Un trépan est un outil de forage de roche que l’on trouve dans les industries minières et de forage de puits. Les mèches sont constituées de trois têtes coniques rotatives équipées de plusieurs rangées de dents concentriques. Les têtes sont inclinées à un angle d’environ 45° et disposées autour du corps du trépan avec leurs sommets tournés vers l’intérieur l’un vers l’autre. Chaque tête est équipée d’un roulement pour assurer une rotation en douceur. Le trépan tricône est généralement monté sur l’extrémité d’un train de tiges et tourné contre la face de forage, ce qui fait que les dents sur les têtes cisaillent le matériau de la face et avancent le trou de forage.
Ce foret particulier a été développé par les ingénieurs de la Sharp-Hughes Tool Company en 1933 en utilisant les deux forets coniques de la société comme conception de base. La conception originale du foret à deux cônes comportait une paire de cônes rotatifs opposés équipés de rangées de dents. Lorsqu’il est tourné contre une paroi rocheuse à l’extrémité d’un train de tiges, le frottement de rotation à double axe sur les dents de la tête a abrasé le matériau de la roche pour former un trou. Le trépan suivait assez étroitement le concept de conception à l’exception de l’ajout d’une troisième tête de trépan. Cette configuration s’est avérée beaucoup plus efficace, perçant ainsi plus rapidement et avec moins d’usure pour les têtes de trépan individuelles.
Le concept de base qui sous-tend l’efficacité des forets coniques rotatifs est l’action à double axe du foret. Lors du perçage, le corps du trépan tourne autour de son propre axe tandis que les têtes elles-mêmes tournent autour de la leur à un angle par rapport à l’axe du corps. Cette action multi-axes est un mécanisme de coupe particulièrement efficace, faisant ainsi du tricône un choix courant pour les opérations de forage profond. La conception est également rentable car les trois têtes de forage améliorent le rapport d’usure des mèches par rapport à l’avancement du foret.
Les trépans tricônes se composent d’un corps de trépan cylindrique équipé de trois points de montage de tête disposés en forme de trèfle autour de sa circonférence. Les têtes de foret sont en forme de cône et équipées de roulements intégrés qui assurent une rotation en douceur sous de lourdes charges. Les têtes sont fixées au corps du foret à un angle d’environ 45° avec leurs pointes dirigées vers le centre du corps. Chaque tête est équipée de plusieurs rangées concentriques de dents trempées qui forment les points d’appui ou de coupe du foret.
Il existe deux conceptions de base de dents de tête de foret utilisées sur le trépan tricône : fraise et plaquette. La dent de fraisage a un profil en forme de coin plat tandis que le type d’insert est une forme de cône arrondi. Lorsqu’elles sont tournées sous pression contre la paroi rocheuse, les dents provoquent une rupture de type écrasement du matériau provoquant le cisaillement d’une couche de roche à chaque rotation du trépan. Bien que les têtes de foret puissent être remises à neuf lorsqu’elles sont usées, les têtes sont généralement jetées une fois que les dents sont usées ou cassées.