Brevet FR2280908A1 — publié le 19760227

La présente invention concerne un perBectionne ent aux procédés et appareils décrits aux brevets français X 1.533.337, P 1.566.338 et N 1.546.682. Ellc se rapporte plus particulièrement à un Moyen de lise en oeuvre permettant de sisplifier, de rendre plus aisées, soins codises et plus rapides les mesures effectuées dans le cas des prospections sur terre à faible profondeur. Les appareils décrits dans ces brevets comprennent un dipôle émettant un rayonnement électromagnétique dans le domaine des fréquences très basses, du continu à plus de 30.000 hertz, et un dispositif de réception permettant la mesure des amplitudes des composantes Magnétique radiale, magnétique verticale et électrique transverse du champ rayonné par le dipôle. En effectuant ces mesures pour chacune de ces composantes et pour chaque fréquence d'une série de fréquences choisies, on détermine une série de résistivités apparentes concernant des terrains d'autant plus profonds que la fréquence est plias basse. Pour les investigations relativement peu profondes, destinées par exemple à la prospection minière, hydrogéologique, à l'étude géotechniqtte des sols ou encore à l'archéologie, on pourrait songer à utiliser des appareils identiques aais plus légers, la distance entre émetteur et récepteur étant de l'ordre le plus souvent de 2 à 10 Bois la profondeur d'investigation requise. Hais, comme dans le cas du sondage électrique classique en courant continu, le procédé et le matériel employés exigent au minimum deux opérateurs, en corsunication l'un avec l'autre, ce qui est un inconvénient important pour des travaux qui doivent rester rapides et peu coûteux. L'objet de la présente invention est un perfectionnenent aux appareils du type comprenant un dipôle magnétique formé d'une boucle d'émission alimentée par un générateur de courant alternatif sinusoldal de basse fréquence et des capteurs d'au moins deux composantes du champ électroaagnétique ainsi engendré afin de mesurer l'amplitude des composantes pour chaque fréquence d'émission, les capteurs étant situes à une certaine distance du diptle, caractérisé en ce que le dipôle est formé d'une spire unique de diamètre inférieur à 50 mètres, cette spire étant reliée par des fils torsadés d'une longueur comprise entre 10 et 200 mètres à un générateur de faible puissance installé star le lieu de mesure, et en ce que l'on déroule les fils torsadés par que la distance comprise entre le dipôle et le lieu de mesure soit ati moins égale à deux fois la profondeur des terrains à prospecter. Un appareil de ce type présente de nombreux avantages. En effet, les fils torsadés reliant la boucle au gnérateur de faible puissance situé sur le lieu de nesure n'affectent en rien le ch-p électromagnétique engendré par la boucle. Ils évitent du même coup la présence d'un opérateur sur le lieu de la boucle, comme dans le cas des dispositifs antérieurs, l'opérateur affecté à l'enregistrement des mesures pouvant luie coillander directement l'injection de courant dans la boucle à l'aide di générateur dont il dispose.De plus, pouvant régler luidlene la fréquence du courant alimentant le dipOle, il n'est plus nécessaire de prévoir, corme dans les appareils antérieurs, un dispositif de télécommande fragile et codteux pour le réglage de l'émission du dipôle sur la fréquence choisie. Un autre avantage de l'appareil objet de 11 invention est qu'en raison des basses fréquences utilisées, par exemple de 200 à 36.000 Hz, la réactance de la boucle utilisée à une seule spire est faible. On peut donc disposer d'une impédance suffisamment basse pour alimenter la boucle à l'aide d'un générateur de très faible puissance. Cette faible puissance suPfit alors pour faire circuler dans la boucle émettrice un courant d'intensité efficace capable de fournir, dans la bande des fréquences utilisées pour les investigations à faible profondeur, des eompo- santes du champ électromagnétique le plus souvent largement supérieures au niveau du bruit électroagnétique d'origine naturelle ou industrielle et de ce fait aisément mesurables avec précision. Le générateur de courant peut etre alimenté avec des batteries rechargeables ou mme avec de simples piles électriques, évitant de la sorte l'emploi d'un groupe électrogène lourd, bruyant, motteux et d'entretien délicat. Enfin, on peut toujours adapter l'impédance au générateur de courant pour qu'elle corresponde à une résistance pure suffis-ient forte pour que l'ensemble cAble et boucle reste d'un poids remarquablement faible. Ainsi, non seulement il devient possible d'effectuer les mesures par un seul opérateur, ais l'ensemble du matériel de prospection : cible et boucle compris, peut etre transporté facilement par une seule personne. