Partiel BTS04-2A Janvier 2017

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1 Partiel BTS04-2A Janvier 2017 Correction de l examen Lié aux interventions de la société GHI et de Sigma Béton Ressources en eau souterraine en milieu sédimentaire Essais de sols

2 Question 1 méthodes de foration La coupe géologique proposée traverse des formations sédimentaires tendres à relativement tendres en surface (sables et argiles jusqu à 30 m) puis plus massives en profondeur (calcaires et calcaires-marneux jusqu à la base à 85 m) En conséquence, afin de réaliser cet ouvrage deux méthodes peuvent être préférentiellement employées : - sur les 30 premiers mètres (partie supérieure plus meuble) on privilégiera la méthode Rotary avec l emploi d un tricône. Cette foration pourra se faire à la boue ou à l air (une alternative pourrait consister à utiliser du marteau fond de trou à l avancement mais il est peut probable que cette méthode permette le passage dans les niveaux les plus argileux)

3 Question 1 méthodes de foration - pour la partie «corps» de forage entre 30 et 85 m, les formations géologiques semblent plus massives. La méthode mise en œuvre devra permettre de traverser ces horizons plus durs. On fera alors appel à la méthode dite du Marteau Fond de Trou. Cette méthode utilisant la percussion sera bien adaptée pour les formations carbonatées plus massive. Rapide elle permettra entre autre de reconnaitre la géologie par la remontée des cuttings et de préciser (localiser) les différentes arrivées d eau au sein de la formation carbonatée productive (calcaires fissurés productifs). Une alternative consisterait à mettre en œuvre la méthode rotary qui s avérerait plus lente et onéreuse.

4 Question 2 coupe technique La coupe technique proposée ci-dessous pour un forage de reconnaissance est une coupe qui prend en compte la nature géologique des matériaux forés : - peu stables en tête sur 30 m - aquifères avec des calcaires entre 30 et 77 m - stables mais peu à pas aquifères entre 77 et 85 m Comme il s agit d un forage de reconnaissance pouvant être transformé en forage d exploitation, on utilisera des tubages qui pourront éventuellement être retirés. Le choix du PVC parait judicieux pour cette raison (retrait possible rapide) et pour le coût moindre. En formation sédimentaire, un débit compris entre 20 et 50 m3/h est prévisible, le diamètre intérieur du tubage PVC devra donc permettre la pose d une pompe 6 pouces (diamètre 150 mm). La coupe technique théorique attendue peut être la suivante :

5 Question 2 coupe technique

6 Question 3 mesures de diagraphie Les mesures de diagraphie qui peuvent être mises en œuvre lors et suite à la réalisation du forage de reconnaissance sont les suivantes : - gamma-ray pour définir et préciser la coupe géologique des terrains forés. Si le forage n est pas encore tubé, accompagnant le gamma-ray il peut être réalisé une résistivité. Cette mesure complétera l information géologique obtenue par le gamma-ray - un micromoulinet pour localiser et quantifier les arrivées d eau - une mesure de température et conductivité de l eau de façon à connaitre le profil thermo-résistif de l aquifère et définir ou non la présence d éventuelles pollutions

7 Question 3 mesures de diagraphie - une imagerie de paroi optique (en eau claire) ou une imagerie de paroi acoustique (en eau trouble) pour reconnaitre au sein de la formation aquifère calcaire des structures faillées ou fissurées productrices (on pourra déterminer leurs directions et pendages) et corréler éventuellement les résultats avec ceux du micromoulinet) - une mesure de verticalité pour définir la direction dans laquelle part le forage au cas où il serait transformé en forage d exploitation par réalésage

8 Question 4 pompages d essai Deux types de pompages d essai peuvent être envisagés : - un pompage d essai par paliers ou essai de puits. Ce type de pompage, de courte durée (8 à 10 heures) permet de caractériser l ouvrage en définissant le débit critique et les pertes de charge. Les paliers sont soit enchainés (à débits croissants sans remontée entre chaque paliers), soit non enchainés (à débits croissants avec arrêt et remontée entre chaque paliers). Les temps de pompage et d arrêt sont de durée identique.

