<Desc/Clms Page number 1>
L'invention est relative à un procédé pour établir des couches bitumineuses fermées en dessous d'un liquide aqueux par pompage des bitu- mes à travers un long tuyau jusqu'à l'endroit de déversement en dessous du liquide. Un procédé de ce genre s'applique pour le revêtement de di- gues (voir De Ingénieur 1952, page B. 127) et pour le remplissage de l'es- pace entre la paroi d'un puits de mine rempli de liquide et la paroi exté- rieure d'un revêtement descendu dans ce liquide.
On exige d'un revêtement bitumineux de digue qu'il soit étanche à l'eau et qu'il ait une très grande durabilité. La viscosité doit être telle qu'un bitume coulé sur une surface en pente ne puisse pas en glis- ser. Dans les puits de mine, le remplissage bitumineux sert également à rendre le revêtement étanche à l'eau et à éviter aussi que, lorsque des mouvements de terrain se produisent par suite de l'exploitation de mi- nerais mis à découvert par le puits, les forces axiales exercées sur le revêtement soient telles que le revêtement soit soumis à une compression.
A cet effet, le remplissage doit présenter une déformabilité plastique tel- le que des déplacements verticaux à une vitesse de 1 cm par jour ne puis- sent pas exercer sur la paroi du revêtement une tension de cisaillement supérieure à 0,4 kg/cm2 environ. D'autre part, la viscosité du remplis- sage bitumineux doit être telle que la perte à travers les fentes des morts- terrains soit faible. Par ailleurs, le remplissage doit avoir un poids spécifique supérieur au poids spécifique apparent du revêtement pour évi- ter le flambage du revêtement, le poids spécifique du remplissage devant aussi être tel qu'une pression d'appui suffisante soit exercée sur la pa- roi du puits. On a constaté que les.bitumes asphaltiques mélangés avec une charge telle que la pierre calcaire ou le quartz peuvent remplir ces conditions.
Le poids spécifique de cette matière est suffisamment élevé pour supporter la paroi du puits de manière efficace en direction latéra- le, tandis que sa viscosité qui est de 106 à 1011 poises, est suffisam- ment basse pour éviter, lorsque les morts-terrains s'affaissent, des char- ges inadmissibles du revêtement, cette vicosité n'étant pas tellement fai- ble que la matière puisse s'écouler à travers les fentes des morts-terrains.
Un déplacement vertical de 1 cm/ jour donne à une température de 20 C, pour une épaisseur eu bitume de 5 cm et une viscosité de 101 poises, une tension de cisaillement de 0,2 kg/cm, celle-ci étant donc nettement in- férieure à la tension maximum admissible. Lorsque l'épaisseur de la cou- che de bitume est plus grande et sa viscosité est plus faible, la tension de cisaillement diminue de manière correspondante.
Dans les puits de mine creusé par la méthode sèche, par exemple la méthode par congélation, la mise en place du remplissage bitumineux peut s'effectuer en disposant, pendant le montage du revêtement, le bi- tume sous forme de plaques ou de blocs entre le revêtement et la paroi du puits. Dans les puits creusés par la méthode de forage, ce procédé ne peut pas être appliqué, parce que le remplissage ne peut, dans ce cas, être mis en place qu'après le montage du revêtement entier. Dans ce cas, on ne peut pas faire tomber des morceaux de bitume, dans le liquide en- tre le revêtement et la paroi du puits, parce qu'il subsiste entre les blocs, des ouvertures qui empêchent d'obtenir pour la couche de bitume l'é- tanchéité voulue à l'eau et les propriétés nécessaires de déchargement et de support du revêtement du puits.
On a déjà proposé d'introduire le bitume dans l'espace à remplir à l'aide de tuyaux de descente. Cependant, on n'a jamais appliqué cette méthode, parce que le temps nécessaire à l'in- troduction du bitume est dans ce cas trop long.
