosses, - un endroit sec pour la rédaction (bureau), - une zone de déblais (cuttings), - un terrain aplani pour faciliter le calage de la machine, - l’emplacement et le creusage des fosses à boue, - l’installation de toutes les unités de pompage, de pression hydraulique et des moteurs sur un plan horizontal, III.2 Préparation de la boue de forage Dans les terrains argileux il est préférable de forer à l'eau simple sans bentonite pour éviter de colmater l’aquifère. Le fluide de circulation en forage rotary peut être de l’eau, de la boue, de
  • 22. 22 l’huile, de l’air, quelquefois du gaz, ou un mélange quelconque de ces éléments. La boue de forage utilisée dans notre cas est à base d’eau. Il est précisé dans le marché que tous les produits utilisés seront d’une composition propre à ne pas colmater les couches productives et devront être biodégradables. Toutefois, dans le cas de perte de circulation de boue dans les zones stériles de surface, les boues bentoniques pourraient être utilisées. Cependant, la boue à base d’huile est un fluide rarement utilisé car plus cher que celle à base d’eau. Presque tous les puis forés par la méthode rotary dans la région utilisent comme fluide une boue à base d’eau. III.2.1 Fosses à boue La fosse à boue ou bassin est un fossé rectangulaire creusé dans le sol dont les parois sont stabilisées par un coulis du ciment. Elles se forment d’une fosse de décantation, d’une fosse de pompage et de canaux. Les fosses et les canaux sont régulièrement curés et nettoyés des sédiments déposés en cours de forage. Le dimensionnement des fosses à boue se fait en fonction de la profondeur du forage à réaliser. Photo n°1 : Fosse à boue Source : AMAFOR, Juillet 2016 III.2.2 Circuit de la boue Le système de circulation est classique : les parties principales se composent d’une pompe à boue, d’un tube flexible relié à l’arbre de forage (ligne de sonde) permettant ainsi le pompage de la boue tandis que l’outil tourne, et un retour au bassin en surface d’où la boue peut être à nouveau reprise pour être pompée. Le principe est le suivant : à partir du bassin de boue, par l’intermédiaire du flexible, la pompe aspire la boue et refoule celle-ci dans la tête d’injection. De là, la boue descend à l’intérieur du train de tiges, arrive à l’outil qu’elle lubrifie et remonte à travers l’espace annulaire en entrainant les déblais de forage en surface.
  • 23. 23 III.2.3 Rôle de la boue de forage La boue joue plusieurs rôles dans l’exécution d’un forage :  Transport des déblais en surface : la circulation évacue les éclats de roches, les particules de sable ou d’argile en dehors du puits par le mouvement de la boue dans l’espace annulaire (l’espace compris entre la ligne de sonde et la paroi du trou) ;  refroidir le trépan tout en le lubrifiant ; la boue de forage vise à faciliter le forage de la roche, en lubrifiant et refroidissant le trépan car un outil mal refroidi s’échauffera très vite et s’usera très rapidement ;  déposer un gâteau d’argile, appelé cake sur les parois du puits, ce qui contribue à éviter les éboulements ;  Prévention des venues de fluides de la formation : les pressions de l’eau contenue dans les formations pénétrées par l’outil peuvent être supérieures à la pression hydrostatique de la boue de forage. Si cela se produit, le fluide la formation pénétrera librement dans le puits, et il faudra injecter une boue plus lourde pour augmenter la pression au fond du trou, et par conséquent dépasser la pression du trou. III.2.4 Caractéristiques de la boue de forage Elles doivent être contrôlées et au besoin corrigées pour s’assurer des rôles précités. Pour ce faire, tout au long de la réalisation du forage, on