Brevet FR2426916A1 — publié le 19791221

L'invention concerne un procédé de mesures de caractéristiques dans un sondage au moyen d'une sonde dont on fait varier la distance a la surface au moyen d'un câble comportant une pluralité de conducteurs électriques dont les uns servent a alimenter des organes de la sonde et dont les autres servent a ramener a au moins un dispositif de lecture des informations émises par des capteurs liés a la sonde, lesdites informations étant rapportées, à une constante près, a la distance mesurée en profondeur de la sonde par rapport à la surface prise comme paramètre principal. L'invention concerne également un appareillage plus particulièrement adapté pour la mise en oeuvre du procédé. On connait des dispositifs dits de de carottage électrique permettant de mesurer avec une sonde la résistivité des couches, la polarisation spontanée, la résistivité des boues ou de l'eau remplissant un sondage. De telles sondes comportent une ou plusieurs électrodes, les unes d'injection de courant, les autres de mesure, qui coopèrent avec une électrode de surface, pour constituer une sonde de type dit normal, petite normale et grande normale, ou de type dit latéral. Ces sondes peuvent comporter également des capteurs de mesures de diverses variables, telles que pression et température. Des descriptions et des caractéristiques d'usage de telles sondes, se trouvent dans le document suivant : R.H. BROWN, A.A. KONOPLYANTSEV, J. INESON, V.S. KOVA LEVSKY n GROUND-WATER STUDIES ", UNESCO, Paris 1972,chapitre 9.2. Les sondes du type rappelé cidessus comportent un appareillage encombrant et couteux, nécessittant l'utilisation d'au moins deux véhicules, et requêrant l'utilisation d'un treuil. I1 est vrai que les appareillages de ce type sont conçus pour travailler a de grandes profondeurs, si bien que le poids du cible est un facteur déterminant du choix de la puissance mécanique à mettre en oeuvre. Ces sondes sont conçues pour être relevées de façon continue par le treuil, ce qui nécessite un appareillage électronique complexe pour corriger les mesures du " bruit " provoque par l'instabilité des contacts ou de la valeur de résistivité entre électrodes et parois du sondage. Finalement,des campagnes de mesures avec les sondes connues sont des campagnes lourdes et coûteuses. Un premier but'de l'invention est d'éliminer tout " bruit " dû a l'instabilité des paramètres me surés pendant le déplacement de la sonde, comme cela se pratique actuellement. Un autre but de l'invention est de proposer un nouveau procédé et un nouvel appareillage de type léger, pouvant être facilement transportable et spécialement adapté pour des mesures a relativement faible profondeur, notamment pour des mesures en hydrologie. rslappareillage selon l'invention devra offrir la possibilité d'utiliser la sonde sans treuil, pour mesurer de façon sporadique ou continue les caractéristiques electriques d'un sondage. I1 devra être assez peu coûteux pour qu'on puisse en utiliser plusieurs simultanément pour surveiller plusieurs sondages, par exemple pour îrétude de la migration d'un traceur. Ces buts sont atteints, grâce a l'invention, dans un procédé du type décrit au début par le fait qu'on fait varier la distance de la sonde a la surface pas a pas et on lit les informations pendant la durée de son stationnement à chaque pas. Dans le cas ôû le procédé est mis en oeuvre dans un sondage au moins partiellement rempli d'eau avec une sonde comportant un capteur de pression hydrostatique, il est conforme à l'invention de prendre, comme représentant le paramètre principal de mesure de la distance en profondeur, la grandeur de mesure transmise par le capteur de pression hydrostatique. Les buts de l'invention sont également atteints dans un appareillage de mesures de caractéristi- ques dans un sondage comportant au moins - une sonde comprenant des organes à alimenter électriquement et des capteurs de mesure délivrant des informations sous forme de signaux électriques, - un dispositif d'alimentation électrique des organes et/ou des capteurs de la sonde et au moins un dispositif de lecture des signaux délivrés par les capteurs de mesure, - un câble de suspension de la sonde qui comporte une pluralité de conducteurs électriques permettant de relier au moins temporairement, les organes et les capteurs d'une part, et les dispositifs d'alimentation et de lecture, d'autre part, - un