Brevet FR2495784A1 — publié le 19820611

L'invention concerne principalement le domaine de l'exploration sismique marine. L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un appareil pour déterminer avec précision la position d'une flûte sismique marine remorquée. Dans la prospection sismique marine, un navire d'exploration remorque une flûte sismique portant plusieurs détecteurs sensibles à la pression, communément appelés hydrophones. Une source d'énergie sismique, par exemple un canon à air ou une charge explosive, est utilisée pour propager des ondes de pression à travers l'eau dans le fond marin sous-jacent. Une partie de l'énergie est réfléchie par des discontinuités géologiques souterraines et elle est ensuite détectée par les hydrophones, sous la forme de variations de pression de l'eau environnante. L'énergie mécanique de ces variations de pression est transformée en un signal électrique par les hydrophones et ce signal est transmis par la flûte à un équipement d'enregistrement placé à bord du navire. Les données recueillies peuvent ensuite être interprétées par l'homme de l'art pour donner des informations concernant les formations géologiques sous-marines. Pour que les signaux aient un sens, il est néces- saire de connaitre l'emplacement précis des hydrophones individuels à l'instant de la détection des ondes de pression. Etant donné que le navire se déplace de façon continue et que la flûte peut s'étendre sur plusieurs milliers de mètres en arrière du navire, il est difficile de localiser avec précision les hydrophones. Divers dispositifs ont été développés pour donner une information précise concernant la position du navire. Il est cependant rare que la flûte soit traînée directement dans la direction de la route du navire. Bien que la flûte soit accrochée à l'arrière du navire, sa plus grande partie est immergée au-dessous de la surface de l'eau, sous l'action de dispositifs de commande de profondeur disposés le long de la flûte. Par conséquent, la vitesse du courant transversal à la profondeur de la flûte peut différer de celle du courant transversal affectant le navire, de sorte que la flûte est remorquée en formant un certain angle avec la route du navire. D'autres facteurs, qu'il est inutile d'énumérer, peuvent également faire varier le trajet suivi par la flûte par rapport à la route du navire. Un procédé pour estimer la position de la flûte, décrit dans l'art antérieur, repose sur la mise en place d'un réflecteur radar sur bouée de queue, à l'extrémité de la flûte. Des équipements radar embarqués peuvent alors être utilisés, lorsque les conditions de la mer sont opti- males, pour détecter la position de l'extrémité de la flûte et la position des hydrophones individuels intercalés. Cependant, de tels dispositifs sont en général peu fiables et les données demandées qu'ils fournissent sont douteuses. Un second procédé décrit dans l'art antérieur utilise un appareil Irès sensible et coûteux pour mesurer les angles d'embardée et de tangage de l'extrémité de la flûte adjacente au navire. Ces données, associées à des valeurs de cap obtenues au compas magnétique, le long de la flûte, et à la profondeur connue de la flûte, permettent de calculer empiriquement les positions des hydrophones. Au cours d'opérations normales, le navire se déplace à une vitesse d'environ 3 m/s et émet des ondes sismiques initiales à peu près toutes les 10 secondes. L'utilisation d'ondes sismiques à intervalles plus rappro- chés est limitée par le temps nécessaire à la dissipation de toutes les ondes sismiques réfléchies. En particulier, l'utilisation d'un canon à air, à intervalles inférieurs à 4 secondes, ne permet pas une dissipation suffisante des ondes acoustiques et il en résulte des données difficiles ou impossibles à estimer par suite des bruits réfléchis. Par conséquent, l'utilisation d'un canon à air, en asso- ciation avec les hydrophones pour des estimations de dis- tance, présente des problèmes et n'autorise aucune perte de redondance dans la localisation précise des hydrophones. L'invention concerne un appareil destiné à déter- miner la position d'une flûte marine remorquée par un navire d'exploration. L'appareil comporte une source acoustique montée hors du bord, à l'arrière du navire, au- dessous de la surface de l'eau et capable d'émettre des