devrait procéder aux vérifications des paramètres suivants à des intervalles de temps réguliers :  La viscosité : mesurée à l’aide de l’entonnoir de Marsh ; une viscosité élevée provoque des difficultés pour le pompage de la boue, alors qu’une boue à viscosité moins élevée perd sa propriété pour consolider les parois ;  La densité : mesurée avec la balance de Baroïd, elle s’exprime par comparaison avec l’eau pure de densité 1 par définition ;  La teneur en sable : le sable est dangereux par son action abrasive dans tout le circuit où il circule et peut endommager la pompe à boue. On recommande de ne pas dépasser une teneur maximale de 5% ;  le pH permet d’indiquer l’acidité ou l’alcalinité de la boue. Une boue dont le pH < 7 provoque un risque de floculation, alors qu’une boue dont le pH > 10 indique sa contamination par le ciment ou par l’eau de l’aquifère ;
  • 24. 24  cake : c’est la propriété de laisser déposer une couche d’argile sur la paroi. Il joue le rôle inverse de filtrat. Le cake ne se forme pas sur une paroi non perméable.  thixotropie : c’est la propriété d’une boue à passer d’une consistance rigide à un aspect fluide sous l’effet de brassage (agitation). III.3 Problèmes au cours du forage III.3.1 Coincement de l’outil La non verticalité du trou, des tubes brisés ou déboités sont des origines possibles du coincement des tiges de sondage dans le trou. Des objets qui tombent dans le trou et des éléments fragiles de la colonne, qui se brisent, peuvent également conduire au coincement des tiges. III.3.2 Perte de boue Une perte de fluide indique habituellement la présence des fractures, cavités ou autres vides dans les terrains traversés. La perte de fluide mène habituellement à une diminution de la pression, ce qui peut poser des problèmes majeurs au foreur. Cette perte peut être maîtrisée en ajoutant des additifs à la bentonite pour l'alourdir. Conclusion De la qualité de la boue dépend la qualité du forage. Négliger les paramètres liés au sol où doit avoir lieu le forage se traduit bien souvent par une surconsommation de boue, un allongement du temps de forage et une dégradation des matériels.
  • 25. 25 CHAPITRE IV : EXECUTION DU FORAGE Après l’installation du chantier et la préparation de la boue, place à la foration qui constitue le creusage du trou de forage puis l’équipement de l’excavation. IV.1 Spécification du matériel utilisé Nous dressons ici une liste non exhaustive de quelques éléments essentiels dans un atelier de forage au Rotary : IV.1.1 Sondeuse et la ligne de sonde La ligne de sonde, l’appareil de forage et la pompe à boue sont les principaux matériels mis en œuvre sur un atelier rotary : Les tiges courantes, vissées les unes aux autres, participent à la charge sur l’outil et transmettent la rotation tout en amenant la boue sous pression depuis la tête d’injection. Son mécanisme est assuré par un moteur hydraulique. Selon le type de formation rencontrée lors du fonçage du trou de forage, la vitesse de rotation est réglée à partir du tableau de bord de la sondeuse. Photo n°2 : sondeuse et ligne de sonde Source : AMAFOR, 2016
  • 26. 26 IV.1.2 Flexible de forage C'est une conduite souple muni d'une vanne permettant le passage du fluide qui permet principalement l'injection de la boue refoulée par la pompe à boue dans la tête d'injection située au sommet du train de tiges. IV.1.3 Pompe à boue La pompe à boue, naturellement, est l’élément principal du système de circulation de la boue. Son rôle consiste à fournir la puissance au fluide sous forme de pression et de volume. Elle est muni d'un tuyau crépiné lui permettant d'aspirer la boue présente dans la fosse de pompage et d'une conduite