Une conduite d'eau sans précédent
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THE MAGAZINE DEVOTED TO NICKEL AND ITS APPLICATIONS |
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STAINLESS STEEL PIPE positioned along the route of an 11-kilometre-long waterline in Mesa Verde National
Park, Colorado, U.S.A. |
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CONFINED SET-UP for equipment to directionally drilling a hole, two metres below surface for
the water pipeline.  |
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DRILL RIG used to drill and ream the hole to its final diameter and to pull the strings of stainless
steel pipe into the hole.  |
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THE DRILL BIT is the only part of the drill string that rotates during directional drilling.  |
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STAINLESS STEEL PIPE, 168 millimetres (mm) in diameter and 7 mm in wall thickness (6-inch
Schedule 40) was supplied in 16-metre lengths. |
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SOME OF THE HARDWARE needed to complete the 11-kilometre-long waterline. |
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DEDICATED WELDING STATION where pipe was joined by welding into strings up to 500 metres in
length. |
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ALL WELDING was manual GTAW. |
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DISTURBANCE OF THE NATURAL environment was minimized by reducing the size and number
of trenches needed to join long strings of pipe. |
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L'acier inoxydable à teneur en nickel a été utilisé pour la première fois pour la réalisation
d'une conduite d'eau potable enterrée en Amérique du Nord.
By Steve Lamb
Magazine Nickel, Octobre, 2003 -- Le National Park Service des États-Unis
s'est vu confronté à un grand défi au parc national de Mesa Verde : Il s'agissait de trouver une
possibilité de transporter de l'eau provenant de la fonte des neiges en toute sécurité des cours d'eau
impressionnants dans les collines du sud-ouest du Colorado à une station de traitement des eaux située à
l'intérieur du parc sans porter atteinte à la beauté naturelle du site.
Mesa Verde est le premier site du patrimoine mondial des États-Unis et compte des centaines de villages en pierre construits il y a 700 ans par les Ancestral Puebloans et nichés dans les rochers en surplomb. Cette zone étant considérée comme un site archéologique de premier ordre, il était hors question de creuser une tranchée d'une longueur de 11 kilomètres à travers la région pour y installer une conduite d'eau. Par conséquent, on a eu recours à une méthode de forage horizontal.
Le forage directionnel implique l'avancement horizontal d'une tête de forage. Au lieu de tourner, les tiges de forage poussent simplement une tête de forage en rotation à travers le sol. Dans le cas présent, le premier passage a permis d'obtenir un trou d'un diamètre de 8 cm à une profondeur de 1.8 mètres. Une tête plus grande a alors été fixée aux tiges de forage et retirée à travers le trou foré de manière à élargir son diamètre à 15 cm. Par la suite, la conduite d'eau, soudée en sections pouvant atteindre 500 mètres de longueur, a été fixée aux tiges de forage et tirée à travers le trou dans le sens inverse. Les boues de forage, riches en argile de bentonite, durcissent au séchage pour former une couche dure qui enveloppe la conduite. En fonction du terrain et des conditions du sol, cette technique permet de poser une section de conduite d'une longueur de 500 mètres en 96 heures à une semaine. Il faut plus de temps si le sol contient plus de pierres et de roches car ceux-ci risquent d'entraîner un écroulement ou une instabilité des trous de forage.
Le forage directionnel s'est avéré une méthode particulièrement efficace pour installer une conduite d'eau à Mesa Verde car ce procédé a permis de limiter les impacts sur le site au strict minimum. Par ailleurs, il a permis au contractant, l'entreprise Triad Western Constructors, Inc., de contrôler avec précision la profondeur et la direction de forage.