9 Question 4 pompages d essai - un pompage d essai de longue durée ou essai de nappe. Ce type de pompage permet de définir les caractéristiques hydrodynamiques de l aquifère (transmissivité T, coefficient d emmagasinement S, limites, ). Ce pompage se fait à débit constant (débit défini suite au pompage d essai par paliers débit critique). En contexte sédimentaire, il aura une durée de 24, 48 ou 72 heures. Pour déterminer le coefficient d emmagasinement S, des piézomètres sont indispensables en plus de l ouvrage de pompage

10 Question 5 nombre de paliers Pour un pompage d essai par paliers à débits croissants sur une durée de 8 heures, deux possibilités de pompage s offrent à nous : - un pompage d essai par paliers enchainés réalisé de la façon suivante :. 4 paliers enchainés de 2 heures chacun à débits croissants de 10, 20, 30 et 40 m3/h sans arrêt du pompage entre les paliers - un pompage d essai par paliers non enchainés réalisé de la façon suivante. 4 paliers d 1 heure chacun à débits croissants de 10, 20, 30 et 40 m3/h entrecoupés de 4 arrêts d 1 heure

11 rabattement en m Partie 1 Question 5 paliers enchainés (exemple : ici 3 paliers enchainés) Débit em m 3 /h 10 Mesures manuelles Débit Temps en minutes

12 Rabattement (m) Partie 1 Question 5 paliers non enchainés (exemple : 4 paliers non enchainés) Essai de puits - rabattement = f (temps) Temps (mn)

13 Rabattement (m) Question 6 débit critique Graphiquement le débit critique correspond au point d inflexion de la courbe caractéristique du pompage d essai par paliers (ici 9 m3/h environ) Essai de puits - Courbe caractéristique Débit (m3/h)

14 Question 7 transformation en forage d exploitation Les résultats obtenus suite au pompage d essai permettent d envisager des débits d exploitation de l ordre de 100 m3/h. Cela implique donc que la pompe qui sera mise en place pour l exploitation de l ouvrage sera une pompe 8 pouces d un diamètre d environ 205 mm. En conséquence, le diamètre du tube dans lequel sera descendu la pompe devra être supérieur et d au moins 220 mm. Les travaux qui pourront donc être entrepris pour transformer le forage de reconnaissance en forage d exploitation sont les suivants :

15 Question 7 transformation en forage d exploitation - hypothèse n 1 : reprise du forage existant :. Retrait du tubage PVC mis dans le forage. Réalésage de la tête de forage sur 30 m (diamètre > 400 mm). Mise en place d un tubage acier (ou inox) en diamètre 300 mm. Cimentation de l espace annulaire entre tubage acier et terrain. Reprise de la foration entre 30 et 85 m en diamètre compris entre 280 et 250 mm. Mise en place d une colonne captante en PVC ou acier avec centreurs de diamètre 220 mm

16 Question 7 transformation en forage d exploitation - hypothèse n 2 : création d un nouveau forage à proximité du forage de reconnaissance qui pourra être équipé en piézomètre :. Réalisation de la tête de forage sur 30 m (diamètre > 400 mm). Mise en place d un tubage acier (ou inox) en diamètre 300 mm. Cimentation de l espace annulaire entre tubage acier et terrain. Reprise de la foration entre 30 et 85 m en diamètre compris entre 280 et 250 mm. Mise en place d une colonne captante en PVC ou acier avec centreurs de diamètre 220 mm. L espace entre la colonne captante et le terrain foré : - peut être rempli de massif filtrant entre et 85 m - ce massif est surmonté d un bouchon d argile - lui-même surmonté d une cimentation

17 Question 7 transformation en forage d exploitation coupe technique

18 Question 8 type d aquifère capté L aquifère carbonaté capté est de type captif. Il est en effet «sous pression». Sa partie supérieure n est pas en contact directe avec la surface du sol et donc ne peut être alimentée par les eaux d infiltration en raison : - des 27 m de sables et argiles qui constituent un horizon «étanche» - des 3 m d argiles compactes présentes entre 27 et 30 m qui eux sont parfaitement étanches

19 Question 9 interprétation pompage débit en m3/h R a b a t t e m e n t e n m

20 Question 9 interprétation pompage débit en m3/h y = 0,0091x + 0,1779 R a b a t t e m e n t / d é b i t 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,

21 Question 9 interprétation pompage L interprétation de ces données de pompage permet de définir : - un débit critique autour de 25 m3/h - un rabattement total, s, à l instant t donné par l expression de Jacob : s = BQ + CQ2 ou B = 0.18 et C = 0.009, caractérisant ainsi des pertes de charges linéaires et quadratiques relativement faibles

22 Partie 2 Question 1 A : Plateforme support de chaussée (PF) : terme technique représentant le niveau prêt à recevoir le corps de la chaussée. Ce n est pas une couche mais un niveau de finition B : Arase terrassement (AR) : c est un autre niveau du terrassement, qui correspond au mètre de matériau (déblai ou remblai) préparé pour recevoir la couche de forme. 1 : Chaussée mais on peut accepter comme réponses correctes «corps de chaussée», les couches qui la constituent («roulement, base, fondation») 2 : Accotements : cette partie ne doit pas être pénalisante pour la note de l élève car l accotement est en marge du cours 3 : Couche de forme : indispensable de connaître le bon terme. Cette couche est mise en œuvre quand c est nécessaire (AR pas assez portante, déformable par temps de pluie, pour permettre de faire circuler les engins de chantier en phase travaux) 4 : Partie Supérieure de Terrassements (PST). Si l élève la cite c est mieux mais une explication peut être considérée comme acceptable : 1 m du sol naturel ou rapporté supportant la couche de forme.