de refoulement pour l'injection du fluide dans le trou à travers le flexible d'injection. La pompe à boue est généralement munie d’un équipement auxiliaire telque le dessableur qui est nécessaire à la séparation du sable contenue dans la boue pour éviter toute éventuelle usure de certains éléments de la pompe tels que le piston, le clapet… IV.2 Méthode de forage utilisé (principe) La méthode de forage rotary utilise un outil (trépan) monté au bout d´une ligne de sonde (tiges vissées les unes aux autres), animé d´un mouvement de rotation de vitesse variable et d´un mouvement de translation verticale sous l´effet d´une partie du poids de la ligne de sonde ou d´une pression hydraulique. Le mouvement de rotation est imprimé au train de tiges et à l´outil par un moteur situé sur la machine de forage en tête de puits. Les tiges sont creuses et permettent l´injection de boue au fond du forage. Les outils utilisés en rotation sont des trépans de plusieurs types en fonction de la dureté des terrains rencontrés (outils à lames, molettes ou tricône, outils diamantés ou à carbures métalliques). Au-dessus du trépan, on peut placer une ou plusieurs masses-tiges très lourdes qui accentuent la pression verticale sur l´outil et favorisent la pénétration et la rectitude du trou. Le forage rotary nécessite l´emploi d´un fluide de forage préparé sur le chantier, le fluide est injecté en continu sous pression dans les tiges creuses de la ligne de sonde, il sort par les évents de l´outils et remonte à la surface dans l´espace annulaire (entre les tiges et les parois du trou). IV.2.1 Mode opératoire La technique de forage utilisée est le rotary à la boue à base de GS 550 et du CMC puis à base de Bentonite et du produit Polyfor selon le mode d’exécution suivant :  Installation de la sondeuse et de la pompe à boue  Creusage de la fosse à boue ;
  • 27. 27  Installation et préparation de la boue ;  Foration du trou guide au diamètre 17 pouces  Foration du trou au diamètre 12 pouces  Contrôle de trou et de l’outil  Gravillonnage (massif filtrant)  Pose du tubage de protection  Cimentation  Pose des crépines  Développement ou soufflage  Essai de pompage IV.2.2 Echantillonnage Le forage à la boue permet de fournir à la surface des échantillons broyés ou non du terrain rencontré par l’outil au fond du trou. S’il s’agit de forage au rotary, ces échantillons contiennent une forte portion de la boue de circulation. Pour le forage au battage, il procure un échantillonnage nettement plus représentatif de la formation. La nature géologique de ces débris, leur taille, leur forme, leur couleur, leur porosité, leur contenu en fluides (eau, hydrocarbures, autres gaz) fournissent des informations précieuses sur les roches forées. Les échantillons prélevés doivent être représentatifs et suffisants afin de permettre une meilleure analyse. IV.2.3 Diagraphie Une diagraphie (well log) consiste à mesurer, à l'aide de différentes sondes, les caractéristiques des roches traversées lors d'un forage. D'une manière générale, on appelle diagraphie tout enregistrement d'une caractéristique d'une formation géologique traversée par un sondage en fonction de la profondeur. Une diagraphie instantanée enregistre les caractéristiques de la formation pendant le forage tandis qu'une diagraphie différée détermine les caractéristiques de la formation après le forage. IV.3 Equipement et mise en production du forage La mise en place de l'équipement, des tubes et du captage (crépine et gravier filtre) est une étape essentielle de la réalisation du forage d’eau. Le plan de captage et la position des crépines influeront de façon très importante sur le débit d’exploitation de l’ouvrage.