Outre cette technique de forage, les ingénieurs de projet - la société RTW Engineers - ont spécifié un matériau utilisé pour la première fois dans le cadre de cette application spécifique en Amérique du Nord : l'acier inoxydable S31600 avec une teneur en nickel de 12%. L'acier inoxydable a été fourni en sections d'une longueur de 16 mètres - comparé à une longueur de 6 mètres pour les autres matériaux - et soudé à sa longueur finale, ce qui a permis de réduire le nombre des soudures nécessaires. Par conséq uent, la conduite entièrement soudée présentait un risque de fuites inférieur. Le polyéthylène haute densité (HDPE) n'était pas adapté aux pressions élevées constatées dans le cadre de cette application. En raison d'une différence de niveau de 760 mètres, les pressions étaient de l'ordre de 1.3 mégapascals. Et la fonte nodulaire était trop encombrante et trop lourde pour être utilisée en combinaison avec le procédé de forage directionnel. Dans le cadre de ce projet, l'acier inoxydable offrait les avantages supplémentaires suivants :
- Les tuyaux en acier inoxydable ont pu être soudés sur place en longueurs pouvant atteindre 500 mètres.
- Les tuyaux en acier inoxydable peuvent être assemblés entre eux ainsi qu'avec des pompes et des soupapes à l'aide d'une grande variété de techniques de raccordement, y compris l'assemblage mécanique, les procédés de soudage et les brides.
- Les colliers de prise en charge, les raccords et les brides sont également disponibles en acier inoxydable (normes C223 et C606 de l'AWWA).
- La ductilité et la flexibilité de l'acier inoxydable permettent à ce matériau de résister aux mouvements du terrain.
- L'acier inoxydable ne devient pas cassant par temps froid.
- La qualité de l'eau est maintenue (suivant les 61 normes de l'American National Standards Institute / National Sanitation Foundation pour l'eau potable), par conséquent, outre l'utilisation de biocides (chloration), aucun traitement de l'eau n'est requis.
- Cette installation en acier inoxydable aura une longue vie utile et n'exigera qu'un minimum de travaux de maintenance. Il n'était pas nécessaire de revêtir le surfaces extérieures du tuyau en acier inoxydable. En revanche, des anodes sacrificielles ont été installées pour assurer une longue durée de vie dans différents types de sols.
Les tuyaux en acier inoxydable d'un diamètre de 150 mm et d'une épaisseur de paroi de 8 mm (6 pouces, Schedule 40) ont été fournis avec des extrémités recouvertes par Marcigaglia USA. Ces tuyaux ont été entièrement soudés (quatre couches de soudure) pour obtenir des sections d'une longueur de 150 à 500 mètres prêtes à l'insertion dans le canal de forage. Les sections de tuyaux ont été assemblées à l'aide de raccords en acier inoxydable S30403 et de soudures d'angle sur le diamètre extérieur des tuyaux ou au niveau des soupapes. Tous les travaux de soudage ont été réalisés à l'aide d'un procédé GTAW manuel et toutes les soudures ont été entièrement radiographiées (seulement deux soudures ont été rejetées sur les 11 kilomètres de tuyauterie). Ces travaux ont été réalisés sous la surveillance de PBS&J.
Les robinetteries ont été soudées sur place et à l'usine en utilisant du gaz d'argon. Les assemblages étaient des raccords à emboîtement soudés avec des soudures d'angle sur le diamètre extérieur du tuyau. Des gaz d'argon ont été utilisés pour protéger le diamètre intérieur et le diamètre extérieur du tuyau pendant les travaux de soudage. Les soudures de base sur le diamètre intérieur ont été contrôlées à l'aide de caméras spéciales. Sur place, deux stations de soudage ont été utilisées pour compléter la tuyauterie ; la première station réalisait les soudures de base et de recouvrement tandis que la deuxième station complétait le soudage avec deux passes supplémentaires (sans gaz de protection sur le diamètre intérieur). L'inspection radiographique a été réalisée à une distance de plusieurs longueurs de tuyau des lieux de soudage.
Des dispositifs de déviation fournis par Johnson Screens vont canaliser l'eau de l'embranchement ouest du Mancos River dans la conduite.
En combinaison avec la technologie de forage directionnel, les tuyaux en acier inoxydable se sont avérés une solution idéale pour les défis auxquels les National Park Services étaient confrontés au Colorado en raison de l'environnement particulier.
Steve Lamb is a consultant to the Nickel Development Institute.
PHOTOS: by Tom Skudra for NiDI
 National Park Service RTW Engineering Post Buckley Schuh & Jerneig (PBS&J) |
Free technical literature on the use of nickel-containing materials in the water industry: |
