Behaviour of a Piston Corer from Accelerometers and New Insights on Quality of the Recovery

Comportement d'un carottier à piston à partir de données d'accéléromètres et nouvelles connaissances sur la qualité du matériel récupéré

Jean-François Bourillet, Gilbert Damy, Loïc Dussud, Nabil Sultan, Patrice Woerther, Sébastien Migeon

Proceedings of the 6th International Offshore Site Investigation and Geotechnics Conference: Confronting New Challenges and Sharing Knowledge, 11–13 September - 2007

Pour citer cet article :
Bourillet, J. F., Damy, G., Dussud, L., Sultan, N., Woerther, P., & Migeon, S. (2007, September). Behaviour of a piston corer from accelerometers and new insights on quality of the recovery. In Offshore Site Investigation and Geotechnics: Confronting New Challenges and Sharing Knowledge. OnePetro.

Résumé

Des observations variées ont mis en avant que les carottes obtenues par carottier à gravité montrent des distorsions significatives, se trouvant essentiellement sur le sommet des carottes.

Une série de 15 carottes ont été prélevées dans une zone restreinte, sur une ride sous-marine (dans le canyon du Var, en France).

6 différents paramètres de carottages ont été testés, incluant des doublons :

3 hauteurs de chute libre,
et 3 jeux sur le câble du piston.

2 accéléromètres ont enregistré simultanément le mouvement du tube du carottier et le mouvement du déclenchement du bras. Ensuite, les déplacements verticaux, sur z, ont été obtenus par double intégration par rapport au temps d'accélération mesurée.

Les analyses des résultats ont permis aux auteurs d'estimer l'amplitude et la durée du rebond élastique du câble d'aramide et de distinguer quatre pas durant 4 secondes de pénétration, comprenant une phase de distorsion suivie par une phase d'échantillonnage normal liée à l'état du piston.

Les analyses de qualité et les niveaux repères des carottes récupérées mettent en avant le rôle majeur du piston, notamment par la longueur du câble du contre-poids et celle du câble du piston. Les épaisseurs récupérées d'un niveau donné peuvent varier de 0,8 à 1,3 en fonction des paramètres de prélèvement utilisés.

Un essai au pénétromètre conique (cone penetrometer test, CPT) à un même endroit donne une bonne estimation de la géométrie absolue des niveaux. Les paramètres pour des carottes à des fins géotechniques (donc avec une meilleure qualité) seront différents des paramètres pour des carottes à fins sédimentologiques ou paléoclimatologique (avec une meilleure géométrie).

Un compromis est proposé.

Synthèse détaillée de l'Article

Introduction

Le carottage gravitaire à piston stationnaire est un moyen efficace de récupérer de longues carottes de sédiments (Lancelot & Balut, 1993). Malgré tout, des observations variées ont montré des déformations (Blomqvist, 1991), des distorsions des sédiments. Le "sur-échantillonnage" (dilatation des niveaux sédimentaires) et le "sous-échantillonnage" (écrasement des sédiments, ce qui réduit l'épaisseur des lamines) (Skinner & McCave, 2003) doivent donc être corrigés.

L'intérêt de ce travail est de réduire ces déformations lors du prélèvement en variant les paramètres d'enfoncement du carottier.

Méthode

Le schéma d'un carottier à piston de type Calypso est présenté ci-dessus. Deux accéléromètres ont été positionnés sur le bras déclencheur et sur le lest. Ces deux accéléromètres mesurent ainsi l'accélération suivant les axes x et z. En plus, le pénétromètre Penfeld permet la mesure des paramètres géotechniques à une profondeur maximale de 6 000 mètres (Meunier et al., 2002).

L'influence des différents paramètres est testée par des changements individuels sur chacun des différents paramètres, dans une même zone sur une ride sous-marine dans le canyon du Var, en France :

Trois hauteurs de chute libre
Trois reculs de compensation

Ces six paramètres sont testés et chaque essai est dupliqué une ou deux fois.

Le mou du câble du piston est la somme de la hauteur de chute libre et de longueur sélectionnée pour compenser le rappel élastique du câble d'aramide principal.

15 carottes ont ainsi été récupérées durant la mission ESCAR7. Les données ont été acquises comme suit :

Accélération suivant les trois axes x, y et z ;
Vitesse du lest de la carotte suivant l'axe z ;
Déplacement du lest de la carotte suivant l'axe z ;
Vitesse du bras décelencheur suivant l'axe vertical ;
Déplacement du bras déclencheur suviant l'axe vertical.

La courbe de vitesse se base sur l'intégration de l'accélération par rapport au temps, la courbe de déplacement se base sur une double intégration de l'accélération par rapport au temps.

L'outils CPT Penfeld a plongé exactement au moment endroit durant la mission PENETRESS, ce qui a permis d'obtenir les paramètres suivants :

Densité,
Résistance du terril,
Friction,
Surpression interstitielle.

Ces éléments ont permis de faire une classification des sols traversés et d'établir une lithologie détaillée.

Résultats

Les carottes récupérées font de 5 à 9 mètres de longueur, soit 54 à 93% du maximum de prélèvement qu'il était possible de faire.

Pour une profondeur d'eau de 2 000 mètres et un lest d'une tonne, le rebond élastique a été estimé entre 3 et 4 mètres pendant une durée de 1,5 secondes. L'impulsion initiale est perturbée par la tension du câble de contre-poids.

Figure ci-dessous : directement tirée de l'article, elle montre les logs lithologiques des carottes sédimentaires prélevées corrélées entre elles et avec les données du pénétromètre Penfeld.

Interprétations

Conclusions

Le piston facilite l'échantillonnage des sédiments durant un carottage par gravité, mais génère également des perturbations. La compréhension du travail du piston par les accéléromètres sur le carottier a permis de mettre en exergue le rôle clef des paramètres des câbles.

Ainsi, nous avons distingué sept pas durant les quelques secondes de carottage, comprenant une phase optionnelle (comprenant de l'eau ou pas d'échantillonnage de sédiment), une phase de distorsion due à un excès de succion (extra-succion), suivie d'un échantillonnage normal liée à la position stationnaire du piston. Enfin, il y a une phase final optionnelle de compaction des sédiments.

Références Bibliographiques