impulsions acoustiques à haute fréquence, de courte durée, sous l'effet d'une commande extérieure. Plusieurs hydro- phones sont logés dans la flûte et peuvent recevoir des impulsions de la source acoustique et émettre, en réponse à ces impulsions, des signaux transmis par des canaux sépa- rés passant dans la flûte. Pour permettre des mesures redondantes, un nombre prédéterminé de signaux d'hydrophones provoquent chacun le déclenchement d'impulsions supplémen- taires par la source acoustique. La mesure du temps écoulé entre une première impulsion, déclenchée extérieurement, et la réception du dernier signal prédéterminé produit par un hydrophone permet une détermination précise de la distance. Deux sources acoustiques sont de préférence montées de part et d'autre et à l'extérieur de l'arrière du navire et peuvent émettre des impulsions acoustiques à haute fréquence. Les deux sources peuvent être.utilisées dans des intervalles de temps différents pour la saisie de données concernant la position des hydrophones, ou bien elles peuvent utiliser des impulsions de fréquences différentes, pouvant être distinguées par les hydrophones et qui, en réponse aux signaux différents, peuvent être renvoyées au navire. Il est également préférable d'utiliser les signaux de retour des hydrophones pour régler l'amplitude des impulsions de la source acoustique afin de minimiser la puissance demandée pour l'émission et, par conséquent, de minimiser les réverbérations. La fréquence des impulsions acoustiques est de préférence comprise entre 3,5 et 250 kHz et chaque impulsion doit avoir normalement une durée comprise entre le temps nécessaire à un seul cycle et celui demandé pour environ 20 cycles. Dans une forme préférée de réalisation, tous les canaux des hydrophones sont contrôlés simultanément et la source acoustique est déclenchée pour produire des impulsions supplémentaires seulement après que le dernier hydrophone ou hydrophone le plus éloigné de la flûte a reçu le signal en réponse à l'impulsion précédente. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de dessus d'une flûte marine remorquée par un navire; et la figure 2 est un schéma simplifié du circuit de l'appareil selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement, de dessus, un navire 10 d'exploration remorquant une flûte sismique marine. La route du navire est indiquée par une ligne discontinue 12 et la flûte 14 est remorquée en s'incurvant sur un côté. Plusieurs dispositifs 16 de commande de profondeur, de conception classique, maintiennent la masse de la flûte à une profondeur d'environ 5 à 10 m au-dessous de la surface. Une bouée 18 de queue est fixée à l'extré- mité arrière de la flûte 14 et elle maintient cette extré- mité de la flûte à la surface. Plusieurs hydrophones 20 sont espacés le long de la flûte afin de détecter des variations de pression et de transmettre, à un appareil d'enregistrement placé à bord du navire, des signaux annonçant la réception de ces variations de pression le long de la flûte. De plus, la flûte 14 renferme également plu- sieurs capteurs 22 de profondeur et des compas magnétiques 24 qui peuvent être interrogés pour donner des informations concernant la profondeur et l'orientation de la flûte aux emplacements de ces instruments. Un canon à air est monté hors du bord, à l'arrière du navire 10. Dans un canon classique, de l'aircomprimé sous une pression comprise entre 34 et 550.105 Pa, est brusquement libéré d'une chambre immergée, en une période de quelques millisecondes, pour produire une impulsion acoustique. Deux sources acoustiques 28 et 30 à haute fréquence sont montées hors du bord à l'arrière du navire et sont en général espacées l'une de l'autre d'une distance de 20 à 40 m. Les sources acoustiques 28 et 30 produisent des impulsions à haute fréquence de courte durée, reçues par les hydrophones 20. A la réception des impulsions, les hydrophones émettent un signal qui est transmis au navire par la flûte. Les signaux transmis par les hydrophones sont utilisés pour déclencher des impulsions supplémentaires par les sources 28 et 30 dans une boucle à oscillations commandées. La mesure du temps impliqué pour un nombre donné d'oscillations permet des calculs précis et redondants de la distance des hydrophones, étant donné la vitesse des impulsions dans l'eau. La distance