Manuel de Reconstruction

Forer un puits profond

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Forer un puits profond

En une phrase

Quand le puits creusé à la main arrive à sec ou que la nappe est trop profonde, il faut forer : enfoncer un tube dans le sol par percussion ou rotation jusqu’à atteindre l’eau sous pression.

Qu’est-ce que c’est ?

Le forage de puits est la technique qui permet d’atteindre des nappes d’eau situées à des profondeurs inaccessibles aux puits creusés à la main. Alors qu’un puits traditionnel creusé dépasse rarement 10 à 15 mètres, un puits foré peut atteindre 30, 50 ou même 100 mètres de profondeur.

Il existe deux principes de base :

  • Le forage par percussion : un lourd outil (trépan) est levé et laissé tomber dans le trou, fracturant la roche. C’est la méthode la plus ancienne et la plus accessible en reconstruction.
  • Le forage par rotation : un outil coupant (mèche) tourne en descendant, forant la roche par frottement. C’est la méthode moderne, plus rapide mais qui nécessite un mécanisme de rotation.

Les deux méthodes nécessitent un tubage (un tube qui maintient le trou ouvert) et un système pour évacuer les débris du fond du trou.

Les nappes d’eau souterraines

Comprendre les nappes est essentiel avant de forer :

  • La nappe phréatique est la première nappe souterraine, généralement entre 2 et 20 mètres de profondeur. Elle est alimentée par les infiltrations de pluie dans le sol. C’est la nappe des puits peu profonds.
  • Les nappes captives sont des nappes situées entre deux couches imperméables (argile, marne). L’eau est sous pression et peut remonter naturellement dans le tube de forage — c’est un puits artésien.
  • Les nappes profondes sont situées dans les couches de roche perméable (calcaire, grès, craie) à 30 mètres ou plus. L’eau est généralement de très bonne qualité car elle a été filtrée pendant des décennies à travers les couches géologiques.

Comment repérer l’eau souterraine

Avant de forer, il faut évaluer les chances de trouver de l’eau :

  1. La végétation : les plantes qui restent vertes pendant la sécheresse (saules, roseaux, peupliers) indiquent une nappe peu profonde. Les arbres qui ont les racines profondes (chênes, tilleuls) peuvent indiquer une nappe à moyenne profondeur.
  2. La topographie : les vallées et les dépressions concentrent les eaux souterraines. Le pied d’une pente, le bord d’une vallée, la jonction de deux vallées sont des endroits favorables.
  3. Les sources existantes : si une source coule à flanc de coteau, la nappe est proche de la surface. La source indique le point où la nappe affleure.
  4. La géologie : les terrains calcaires, gréseux et alluviaux sont les plus favorables. Les terrains granitiques et argileux sont moins favorables mais pas impossibles. Les failles dans les roches dures sont des voies de passage pour l’eau.
  5. Les indices de surface : les zones humides sans raison apparente, les flaques qui ne sèchent jamais, les mousses abondantes, les insectes aquatiques (libellules) loin des points d’eau.
  6. Le pendage des couches : si les couches géologiques inclinent vers le point de forage, l’eau s’écoule naturellement vers le puits.

Étapes détaillées

Étape 1 : Préparer le site et le matériel

  1. Choisir l’emplacement selon les critères ci-dessus. Le site doit être accessible pour le matériel et les déblais. Prévoir un dégagement de 5 mètres autour du point de forage.
  2. Installer une plate-forme en bois solide au-dessus du point de forage. La plate-forme supporte le treuil, le guide-tube et les opérateurs. Elle doit être de niveau et solidement ancrée au sol.
  3. Construire le treuil : un bras de levier en bois dur de 3 à 4 mètres de long, pivotant sur un axe vertical. Le treuil sert à lever et laisser tomber le trépan. Voir Construire un palan et des machines simples pour les principes mécaniques.
  4. Assembler les tubes de tubage : les tubes en fer de 10 à 20 centimètres de diamètre (voir Fabriquer des tuyaux et canalisations) sont vissés ou emboîtés les uns dans les autres. Le premier tube a un bout pointu ou muni d’une couronne dentée qui franchit la roche. Préparer des tubes de 2 à 3 mètres de longueur, autant que nécessaire pour la profondeur estimée.
  5. Préparer les outils de forage :
    • Le trépan : un cylindre de fer ou d’acier de 10 à 20 centimètres de diamètre, pesant 20 à 50 kilogrammes, avec un bord inférieur tranchant ou denté. Le trépan est l’outil de percussion — il fracasse la roche à chaque chute.
    • La cuillère : un cylindre en fer avec une lame inférieure et une fente latérale qui ramasse les débris. La cuillère est baissée dans le trou pour évacuer les débris.
    • Le grattoir : un outil en fer qui nettoie les parois du trou et égalise le fond.

