Brevet FR2090022A1 — publié le 19720114

La présente invention concerne les instruments susceptibles de mesurer le champ de gravitation, en particulier le champ de gravité vertical ou pesanteur. Dans les dispositifs connus de ce genre, ou bien les mesures de gravité sont effectuées par points, et ces points sont reliés par des lignes d'égale pesan- teur ; les appareils sont alors généralement de deux sortes, 1 - extension d'un res- sort provoqué par une augmentation apparente de la masse suspendue à celui-ci, 2 - dispositifs dérivés du pendule, ou la période d'oscillation varie en fonction de la gravit, Dans le deuxième type de dispositifs, pouvant étre portés par des mobiles l'extension du ressort n'est plus visée à l'aide d'un microscope, mais est mesurée indirectement en utilisant la variation de capacité d'un condensateur dont une laree est fixe et l'autre mobile, cette dernière s'éloignant ou se rapprochant de l'autre suivant la dilatation du ressort provoquée par la variation de la ruasse suspendue, occasionnée elle-même par la variation de gravité, Ces deux dispositifs présentent des inconvénients, le premier, cotit eihor bitant d'une campagne gravimétrique, mesures discontinues, impossibilité d'entre porté par un mobile, énormes difficultés d'remploi dans les zones d'accès difficile. Le deuxième présente des difficultés de rdglage une impossibilité d'emploi sur un mobile soumis au roulis et au tanguage, la gravité artificielle occasionnée par ces accélérations ou décélérations, rendant l'exploitation des courbes tout-à- fait aléatoires. Le dispositif suivant, statique, permet de réduire les effets roulis et tanguage, lorsque les mesures sont effectuées à bord d'un aéronef ou d'un navire de surface, il permet l'enregistrement automatique des courbes de pesanteur, celles-ci associées à l'enregistrement automatique de l'altitude du relief, (fig 6), a et g, permettent une interprétation gravimétrique rapide et précise. Les réglages et étalonnages ne font plus intervenir dans des déplacements mécaniques mais uniquement des valeurs électriques, à l'aide de potentiomètres. En ce qui concerne tout d'abord, le principe de base de l'invention on peut ltexpliquer de la façon suivante : Si nous tendons un fil A-b, comme montre sur la fig 1, de diamètre, D, de longueur, L, et poids volumique, , avec une tension, T, la frequence de vibration sera donnée par la formule 1 gT n = D L g, étant la gravite. Pratiquement le dispositif est agencé comme fig 2, un barreau de quartz, A-B, (fig 2), est maintenu par deux pointeaux aux deux noeuds de vibration, c-d, et, e-f, si nous l'entretenons en l'excitant dans sa partie G, qui est un ventre de vibration, il se mettra à vibrer à une fréquence n, qui sera déteisinée par les dimensions du quartz, la partie la plus sensible à la gravité, étant la zone, I, comprise entre A, et c-d. Il importe que le quartz sensible soit stabilisé en température, que les charges électriques pouvant provoquer des attractions et répulsions électriques, soient annihilées, que le système d'entretien soit soustrait au cusp magnétique terrestre, c'est ainsi, que comme montré fig 3, on dispose le barreau de quartz dans un carter cylindrique en métal ferreux ou réside un vide poussé, le barreau est recouvert dtune couche d'argent et mis à la masse, le support S, est thermostaté, et les échanges calorifiques entre le support S, et le quartz, ne se font qu'au travers de la partie la plus aiguë des pointeaux, c-d, et e-f. Le dispositif d'entretien est placé au peint g, et le traducteur en signaux électriques au point L. Une augmentation du chnsp vertical, g, se traduira par une variation de la fréquence fondamentale, n, du quartz ; la mesure est faite sur la période. Quant aux moyens pour exploiter les signaux électriques délivrés par le traducteur, L, fig 7, on peut avoir recours pour les matérialiser et les conserver, par exemple, (et comme montré sur la fig 5, sous forme de bloc-diagramme), a un périodemètre, P, mémorisé à 8 chiffres receuillant les signaux de Q. La mesure étant faite sur 10 périodes, soit pendant 0, 1 seconde, 1 seconde, ou 10 secondes, suivant la vitesse du mobile porteur du dispositif de mesure. Le périodemètre, P, est conjugué avec un convertisseur numérique-analogique, fig 5, et c1 est à partir des signaux codés binaires, que s' effectue la mémorisation, puis la conversion numérique-analogique. Enfin le convertisseur numérique-analogique, est branché à un enregistreur à plume électrique ; bien que l'on puisse se contenter d'un enregistreur à une piste, il semble qutil soit avantageux de disposer d'un enregistreur à deux pistes, afin de connecter la deuxième plume à une sonde altimétrique pour connattre "altitude du relief, on aura donc deux courbes enregistrées simuitanément, dont l'une donnera la valeur de tg?, et l'autre a, fig 6, la distance entre le point au svl correspondant à cette valeur de g, et l'avion en vol. En ce qui concerne maintenant l'étalonnage en milligals de l'enregistreur, on peut avoir recours à deux procédés, primo : par comparaison entre deux stations de référence à terre ; secundo : par deux passages sur la mEme station, I 'un à 1000 pieds par exemple, pour le réglage au zéro, le deuxième à 1=00 pieds, pour fournir l'échelle des mesures par un étalonnage à l'air libre I1 convient de remarquer à ce sujet, que le zéro de la courbe des valeurs de , est pris sur la médiane, de façon qu'une augmentation de pesanteur par rapport à la station de référence, déplace la plume vers la droite, tandis qu'une diminution de g, déplace la méme plume vers la gauche, le zéro de la courbe altlmétrique se trouve à gauche, comme dans la plupart des instruments de mesure. Comme il va de soi, et comme il résulte de ce qui précède, l'invention doit outre associée, dans son exploitation géophysique seulement, aux interprétations de Peters, ou l'une de ses variantes comme ci-dessous. Il y a lieu d'appliquer alors, aux mesures la correction d'Eotvos g = RC+h 2V Ve + v R-2 g = correction Eotvos en milligals Rt = rayon de la terre en latitude V# = vitesse tangentielle en latitude Vn = composant nord ou sud de la vitesse sol h = altitude au-dessus du niveau de la mer La pente de gravité étant mesurée en unités de milligals, supposons que, "g", représente la force de gravité, et "g'", la pente verticale de cette force, pour obtenir, g, il nous faut connaître la valeur de g', sur une surface constante audessus du niveau de la mer, Z = 0, sur la surface, et à une direction positive vers le centre de la terre. &alpha; , sont les points coordonnés dans ltespace, X et Y, sont les directions relatives au point d'observation de la pente, "g"', étant l'origine, suivant la méthode de Peters nous avons : et en complétant avec Z En exprimant ceci sous forme de séries, on peut obtenir la force de gravité "g", sur la surface Z = h, à partir des mesures de la pente g', sur la surface Z=O : I1 va de soi que ces calculs doivent etre autant que possible confiés à des ordinateurs. Le dispositif, objet de l'iiivrtion, peut titre utilisé dans tous les cas ou il est besoin de matérialiser une variation de champ de gravité, soit dans l'environnement de l'appareil, (détecteurs de proximité), soit une variation de champ vertical, (pesanteur) ; c'est dans ce dernier cas que son apllication semble devoir présenter le plus dtintérêt, surtout dans la recherche pétrolière. Dans sa version géophysique, l'invention peut hêtre avantageusement associée, pour l'exploitation rationnelle des résultats, a diverses méthodes d'interprétation, afin de traduire en isogamies les courbes issues de l'enregistreur. il peut être utilisé également pour la mesure des champs artificiels, accélérations et décélérations, dans cette application il y a lieu de placer le capteur dans la position sensible à la direction de ces champs. REVENDICATIONS 1) - Dispositif permettant la mesure et ltenregistrement continu du champ de gravité, dans l'environnement de l'appareil, ainsi que du champ vertical ou pesan teur. Caractérisé par le fait qu'il est statique et ne comporte aucun moyen mécanique en mouvement, (hors les instruments d'enregistrement) qui pourraient être avantageusement remplacé par des mémoires. 2) - Dispositif selon la revendication -1-. Caractérisé par le fait que le moyen destiné à mettre en relief une varia- tion de champ de gravité est un barreau de quartz en état de vibration élastique entretenue, taillé et suspendu de telle façon qu'une variation de "G", ait une influence sur sa fréquence de vibration fondamentale, et comme conséquence sur la durée d'une période. 3) - Dispositif selon la revendication -1-. Caractérisé par le fait, que le dispositif complet, enregistre automatiquement les variations de "G", et conjointement les variations d'altitude du relief, sur un enregistreur à deux pistes. 4) - Dispositif selon la revendication -1-. Les réglages et étalonnages, ne se font que par variations électriques, à l'aide de potentiomètres.