Dans le cadre d'activités de jouvences de stations sismologiques nous pouvons être amenés à enfouir des capteurs sismologiques à faible profondeur.
Pour le projet de construction des stations RESIF il a été prévu d'effectuer via le BRGM des forages de profondeur jusqu'à 8 mètres maximum afin d'installer des capteurs vélocimétriques du type Nanometrics Trillium 120 PH1. Toutefois de tels forages "lourds" ne sont pas possibles dans certains cas.
Pour trois sites RESIF situés en moyenne Durance nous avons défini et conçu un système d'enfouissement de capteurs spécifique correspondant aux besoins suivants:
• Très faible profondeur d'enfouissement afin d'utiliser des moyens de creusement légers: Mini tarières ou mini pelles,
• Mise en oeuvre de capteurs sismologiques de modèle dit "compact" dont le diamètre n'excède pas 130 mm,
• Développement de mini cuves métalliques étanches permettant une installation aisée,
• Possibilité si nécessaire de pouvoir mettre en oeuvre des câbles sismologique déjà équipés de leurs connecteurs.
Ce projet propre à l'Observatoire sismologique de Géoazur a été baptisé NoCuS pour "Nouvelles cuves sismologiques". Ce développement a concerné 3 axes d'études:
1 - La conception des cuves,
2 - La conception de plusieurs types de couvercles possibles pour des configurations différentes de types de câbles sismologiques et de topologie d'installation,
3 - Le développement d'un outillage permettant un azimutage précis des cuves lors de leur installation.
1 - La conception des cuves
Un précédent système approchant a été développé dans les années 80 pour enterrer à 70 cm les capteurs courte période Kinemetrics SS1 monocomposante de l'ancien réseau Renass au moyen de petites cuves étanches métalliques de 43 cm de haut telles que sur la photo ci-dessous à gauche:
Sur la photo de droite le capteur SS1 pour lequel ce modèle de cuves a été créé
Nous avions déjà utilisé ce modèle de cuve afin de reconditionner l'ancienne cuve Renass du site MVIF, pour plus d'informations cliquer ici.
Pour le projet NoCuS nous sommes partis de ce principe pour l'améliorer en prenant aussi en compte le fait que les capteurs modernes nécessitent un azimutage précis. La première étape a été de déterminer les dimensions des cuves et leur principe de fermeture.
► Les dimensions des cuves:
Nous avons choisi de conserver le diamètre initial des cuves Renass afin de pouvoir toujours (cas toutefois peu probable) installer des capteurs SS1.
Le diamètre interieur est donc maintenu à 130 mm. Compte-tenu des gammes de matériaux bruts existants le diamètre externe sera quant à lui de 140 mm. Le matériau choisi est un alliage d'aluminium classique (le 6060) avec de bonnes caractéristiques d'usinage, de soudage et de protection anticorrosion par anodisation.
La hauteur de la cuve est fixée à 1 mètre. Cette dimension permet un enfouissement raisonnable jusqu'à environ 1,4 mètre de profondeur avec les moyens de terrassement léger évoqués plus haut.
2 - La conception de plusieurs types de couvercles possibles pour des configurations différentes de types de câbles sismologiques et de topologie d'installation
Les cuves sont fermées à l'aide de couvercles métalliques réalisés dans le même matériau que les cuves mais anodisés en rouge afin de bien les repérer sur le terrain. L'étanchéité entre les cuves et leurs couvercles est réalisée au moyen de joints toriques possédant un diamètre de tore de 5 mm. La gorge d'accueil est usinée sur la collerette côté cuve uniquement. Les côtes de la gorge sont calculées pour un taux d'écrasement du joint de 20%. Le verrouillage des couvercles se fait au moyen de 8 vis Inox M8 à têtes creuses hexagonales.
Nous avons réalisé 3 types de couvercles afin de permettre différentes mises en oeuvre des câbles sismologiques. L'élément clef pour l'entrée du câble sismo dans la cuve et la présence ou non de connecteurs des 2 côtés du câbles. Nous avons ainsi 2 types de câbles:
♦ Câbles équipés d'un connecteur du côté capteur et "ouvert" du côté station sismo,
♦ Câbles équipés de connecteurs des 2 côtés.
► Le premier type de câble permet lors des opérations d'installation ou de maintenance de passer au travers de presse-étoupes standard. C'est pourquoi nous avons conçu un premier type de couvercle équipable de presse-étoupe métalliques standard avec un filetage M20 tels que sur la photo ci-dessous:
Ces couvercles sont équipables d'un tube-allonge de 6 cm permettant si nécessaire d'éloigner le presse-étoupe du couvercle.
► Le deuxième type de câbles impose d'utiliser des dispositifs spéciaux. Cette problématique est bien maîtrisée, notamment dans le milieu maritime, pour faire pénétrer des câbles d'équipements au travers des coques de bateaux en garantissant un bon niveau d'étanchéité. Nous avons choisi le principe des presse-étoupes à "éléments coniques perforés". Le principe est très simple et consiste en un disque en polymère épais à bord légèrement conique prépercé et fendu sur un rayon. Ce disque est serré au moyen d'une bride vissée afin de comprimer le disque autour du câble pour en assurer l'étanchéité.
Nous nous sommes directement adressés à une entreprise d'accastillage afin d'être conseillés sur un produit de qualité.