Étape 2 : Forer par percussion (méthode la plus accessible)

  1. Installer le tube guide : enfoncer le premier tube de tubage sur 1 à 2 mètres dans le sol en le tournant et en frappant avec une masse. Ce tube guide le trépan et empêche le trou de s’élargir en surface.
  2. Baisser le trépan dans le tube guide. Le trépan est suspendu au câble du treuil. Le câble est en corde solide ou en fil de fer (voir Fabriquer des fils et câbles).
  3. Lever le trépan de 30 à 50 centimètres avec le treuil.
  4. Lâcher le trépan : il tombe sous son propre poids et frappe le fond du trou. L’impact fracture la roche ou compacte le sol. Recommencer immédiatement.
  5. Répéter la manœuvre de levée et de chute à un rythme régulier de 30 à 60 coups par minute. Le forage est lent : 1 à 5 mètres par jour en terrain dur, 5 à 15 mètres par jour en terrain tendre.
  6. Évacuer les débris : toutes les 30 à 60 minutes de percussion, remonter le trépan et baisser la cuillère pour ramasser les débris. Tourner la cuillère pour remplir le cylindre, puis la remonter et la vider.
  7. Ajouter l’eau de forage : verser de l’eau dans le trou pour ramollir la roche et faciliter l’évacuation des débris. En terrain dur, l’eau est indispensable. En terrain sablonneux, l’eau maintient les parois.
  8. Avancer le tubage : quand le trou atteint la profondeur d’un tube (2 à 3 mètres), visser ou emboîter le tube suivant et continuer à forer. Le tubage doit toujours être légèrement en avant du fond du trou pour maintenir les parois.

Étape 3 : Forer par rotation (méthode avancée)

La rotation est plus rapide mais nécessite un mécanisme de rotation plus complexe.

  1. Fabriquer une mèche de forage : un cylindre en acier avec des dents en coupe sur le bord inférieur. La mèche est vissée au bout d’un tube (tige de forage) qui transmet la rotation.
  2. Installer un mécanisme de rotation : un croisillon en bois ou en fer au sommet du tube permet à deux opérateurs de tourner la mèche manuellement. Un mouvement de va-et-vient de quart de tour est suffisant — la mèche coupe la roche par frottement et par impact.
  3. Tourner la mèche tout en appliquant une pression vers le bas. Deux à quatre opérateurs tournent le croisillon pendant que d’autres ajoutent du poids sur le tube.
  4. Évacuer les débris en retirant la mèche et en baissant la cuillère périodiquement.
  5. Continuer à avancer le tubage et les tiges de forage.

Étape 4 : Surmonter les obstacles

  • Terre et argile : le forage est rapide. Utiliser la cuillère et de l’eau pour ramollir l’argile collante.
  • Sable et gravier : le sable s’effondre dans le trou. Avancer le tubage immédiatement pour maintenir les parois. Ajouter de l’eau pour stabiliser.
  • Roche dure (calcaire, grès) : la percussion est longue mais efficace. Augmenter le poids du trépan (ajouter des masses en fer) et la hauteur de chute.
  • Roche très dure (granite) : le forage est extrêmement lent (moins de 1 mètre par jour). Envisager de changer de site si la roche dure dépasse 20 mètres d’épaisseur.
  • Cavité ou faille : le trépan chute soudainement. Remplir la cavité avec de l’argile et du sable pour stabiliser avant de continuer.
  • Eau sous pression (artésienne) : l’eau jaillit dans le tube quand on perfore la couche captive. C’est une excellente nouvelle — le puits est artésien et l’eau remonte naturellement. Protéger le sommet du tube pour capter l’eau.

Étape 5 : Tubage et filtration

  1. Le tube de tubage descend sur toute la profondeur du puits. En bas du tube, les 2 à 5 derniers mètres sont perforés de fentes ou de trous de 2 à 3 millimètres pour laisser passer l’eau et retenir le sable.
  2. Le tampon crépin est un filtre en métal ou en fil de fer enroulé autour du bas du tube. Il retient le sable fin et les particules.
  3. Le gravier de filtration : verser du gravier propre (5 à 10 millimètres) entre le tube et les parois du forage sur les 5 mètres inférieurs. Le gravier filtre l’eau et empêche le sable de boucher les fentes.
  4. Le joint d’étanchéité : boucher l’espace entre le tube et les parois du forage avec du ciment (voir Fabriquer du ciment et du mortier) sur les 3 à 5 premiers mètres en surface. Cela empêche l’eau de surface polluée de contaminer le puits.

Étape 6 : Aménagement en surface

  1. Couper le tube à environ 50 centimètres au-dessus du sol.
  2. Construire une margelle en briques ou en béton autour du tube. La margelle est un muret de 70 à 80 centimètres de haut qui protège le puits de la contamination de surface.
  3. Installer une pompe (si disponible) ou un seau avec un treuil (voir Creuser un puits) pour remonter l’eau.
  4. Sceller le sommet du tube avec un couvercle en fer ou en bois pour empêcher les insectes et les débris de tomber.
  5. Construire un dallage en béton ou en pierre autour de la margelle sur 2 mètres de rayon. Le dallage évite que les pieds ne salissent l’eau et empêche les infiltrations de surface.

