Brevet FR2198155A1 — publié le 19740329

la présente invention se rapporte aux câbles marins de mesures sismiques et plus particulièrement aux câbles du type comprenant, dans une enveloppe, des détecteurs sismiques montés de manière à être pratiquement isolés des vibrations du câble de façon à éviter de produire des signaux de bruit parasites superposés aux signaux sismiques utiles. Pour obtenir la carte des couches géologiques recouvertes d'eau, il est habituel de faire appel à un câble marin remorqué en position immergée par un bateau. Ce câble est équipé d'une pluralité de détecteurs (hydrophones) sensibles à l'énergie acoustique, reliés par des connecteurs à des équipements d'enregistrement et de traitement de données situés à bord du bateau. L'énergie acoustique en question est produite au voisinage du câble par différents moyens bien connus des spécialistes. L'énergie ainsi engendrée transite dans la couche terrestre et aux niveaux où apparait un contraste dans les caractéristiques de la vitesse de propagation du son dans les couches de terrain, une partie de l'énergie acoustique incidente est réfléchie vers la surface.Les réflexions sismiques qui remontent à la surface produisent dans l'eau des ondes de pression acoustique qui sont détectées par les transducteurs présents dans le câble marin. Un enregistrement sismique est de la sorte constitué par les signaux de sortie des hydrophones en fonction du temps écoulé. De cet enregistrement, des informations intéressantes concernant les structures souterraines étudiées peuvent être déduites. Un des types les plus communs de câbles marins de mesures sismiques actuellement en usage est un câble comprenant dans une enveloppe à paroi mince et flexible, remplie de liquide, une âme de traction, des cloisonnements, un faisceau de connecteurs et des transducteurs. Un tel câble est rempli d'une huile de faible densité tel que le kérosène. Son diamètre est choisi de façon que le câble composite ainsi constitué possède une densité spécifique voisine de l'unité de telle sorte que sa flottabilité dans l'eau soit sensiblement nulle, ce qui facilite son remorquage à la profondeur convenable. De tels câbles ont, jusqu'à présent, été développés de manière que des informations acceptables en ce qui concerne le bruit propre du câble soient fournies, c'est-à-aire que le bruit attribuable aux perturbations appliquées au câble pendant les opérations de remorquage à des vitesses modérées soit en principe comparable au bruit de mer ambiant et donc sans effet négatif sur les informations enregistrées. Récemment, il est toutefois apparu qu'en haute mer ou à des vitesses de remorquage élevées, le bruit propre du câble marin de mesure sismique excédait le bruit de mer ambiant, généralement dû aux vagues de surface, aux navires à moteur et à la vie marine. En outre, il a été montré que ce bruit propre est dû, pour une large partl à des accélérations des hydrophones engendrées par des vibrations de l'amie de traction du câble. Dans les mers difficiles, quand le tangage et le lacet du bateau appliquent au câble des efforts transversaux par rapport au sens d'avancement du câble dans liteau, un phénomène d'excitation se produit et des vibrations sont transmises à l'âme de traction du câble et par là aux hydrophones.Des efforts ont été faits pour diminuer l'importance de ces phénomènes d'excitation en ajoutant à l1 extrémité amont du câble des amortisseurs de vibrations ou des sections supplémentaires d'âme de traction. Malgré cela, le bruit de fond superposé aux enregistrements sismiques est toujours considéré comme excessif. Une certaine amélioration dans la réduction du bruit propre du câble peut toutefois être obtenue grâce à l'utilisation dthydrophones spécialement prévus pour être intrinsèquement compensés en accélération. Une autre amélioration complémentaire pourrait, bien entendu, être obtenue s'il était possible, par un montage particulier de ces hydrophones, de les découpler totalement de l'âme de traction du câble. En conséquence, le principal objet de l'invention est de réaliser un cible nouveau et amélioré, dans lequel les hydrophones sont montés de manière à être pratiquement isolés des vibrations du câble, minimisant ainsi les signaux de bruit parasites. Selon l'invention, un cible marin de mesures sismiques du type rempli de liquide est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour suspendre élastiquement chacun des hydrophones entre deux organes adjacents rigides du câble, des cloisonnements par exemple. Dans un tel câble, chaque suspension a pour objet d'isoler l'hydrophone des vibrations de l'amie du câble. Dans une forme de réalisation préférée, une telle suspension comporte une sorte de hamac en uréthane moulé comprenant une enveloppe pour l'hydrophone dans sa partie centrale et des organes de suspension flexibles de chaque côté de cette enveloppe, de manière à en permettre la fixation au cloisonnement.Ainsi monté, chaque hydrophone, qui est de préférence construit et câblé pour être intrinsèquement compensé en accélération, est effectivement découplé de 1 'ame de traction du câble et son signal de sortie est en pratique indépendant des signaux de bruit. Les autres objets et avantages de l'invention apparattront plus clairement à la suite de la description ci-après d'une forme de réalisation