  • 28. 28 IV.3.1 Pose du décanteur ou sabot Le sabot se trouve à la terminaison du tubage de production ou des crépines. Il est censé créer une zone morte du point de vue de la circulation en cas de pompage ou d'injection. Il permet la sédimentation de particules, et la mise à l'écart de la circulation des objets qui tomberaient malencontreusement dans la colonne. Le sabot doit avoir le même diamètre que le casing. IV.3.2 Pose du tubage de protection (casing) Pour éviter les risques d’effondrement de terre dans le trou du forage (qui sont de plus en plus importants si la profondeur du forage devient importante), on recommande de placer le tubage le plus rapidement possible. Les casings sont descendus dans le trou jusqu’au toit de l’aquifère et sont soudés au décanteur. Le dernier tube doit être au dessus de la surface de sol d’environ 0,5 m. IV.3.3 Pose des crépines. Les crépines sont les tubes possédant des espaces laissant passer le fluide de l'encaissant exempte de particules. Il existe une grande variété de matériaux et de modèles de crépines. Le choix du degré d’ouverture de la crépine dépend de la granulométrie du captage. Le massif filtrant permet d’utiliser des crépines à perforations plus larges et d’augmenter ainsi le débit du forage. Le choix de la longueur d’une crépine dépend du niveau de la nappe, de l’épaisseur de la nappe à exploiter, de la nature et la structure des couches aquifères formant la nappe. La crépine doit être placée dans une position où les caractéristiques hydrauliques sont les meilleures. Pour choisir cette position, on doit se baser sur : les diagraphies instantanées, les pertes de boue, l’analyse des échantillons. IV.3.4 Massif filtrant Un massif filtrant est constitué de graviers que l’on fait descendre le long de l’espace annulaire du tubage, ce qui permet, tout en fixant la colonne de captage, de filtrer l’eau entrant dans la crépine en arrêtant les particules fines de sable ou autres. Le volume nécessaire du gravier peut être défini théoriquement (volume du trou moins volume de tubage) ou de la manière empirique suivante selon E.Drouart V = h.0,8(D2 – d2 ) Où V : le volume de gravier en litre. h : hauteur du massif de gravier en m. D : diamètre du trou en pouces. d : diamètre des tubes en pouces
  • 29. 29 IV.3.5 Cimentation Le rôle de cimentation est de protéger le forage contre les pollutions extérieures. Elle est réalisée avec du laitier de ciment. L’opération consiste à remplir avec un mélange d’eau et de ciment (laitier de ciment) l’espace annulaire au dessus du massif filtrant jusqu’à la surface de sol. Le dosage de laitier de ciment est d’environ 50 l d’eau pour 100 kg de ciment. IV.4 Développement Le développement d’un forage est une étape très importante qui permet d'éliminer la plupart des particules fines du terrain et du gravier filtre qui pourraient pénétrer dans le forage ainsi que le reste du cake de boue et d'arranger le terrain autour de la crépine afin d'en augmenter la perméabilité. Cette opération permet d'augmenter de façon significative le débit du forage initialement estimé. La nappe est en effet progressivement mise en production, l'aquifère est libéré de ses fines particules, la perméabilité et le débit instantané augmentent. Il existe plusieurs moyens qui s’offrent à nous pour opérer un développement, notons:  le surpompage Le développement par surpompage, consiste à mettre provisoirement le forage en production par un pompage à un débit supérieur à celui de l’exploitation future  le développement pneumatique Le développement pneumatique est le plus efficace et le plus répandu. L’avantage est que le matériel de pompage ne subit pas de détérioration (pompage de sable). Il s’agit de faire subir au captage des contraintes assez fortes dans toutes les directions, pression et dépression en introduisant d’important volumes d’air et de mettre en production l’ouvrage par ‘’air lift’’. L’opération consiste à alterner les phases de pompage à l’air lift et les phases de soufflage direct d’air au niveau des crépines. IV.5 Essai de pompage L’essai de pompage est l’un des moyens les plus utiles pour déterminer les propriétés hydrauliques des couches aquifères et d’optimiser leur exploitation. Il existe plusieurs méthodes de pompage d’essai, et parmi ces pompages d’essais, le pompage par palier.