Nous avons donc retenu un produit de la société SCANSTRUT le presse-étoupe modèle DS40-S. Ce modèle permet le passage de cables équipés de connecteurs de 40 mm d'encombrement. Il est fourni avec un joint pré-perçè et un joint "à percer" par l'utilisateur.
La vue ci-dessous montre le modèle de couvercle développé pour ce type de presse-étoupe:
Pour la photo nous avons mis en place le joint pré-perçé. Par contre en utilisation réelle nous mettrons en oeuvre le joint que nous percerons à un diamètre adapté au futur câble sismo.
Toujours pour la mise en oeuvre de câbles avec connecteurs nous avons conçu un troisième type de couvercle. Cette fois nous avons choisi de ne pas utiliser de presse-étoupe pour le câble sismo mais directement un raccord étanche pour gaines. En effet dans la très grande famille des gaines de protection de câbles il existe des produits pour lesquels il a été prévu tout un jeu de raccords afin de pouvoir les faire déboucher de façon étanche au travers de parois.
La famille la plus connue est celle des gaines CAPRI vendue par EATON dans des matériaux et des gammes d'étanchéité divers. En fonction de nos besoins nous avons choisi le modèle de gaine CAPRILOK 48 RENFORCE équipable de raccords PREMIUM.
Nous avons donc conçu un modèle de couvercles capable d'accueuillir directement un raccord (droit ou coudé) de modèle 48 ainsi que montré sur la photo ci-dessous:
A gauche du couvercle équipé d'un raccord droit nous avons placé un raccord coudé à 45°.
Ce couvercle a été usiné pour le diamètre interne utile du modèle de gaine 48 à savoir 46 mm. L'étanchéité entre le raccord et le couvercle se fait au moyen d'un joint plat néoprène et l'étanchéité entre la gaine et le raccord se fait au moyen d'une lèvre type "étirable" placée sur l'extrémité de la gaine. Après le verrouillage du raccord une couche de ruban étirable au niveau de la jonction raccord/gaine finalisera l'étanchéité.
► Pour les 3 sites de la Durance nous utiliserons les 2 premiers types de couvercles:
• Couvercles à presse-étoupe M20 pour les sites BLAF et BSTF,
• Couvercles à presse-étoupe SCANSTRUT DS40 pour le site MLYF.
Les configuration des câbles et des connecteurs ne nécessitera pas la mise en oeuvre de couvercle du type CAPRILOK que nous avons développé afin de proposer une gamme étendue de possibilités.
3 - Le développement de l'outillage permettant un azimutage précis des cuves lors de leur installation
Lors de l'installation des cuves il est nécessaire de garantir leur horizontalité et leur orientation précise au Nord géographique. Grâce au parallélisme du plan de fond et du plan de la collerette des cuves il suffira de mettre à niveau (avec un niveau à bulle) le plan de la collerette pour garantir une parfaite horizontalité du fond de la cuve qui recevra le capteur sismologique.
Pour garantir un azimutage correct pérenne les cuves vont être orientées au Nord géographique à l'aide d'un gyrocompas prêté par RESIF.
Pendant les opérations d'installation des cuves dans les trous il est impératif de s'assurer qu'elles ne bougeront pas lors de la coulée et du séchage du béton.
Pour cela nous avons créé des dispositifs mécaniques provisoires d'alignement-nivellement matérialisés par des disques en PVC tels que sur les photos ci-dessous:
Le bloc de polystyréne à gauche sert à centrer la tige filetée dans la cuve.
Les disques en PVC possèdent 8 trous permettant leur fixation directe sur la collerette des cuves. Une tige filetée M8 de préhension permet de manipuler les cuves pour les aligner et les niveller. Le maintien de la position est assuré sur le terrain par deux tasseaux de bois fixés d'un côté à la tige filetée et de l'autre au sol.
Sur chaque couvercle de nombreux traits ont été tracès afin de faciliter l'opération d'alignement réalisée au moyen d'un gyrocompas assocé à un niveau laser.
Pour l'orientation proprement dite de chaque cuve il est nécessaire de matérialiser également sur chacune d'elle de façon indélébile les 4 points cardinaux au moyen d'un trait de scie sur le pourtour extérieur de la collerette de chaque mini cuve. Afin de s'assurer que ces traits de scie soient réalisés le plus précisément possible une pige de marquage a été fabriquée. Elle se fixe sur la cuve en utilisant 2 trous de fixation de sa collerette de façon à servir de guide d'appui à une scie métallique en tenant de plus compte de l'épaisseur du trait de scie.
Voici deux vues d'une cuve pendant la matérialisation des futurs 4 points cardinaux:
On distingue les 2 traits de scie affleurant la pige et les 2 traits perpendiculaire déjà matérialisés
Le marquage de la cuve se termine en inscrivant sur deux traits de scie opposés la direction principale nord-sud
Avec ce système "disque-PVC / cuve-repérée" on s'assure aisément de l'orientation pérenne de chaque cuve lors de son installation. La pige de calage peut de plus être utilisée à tout moment pour matérialiser une direction cardinale lors de la mise en place de tout nouveaux capteurs.
Pour obtenir toute information technique ou les plans d'usinage de ce dispositif merci de contacter Didier BRUNEL.