moyen de mesure des variations de distance en profondeur de la sonde par rapport à la surface, prise comme paramètre principal, par le fait que - le ou les dispositifs de lecture de signaux sont des dispositifs à prélèvements instantanés - et l'appareillage comporte des moyens de déclenchement d'une séquence programmée de lecture par prélèvements. De cette façon, la précision des mesures est augmentée par le fait que les mesures se font en statique " au lieu de se faire en " dynamique I1 est avantageux que le moyen de mesure des variations de distance en profondeur soit un capteur de pression hydrostatique. De cette façon, on n'est plus lié à la nécessité d'un treuil muni d'un dispositif de mesure d'élongation. Il est conforme à l'invention que l'installation comporte des moyens de commande d'ordre de déplacement vertical de la sonde. De cette façon, l'ordre pourra être exécuté, selon le mode de réalisation préféré par le constructeur et/ou l'utilisateur, de façon manuelle ou mécanique. Dans ce dernier cas, un treuil non muni de moyens de mesure d'élongation pourra être suffisant. I1 est avantageux que, pour un déplacement manuel de la sonde, en dehors de la durée des séquences de lecture, les moyens de commande d'ordre délivrent un signal audible ou visible par l'utilisateur et que le câble porte des marques espacées visibles. Selon un mode de réalisation pré féré, l'appareillage comporte une horloge provoquant le déclenchement périodique d'une séquence programmée de lecture et comporte des moyens de commande de déclenchement et/ou d'interdiction de déclenchement d'une séquence programmée de lecture. D'autres caractéristiques et avan tages ressortiront de la description qui sera donné ci-après, uniquement à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure I représente schémati- quement un appareillage selon l'invention mis en place pour les mesures dans un trou de sonde ( échelles non respectées }, - la figure 2 représente la façade du tableau de commande de l'appareillage, - la figure 3- représente la façade du boitier de télécommande de l'appareillage, - la figure 4 représente schématiquement le calage de liaison dans le boitier du tableau de commande de la figure 2. Un trou de sonde 1 est foré à partir de la surface 2. Une sonde 10 est suspendue à l'extrémité d'un câble Il. La sonde comporte diverses électrodes 12,13,14, 15 pouvant être conjuguées entre elles ou avec une électrode externe 17 ou 18 pour fonctionner, de façon connue, soit en son soit en sonde latae de " petite normale ", r soit en sonde " grande normale La La sonde 10 comporte en outre une thermistance de mesure de température 19 et un capteur de pression hydrostatique 20. Ces différentes électrodes, la thermistance et le capteur de pression constituent ce qui a été précédemment désigné comme " organes à alimenter électriquement" et comme n capteurs de mesure L'installation comporte un dispositif d'alimentation électrique 21 pour alimenter les électrodes et un dispositif d'alimentation électrique 22 pour alimenter les circuits de mesure des capteurs et leurs amplificateurs par une ligne 27. Selon une variante, certains des circuits de codage 31 à 39 peuvent être alimentés par une ligne provenant de l'alimentation stabilisée de l'enregistreur 23 dont il va être parlé. 'l'installation comporte un-dispo- sitif de lecture de signaux constitué par un dispositif d'enregistrement 23 sur bande magnétique des-signaux de fréquence amplifiés provenant des capteurs de la sonde. En variante, ou en plus, l'installation comporte un dispositif de lecture sur cadran 24 et/ou un enregistreur graphique 25. Le câble 11 comporte autant de conducteurs électriques 26 qu'il y a de bornes d'organes ou de capteurs de la sonde à relier au tableau de commande 30. Chaque capteur de la sonde 10 est relié à un circuit de codage en fréquence audible et d'amplification propre, à savoir 31 pour la pression, 32 pour la température, 33 pour la polarisation spontanée, 34 pour la résistivité de l'eau, 35 pour la mesure de tension " petite normale ", 36 pour la mesure de tension " grande normale ", 37 pour la mesure de tension " latérale ", 38 pour la mesure de courant. Le tableau comporte en outre un circuit de codage 39 à la disposition de l'opérateur au moyen d'un sélecteur 51. Chacun des circuits 31 à 39 présente une ligne de sortie 41 à 49, constituant un faisceau 40. Les lignes 41 à 49 sont reliées