Brevet FR2458084A1 — publié le 19801226

La présente invention concerne une source dlonde acoustique pour la prospection sismique légère, notamment pour la sismique réflexion. Les nombreuses sources d'énergie actuellement disponibles à des fins de prospection sismique sont presque toutes prévues pour des investigations profondes du type "pétrolier". Ces sources qui doivent fournir une importante quantité d'énergie dans un laps de temps minimal sont, de ce fait, volumineuses et d'une mise en oeuvre incompatible avec les recherches par sismique légère, lesquelles sont destinées à étude des vingt premiers mètres du soussol. Or on assiste actuellement à un important développement de la sismique légère, tant par réfraction que par réflexion, en vue de la résolution de problèmes de génie civil, d'hydrogéologie et de recherche de matériaux Si un tel développement a conduit à la conception de chaumes d'enregistrement plus particulièrement adaptées à ce type de prospection, en revanche peu de progrès ont été faits pour mettre à la disposition des utilisateurs de ces appareillages des sources sismiques compatibles avec les conditions de travail de la sismique légère. On utilise actuellement, par exemple, des explosifs qui constituent une source performante mais qui présentent les multiples incon vénients que l'on connais absen ce ce qui concerne les risques de manipula- tion que les conséquences sur l'environnement. D'autres appareils connus utilisent, pour produire une onde acoustique dans le sol, la chute d'une masse sur ce dernier, ce qui conduit à des dispositifs lourds et encombrants. En outre, de telles sources qui produisent des ondes essentiellement riches en basse fréquences (inférieures ou égales à 50-60 Xz dans le cas de la chute d'un marteau),sont inaptes à la sismique réflexion haute définition laquelle nécessite l'enregistrement de hautes fréquences, et sont egalementmal adaptées à la sommation des informations résultant de N ébranlements successifs. Un dispositif de ce genre, connu sous le nom de "118QX1S "lztilise un piston mobile dans un cylindre, constituant un marteau pour appliquer une onde de choc sur le sol.Ce piston est projete sur le sol à la suite de l'explosion d'un mélange de propane et d'oxygène dans une chambre extensible. Un tel dispositif exige naturellement le transport, sur les lieux des sondages, de bouteilles de gaz ainsi que de tout l'appareillage connexe, ce qui constitue évidemment un inconvénient notable. Par ailleurs, pour la prospection marine, on utilise couramment des "étinceleur" qui comportent deux électrodes distantes l'une de l'autre, plongées dans l'eau de mer et reliées, par l'intermédiaire d'un circuit de dé cienchement, à une batterie de condensateurs chargés par une alimentation électrique. On peut ainsi utiliser l'énergie emmagasinée par les condensateurs pour produire un courant de décharge et une étincelle entre les deux électrodes plongées dans l'eau de mer, cette étincelle produisant à son tour une vaporisation du milieu et une onde de choc transmise vers le fond. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des diverses sources d'ondes acoustiques connues pour la prospection sismique légère au sol grâce à une adaptation particulièrement simple d'un "étinceleur" utilisé en prospection marine. A cet effet, cette source d'onde acoustique pour prospection sismique légère, destinée à etre raccordée à un générateur d'un courant électrique de décharge comprenant une batterie de condensateurs,unet alimentation électrique et un circuit de déclenchement, est caractérisée en ce qu'elle comporte une cuve hermétique dont une partie de la paroi, destinée à etre mise en co ntact avec le sol, est souple tandis que le reste de la paroi est rigide, cette cuve au moins contenant un électrolste dans lequel plonge/une électrode reliée à la sortie du générateur, la partie rigide de la paroi de la cuve étant reliée à la masse. la source dinde acoustique suivant l'invention offre l'avantage d'avoir un faible poids et de présenter un faible encombrement, ce qui permet de la déplacer aisément et très rapidement sur le terrain. Du fait de cette grande mobilité il est alors possible, si l'on dispose par ailleurs d'un système d'enregistrement mémoire, d'additionner plusieurs traces correspondant à des signaux ayant effectué des trajets légèrement différents. Un autre avantage offert par la source suivant l'invention est qu'elle permet de produire une onde acoustique comportant des bandes de fréquence beaucoup plus élevées que dans le cas ou l'onde est produite par la chute d'un marteau sur le sol. On peut notamment obtenir des bandes de fréquences supérieures à 1000 Hz. Un autre avantage procuré par la source suivant l'invention est que son spectre de fréquences peut etre rapidement modifié suivant les nécessités des travaux, en changeant la matière de la.paroi souple de la cuve hermétique, cette paroi souple ou membrane pouvant etre ainsi constituée à volonté de matériaux divers tels que caoutchouc, polyester armé de fibres de verre, acier inoxydable etc. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe axiale et verticale de source d'onde acoustique suivant l'invention. La figure 2 est un schéma électrique du générateur de courant de décharge raccordé à la source d'onde acoustique de la figure 1. La source d'onde acoustique suivant l'invention et représentée sur la figure 1 comprend une cuve hermétique 1 constituée par un bottier cylindrique, métallique, rigide 2 dont le fond supérieur 3 est également rigide et qui est fermé, à son extrémité inférieure, par une membrane souple 4. Cette membrane 4 est fixée au boftier 2 de manière à pouvoir etre aisément démontable La fixation de la membrane 4 est réalisée au moyen de vis longitudinales 5 qui sont visses dans une bride annulaire 6 prévue à l'extrémité inférieure du boiter 2 et qui traversent un anneau externe 7, le bord périphérique de la membrane souple 4 étant ainsi pincée entr la bride 6 et l'anneau 7. La cuve hermétique 1 est remplie d'un électrolyte 8 qui peut etre par exemple constitue par du chlorure de sodium en solution dans l'eau dans la proportion de 30OO/o. Dans cet électrolyte 8 plonge une électrode de cuivre 9 réalisée sous la forme d'une tige placée dans l'axe du bottier cylindrique 2. Cette tige traverse le fond horizontal supérieur 3 du boitier 2 et elle est raccordée électriquement à un câble d'alimentation 11. Le fond supérieur 3 porte également une soupape d'échappement 12, une vanne de remplissage 13 et une vis de masse 14 vissée dans ce fond. La source d'onde acoustique qui vient d'être décrite et qui constitue en quelque sorte un "étinceleur en vase clos" est raccordée à un générateur de courant électrique de décharge du type utilisé en prospection marine et dont le schéma électrique est représenté sur la figure 2. Ce générateur comprend un banc de condensateurs en parallèles 15 qui sont reliés, par l'intermédiai~ re d'une résistance série 16 à la sortie d'un dispositif redresseur 17 alimenté en courant électrique alternatif par un transformateur 18. La borne haute tension du dispositif redresseur 17 est reliée;par llintermédiaire d'un interrupteur 19 commandé par un circuit de déclenchement 21, à l'électrode 9, tandis que la borne mise à la masse est reliée à la vis de masse 14. Le fonctionnement de la source d'onde acoustique suivant l'invention est le suivant: Après avoir placé la cuve 1 remplie de l'électrolyte 8 sur le sol, la membrane 4 étant en contact avec ce dernier, on la raccorde au générateur de courant électrique de décharge. Ensuite, au moyen du circuit de déclenchement 21, on provoque la fermeture de l'interrupteur 19 de manière à produire une décharge électrique entre l'électrode 9 (point chaud) et le boîtier 2 (point froid) de la cuve étanche 1. Cette décharge électrique provoque une vaporisation de llélectrolyte 8 et par conséquent une augmentation de pression à lXin- térieur de la cuve 1.On a représenté schématiquement sur la figure l,al trait mixte, la déformation sphérique que subirait, par suite de cette élévation de pression, la membrane souple 4 si elle se trouvait etre libre. En fait, l1aug- mentation de pression instantanée à l'intérieur de la cuve étanche 1 se traduit par une onde de choc appliquée au sol. Les gaz produits à chaque tir s'échappent à travers la soupape 12. On voit ainsi qu'à chaque tir on consomme une petite quantité d'électrolyte 8. A la suite d'essais expérimentaux on a constaté que la consommation en eau salée constituant l'électrolyte 8 était d'un litre environ pour 500 tirs. Le remplissage par la vanne 13 permet de réintroduire de l'électrolyte à l'in- térieur de la cuve 1, pour compenser celui perdu à la la suite des tirs. L'électrode en cuivre 9 qui est reliée à-la borne haute tension du générateur de courant électrique de décharge, s'use progressivement et, pour permettre de compenser cette usure, elle est montée de préférence réglable en longueur de manière à pouvoir l'enfoncer au fur et à mesure que les tirs se déroulent. Bien que la source d'onde acoustique qui vient d'être décrite ne comporte qu'une électrode centrale, il est également possible de prévoir plusieurs électrodes distantes les unes des autres et plongeant respectivement dans llélectrolyte. Une telle disposition permet d'obtenir, pour l'onde acoustique produite, des fréquences encore plus élevées. Dans une forme exécution non limitative de l'invention la cuve hermétique 1 a une hauteur de 20 cm et un diam.ètre de 14 cm. Elle est connectée à un générateur de courant électrique de décharge dont le transformateur 18 est alimenté en courant électrique alternatif en 220 V. Le pont redresseur 17 délivre une tension continue de 4 000 V et un courant de 0, 750 A. Le banc de condensateurs en parallèle 15 a une capacité globale pouvant varier de 160 à 660 F. REVENDICATIONS 1. Source d'onde acoustique pour prospection sismique légère, destinée à être raccordée à un générateur d'un courant électrique de décharge comprend nant une batterie de condensateurs, une alimentation électrique et un circuit de déclenchement, caractérisée en ce quelle comporte une cuve hermétique 1 dont une partie de la paroi 4, destinée à etre mise en contact avec le sol, est souple tandis que le reste de la paroi 2 est rigide, cette cuve 1 contenant un électrolyte 8 dans lequel plonge au moins une électrode 9 reliée à la sortie du générateur, la partie rigide Z, 3 de la cuve 1 étant reliée à la masse. 2. Source d'onde acoustique suivant la revendication 1 caractérisée en ce que la cuve hermétiquel est constituée par un boîtier cylindrique, métallique, rigide 2 dont le fond supéri eur 3 est également rigide et qui est fermé, à son extrémité inérieure, par une membrane souple 4. 3. Source d'onde acoustique suivant la revendication 2 caractérisée en ce que la membrane 4 est fixée d'une manière amovible au boîtier 2. 4. Source d'onde acoustique suivant une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le fond 3 de la cuve 1 opposé à la paroi souple 4 est traversée par l'électrode 9 et il porte une soupape 12 d'échappement des gaz formés lors de chaque tir, une vanne de remplissage 13 et une vis de masse 14. 5. S*ourceidtonde acoustique suivant une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que ltélectrode 9 est montée réglable en longueur à l'intérieur de la cuve hermétique 1.