Un ensemble de forage polaire est constitué d’un carottier avec son treuil, son câble et sa tour. Le carottier est suspendu dans le trou de forage par un câble électroporteur. Le câble électroporteur est constitué d’une âme contenant plusieurs conducteurs électriques servant à alimenter le moteur du carottier et de conducteurs permettant le transfert de données entre l’engin de forage et la surface.
Ce câble est fixé au carottier au niveau de la partie appelée suspension où sont montées trois lames anti-couple destinées à empêcher le carottier de tourner sur lui-même (sous l’effet de la rotation de la tête de forage). La partie supérieure du carottier est ensuite constituée d’un compartiment moteur et (suivant la solution retenue) d’un compartiment électronique qui mesure les paramètres de forage et qui les transmet à la surface sur un pupitre de commande.

Dans le cas des forages à des profondeurs supérieures à 500 mètres, le trou de forage est rempli par un fluide afin de maintenir la pression hydrostatique de la glace. Si la densité du fluide est égale ou légèrement supérieure à celle de la glace, le trou ne peut théoriquement plus se refermer.
La partie centrale est constituée d’un réservoir servant à stocker les copeaux de glace (Chip chamber). Sous ce réservoir se trouve le tube qui va recevoir la carotte. La tête porte-outils est fixée à l’extrémité de ce tube. La glace est coupée par des couteaux situés dans un plan horizontal en partie basse de cette tête. L’ensemble de ces éléments est à l’intérieur d’un tube appelé tube extérieur (ou outer tube – 1).

Le moteur électrique va entraîner en rotation l’arbre creux (hollow shaft - 4) sur lequel est monté un « booster » (3) ou une pompe volumétrique. Sous l’effet de cette rotation, la pompe ou le « booster » permettront de créer une circulation du mélange fluide/copeaux. Le tube carottier (core barrel - 2) et la tête de forage sont mécaniquement liés à cette pompe et sont donc entraînés avec la même vitesse de rotation. C’est la rotation de la tête et des outils qui y sont fixés qui permet l’usinage d’une carotte de glace.

Il faut porter une attention particulière à la récupération des copeaux de glace générés par l’usinage de la carotte. Leur récupération est indispensable. Sans cela, ils risqueraient de rester en suspension dans le fluide ou de s’accumuler dans le fond du trou, ce qui, dans les deux cas, peut perturber les passes ultérieures ou provoquer un coincement du carottier. Plusieurs techniques peuvent être envisagées pour récupérer ces copeaux. Elles reposent toutes sur le principe d’aspiration du mélange fluide copeaux (via une pompe cf. animation ou via un booster). Dans tous les cas, le mélange est ensuite filtré et les copeaux sont stockés dans la partie appelée « réservoir à copeaux » pour être remontés à la surface.

On appelle « une passe » la succession des opérations suivantes :
• La descente du carottier au fond du trou
• Le forage non destructif du trou et la récupération de la carotte de glace
• La remontée à la surface du carottier et de la carotte
• La sortie de la carotte et la préparation du carottier pour la passe suivante.
La longueur varie entre un et quatre mètres (en fonction du carottier utilisé). Il est donc nécessaire de réaliser plusieurs centaines de passes pour réaliser un forage de 1000 à 4000 mètres. L’usinage d’une carotte ne prend qu’une quinzaine de minutes (vitesse de forage de 4 mm par minute). L’essentiel du temps nécessaire pour réaliser une passe réside dans les temps de descente et de remontée du carottier ainsi que dans le temps de maintenance en surface. Ainsi, à la profondeur de 1000 mètres, une passe nécessite plus d’une heure et demie.
• Vitesse de descente/montée comprise entre 0,6 et 1 mètre par seconde
• Temps de maintenance à la surface = 15 à 20 minutes.

Mis à jour le 23 novembre 2020