à un sélecteur manuel 50 qui, en position active d'un contacteur 51', n'autorise la lecture que d'un seul des signaux de sortie des circuits 31 à 39. Un programmateur 52 de commande de l'enregistreur magnétique 23 sélectionne, selon une séquence programmée, un seul de chacun des signaux de sortie codés en signaux de fréquence et émet ensuite un signal de fin de séquence F, dont le roule sera exposé plus loin. On enregistrera alors sur llenre- gistreur magnétique, une suite de relevés en séquences donnant chacun le nO de profil ( 39 ), la pression ( 31 ) prise comme représentant la mesure de profondeur et les autres valeurs ( 32 à 38 ) prises comme grandeurs mesurées en fonction de la profondeur. L'enregistrement magnétique pourra ultérieurement être dépouillé par tout procédé de représentation numérique ou graphique connu en soi. Pour procéder à une séquence de mesure, on laisse la sonde en position fixe dans le trou. Le signal de fin de séquence F, qui peut être un signal sonore ou lumineux, sert de moyen de commande d'ordre de déplacement vertical de la sonde. A la vue ou à l'audition de ce signal, l'opérateur sait qu'il peut relever la sonde pour la remettre en stationnement pour une nouvelle séquence de mesures. Si le relèvement est manuel, il est avantageux que le câble porte, de distance en distance, des marques correspondant au pas souhaité par la succession des mesures. Le programmateur peut être déclenché séquence par séquence par l'opérateur. Mais il peut être avantageusement commande par une horloge y intégrée donnant en même temps la base de temps pour la succession des séquences. Dans ce cas, l'opérateur a à sa disposition un moyen d'interdiction de déclenchement de la séquence suivante, autrement dit de suspension du cycle, jusqu'à ce qu'il soit prêt. Le secteur 50 ( ou un autre sélecteur en dérivation ) peut être commandé manuellement pour tester chaque fonction. Sur la façade du tableau 30, on voit le bouton du sélecteur 51 de codage ( en principe nO du profil de sondage)avec son contacteur 51t, le bouton du sélecteur manuel 50, un bouton de commutateur 53 de départ de séquence de l'enregistreur 23, un bouton de commutateur 54 d'enchainement automatique des séquences, un bouton de commande 55 de contacteur d'alimentation des circuits par les lignes 56, un bouton de commande 57 de l'alimentation 21,des boutons de contacteur 58 et de potentiomètre 59. La façade du tableau comporte en outre des galvanomètres de contrôle de courant 60, d'amplification 61 et d'enregistrement 62 ( état des piles ). L t appareillage lcomporte encore un boitier de télécommande 70 relié par câble/73 au tableau de commande 30. Ce boitier 70 comprend des contacteurs de télécommande des contacteurs 53 et 54, respectivement 54' et 54', un galvanomètre 62' répétant les indications du galvanomètre 62. Le boitier 70 comprend en outre un haut parleur témoin, sur lequel on renvoie, à titre de contrôle, les signaux de fréquence audibles envoyés à l'enregistreur ainsi que le signal F de fin de séquence. Un commutateur 72 d'interruption de signal sonore est à la disposition de l'opérateur. Les possibilités d'utilisation de l'appareil sont multiples, par exemple, des façons suivantes 1 / Utilisation de l'appareil seul, sans enregistrement, avec des lectures directes sur un multimètre ou sur un enregistreur graphique. 20/ Enregistrement en station l'enregistreur commande des séquences de mesures suivant une périodicité que l'utilisateur peut choisir entre I et 64 minutes, ou entre 1 et 64 heures. 3 / Enregistrement sur bande magnétique de profils. A l'aide de la télécommande, ou directement sur l'appareil, l'utilisateur peut soit commander les enregistrements à la main par le bouton de départ de séquence, soit provoquer des séquences enchainées. Dans ce cas, dès qu'il a terminé une séquence de mesures, l'enregistreur observe un temps de repos de 3 ou 4 secondes, puis recommence une nouvelle séquence. Le temps de repos est marqué par un signal sonore qui permet à l'utilisateur de déplacer la sonde d'un pas. Cette manière de faire donne une parfaite régularité à la succession des mesures et un minimum de perte de temps. De plus, un enregistreur graphique connecté à la sortie permet simultanément de visualiser l'une quelconque des mesures enregistrées en synchronisation avec l'enregistreur.En jouant avec les différentes vitesses de deplacement du papier, on peut