23 Partie 2 Question 2 Essai Principe Mode opératoire Domaine d utilité Valeur de Bleu de Il s agit d évaluer la surface spécifique On met en dispersion dans Mesure assez facile et rapide des «grains» d un matériau en de l eau la fraction 0/5 d un qui convient bien aux sols de Sol (VBS) recouvrant de bleu de méthylène leur sol, puis on ajoute par faible à moyenne argilosité. surface. Plus un matériau a une surface spécifique élevée, plus sa VBS est grande, plus le matériau présente des fines et des minéraux argileux incrément de la solution de bleu de méthylène jusqu à saturation (auréole bleu ciel autour de la tâche). Sols considérés insensibles à l eau si VBS<0,1 Limites d Atterberg Il s agit de déterminer 2 teneurs en eau particulières d un sol argileux : celle qui correspond au passage de son état liquide à plastique (WL) et celle de l état plastique à l état solide (WP). On calcule ensuite l Indice de plasticité Ip qui est l écart entre ces deux valeurs. 2 essais en un (sur fraction 0/400 µm) : WL : en diminuant progressivement la teneur en eau d un échantillon, on détermine à l aide de la coupelle de Casagrande quand une rainure se referme en 25 coups (teneur en eau) WP : toujours en diminuant la teneur en eau de l échantillon, on cherche la teneur en eau qui fendille un petit boudin argileux de dimensions normalisées Essai de référence pour les sols A2, A3 et A4 (à préférer à la VBS)

24 Partie 2 Valeur au bleu de sol Question 2 On «peint» les surfaces des grains en solution dans de l eau et quand la saturation est atteinte, le bleu excédentaire se retrouve dans la phase aqueuse. Plus la surface spécifique de l échantillon est forte, plus on est en présence de «grains» fins donc plus on a de «chances» d avoir des minéraux argileux et plus on a de «risques» que ce soient des argiles gonflantes. L interprétation de cet essai est à associé avec la quantité de passant à 80 µm.

25 Partie 2 Valeur au bleu de sol Question 2 Evaluer la richesse en argile d'un sol en mesurant sa capacité d'adsorption de molécules de bleu de méthylène.

26 Partie 2 Valeur au bleu de sol Question 2 Evaluer la richesse en argile d'un sol en mesurant sa capacité d'adsorption de molécules de bleu de méthylène.

27 Partie 2 Valeur au bleu de sol Question 2

28 Partie 2 Limite d Atterberg Question 2 Selon sa teneur en eau, un sol sensible à l'eau peut se présenter sous trois états : état solide état plastique état liquide La consistance d un sol varie donc en fonction de la teneur en eau. Selon la teneur en argile et sable, le sol absorbera plus ou moins vite l eau ajouté. Le sol passera successivement de l état solide à l état plastique puis liquide. But de l'essai : Déterminer les teneurs en eau remarquables situées à la frontière entre ces différents états sont les «Limites d'atterberg» : limite de Liquidité : WL (frontière entre état plastique et liquide) limite de Plasticité : WP (frontière entre état solide et plastique)

29 Partie 2 Limite d Atterberg Question 2 Limite de plasticité (WP) - Réalisation d un cylindre de 3mm de diamètre et une longueur de 100mm. - On sèche le matériau sous ventilateur, et on répète l opération, jusqu à ne plus obtenir ce cylindre. (une partie matériau est mise à l etuve pour en connaître sa teneur en eau.) réaliser sur trois test Limite de liquidité (WL) - A partir de la coupelle de Casagrande, on place du matériau dans celle-ci, on creuse une rigole. Puis on va compter le nombre de coup pour que les lèvres de cette rigole se referme sur 10mm. - On réalise l essai sur différents séchage du matériau de sorte que le nombre de coup soit compris entre 15 et 35 coups. Il faut au moins 4 points.

30 Partie 2 Limite d Atterberg Question 2

31 Partie 2 Limite d Atterberg Question 2 A partir des limites d'atterberg, on peut calculer les indices suivants qui expriment la sensibilité à l'eau du sol (Ip) et sa consistance (Ic) par rapport à sa teneur en eau (Wn) : Indice de plasticité : Ip = WL - WP Indice de consistance : Cet essai demande un «coup de main» de l opérateur, notamment pour la détermination de la limite de plasticité. Une autre méthode pour déterminer la limite de liquidité est employé à moindre mesure : Méthode du cône de pénétration.

32 Partie 2 Limite d Atterberg Question 2