Brevet FR2459982A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne la production d'ébranlements dans le sol en vue de ltenregistre-ent à distance des ondes propagées dans le sol à la suite de ces ébranlements dans le but de recueillir des informations sur la nature géologique du terrain. On a déjà cherché pour effectuer une prospection sismique à provoquer des ébranlenents, notamment par la simple explosion des charges enterres. L'obention d'informations est cependant beaucoup plus exploitable si l'on connatt la nature des ondes transmises, c'est-à-dire si l'on sait déterminer 'il s'agit de ondes longitudinales (se propageant dans la direction de la vibration) ou transversales (se propageant perpendiculairement au plan de la vibration). Or les ébranlements produits par des charges explosives enterrées produisent des vibrations en tous sens, difficilement exploitables0 On cherche en particulier à produire des vibrations transversales qui offrent des possibilités d'information supérieures grâce à leur capacité de réflexion aux interfaces entre couches de terrain superposées. On a déjà essayé de produire des ondes transversales en frappant latéralement à l'aide d'une masse pesante suspendue, une plaque verticale ancrée dans le sol. Cette méthode présente surtout des inconvénients dus à la difficulté de mise en oeuvre, aux nombreuses man pulationS--nécessaires avant chaque production d'ébranlement, et à l'impossibilité de produire simultanément plusieurs ébranlements car on ne peut synchroniser rigoureusement la chute de diverses masses pesantes. Pour éviter ces inconvénients, la présente invention propose un nouveau générateur d'cndes sismiques, particulièrement adapté-pour la production d'ondes transversales, ce générateur comprenant - une plaque de base horizontale comportant å sa partie inférieure des nervures d'ancrage verticales parallèles et à sa partie supérieure au moins un montant vertical, " - une masse pesante disposée latéralement par rapport au montant vertical, - un canon à gaz sous pression contenu dans la masse pesante et agissant pour produire, sous l'effet de la libération brusque de gaz sous pression, une impulsion énergétique appliquée perpendiculairement au montant vertical et à la direction commune des nervures d'ancrage. La masse pesante sert de masse de contre-réaction servant d'appui aux gaz dégagés,lors de leur libération brusque, pour qu'ils puissent exercer leur pression sur la plaque de base. Le montant vertical est pourvu de tiges de guidage fixées perpendiculairement au montant, dans la direction de l'impulsion appliquée par le canon à gaz. Ces tiges de guidage solidaires du montant coopèrent avec des ouvertures percées dans la masse pesante de contre-réaction pour assurer un guidage du mouvement relatif de la masse et du montant vertical solidaire de la plaque de base, dans une direction horizontale perpendiculaire à la direction commune des nervures d'ancrage. Le montant vertical est pourvu également d'un piston qui est solidaire du montant et qui s'étend perpendiculairement à celui-ci et à la direction commune des nervures. d'ancrage, piston qui pénètre dans une chambré cylindrique de la masse pesante en regard du canon à gaz, ce dernier agissant sur le piston pour transmettre par celui-ci au montant vertical et donc à la plaque, l'impulsion énergétique due à la libération de gaz sous pression. On peut prévoir deux canons à gaz identiques et dirigés en sens opposés pour donner une impulsion énergé tique dans un sens ou dans l'autre selon la perpendiculaire à la direction commune des nervures d'ancrage. Dans ce cas, deux montants verticaux, constitués de manière identique, sont prévus, sur la plaque de base, un de chaque cOté de la masse pesante, et chaque canon agit sur un montant vertical. Par ailleurs, l'ensemble du générateur est de préférence porté par un véhicule, la masse pesante et la plaque pouvant etre soulevées pour le transport par un vérin fixé sur une portion de châssis du véhicule. La masse pesante et la plaque de base sont isolées de ce châssis par des amortisseurs, de préférence à amortissement progressif, agissant horizontalement et verticalement, pour arrenter les mouvements de la masse pesante et de la plaque à la suite des ébralements provoqués par les canons à gaz, la masse du véhicule servant d'appui général à l'ensemble du générateur d'ondes sismiques. Les amortisseurs peuvent titre des sacs souples gonflables interposés entre les corps à amortir et le châssis du véhicule ou des pièces liées au châssis. