La foration est l’action de creuser un trou dans le sous-sol. Elle sert à prospecter et/ou exploiter ce sous-sol pour trouver et exploiter les ressources naturelles (eau, pétrole, gaz, ressources minières), faire des essais géotechniques, de la géothermie, et de la recherche scientifique. On distingue le forage, qui permet l'exploitation du sous-sol, du sondage qui en permet la reconnaissance géologique. Les moyens techniques varient en fonction de la profondeur à atteindre, du diamètre et de l’inclinaison recherchés, de la nature des terrains traversés. Les techniques utilisées en forage d’eau héritent généralement des techniques du forage pétrolier. D’un point de vue pratique, le forage correspond à l’entrainement d’un outil (tricône, trilame, marteau fond de trou…), rotation ou rotation/percussion, transmise mécaniquement à l’aide d’une tête ou d’une table de rotation composant l’atelier de forage. L’outil est fixé à l’extrémité d’une ligne de sonde composée de bas en haut par l’outil, les masses-tiges, le train de tiges, la tige carrée (kelly) et la tête d’injection.
L’action mécanique est associée à l’injection d’un fluide (eau claire, eau salée, air comprimé, bentonite, gels de polymère, mousses, baryte…), lequel sert à évacuer les déblais au fur et à mesure de la progression de l’outil, à stabiliser les parois du forage lorsque ce dernier est encore nu (sans cuvelage), à contrer les pressions d’artésianisme, et à refroidir et lubrifier l’outil en activité.
L’évacuation des déblais ne dépend pas que des propriétés du fluide, la pression et le débit qui lui sont imposés, la surface de la colonne d’évacuation et les pertes sont les autres facteurs dont il faut tenir compte. La circulation du fluide est réalisée à l’aide d’un compresseur pour l’air comprimé, de pompes spéciales pour les boues. La circulation peut être :
Dans le cas d’une mauvaise ou non tenue des parois du forage, il faut avoir recours à un tubage provisoire. Le tubage provisoire est généralement utilisé pour traverser les formations meubles, type alluvions. Les tubes sont alors entrainés :
Après et/ou durant la phase de creusement, le forage peut être tubé provisoirement, définitivement (il s’agit alors de l’équipement du forage), partiellement ou totalement. L’une des règles fondamentales est que le forage ne doit pas être le vecteur de pollution des eaux souterraines par les eaux de surface ou par mélange d’aquifères.
Un forage ne doit capter qu’un seul aquifère en isolant les aquifères supérieurs traversés.Cet isolement est réalisé grâce à la pose d’un tubage de forte épaisseur cimenté à son extrados, soit gravitairement lorsque la profondeur ne dépasse pas 50 m, soit sous pression pour des profondeurs supérieures.
L’équipement du forage se compose d’une chambre de pompage, souvent cimentée et permettant la mise en place du système de pompage, et d’une chambre de captage, les crépines, par lesquelles transitent l’eau de l’aquifère capté.
Si la formation aquifère est constituée par des sables plus ou moins fins et/ou s’il est uniforme, il est indispensable d’interposer un massif de gravier (ou massif filtrant) ou gravier filtre (filtrant) entre la crépine et la formation aquifère, lequel joue le rôle de filtre et de stabilisateur de la formation. Le gravier à employer doit être siliceux et à grains roulés. Sa granulométrie doit être définie sur la base d’une analyse granulométrique et en fonction du slot (ouverture) de la crépine. Dans le cas d’une formation aquifère à éléments grossiers ou s’il s’agit d’une formation compacte, le gravier joue uniquement le rôle de stabilisateur de la formation. Avant sa mise en service, l’ouvrage doit subir un développement afin de stabiliser le massif de gravier, éliminer le plus possible les éléments fins de la formation qui occupent les espaces entre les grains les plus grossiers et permettre d’extraire toute l’eau que peut fournir la formation aquifère.
Différents procédés et outillages peuvent être employés pour "développer" un forage : sur-pompage, pompage alterné, pistonnage, développement pneumatique, lavage sous pression, utilisation de produits chimiques (acides, polyphosphates…).
Le développement du forage est une étape fondamentale qui doit être contrôlée notamment pour juger de sa terminaison. Les deux buts indissociables à atteindre sont :
Les sondages de reconnaissance utilisent les différentes techniques précédemment décrites pour les forages. Suivant l'objectif recherché ces techniques sont destructives, c'est dire que les déblais ne sont pas consolidés (cuttings) ou non destructives, comme le sondage carotté, qui permet de remonter un cylindre intact du terrain.
Le sondage carotté permet une description précise des terrains traversés (contacts lithologiques, pendages des structures) mais présente l'inconvénient d'être relativement lent à l'avancement (et donc cher). Le sondage destructif, plus rapide, est quant à lui, plutôt utilisé pour l'analyse géochimique des horizons rencontrés.