étant calculée, la position des hydrophones peut être déterminée avec précision conjointement avec la donnée de profondeur obtenue par interrogation des capteurs 22. La figure 2 représente sous une forme simplifiée un circuit fonctionnel pouvant être utilisé pour atteindre les objectifs télémétriques indiqués ci-dessus. Dans le circuit de la figure 2, une source acoustique 100 est déclenchée de manière à produire une impulsion, par l'inter- médiaire d'un élément extérieur 110 de mise en marche et d'un élément 120 de déclenchement, cette impulsion étant de haute fréquence et faible durée. La fréquence de l'impulsion est de préférence comprise dans la gamme de 2 à 100 kHz, et, d'une manière encore plus préférable, dans la gamme de 3 à 10 kHz. La longueur de l'impulsion est de préférence comprise entre 1 cycle et 20 cycles. Des impulsions plus longues peuvent être utilisées, mais ne sont pas particulière ment utiles. La source acoustique peut être de type piézo- électrique, ferro-électrique ou électromagnétique. La source comprend de préférence un dispositif piézo-électrique ou ferro-électrique produisant un faisceau acoustique en forme de pinceau, orienté dans la direction générale de la flûte. De tels dispositifs, ayant une fréquence de l'ordre de 2 à 8 kHz et capables de produire des impulsions cycliques, sont disponibles dans le commerce. Comme mentionné précédemment, les sources acous- tiques sont de préférence montées hors du bord à l'arrière du navire d'exploration, et elles sont séparées d'une distance de 20 à 40 m à des fins de triangulation. L'impulsion provenant de la source acoustique traverse l'eau à une vitesse d'environ 1500 m/s et entre en contact avec l'hydrophone 130 de la flûte. Des hydrophones tels que l'hydrophone 130 sont espacés le long de la flûte, à des distances de 100 à 500 m, et de préfé- rence à 400 m. Lorsque l'impulsion est détectée, l'hydro- phone répond et émet un signal qui est transmis au navire par l'intermédiaire de la flûte. De tels signaux sont normalement transmis par des conducteurs électriques séparés aboutissant à chaque hydrophone. Les signaux émis par l'hydrophone passent par une porte 140 qui bloque tous les signaux, sauf ceux prévus pendant des intervalles de temps prédéterminés. Etant donné que les distances 1,5 approximatives des sources acoustiques aux hydrophones individuels sont connues d'après l'espacement des hydrophones le long de la flûte, l'intervalle de temps approximatif pour la réception des signaux provenant des hydrophones individuels peut être déterminé. La porte 140 sert donc à bloquer les signaux parasites résultant des réflexions à la surface de l'eau et au fond de l'océan. Etant donné que le but de l'invention est de déterminer par redondance la position de chaque hydrophone le long de la flûte à l'aide d'un dispositif de réaction à résonance, la source acoustique doit déclencher une impul- sion à la réception d'un signal d'hydrophone arrivant. Pour empêcher la génération de signaux d'hydrophones se confon- dant, les hydrophones sont de préférence écoutés séquen- tiellement par l'intermédiaire de canaux individuels. Les signaux passant par la porte 140 sont amplifiés et mis en forme dans un élément 150. Les signaux ainsi mis en forme sont transmis en parallèle à un compteur 160 commandé par horloge et un élément 170 de réglage d'amplifi- cation. L'élément de réglage d'amplification règle automa- tiquement la puissance d'émission de la source acoustique en fonction de la force des signaux provenant de l'am- plificateur150 afin de minimiser la consommation d'énergie. Le compteur 160 compte le nombre de signaux de réaction provenant de l'hydrophone sélectionné et mesure l'intervalle de temps nécessaire à la répétition d'un nombre prédéterminé de signaux. Etant donné que le seul laps de temps important est le temps nécessaire à la transmission de l'impulsion acoustique dans l'eau, ce temps peut être mesuré de façon répétée et la valeur moyenne peut être déterminée afin d'établir avec précision la distance. Un circuit est également prévu pour redéclencher automatiquement une impulsion acoustique par l'intermédiaire de l'élément 120 de déclenchement en réponse aux signaux passant par le compteur 160. Après qu'un nombre prédéterminé, de préférence égal à 6, de signaux a été reçu, le compteur