préférée, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une opération de surveillance sismique utilisant un câble marin de mesure, remorqué immergé par un bateau; - la figure 2 est une vue perspective avec des parties arrachées, illustrant un montage d'hydrophone en accord avec les principes de la présente invention ; - la figure 3 est une vue de dessus d'un montage de l'hydrophone représenté à la figure 2 ; et - la figure 4 est une illustration schématique d'un hydrophone du type compensé en accélération. Selon la figure 1, un bateau de surveillance sismique 10 est représenté remorquant un câble de mesures sismiques 11 complètement immergé dans l'eau. Le cible 11 est relativement long, par exemple de 1,5 à 2 km, et est normalement composé d'un nombre de sections individuelles 12 connectées bout à bout. La section amont peut être connectée à une section passive 13 ne comportant pas d'hydrophone, elle-seme connectée au bateau 10 par une section de raccordement 14. Chaque section active 12 comporte une pluralité d'hydrophones montés comme décrit en détail ci-après avec des hydrophones placés à des intervalles convenables.Les hydrophones dans chaque section 12 sont reliés, par des connecteurs électriques disposés à l'intérieur du ctble, à un équipement d'enregistrement et de traitement de signaux du type habituel monté sur le bateau 10. Comme cela sera apprécié par les spécialistes en la matière, l'énergie acoustique nécessaire est engendrée au voisinage du cible 11 par un bateau de tir ou par des systèmes produisant des impulsions acoustiques ou des vibrations ou par tout autre équipement convenable. Les hydrophones détectent l'énergie des ondes réfléchies qui reviennent en surface et le cible marin de mesure est normalement maintenu à une profondeur d'une douzaine de mètres en dessous de la surface de l'eau de manière à obtenir une réception optimale.Différents dispositifs de eontrôle et de commande en profondeur (non représentés) sont utilisés pour maintenir le câble à une profondeur convenable. Selon la figure 2, une portion de câble du type rempli d'huile est représentée avec une découpe, de manière à en faire apparattre les détails. Dans l'enveloppe flexible mince 20, des cloisonnements 21 réalisés en un matériau rigide convenable (plastique dur) sont disposés séparés les uns des autres et une Sme de traction 22 est placée au centre du câble, cette aAme étant habituellement constituée par un filin métallique (ou par tout autre dispositif semblable) de diamètre suffisant pour supporter les efforts de tension considérables engendrés au cours d'une opération de remorquage.Un groupe de fils métalliques 23 s'étendant le long du câble est constitué par le nombre de paires de conducteurs nécessaires pour électriquement relier ensemble les différents hydrophones disposés dans le câble et les autres éléments du système de mesure disposés sur le bateau, Chaque cloisonnement 21 est de forme généralement tubulaire et présente différents passages symétriquement disposés autour d'un passage central 24 traversé par l'amie de traction 22 > les autres passages tels que 25 étant prévus pour les faisceaux de conducteurs 23. Un hydrophone 26 est placé en un certain nombre d'emplacements le long du câble, entre deux organes rigides adjacents tels que, par exemple, les cloisonnements 21. Afin de suspendre élastiquement chaque hydrophone et ainsi l'isoler des vibrations du câble, une suspension quelque peu semblable à un hamac constitue un ensemble moulé réalisé à partir de matériaux élastiques tels que de l'uréthane moulé. Cet ensemble comporte un logement central 28 et deux paires de barres de suspension élastiques, espacées l'une de l'autre telles que 29 et 30, disposées de chaque côté du logement 28. Si on le désire, l'ensemble moulé ci-dessus peut comporter des entretoises transversales 31 et 32 reliant respectivement les barres de suspension 29 et 30. las extrémités extérieures des barres de suspension 29 et 30 peuvent avoir une forme de bulbe 33 adapté à complètement traverser les ouvertures 25 des cloisonnements 21.Une pièce d'ancrage métallique 34 est moulée dans chaque extrémité 33-et s'étend au-delà de la paroi extérieure de la cloison 21 de telle sorte que le hamac peut y être fixé avec une tension faible, par des moyens appropriés tels que, par exemple, des rondelles 35 et des clavettes 36. Des broches de contact 37 et 38 sont moulées dans l'un et l'autre coté de l'enveloppe 28 de l'hydrophone et sont connectées par des liaisons 39 au transducteur 40 représenté en pointillés sur la figure 3. L'enveloppe 28 est initialement constituée par une alvéole 41 destinée à former le logement de l'hydrophone 40. Puis l'hydrophone est mis en place et encapsulé après avoir été noyé dans un matériau de remplissage convenable. Les contacts 37 et 38 sont reliés par des raccords 42 et 43 à une paire de fils conducteurs du faisceau 23. L'hydrophone 40 tel que mentionné précédemment est de préférence construit et ciblé de façon à être intrinsèquement compensé en vibrations, c'est-à-dire réalisé et monté de façon que les signaux en phase produits du fait de sa sensibilité au mouvement, se compensent mutuellement. Bien que plusieurs arrangements différents de transducteurs puissent être utilisés, une construction préférée, particulièrement sensible aux ondes de pression que l'on cherche