De plus, on a déjà proposé d'établir, lors de la construction de digues, une couche bitumineuse en pompant le bitume à l'état chauffé jusqu'à sa destination, en profitant de la propriété selon laquelle la vis-
<Desc/Clms Page number 2>
cosité des bitumes à température élevée est plus basse qu'à la tempéra- ture ambiante. Cependant, l'écoulement du bitume s'accompagnait d'un dé- gagement de vapeur d'eau, en sorte que les qualités de la couche bitumi- neuse ainsi obtenue étaient défâvorablement influencées par la présence des cavités formées par les bulles de vapeur.
Comme le pompage à des tem- pératures peu élevées nécessitaient des pressions anormalement élevées, on est arrivé à la conviction qu'il était impossible de pomper du bitume à travers un tuyau débouchant à une profondeur de plus de 1 m en dessous de l'eau (voir De Ingenieur 1952, page B 127, colonne droite).
Or, des essais ont prouvé que par un choix approprié de certai- nes conditions de travail, il est bien possible, en appliquant des pres- sions de pompage normales, de pomper du bitume à travers de longs tuyaux qui ne sont pas chauffés extérieurement et qui débouchent dans un liquide aqueux, sans que la qualité de la couche bitumineuse obtenue soit rendue médiocre par la présence de bulles de vapeur d'eau.
Conformément à l'invention, on pompe à cet effet le bitume à tra- vers le tuyau à une vitesse volumétrique Q (en m3/h) au moins égale à - 1/100 de la longueur L (en m) du tuyau, le bitume étant introduit dans le tuyau à une température T d' au moins 12000,, de préférence de 160 C, cette température étant tout au plus égale à Tk.e0,005 L ,Tk étant le point d'ébullition du liquide à l'endroit de l'embouchure du tuyau.
L'invention sera illustrée à l'aide des graphiques reproduits sur le dessin ci-annexé. Ces graphiques montrent les résultats d'essais effectués avec du bitume asphaltique dont la viscosité est de 106 poises à 10 C. L'indice de viscosité a , qui est une mesure pour,le changement de viscocité en cas de changement de la température et qui dans la gamme de température allant de 70 à 210 C est approximativement constant, est de 0,052/ C. Dans cette gamme de températures, la formule d'approximation suivante est d'application: # T = # 70. - a (T-70) . dans laquelle T représente une tempera- ture comprise entre 70 et 210 C et # T est la viscosité à cette température.
Les essais ont été effectués avec différentes longueurs de tuyau et à dif- férentes températures du bitume introduit dans ce tuyau. Dans ces essais, on a fait varier la quantité de bitume transportée à travers le tuyau.
La figure 1 montre la pression P qui est nécessaire au pompage du bitume à travers le tuyau, en fonction de la vitesse volumétrique Q.
La température initiale du bitume est de 210 C. Les essais ont été effec- tués dans des tuyaux d'une longueur L variant entre 400 et 900 m et d'un diamètre de 200 mm. Comme le graphique le révèle, la pression de pompa- ge a, à une vitesse volumétrique déterminée, une valeur minimum. Quand le rendement de la pompe augmente, la pression nécessaire augmente égale- ment par suite de la résistance croissante offerte au bitume dans le tuyau.
Quand le rendement diminue, le temps de passage du bitume dans le tuyau augmente, en sorte que le bitume se refroidit plus fortement et que la viscosité devient plus grande. Dans ce cas, la pression nécessaire augmen- te aussi. Sur le graphique, on a tracé une ligne q qui relie les points de pression minimum des courbes correspondant aux différentes longueurs du tuyau.
Pour toutes les courbes reproduites, le rapport
L ( en m
Q en m3/h
<Desc/Clms Page number 3>
au point minimum s'avère être de 58 environ. Le graphique prouve qu'on peut opérer le mieux aux environs du minimum et de préférence à droite de ce point, parce que le réglage est dans ce cas plus stable. Une diminu- tion de la vitesse volumétrique donne alors lieu à une réduction de la résistance A gauche du minimum, le réglage est plus instable surtout dans la partie abrupte de la courbe, parce que, dans cette partie, une réduction du rendement entraîne une considérable augmentation de la résistance à l'éoou- lement.Dans cette région,il est'-pratiquement impossible'.d'utiliser des pompes centrifuges, les pompes à piston étant ici seules utilisables.