  • 30. 30 Un essai par paliers est aussi appelé essai de performance, essai de puits (par opposition aux essais de nappes), et essai de courte durée (par opposition aux essais de longue durée). Concrètement un essai par paliers permet d'évaluer la performance d'un ouvrage de captage. Il est mené suivant plusieurs débits croissants (habituellement quatre), pendant de très courtes périodes (appelées les paliers). On mesure le rabattement à la fin de chaque palier ainsi que le débit. Chaque palier est suivi par un arrêt d’une durée permettant la remontée du niveau d’eau. Par expériences, trois paliers avec débits croissants, dont chacun de deux heures sont suffisants. L’intérêt du pompage par palier est de déterminer les caractéristiques du forage comme le débit critique, le débit d’exploitation et le rabattement maximal autorisé qui permet de connaitre la profondeur de l’installation de la pompe. IV.6 Analyse de l’eau Chaque forage fera l'objet d'un prélèvement d'eau en fin de pompage pour analyse physico- chimique. Cette analyse, à la charge de l'entrepreneur sera effectuée par l'administration et portera sur les paramètres et éléments suivants : pH, Conductivité, Na, K, F, Ca, Mg, Mn, HCo3, SO4, Cl.... Ces analyses consistent à voir si ces paramètres respectent la norme fixée par l’OMS. Figure 3 : Normes fixées par l’OMS sur l’analyse de l’eau Source : OMS Conclusion Ainsi le développement est la dernière étape dans la réalisation d’un trou de forage. Elle implique l’élimination des matières plus fines dans l’aquifère, le nettoyage et l’ouverture des trous les espaces de pores à travers lesquels l’eau peut passer dans le trou de forage.
  • 32. 32 Le forage est une étape indispensable pour la recherche et l’exploitation des substances utiles qui se trouvent dans le sous-sol. Mais malgré les avantages indéniables qu’il présente, il y a aussi des problèmes liés à son application car, en premier lieu, il y a son coût assez élevé. Les forages ne doivent pas être utilisés n’importe comment, il faut utiliser des méthodes. Le choix d’une technique de forage se fait sur : la nature du terrain, sa teneur en eau, l’avancement de l’outil de forage, la quantité d’eau à utiliser, l’endroit du forage…etc.. Au- delà de certaine profondeur, le rotary à l’air comprimé est à éviter car il est difficile à maîtriser (mauvaise remontée du cuttings). Dans les terrains sédimentaires peu consolidés, le rotary à la boue est la plus adéquat. Dans les terrains argileux il est préférable de forer à l'eau simple sans bentonite pour éviter de colmater l’aquifère. De la qualité de la boue dépend la qualité du forage. Négliger les caractéristiques de la boue conduit à des problèmes de trou allant du coincement de la garniture jusqu’à l’abandon du forage. Les fluides de forage ont été utilisés pour l'évacuation continue des déblais. Le fluide utilisé initialement était l'eau, avec le développement des différentes techniques de forage qui sont en relation avec la croissance de la profondeur, et dans des conditions géologiques de plus en plus compliqués, le rôle du fluide est devenu de plus en plus important. Soulignons aussi que le stage constitue un élément primordial dans la formation des étudiants à l’Institut Universitaire de Technologie de Zinder et surtout dans la vie professionnelle qui les attend. Au cours de notre stage, nous avons appris et retenu beaucoup de choses. Grâce aux différentes tâches accomplies, aux observations faites et surtout aux explications reçues des opérateurs, nous avons eu à comprendre le fonctionnement de la société ainsi que la mise en œuvre de la technique rotary.