à détecter et cependant insensible en pratique aux accélérations parasites, est représentée à la figure 4. Deux rondelles circulaires 50 et 51 en matériau piézoélectrique comportent sur leurs faces un revêtement métallique 52 et sont collées à un diaphragme élastique 53 lui-m & e constitué par un disque mince en laiton rigidement fixé à sa périphérie.Les rondelles 50 et 51 sont montées sur le diaphragme 53 de telle manière que la ligne de flexion neutre du disque au cours d'une déformation est située à l'extérieur du maté riau piézoélectrique. L'ensemble du transducteur peut être réalisé avec une configuration double en utilisant un second disque et une seconde paire de rondelles piézoélectriques, le tout étant généralement indiqué en 54. Une entretoise annulaire 55 sépare les deux diaphragmes et leur est convenablement scellée de façon à assurer la constitution d'un espace fermé rempli d'air 56. Des connexions sont soudées aux deux faces des rondelles piézoélectriques de façon à réaliser un circuit série-parallèle tel que représenté. Le transducteur étant ainsi câblé, les signaux de sortie qui proviennent des rondelles 50 et 51 sous l'effet d'un déplacement ou d'une accélération sont en phase et se compensent mutuellement cependant que des ondes de pression vraies amènent les rondelles à se déplacer sphériquement de telle sorte que dans ce dernier cas, les signaux de sortie s'additionnent. En fonctionnement, le câble Il est remorqué dans l'eau et les ondes acoustiques réfléchies qui frappent les hydrophones 26 engendrent des signaux à la sortie de ceux-ci. Ces signaux de sortie sont enregistrés à bord et constituent un enregistrement sismique. Les hydrophones sont mécaniquement découplés de l'âme de traction du câble 22 du fait des suspensions élastiques qui les relient aux cloisonnements adjacents de telle sorte que les excitations appliquées au câble du fait des mouvements de tangage et de lacet du bateau ne peuvent appliquer aucune accélération notable à l'hydrophone. Tout bruit restant, dû à la sensibilité au mouvement de l'hydrophone, est compensé par le montage particulier décrit ci-dessus en référence à la figure 4, ce qui le rend intrinsèquement insensible aux accélérations. En outre, puisque le montage des hydrophones est indépendant de l'gme de traction 22 du câble, ceux-ci sont rapidement remplaçables quand ils sont endommagés. Certains changements ou modifications peuvent être apportés à la forme de réalisation décrite ci-dessus sans pour autant s'écarter des concepts mêmes de l'invention et l'objet des revendications ci-après est précisément de couvrir l'ensemble de ces changements ou modifications qui tombent dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. cible marin de mesures sismiques du genre comprenant au moins une âme de traction et une double pluralité de transducteurs sismiques et de paires de conducteurs électriques disposés à l'intérieur et le long d'une gaine tubulaire flexible, à paroi mince, remplie de liquide, équipée de cloison nements espacés tout au long dudit câble, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens élastiques s'étendant longitudinalement entre deux cloisonnements adjacents pour suspendre chaque transducteur sismique à l'intérieur du câble de façon à isoler en pratique ledit transducteur des accélérations dues aux vibrations du câble. 2. Câble marin selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques comprennent une enveloppe de transducteur et des organes de suspension s' étendant de part et d'autre de ladite enveloppe pour faire en sorte que le raccordement de ladite enveloppe auxdits cloisonnements soit réalisé sous une tension faible mais cependant suffisante pour qu une séparation spaciale soit maintenue entre ladite enveloppe et ladite âme de traction. 3. Câble marin selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits orga nes de suspension sont moulés en même temps que ladite enveloppe de façon à former une structure unitaire flexible. 4. Câble marin selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite envelop pe comporte d'une part une cavité adaptée à recevoir le transducteur sismique et d'autre part des contacts électriques moulés destinés à assurer la connexion du transducteur avec une paire de ladite pluralité de paires de conducteurs électriques. 5. Câble marin selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques sont constitués par une sorte de hamac en uréthane moulé équipé d'organes de suspension écartés l'un de l'autre, fixés de part et d'autre d'une enveloppe centrale adaptée à recevoir un desdits transducteurs. 6. Chable marin selon la revendication 5 > caractérisé en ce que les extrémités extérieures de chaque organe de suspension passent à travers un passage d'un cloisonnement particulier et sont équipés de moyens de fixation pour maintenir ledit organe en tension entre lesdits cloisonnements. 7. Cable marin selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits orga nes de suspension et l'enveloppe recevant le transducteur sont radialement espacés de l'Ame de traction du cible et sont maintenus sous des tensions suffisantes pour rester constamment sans contact avec ladite amie. 8. Câble marin selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transducteur sismique ainsi suspendu est du type intrinsèquement compensé en vibrations.