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente une vue schématique en perspective du générateur d'ondes sismiques selon l'invention, - la figure 2 représente une coupe transversale verticale du générateur au niveau d'un canon à air. Le générateur d'ondes sismiques représenté sur les figures comprend essentiellement une plaque de base 10 destinée à reposer sur le sol et pourvue à sa partie inférieure d'une pluralité de nervures d'ancrage 12 parallèles les unes aux autres et s'étendant perpendiculairement à la surface inférieure de la plaque de base 10, c'est-à-dire verticalement si la plaque de base est horizontale. Lorsque le générateur d'ondes sismiques est posé sur le sol, la plaque de base 10-sert d'appui à l'ensemble du générateur et les nervures 12 s'enfoncent dans le sol. Le générateur fonctionne selon un principe simple consistant à appliquer une poussée brutale latérale à la plaque, plus précisément une impulsion de quantité de mouvement dirigée horizontalement dans la direction perpendiculaire à la direction commune des nervures parallèles 12. Cette impulsion se transmet au sol par les nervures et produit essentiellement des ondes detype transverse se propageant vers le bas. Pour provoquer l'impulsion de quantité de mouvement on prévoit que des montants verticaux 14 et 16 s'élèvent à la partie supérieure de la plaque de base 10 ; ces montants verticaux sont solidaires de la plaque et c'est sur eux que l'on applique l'impulsion de quantité- de mouvement , impulsion qui se transmet à la plaque et aux nervures 12. L'impulsion de quantité de mouvement est produite par un ou plusieurs canons à gaz sous pression qui fonctionnent par libération brutale d'une quantité de gaz sous pression dans une chambre contenant un piston mobile dont le mouvement est transmis à un montant vertical et par suite à la plaque 10. Par exemple, le piston ést cylindrique et se déplace dans une chambre cylindrique dirigée dans une direction horizontale perpendiculaire à la direction commune des nervures 12. De préférence, le piston est solidaire d'un des montants verticaux 14 ou 16 de la plaque 10 ; il s'étend donc perpendiculairement à ce montant et pénètre dans la chambre cylindrique au fond de laquelle est logé le dispositif de libération brutale de gaz sous pression constituant à proprement parler le canon àgaz. Ge dispositif est constitué par exemple par une bouteille 18 et 18' sur la figure Z et une vanne(20 ou 20' sur la figure 2)à ouverture ultra-rapide, c'est-à-dire une vanne permettant la libération aussi rapide que possible d'une quantité aussi grande que possible de gaz sous pression contenu dans la bouteille. Ce gaz est en principe de l'air comprimé. Sur les figures 1 et 2, le piston solidaire du montant vertical 14 est désigné par la référence 22 et la chambre cylindrique dans laquelle il pénètre par la référence 24 le piston solidaire du montant vertical 16 est désigné par 22t et la chambre cylindrique dans laquelle il s'étend par 24'. Les chambres cylindriques contenant les dispositifs de libération de gaz sous pression, chambres fermées par les extrémités des pistons 22 et 22', sont ménagées dans le corps dtune masse pesante 26 servant de masse de contre réaction contre laquelle s'appuient les dispositifs dehibération de gaz lors de la libération des gaz de façon que l'impulsion de quantité de mouvement se transmette bien à la plaque 10. des orifices d'échappement 27 et 27' sont prévus respectivement dans les chambres 24 et 24' -pour l'évacuation des gaz. La masse pesante 26 est mobile latéralement entre les montants 14 et 16 dans la direction perpendiculaire aux nervures 