  • 34. 34  Ouvrages 1. François, R. (2002). cours d’hydrogéologie 2. Vincent, F. (2009). les forages de reconnaissanceorex 3. Dr Mehdi, M. (2013). forage techniques et procédés. Université de Bouira 4. le forage d’eau, guide pratique : Albert mabillot  Webographie 5. https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Fluide_de_forage, consulté le 4 septembre 6. http://tpe-petrole.lo.gs/c-forage-et-exploitation-p29087, consulté le 4 septembre 7. http://www.rapportdestage-facile.com/comment-presenter-soutenir-rapport- stage, consulté le 5 septembre 8. https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Diagraphie, consulté le 28 Août 9. https://fr.m.wikiversity.org/wiki/Essai_de_pompage/Essais_par_paliers 10. http://foad-uam.refer.ne/course/info.php?id=41, consulté le 4 septembre
  • 36. Titre des annexes Annexe 1 : Références techniques de la SNTC Annexe 2 : Tiges de forage et tubes de protection Annexes 3 : Echantillons
  • 37. Annexe 1 : références techniques de la SNTC Nom du projet /type de travaux Valeur totale des travaux sous sa responsabilité (€ ou FCFA) Pério de du Contr at Date de démarrage et de fin du projet (mois/année) % des travaux réalisés Autorité contractante et lieu Titulai re princi pal (P) Accept ation finale émise - Oui - Pas encore (Contra ts en cours) – Non A) National Année 2009 Réalisation de 4 forages d’Hydraulique villageoise dans le Département de Madaoua (Région de Tahoua) 43.600.000 2009 05/06/2009 au 29/06/2009 100% ONG EDUCATION- PAUVRETE ET SANTE P Termin é Réalisation de 3 forages d’Hydraulique villageoise dans les villages de Birni Lafa, Soffo, et Tilwey de la Commune rurale de Hamdalaye du Département de Kollo (Région de Tillabéry) 38.062.985 2010 14/01/2011 au 25/02/2011 100% Ministère du Développement Agricole P Termin é
  • 38. Réalisation de 12 forages de profondeur moyenne de 80 ml dont un est équipé d’une électropompe et 11 de pompes à à motricité humaine de type Vergnet avec leurs superstructures dans les Départements de Keita et Illélla (Région de Tahoua) 114.212.352 2011 02/04/11 au 04/06/11 100% ONG EDUCATION- PAUVRETE ET SANTE P Termin é Réalisation d’un forage profond de 400 ml dans la Commune de Garahanga dans le cadre du projet Résilience Plus (Région de Tahoua) 143.604.350 2012 11/03/12 au 07/05/12 100% projet Résilience Plus (Région de Tahoua) P Termin é Réalisation de 9 forages équipés de pompes à motricité humaine et superstructures dans les villages de du Département de Keita (Région de Tahoua) 91.144.762 2012 18/09/12 au 07/11/12 100% ONG EDUCATION- PAUVRETE ET SANTE P Termin é Réalisation d’un forage profond de 431 ml dans le village de Chadawanka dans le village d’Aboukounou du Département d’Abalack (Région de Tahoua) 156.780.540 2013 14/03/13 au 05/04/13 100% Projet de renforcement de capacité des Unions des coopératives et Groupements AMAMA NIR 1752 TAHOUA P Termin é
  • 39. Réalisation de huit (8) forages équipés de PMH et superstructures dans les Département de Kantché (Région de Zinder) 69.876.000 2013 23/09/2013 Au 02/11/2013 100% UNICEF P En cours Travaux de réalisation d’un forage de 425 m à Ibécéten dans le Département d’ABALAK (Région de Tahoua) 209.689.900 2013 Non démarré 100% Gouvernorat de Tahoua P Termin é Nom du projet /type de travaux Valeur totale des travaux sous sa responsabilité (€ ou FCFA) Pério de du Contr at Date de démarrage et de fin du projet (mois/ann ée) % des travaux réalisés Autorité contractant e et lieu Titulaire principal (P) Acceptation finale émise ? - Oui - Pas encore (Contrats en cours) – Non B) International Réalisation de 40 forages piézométriques en Guinée de Conakry de 7900 ml 359.500.000 2012 Mars au mois de Mai 2012 100 % ULC Afrique de l’Ouest P Terminé Réalisation de 40 forages piézométriques au Mali de 1800 ml 255.000.000 2012 100 % ULC Afrique de l’Ouest P Terminé Total (International) 614.500.000
  • 40. Annexe 2 : Tiges de forage et tubes de protection Tiges de forage de diamètre 4 pouces Tubes de protection (casing) de diamètre 8 pouces Source : AMAFOR, 2016
  • 41. Annexes 3 : Echantillons Source : AMAFOR, 2016