faire varier l'échelle de la représentation graphique. Afin de faciliter l'obtention d'une échelle ronde, la durée du cycle peut être amenée à 10 secondes en jouant sur le seul paramètre ajustable : la temporisation. En effet, la durée de chaque mesure est exactement définie par la base de temps de l'enregistreur. Elle est composée d'une fenêtre d'enregistrement de 0,4 seconde suivie d'un intervalle entre mesures de 0,2 seconde. Les Il mesures qui composent un enregistrement représentent exactement 11 x 0,4 + 10 x 0,2 = 6,4 s. Le monostable de temporisation peut donc être ajusté à 3,6 secondes avec toutefois une incertitude dûe à l'instabilité du monostable principalement en température. Dans tous les cas, le matériel peut être transporté dans la même voiture légère que celle qui qui amène le personnel, la sonde elle-même et le boitier de té lécommande ont seuls à être amenés à proximité immédiate du sondage. La sonde pouvant être réalisée en petit diamètre, un forage du type forage d'exploration est suffisant, ce qui réduit encore le prix de revient de l'utilisation de l'appareillage de l'invention. REVENDICATIONS 10) Procéde de mesures de caractéristiques dans un sondage au moyen d'une sonde dont on fait varier la distance à la surface au moyen d'un câble comportant une pluralité de conducteurs électriques dont les uns servent à alimenter des organes de la sonde et dont les autres servent à ramener à au moins un dispositif de lecture des informations émises par des capteurs liés à la sonde, lesdites informations étant rapportées, à une constante près, à la distance mesurée en profondeur de la sonde par rapport à la surface prise comme paramètre principal, caractérisé en ce qu'on fait varier la distance de la sonde à la surface pas à pas et on lit les informations pendant la durée de son stationnement à chaque pas. 20) Procédé selon la revendication 1, dans lequel on met en oeuvre dans un sondage au moins partiellement rempli d'eau une sonde comportant un capteur de pression hydrostatique, caractérisé en ce qu'on prend, comme représentant le paramètre principal de mesure de la distance en profondeur, la grandeur de mesure transmise par le capteur de pression hydrostatique. 30) Appareillage de mesures de caractéristiques dans un sondage comportant au moins : - une sonde comprenant des organes à alimenter électriquement et des capteurs de mesure délivrant des informations sous forme de signaux électriques, - au moins un dispositif d'alimentation électrique des organes et/ou des capteurs de la sonde et au moins un dispositif de lecture des signaux délivrés par les capteurs de mesures, - un câble de suspension de la sonde qui comporte une pluralité de conducteurs electriques permettant de relier, au moins temporairement, les organes et les capteurs d'une part et les dispositifs d'alimentation et de lecture d'autre part, - un moyen de mesure des variations de distance en profondeur de la sonde par rapport à la surface, prise comme paramètre principal, caractérisé en ce que - le ou les dispositifs de lecture de signaux sont des dispositifs prélevements instantanés (23) - et l'appareillage comporte des moyens de déclenchement (53,52) d'une séquence programmee de lectures par prélèvements. 40) Appareillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de mesure des variations de distance en profondeur de la sonde est un capteur de pression hydrostatique (20). 50) Appareillage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande (71) d'ordre de déplacement vertical de la sonde. 60) Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour un déplacement manuel de la sonde, en dehors de la durée des séquences de lecture, les moyens de commande d'ordre (71) délivrent un signal audible ou visible. 70) Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour un deplacement manuel de la sonde, le cible (11) porte des marques espacées visibles. 80) Appareillage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une horloge (52) provoquant le déclenchement périodique d'une séquence programmée de lecture. 90) Appareillage selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (54) de commande de déclenchement et/ou d'interdiction de déclenchement d'une séquence programmée de lecture. 100) Appareillage selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de contrôle auditif (71) des signaux lus au au cours de chaque séquence programmée de lecture.