Étape 7 : Pompage et mise en service

  1. Pomper l’eau pendant plusieurs heures pour nettoyer le puits. L’eau initiale est trouble et contient du sable, de l’argile et des débris de forage.
  2. Mesurer le débit : chronométrer le temps nécessaire pour remplir un récipient de volume connu. Un bon puits débite au moins 500 litres par heure (environ 8 litres par minute).
  3. Analyser l’eau : vérifier la couleur (transparente), l’odeur (aucune), le goût (neutre, pas de goût métallique ou salé). Voir Trouver de l’eau potable et Purifier et désinfecter l’eau pour les tests et le traitement.
  4. Désinfecter le puits : verser une solution de chlore (voir Construire un four à chaux) dans le puits et laisser reposer 12 heures. Pomper l’eau chlorée jusqu’à ce que l’eau soit claire et sans odeur de chlore.

Variations par climat

  • En climat tempéré : les nappes phréatiques sont généralement peu profondes (5 à 20 mètres). Le forage est court et le débit est bon. Les sols alluviaux sont faciles à forer. Les sols calcaires sont perméables et riches en eau.
  • En climat aride / désertique : les nappes sont profondes (30 à 100 mètres) mais l’eau artésienne peut affleurer sous pression. Le forage est long mais le débit artésien peut être constant et abondant. Les puits artésiens du Sahara fournissent de l’eau depuis des millénaires. Le sable et le gravier sont instables — le tubage doit être posé immédiatement.
  • En climat tropical : les nappes sont peu profondes mais l’eau de surface est abondante et contamine les puits peu profonds. Forer à 20-30 mètres pour atteindre une nappe captive propre. Le tubage et le joint d’étanchéité en surface sont vitaux.
  • En climat froid / boréal : le sol gelé (permafrost) rend le forage très difficile en hiver. Forer en été quand le sol est dégelé. L’eau des nappes profondes est à température constante (4 à 10 degres) et ne gèle pas.

Pièges et erreurs courantes

  • Le trou s’effondre : les parois du trou s’effondrent si le terrain est sablonneux ou instable. Toujours avancer le tubage en même temps que le forage. Ne jamais forer plus de 1 à 2 mètres sans tubage.
  • Le trépan se coince : un bloc de roche ou un morceau de métal peut coincer le trépan dans le trou. Ne jamais tirer violemment — le câble peut casser. Essayer de tourner le trépan lentement avec le croisillon ou de le décoincer avec des chocs légers.
  • Le tube se dévie : le forage ne reste pas vertical si le terrain est hétérogène. Utiliser un tube guide de grande longueur et vérifier la verticalité avec un fil à plomb toutes les 5 mètres.
  • L’eau est salée : les nappes profondes en zones côtières peuvent contenir de l’eau salée ou saumâtre. Forer plus profondément ou chercher une nappe d’eau douce au-dessus de la couche salée. Voir Extraire le sel pour le traitement de l’eau saumâtre.
  • L’eau est ferrugineuse : l’eau riche en fer a un goût métallique et tache les vêtements en orange. Laisser l’eau reposer à l’air pour oxyder le fer, puis filtrer. Voir Purifier et désinfecter l’eau.
  • Le puits se tarit : si le débit diminue, la nappe a été surexploitée ou le tube est bouché par du sable. Nettoyer le tube en pompant vigoureusement. Si le puits reste sec, la nappe est épuisée — il faut attendre la saison des pluies ou forer plus profondément.
  • Contamination de surface : l’eau de surface polluée s’infiltre dans le puits si le joint d’étanchéité est défectueux. Toujours cimenter les 3 à 5 premiers mètres autour du tube.

Une fois que vous savez faire ça, vous pouvez débloquer

Notes

  • Le forage par percussion est la méthode la plus ancienne, utilisée en Chine il y a plus de 2000 ans pour forer des puits de saumure et de gaz naturel deplus de 100 mètres de profondeur.
  • Un puits artésien porte le nom de la province d’Artois en France, où les moines ont foré les premiers puits artésiens au 12e siècle. L’eau remonte naturellement dans ces puits grâce à la pression de la nappe captive.
  • La profondeur maximale atteignable par percussion manuelle est d’environ 50 mètres en terrain tendre et 30 mètres en terrain dur. Au-delà, il faut un mécanisme motorisé (moulin à eau, moteur à vapeur).
  • Le diamètre du tubage détermine le débit maximum du puits. Un tube de 10 centimètres permet un débit de 500 à 2000 litres par heure selon la nappe. Un tube de 20 centimètres permet un débit de 2000 à 10000 litres par heure.
  • Le coût d’un puits foré est élevé en temps et en matériel (tubes, treuil, plate-forme). Il ne faut pas forer à l’aveuglette — étudier la géologie et les signes de surface avant de s’engager.

Ressources externes

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