se remet à zéro pour attendre le début des opérations supplémentaires de télémétrie pour les hydrophones successifs, ces opérations étant déclenchées par l'élément extérieur de mise en marche. Bien que la figure 2 ne représente qu'une source acoustique, il est préférable d'utiliser deux sources afin que des déterminations indépendantes de distance puis- sent être utilisées par triangulation pour localiser avec précision la position de l'hydrophone, en sachant la pro- fondeur ou en utilisant les mesures appropriées de cap effectuées au compas. Si deux sources acoustiques sont utilisées, elles doivent être utilisées de façon alternée afin d'éviter les signaux de transmodulation, ou bien elles doivent uti- liser des fréquences de sortie Ifférentes afin que les hydrophones puissent produire des signaux différenciables. Dans une autre forme préférée de réalisation, tous les canaux partant des hydrophones sont écoutés simul- tanément et les instants de réception des signaux des hydro- phones sont déterminés individuellement. Cependant, la source acoustique est déclenchée de manière à produire une impulsion suivante uniquement après réception du signal d'hydrophone arrivant, émanant du dernier hydrophone de la flûte ou de l'hydrophone le plus éloigné. REVENDICATIONS 1. Appareil pour déterminer la position d'une flûte marine (14) remorquée par un navire (10), caractérisé en ce qu'il comporte une source acoustique (100) montée hors du bord, à l'arrière du navire, au-dessous de la surface de l'eau et pouvant produire des impulsions acoustiques à haute fréquence, de courte durée, des moyens extérieurs (110) agissant sur la source pour qu'elle produise une impulsion, des hydrophones (130) logés dans la flûte et pouvant recevoir les impulsions et, en réponse à celles-ci, émettre un signal par des canaux séparés à l'intérieur de la flûte, des xyens (140) destinés à contrôler le canal séparé pour un hydrophone choisi et à bloquer les signaux transmis par ce canal pendant les périodes de temps au cours desquelles aucun signal n'est prévu, des moyens (120) de déclenchement qui, en réponse aux signaux d'hydrophones émis et non bloqués, passant par le canal, agissent sur ladite source acoustique pour qu'elle produise une impulsion, et des moyens (160) destinés à compter le nombre de signaux non bloqués, émis par l'hydrophone choisi, et à arrêter la production desdites impulsions au bout d'un nombre pré- déterminé de signaux comptés pour ledit hydrophone choisi, ces moyens étant également destinés à mesurer le temps passé entre la première impulsion déclenchée de l'extérieur et la réception du dernier signal de l'hydrophone choisi. 2. Appareil pour déterminer la position d'une flûte marine (14) remorquée par un navire (10), caractérisé en ce qu'il comporte des première et seconde sources acous- tiques (28, 30) montées à distance l'une de l'autre, hors du bord et à l'arrière du navire, au-dessous de la surface de l'eau, et capables de produire des impulsions acoustiques à haute fréquence, de courte durée, des moyens extérieurs (110) qui agissent sur la première source pour qu'elle pro- duise une impulsion, des hydrophones (2C) logés dans la flite et capables de recevoir des impulsions des sources acoustiques et d'émettre un signal par des canaux séparés, à l'intérieur de la flûte, en réponse à ces impulsions, des moyens (140) destinés à-contrôler le canal séparé pour un hydrophone choisi et à bloquer les signaux émis par ce canal, au cours des périodes de temps pendant lesquelles aucun signal n'est prévu, des moyens (120) de déclenchement qui, en réponse aux signaux émis non bloqués, agissent sur la première source acoustique pour qu'elle produise une impulsion, des moyens (160) destinés à compter le nombre de signaux non bloqués, émis par l'hydrophone choisi, et à arrêter la production desdites impulsions au bout d'un nombre prédéterminé de signaux comptés pour ledit hydrophone choisi, ces moyens étant également destinés à mesurer le temps passé entre la première impulsion, déclenchée de l'extérieur, et la réception du dernier signal de l'hydro- phone choisi, des moyens (110) destinés à agir sur la seconde source pour qu'elle produise une impulsion après que la première source a achevé d'émettre des impulsions pour l'hydrophone choisi, des moyens (120) de déclenchement qui, en réponse aux signaux émis, agissent sur la seconde source acoustique pour qu'elle produise une impulsion, et des moyens (160) destinés à compter le nombre de signaux non bloqués, émis par l'hydrophone choisi, et à arrêter la production desdites impulsions au bout d'un nombre pré- déterminé de signaux comptés pour ledit hydrophone choisi, ces moyens étant également destinés à mesurer le temps passé entre la première impulsion émise par la seconde source et la réception du dernier signal de l'hydrophone choisi. 