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront de la description suivante faite en référence au dessin annexé illustrant un mode de réalisation particulièrement simple de la présente invention. Sur le dessin, la figure unique est une représentation schématique des circuits et de l'ensemble des dispositifs de l'appareil objet de l'invention. Afin de différencier le lieu de mesure des composantes magnétiques radiale Rx, verticale Hz et electrique transverse Ey du champ électromagnétique engendré en ce lieu par un diptle, situé à une certaine distance de celui-ci, on a représenté les fils de liaisons 3 c8té lieu de mesure jusqu'au point 9 et les mentes fils côté lieu d'émission jusqu'au point 10. Ainsi, le générateur de courant sinusofdal 1 est relié par les fils torsadés 3 à la boucle du diptle 4 composé d'une spire unique. Cette spire a un diamètre compris entre 1 et 50 mètres. La longueur des fils torsadés 3 est comprise entre 10 et 200 mètres. Ces fils ont été représentés schématique-nt enroulés sur un dispositif enrouleur dérouleur 2 pour indiquer que l'on utilise le appareillage quelle que soit la distance utilisée entre le lieu de mesure et le lieu d'émission, cette distance étant réglée pour cotre au moins stipérieure à deux fois la profondeur d'investigation que l'on désire. Le capteur de champ électrique transverse Ey a été schématise en 5 le capteur de champ magnétique radial Hx en 6 et le capteur de champ magnétique vertical Hz en 7. On a encore schématisé les commandes et régalages du généra- teur 1 par le rectangle 12 et l'ensemble des commandes et réglages des chaînes de mesure comprenant les étages d'amplification, de filtrage ainsi que les voltmètres, par le rectangle 11. A titre d'exenple, et pour une investigation pouvant aller jusqu'à une profondeur de quelques dizaines de Mètres, on peut utiliser un appareil conforme à l'invention possèdant les caractéristiques suivantes Puissance du générateur de courant 1 : 4 watts. Intensité dans la boucle d'émission 4 : 1 spire. Rayon maximum de la boucle d'émission 4 : 7 Mètres. Résistance totale des fils torsadés 3 et de la boucle d'émission 4 : 4 ohms. Longueur des fils torsadés 3 : 50 Mètres. Poids des fils torsadés et de la boucle 4 : 1,5 kg. Fréquences utilisées pour un sondage : 280, 560, 1120, 2240, 4480, 8960, 17920 et 35840 hertz. Distance entre électrodes du dispositif de mesure 5 du champ électrique 1 Mètre. Les ordres de grandeur des amplitudes des composantes de champ obtenues avec le dispositif ainsi décrit, sur un sol supposé homogène, dont la resistivité est de l'ordre de 50 ohms x mètre, à un; distance de 50 mètres du centre de la boucle d'émission 4, sont les suivants : : Fréquences s 1000 hertz s 10000 hertz : Champ magnétique radial : 9 Hx : 60 A/m : Champ magnétique vertical : 100 gm . 120 A/m : Champ électrique transverse : 38 /Vm 300 FV/u Pour une investigation plus profonde, soit une cinquantaine de mètres, on peut choisir par exemple une boucle 4 de rayon maximum de 14 mètres, la longueur des fils torsadés étant de 90 mètres et le poids des fils torsadés et de la boucle de 4,5 kg. L'ensemble de prospection ainsi constitué est implanté sur le terrain et manoeuvré par un seul opérateur qui, au cours de sa prospection, peut déplacer l'ensemble du matériel à son gré de stations en stations. En gardant un intervalle constant entre boucle et récepteur, 50 mètres par exemple selon les valeurs numériques citées plus haut, l'opérateur réalisera une série de sondages implantés dans des conditions géométriques identiques, s'appliquant particulièrement bien, par exemple, aux prospections hydrogéologiques dais des terrains alluvionnaires à faible pendage et pouvant assurer ainsi la prospec- tion rapide de vastes surfaces, le déplacement d'une station de sondage à la suivante étant aussi grand qu'on le désire. Selon un autre Mode d'utilisation du dispositif décrit, il est possible à l'opérateur unique de réaliser une série de sondages voisins les uns des autres en déplaçant ensemble les deux appareils, générateur et rcepteur, et en dévidant derriere lui le cSble torsadé 3 prévu de longueur suffisante, la boucle d'émission 4 restant cette fois fixe. L'emploi d'un pas de mesure d'une station à l'autre très faible, de l'ordre de deux mètres, ou même de un Mère si on le désire, permet alors à une seule personne de réaliser très rapide pst la couverture très détaillée d'une zone de prospection peu étendue. Par exemple, si on utilise la boucle de 7 mètres de rayon et le cible torsade 3 de 50 mètres de long, la zone de prospection peut couvrir, avec une maille de mesure de 2 mètres de côté, un rectangle de 15 mètres sur 30 Mètres, la station la plus éloignée étant à 55 mètres et la plus rapprochée à 40 mètres du centre de la boucle d'émission 4. REVENDICATIONS 1 ) Perfectionnement aux appareils du type comprenant un dipôle magnétique formé d'une boucle d'émission aliMentée par un générateur de courant alternatif sinusoSdal de basse fréquence et des capteurs d' au Moins deux composantes du champ électromagnétique ainsi engendré afin de mesurer les amplitudes de ces composantes pour chaque fréquence d'émission utilisée, les capteurs étant situés à une certaine distance du diptle, caractérisé en ce que le diptle est formé d'une spire unique de diamètre inférieur à 50 mètres, cette spire étant reliée par des fils torsadés d'une longueur comprise entre 10 et 200 mètres à ;;un générateur de faible puissance installé sur le lieu de mesure et en ce que la longueur des fils torsadés est suffisante pour pouvoir Cotre déroulés sur une distance au moins égale à deux fois la profondeur des terrains à prospecter. 2o) Procédé de prospection mis en oeuvre par l'appareil revendiqué en 1, caractérisé en ce que la boucle d'émission étant maintenue en un endroit déterminé, on effectue les mesures en déroulant les fils torsadés pour passer d'un lieu de mesure à un autre, le rapprochement des lieux de mesure pouvant titre aussi voisin qu'on le désire. 3 ) Procédé de prospection mis en oeuvre par l'appareil revendiqué en 1, caractérisé en ce que la boucle d'émission est déplacée du m*se pas que le déplacement effectué avec le générateur et l'appareil de mesure, pour passer d'un lieu de mesure à un autre, ce pas étant aussi grand qu'on le désire, et la distance entre émetteur et récepteur étant conservée constante.