12. Cette masse est portée par les pistons 22 et 22' ainsi que par des axes ou tiges de guidage qui comme les pistons 22 et 22' sont solidaires des montants 14 et 16 et s'étendent dans la direction horizontale perpendiculaire aux nervures 12. Deux tiges de guidage sont visibles sur la figure 1, Elles sont désignées par la référence 28 et elles s'étendant entre les montants verticaux 14. et 16 dont elles sont solidaires, en passant à travers un alésage ménagé dans tout le corps de la masse pesante 26 qui se trouve donc guidé latéralement à la fois par les pistons et par les tiges de guidage. Etant donné l'ancrage dans le sol, par les nervures 12, de la plaque 10, la masse pesante 26 a tendance à se déplacer par réaction lors de la libération brutale de gaz par l'un des canons à gaz sous pression, et on prévoit d'amortir ce mouvement en disposant des amortisseurs latéraux entre la masse 26 et un châssis fixe 30 qui est par exemple une portion dtun châssis d'un véhicule qui porte ligénérateur d'ondes sismiques. Ainsi, lors de l'application d'une impulsion énergétique par libération de gaz sous pression, non seulement le poids de la masse pesante 26 mais aussi celui du véhicule servent de contreréaction favorisant l'application d'une impulsion de quantité de mouvement à la plaque 10. Dans 11 exemple de générateur représenté aux figures, on a prévu deux canons à gaz sous pression dirigés dans des sens opposés et on prévoit donc deux amortisseurs, respectivement 32 et 34, interposés entre la masse pesante 26 et le châssis 30 pour amortir les mouvements de la masse pesante dans deux directions opposées. Le générateur d'ondes sismiques étant porté par un véhicule, il est- souhaitable de pouvoir d'une part garder la plaque 10 et donc l'ensemble du générateur soulevé pendant le transport, et d'autre part de pouvoir appliquer la plaque sur le sol et l'ancrer par les nervures 12 lors de tannise en place du générateur à un endroit choisi. Ce soulèvement est possible grâce à des vérins 36 et 38 disposés de chaque c8té de la plaque 10. Ces vérins prennent appui d'une part sur le châssis 30 et d'autre part sur une plaque (40 pour le vérin 36 et 42 pour le vérin 38) liée à la plaque 10 par un amortisseur (44 pour la plaque 40 et 46 pour la plaque 42). Le système hydraulique d'alimentation des vérins n'est pas représenté sur les figures. L'actionnement des vérins 36 et 38 simultanément a pour effet de soulever la plaque 10 (par l'intermédiaire des amortisseurs 44 et 46 qui sont fixés à la fois aux plaques 40 et 42 et à la plaque 10). L'actionnement des vérins 36 et 38 dans l'autre sens permet l'abaissement de la plaque sur le sol et l'enfoncement des nervures 12 du fait que les vérins prennent appui sur le châssis 30 du véhicule et que la masse entière du véhicule sert donc à peser sur la plaque 10 pour assurer son crantage dans le sol. Les amortisseurs 44 et 46 permettent un isolement ver tical entre la plaque, c'est-à-dire le sol, et le véhicule. Des amortisseurs 48 et 50, agissant latéralement, sont également prévus entre les montants verticaux 14 et 16 et les plaques 40 et 42 ou plus précisément entre des extensions verticales 52 et 54 des plaques 40 et 42. Ces amortisseurs 48 et 50 isolent latéralement la plaque 10 et ses montants verticaux 14 et 16 du châssis du véhicule et des vérins 36 et 38 liés à ce châssis. Sur la figure 1, on voit de plus, en tant que liaison entre le châssis du véhicule et les plaques horizontales d'appui des vérins, 40 et 42, des colonnes verticales 56 rendant les plaques 40 et 42 solidaires latéralement du châssis mais nlempêchant pas le déplacement vertical des plaques 40 et 42 et donc de la plaque 10 par rapport au châssis lors de l'actionnement des vérins 36 et 38. A cet effet, les colonnes 56 peuvent coulisser dans des paliers 60 solidaires du châssis 30 du véhicule. L'ensemble des amortisseurs 52, 34 > 44, 46, 48 et 50 permet une désolidarisation et un amortissement entre la masse pesante 26 et le châssis 30, et entre le châssis n0 et la pla que 10, aussi bien latéralement que verticalement. Les