Mots-clés : pénétromètre, penfeld

Pénétromètre PENFELD

Le pénétromètre Penfeld est un appareil de mesures géotechniques. Posé sur le fond, il effectue des mesures à l’aide d’une pointe instrumentée dans le sédiment.

Le pénétromètre est conçu pour travailler jusqu’à une profondeur d’eau maximale de 6 000 mètres. Il est doté d’une tige qui s’enfonce dans le sédiment sur une profondeur de 30 mètres. La tige de 36 mm de diamètre est enroulée sur un tambour de 2,20 mètres de diamètre et redressée plastiquement lors de la pénétration suivant la technique du « coiled tubing ».

L’appareil est relié au navire par un câble porteur. Il est autonome en énergie (batteries au plomb en équi-pression).

Le poids de l’appareil dans l’eau est de 45 kN. Le poids dans l’air est de 65 kN. L’effort de pénétration peut atteindre 40 kN. L’engin occupe une surface de 2,2 x 2,7 m2 au sol (soit 6 m2) et sa hauteur est de 4,7 m. La partie supérieure de la structure bascule pour permettre l’intervention sur les bacs à batteries ou le réglage des paramètres du redresseur. La longueur au sol passe alors à 6,30 mètres.

Pointe pénétrométrique

Une pointe multicapteur spécialement conçue pour travailler par grande profondeur a été développée par l’Ifremer et réalisée par Créatech Industrie.

Elle comprend les capteurs suivants :

  • résistance de pointe (gamme de mesures 0 – 10 kN),
  • frottement latéral (gamme de mesures 0 – 10 kN),
  • pression interstitielle différentielle (-3 000 kPa à +5 000 kPa),
  • gamma-densité (1 000 à 2 700 kg/m3),
  • température (-2° à + 32°),
  • inclinaisons dans deux directions perpendiculaires qui permettent de calculer la trajectoire de la pointe.

D’autres pointes sont en cours de développement, notamment pour la mesure de la célérité dans les sédiments.

Mise en œuvre sur les navires Ifremer

Le N/O L'Atalante est adapté pour opérer le pénétromètre Penfeld. Le Pourquoi Pas ? le sera également.

Le gréement comporte un câble grand fond acier de 19 mm (376 kN à la rupture), un émerillon, un lest de 500 kg pour maintenir le câble en traction permanente, et un câble synthétique de 60 mètres de longueur servant d’amortisseur.

Les performances du câble acier de L’Atalante autorisent une profondeur de travail jusqu’à 2 500 m.

Le pénétromètre est mis en œuvre par le portique arrière.

La mise à l’eau et la récupération s’effectuent à l’aide d’un câble synthétique de manutention appelé « lift-line ».

Un pinger sur le lest permet de suivre la phase d’approche du fond.

Le pénétromètre est maintenu par un câble axial et des faux bras latéraux lors des opérations de mise à l’eau et de récupération quand il est suspendu sous le portique arrière.

Le positionnement du pénétromètre est suivi par le système de Base Ultra Courte.

Séquences de mesures

Au cours d’une plongée le pénétromètre peut effectuer cinq à sept plantés en des emplacements différents.

Les séquences (nombre de plantés, nombre de paliers pendant chaque planté, durée entre chaque planté, duré des paliers) sont programmées avant la mise à l’eau. Des paliers (arrêt pendant la pénétration) permettent de mesurer l’évolution de la pression interstitielle.

Les mesures sont enregistrées au fond et disponibles dès le retour de l’appareil en surface. Une liaison acoustique bi-directionnelle permet d’informer des phases de déroulement des travaux et de l’état de l’appareil. Elle permet également de modifier la programmation en temps réel (intervalle entre deux paliers).

Exemples

Le pénétromètre a été testé lors d’essais à terre sur le site du Pont de Cran sur la Vilaine (Morbihan) et lors des campagnes technologiques PENETRESS1 (novembre 2002) et PENETRESS2003 (août 2003).

Un exemple de résultat est donné : la pénétration est de 22,5 mètres et s’est arrêtée sous un effort total de 30 kN.

Publication

MEUNIER J., SANGOUARD D., LHUILLIER B., " A new sea-bed penetrometer" OTC, Houston - mai 2000