Types de sondages stratigraphiques

6.1.1 Types de sondages stratigraphiques

Plusieurs types de sondages stratigraphiques permettent d’obtenir de l’information sur la géologie des aquifères (Aller et al., 1989; MEFQ, 1994 et 1995). Ces sondages donnent de l’information directe mais ponctuelle, qu’il est souvent possible de corréler avec des observations faites en surface sur des affleurements rocheux ou sur des coupes dans les dépôts meubles (voir sections 6.1.2 et 6.1.3). Cette section-ci présente cinq méthodes de sondage couramment utilisées, soit (1) le forage au marteau fond de trou;

(2) le forage avec échantillonnage par carottage au diamant; (3) la tarière; (4) la pénétration au cône dynamique (piézocône); et (5) le sondage à la pelle mécanique. Mis à part le sondage au piézocône, aucun de ces types de sondages ne permet d’obtenir précisément l’élévation de la nappe phréatique sans l’ajout de piézomètres. Cependant, pour ce qui est des sondages à la pelle mécanique, la nappe phréatique est parfois atteinte et les données stratigraphiques, de même que l’information piézométrique, peuvent être ajoutées.

6.1.1.1 Marteau fond de trou

Le forage au marteau fond de trou est fréquemment utilisé en hydrogéologie.

Généralement, ce type de forage sert à la fabrication de piézomètres et de puits

d’exploitation de diamètre inférieur à 300 mm. Il consiste à introduire un tube en acier vide dans le sol. Par la suite, à l’aide d’un marteau et de l’injection sous haute pression d’eau et d’air, le contenu du tube est évacué à l’extérieur. Le matériel qui est évacué du tube provient généralement de la profondeur à laquelle le marteau est situé au moment où le matériel sort du tube.

Le matériel qui est évacué du tube est fortement remanié. De ce fait, il est impossible d’en caractériser la structure interne. Cependant, un échantillonnage en continu et des analyses granulométriques peuvent permettre de corréler les matériaux traversés avec des observations stratigraphiques faites en surface.

Cette méthode destructive permet aussi de forer dans le socle rocheux. Cependant, aucune carotte ne peut en être retirée. Le matériel qui est évacué à la surface consiste en des grains anguleux d’environ 5 mm de diamètre. Le type de roche peut ainsi être déterminé mais les structures, telles les fractures, ne peuvent pas être observées.

Cette méthode de forage possède comme avantage majeur d’être rapide; forer un trou de 30 à 40 mètres de profondeur ne prend généralement pas plus d’une journée. La rapidité d’exécution rend cette méthode de forage relativement économique.

6.1.1.2 Forage au diamant

Ce type de forage est fréquemment utilisé en géotechnique et sert aussi à la caractérisation environnementale. Le forage au diamant consiste à enfoncer par rotation plusieurs tubes en acier dans le sol. Le tube situé à la base et qui est en contact avec la roche ou le matériel meuble est muni à son extrémité de dents en diamant. Pendant le forage, de l’eau est injectée afin de faciliter l’avancement et pour limiter l’usure des dents en diamant. Après avoir introduit le tube dans le sol, une cuillère fendue est insérée à l’intérieur du tube afin de recueillir le matériel. Cette cuillère est insérée sous la base du tube en acier. Par battage, la cuillère pénètre dans le sol et le matériel entre à l’intérieur de celle-ci. Dans le socle rocheux, un second tube de carottage est introduit à l’intérieur du premier et permet de recueillir une carotte de roche relativement intacte.

Ce type de forage permet un échantillonnage relativement précis. Le matériel qui ressort dans la cuillère fendue ou dans le tube du carottier correspond généralement à la profondeur à laquelle il a été extrait. Le temps requis pour le forage au diamant est long et la surveillance sur le chantier est souvent plus importante que pour le forage au marteau fond de trou, ce qui rend ce type de forage dispendieux. Le diamètre des cuillères fendues est petit et il est fréquent que le pourcentage de récupération soit faible (moins de 10 %). En effet, un simple caillou peut obstruer le passage des autres grains et ainsi limiter l’information recueillie. Comme l’information obtenue dans le socle est bonne, il est possible de caractériser les massifs rocheux fracturés.

6.1.1.3 Forage à la tarière

Le fonctionnement de la tarière est semblable à celui du forage au diamant. En effet, l’échantillonnage s’effectue aussi à l’aide d’une cuillère fendue. Au lieu de pénétrer le sol avec des tubes, ce sont des mèches qui permettent le forage. Généralement, les mèches utilisées sont vides afin de pouvoir y insérer une cuillère fendue. Cependant, lorsque l’objectif n’est pas d’échantillonner le sol ou d’en déterminer la stratigraphie, les mèches peuvent être pleines et de plus petit diamètre : ces mèches permettent l’avancement plus rapide du forage et sont souvent utilisées pour évaluer la profondeur du socle rocheux.

La tarière est une bon choix pour forer dans les dépôts meubles. L’avancement est relativement rapide et la qualité de l’échantillonnage est bonne. Cependant, ce type de forage ne permet pas la pénétration dans le socle rocheux.

6.1.1.4 Piézocône

Le piézocône est un outil tubulaire se terminant en une pointe conique (figure 6.1).

Divers récepteurs électroniques sont situés sur la pointe et à certains endroits sur le tube. Ils permettent d’évaluer la stratigraphie des dépôts meubles de façon précise ainsi que la charge hydraulique en tout point. Un relevé au piézocône s’effectue en enfonçant l’outil à une vitesse prédéfinie et en stockant en mémoire les données numériques de certains paramètres, notamment la résistance en pointe, la pression interstitielle, la friction sur les parois du cône et la température. À l’aide d’abaques, la stratigraphie est évaluée pour chaque intervalle de l’ordre du centimètre. Aussi, à l’aide d’essais de dissipation de la pression interstitielle, il est possible d’estimer la charge hydraulique à des profondeurs sélectionnées.

De par sa nature, le piézocône ne peut être utilisé que dans les dépôts meubles. Le refus à l’enfoncement est généralement considéré comme indiquant le socle rocheux.

Cependant, un caillou de bon diamètre peut aussi générer un refus et fausser ainsi l’interprétation de la profondeur du socle rocheux.

Le sondage au piézocône est relativement peu dispendieux et rapide. Dans de bonnes conditions, l’outil peut être enfoncé sur une distance de plus de 50 ou 60 mètres par jour. Cependant, les essais de dissipation qui permettent d’estimer la charge hydraulique sont longs (de 3 à 4 heures) dans les matériaux peu perméables. Cette méthode fournit des mesures ponctuelles dans le temps et dans l’espace puisque aucun piézomètre ne peut être installé dans le trou.

6.1.1.5 Sondage à la pelle mécanique

Les sondages à la pelle mécanique consistent à creuser des trous de faible profondeur (moins de 3 mètres). Ils donnent une information stratigraphique précise en surface, puisque le personnel du chantier peut analyser les séquences stratigraphiques (section

6.1.2). Parfois, lorsque le matériel est perméable et que la nappe phréatique est à proximité de la surface du terrain, il est possible d’obtenir l’élévation du toit de la nappe souterraine. Cette information est ponctuelle dans le temps, puisqu’il est difficile d’introduire un piézomètre dans ce genre de sondage.