amortisseurs sont à amortissement progressif de manière à ne pas empocher initialement un mouvement des différentes pièces lors de la libération de gaz sous pression. L'amortissement croit rapidement avec le déplacement des pièces de sorte que finalement le mouvement est fortement limité malgré la violence de la libération de gaz sous pression par les canons à gaz. Par exemple, les amortisseurs sont des sacs souples gonflés d'air. Ils peuvent d'ailleurs servir, par un gonflage plus ou moins poussé de l'un ou l'autre des sacs, à mettre correctement en position latérale choisie la masse 26 par rapport auxmontants verticaux 14 et 16 de la plaque 10. On peut prévoir à cet effet des vannes interposées-entre chaque sac et un système d'alimentation en air comprimé, l'ouverture d'une vanne provoquant un déplacement dans un sens ou un autre. Les amortisseurs peuvent aussi être des amortisseurs hydrauliques à amortissement progressif. Dans l'exemple représenté aux figures, on a prévu deux canons à gaz agissant dans des directions opposées. On pourrait prévoir un seul canon à gaz, mais l'avantage de deux canons est la possibilité d'effectuer des tirs alternés dans des sens opposés, et d'obtenir de meilleures informations par superposition des enregistrements recueillis lors de tirs alternés. Dans ce cas où- plusieurs canons à gaz sous pression sont prévus, on comprend qu'il y a lieu de positionner la masse pesante 26 entre les montants verticaux 14 et 16 à un point différent selon que l'on veut effectuer un tir dans un sens ou dans un autre. En effet, si l'on veut effectuer par exemple un tir avec la bouteille d'air comprimé 18 agissant sur le piston 22, il y a lieu de.placer la masse pesante 26 à un point tel que l'extrémité du piston 22 arrive très près de l'extrémité du canon à gaz afin de réduire-autant que possible le volume résiduel de la chambre cylindrique 24 dans laquelle s'effectue la détente de gaz sous pression ; en méme temps, l'extrémité du piston 22' doit à ce moment titre éloignée de l'extrémité du canon à gaz 18', 20' car la masse pesante va se déplacer vers le montant vertical 16 et il faut prévoir un espace suffisant pour que compte tenu de l'amortissement des amortisseurs 32 et 34, le déplacement de la masse pesante 26 ne soit pas arrêté par le piston 22'. Réciproquement, si l'on désire effectuer un tir avec un canon à gaz sous pression 18', 20' il faut placer la masse pesante 26 avant le tir tout à fait vers la droite pour lui laisser une possibilité de déplacement vers la gauche lors du tir. A titre d'exemple, les canons à gaz sous pression sont simplement des canons à air comprimé et l'air emmagasiné dans les bouteilles 18 et 18' est à très haute pression, par exemple de l'ordre de 350 bars. La capacité des bouteilles de stockage d'air comprimé peut aller jusqu'à 3000 Cm3. Ces bouteilles sont alimentées par un compresseur porté par le véhicule de transport du générateur d'ondes sismiques. La capacité maximum des bouteilles dépend évidemment de la capacité du compresseur et des cadences de tir désirées. La vanne d'ouverture ultra-rapide 20, 20' disposée à l'extrémité des bouteilles doit avoir un retard d'ouverture constant après l'envoi du signal d'ouverture de la vanne afin que lson puisse déterminer parfaitement, et éventuellement synchroniser, les instants de tir de différents générateurs dtondes sismiques.En général le signal d'ouverture de la vanne est un signal électrique qui commande une vanne pilote constituant un premier étage électrique pilotant un deuxième étage pneumatique qui lui-meme pilote l'étage principal pneumatique0 Cette commande en cascade permet d'obtenir un maximum de débit d'air sous haute pression afin d'obtenir le maximum d'énergie dans le minimum de temps et de. donner une forme impulsionnelle à la quantité de mouvements appliquéeàla plaque 10. Selon le modèle de canon à gaz sous pression utilisé, l'éåection de gaz peut se faire en bout du canon et celui-ci est alors placé horizontalement dans la masse de contreréaction comme cela est représenté à la figure 2. Dans le cas où