La figure 2 montre les résultats d'essais effectués avec la mê- me sorte de bitume, la longueur du tuyau L étant maintenue constante, à savoir de 500 m, et la température du bitume amené étant variée. Ce gra- phique prouve que le rapport L au point minimum augmente à mesure que di-
Q minue la température initiale du bitume, ce qui résulte de la plus gran- de viscosité du bitume à ces températures. Ce rapport est de 57 à 210 C, de 62 à 190 C et de 70 à 170 C.
La figure 3 représente les températures de sortie T du bitume en fonction de la vitesse du débit ou vitesse volumétrique pour différen- tes longueurs du tuyau. Les essais sont, comme ceux de la figure 1, rela- tifs à une température iniGiale de 210 Ce En traçant dans le graphique la ligne q pour P . aux différentes longueurs du tuyau ainsi que la vi- tesse volumétrique la plus favorable, on constate que la température fi- nale du bitume est, dans tous les cas, à peu près la même, à savoir de 148 Ce Le poids spécifique du liquide de forage étant de 1,2, la pression à une profondeur de 400 m est de 40 x 1,2 + 1 = 49 kg/cm-. A cette pression l'eau bout à une température T = 260 C, en sorte que le dégagement de vapeur est supprimé à cette profondeur.
A des profondeurs plus faibles, il faudra choisir une température initiale plus faible et/ou un plus grand rapport L. Lorsque le rapport L est de 100 et la température initiale de 210 C, la température de sortie est de 122 C environ. Une tel- le température est encore admissible à des profondeurs de 20 m et davanta- ge. Une plus forte augmentation du rapport L est pourtant défavorable, parce qu'on opère dans ce cas dans la partieQabrupte de la courbe P-Q et que le rendement de la pompe est faible. Dans ce cas, il faut choisir une température initiale plus faible.
La température minimum doit être de 120 C parce qu'à des températures plus faibles la résistance à l'écoule- ment dans le tuyau joue un rôle dominant par suite de la viscosité très élevée, ce qui ressort de la figure 20
A des profondeurs très faibles, on risque encore plus que la tem- pérature de sortie soit tellement élevée qu'il puisse se dégager de la va- peur. Pour pomper par exemple du bitume à travers un tuyau d'une longueur de 200 m vers un endroit se trouvant à 5 m en dessous du niveau de l'eau, on choisit un débit de 4 m3/h, eu égard à la pression de pompage disponi- ble. A cette température la température d'ébullition de l'eau est de 110 C.
Dans ce cas la température initiale doit être de :
EMI3.1
110 e'5 4 110 x e'25 - 110 x 1,28 = 140 C maximum.
L'application de la présente invention permet d'amener, à l'aide d'un tuyau et à des pressions modérées généralement inférieures à 15 kg/cm2, du bitume à des débits de 3 à 15 m3/h à sa place en dessous du niveau de liquidée Lorsqu'il s'agit de remplir l'intervalle annulaire entre la pa- roi d'un puits de mine et le revêtement, on préfère amener le bitume par plusieurs tuyaux répartis sur la périphérie du puits, les conditions sus-
<Desc/Clms Page number 4>
mentionnées relatives à la vitesse volumétrique et à la température initiale du bitume devant être remplie pour chaque tuyauo
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour établir des couches bitumineuses fermées en des- sous d'un liquide aqueux par pompage du bitume à travers un long tuyau jusqu'à sa destination en dessous du liquide, caractérisé en ce qu'on pompe le bitume à travers le tuyau à un débit ou une vitesse vo- lumétrique Q en m3/h au moins égale à 1/100 de la longueur L (en mètres) du tuyau et on introduit le bitume dans le tuyau à une température T d'au moins 120 C et, de préférence, supérieure à 160 C mais tout au plus égale Tk x e 0,005 L/Q, $Tk étant le point d'ébullition du liquide à l'endroit de l'embouchure du tuyau.
2.- Procédé pour remplir à l'aide d'une masse bitumineuse l'in- tervalle entre la paroi d'un puits de mine rempli de liquide et la paroi extérieure d'un revêtement de puits descendu dans ce liquide, c a r a c- t é r i s é en ce que l'introduction de la masse bitumineuse s'effectue dans l'intervalle susdit par le procédé suivant la revendication 1.