l'éjection se fait sur les cotés du canon, celui-ci est placé verticalement dans la masse 26 et la vanne 20 ou 20' débouche dans la chambre cylindrique 24 ou 24'. Les nervures verticales d'ancrage 12 ont de préférence quelques centimètres de hauteur en-dessous de la surface inférieure de la plaque 10. La coursetdéplacement de la masse pesante 26 est de l'ordre de 30 centimètres pour obtenir un amortissement relativement doux et les différents amortissements latéraux sont donc conçus de manière à permettre une telle course. Il est possible defaire varier l'impulsion énergétique donnée à la plaque 10 lors d'un tir, soit en faisant varier la distance entre le piston 22 ou 22' et la sortie du canon à air correspondant avant le tir9 soit en faisant varier la pression dans les bouteilles d'air comprimé, soit en faisant varier le volume d'air délivré. Parmi les avantages du générateur d'ondes sismiques, on peut mentionner notamment la rapidité des cadences de tir possible, la sécurité de mise en oeuvre du système qui ne comporte pas de partie mobile ayant une grande amplitude de déplacement comme dans les systèmes où une masse vient frapper unecible, la compacité du générateur, et la possibilité d'utiliser simultanément plusieurs générateurs0 REVENDICATIONS 1. Générateur d'ondes sismiques, caractérisé par le fait qu'il comprend - une plaque de base horizontale comportant à sa partie inférieure des nervures d'ancrage verticales parallèles et à sa partie supérieure au moins un montant vertical - une masse pesante disposée latéralement par rapport au montant verticaux, - un canon à gaz sous pression contenu dans la masse pesante et agissant pour produire, sous l'effet de la libération brusque de gaz sous pression, une impulsion énergétique appliquée perpendiculairement au montant vertical et à la direction commune des nervures d'ancrage. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le montant vertical est pourvu de tiges de guidage qui sont fixées sur- le montant perpendiculairement à celui-ci. et qui coopèrent avec des ouvertures correspondantes ménagées dans la masse pesante, pour assurer un guidage du mouvement relatif de la masse et du montant vertical dans une direction perpendiculaire à la direction commune des nervures d'ancrage. 3. Générateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le montant vertical est pourvu d'un piston qui est fixé perpendiculairement au montant et à la direction des nervures d'ancrage et qui pénètre dans la masse pesante en regard du canon à gaz sous pression, ce dernier agissant sur-le piston pour transmettre l'impulsion énergétique au montant vertical par l'intermédiaire du piston. 4. Générateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait saque la plaque de base est pourvue de deux montants verticaux, constitués identiquement, que la masse pesante est placée entre eux, qu'il est prévu deux canons à gaz sous pression agissant chacun sur un montant dans des directions opposées. 5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu un moyen pour déplacer la masse pesante à une position choisie entre les deux montants verti caut, ladite positicn dépendant du canon qui doit titre actionné. 6. Générateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la masse pesante est isolée d'un châssis fixe par des amortisseurs agissant horizontalement dans la direction de l'impulsion donnée par le canon à gaz. 70 Générateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les montants verticaux de la plaque de base sont isolés d'un châssis fixe par des amortisseurs agissant horizontalement dans la direction de l'impulsion donnée par le canon à gaz. 8. Générateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la plaque de base est isolée d'un châssis fixe par des amortisseurs agissant verticalement. 9. Générateur selon lune des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que le châssis fixe est celui d'un véhicule transportant le générateur. 10. Générateur selon lune des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que les amortisseurs sont des sucs souples gonflables.