3. Appareil pour déterminer la position d'une flûte marine (14) remorquée par un navire (10), caractérisé en ce qu'il comporte une première source acoustique (28) montée hors du bord et à l'arrière du navire, au-dessous de la surface de l'eau et capable de produire des impulsions acoustiques à haute fréquence, de courte durée, une seconde source acoustique (30) montée à distance de la première source acoustique, hors du bord et à l'arrière du navire, au-dessous de la surface de l'eau et capable de produire une impulsion acoustique à haute fréquence de courte durée, pouvant être distinguée de celle de la première source acoustique, des moyens extérieurs (10) qui agissent sur les première et seconde sources acoustiques pour qu'elles produisent leurs impulsions respectives, des hydrophones logés dans la flûte et capables de recevoir lesdites impul- sions et d'émettre des signaux qui peuvent être distingués, par des canaux séparés passant dans la flûte, en réponse auxdites impulsions, des moyens (140) destinés à contrôler le canal séparé pour un hydrophone choisi et à bloquer les signaux, passant par ledit canal séparé, pendant les périodes au cours desquelles aucun signal n'est prévu, des premiers moyens (120) de déclenchement qui agissent sur la première source acoustique afin qu'elle produise une impulsion en réponse aux signaux non bloqués émis par les hydrophones, par suite d'une impulsion reçue de la première source acoustique, des seconds moyens (120) de déclenchement qui agissent sur la seconde source acous- tique pour qu'elle produise une impulsion en réponse aux signaux non bloqués émis par les hydrophones par suite d'une impulsion reçue de la seconde source acoustique, et des moyens (160) destinés à compter le nombre de signaux non bloqués émis par l'hydrophone choisi, et à arrêter la production desdites impulsions après qu'un nombre prédé- terminé de signaux a été compté pour ledit hydrophone choisi, par suite des impulsions émises par les première et seconde sources acoustiques, ces moyens (160) étant également destinés à mesurer le temps passé entre la première impulsion, déclenchée de l'extérieur, et la réception du dernier signal d'hydrophones pour chaque source acoustique. 4. Appareil pour déterminer la position d'une flûte marine (14) remorquée par un navire (10), caractérisé en ce qu'il comporte une source acoustique (100) montée hors du bord et à l'arrière du navire, au-dessous de la surface de l'eau et capable de produire des impulsions acoustiques à haute fréquence, de courte durée, des moyens extérieurs (110) qui agissent sur la source pour qu'elle -5 produise une impulsion, des hydrophones (130) logés dans la flûte et pouvant recevoir des impulsions et émettre un signal par des canaux séparés, passant dans la flûte, en réponse auxdites impulsions, des moyens (140) destinés à 1 1 bloquer des signaux transmis par lesdits canaux pendant les périodes de temps au cours desquelles aucun signal n'est prévu, des moyens (120) de déclenchement qui, en réponse au signal non bloqué, émis par l'hydrophone le plus éloigné dans la flûte, agissent sur la source acoustique pour qu'elle produise une impulsion, des moyens (160) des- tinés à compter le nombre de signaux non bloqués, émis par l'hydrophone le plus éloigné, et à arrêter la production des impulsions après qu'un nombre prédéterminé de signaux ont été reçus, et des moyens destinés à contrôler simulta- nément les canaux partant de tous les hydrophones et à mesurer le temps passé entre le déclenchement de l'impul- sion acoustique et la réception de chaque signal d'hydrophone. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (170) destinés à limiter automatiquement l'amplitude des impulsions de chaque source acoustique en fonction de la sensibilité de réception des hydrophones afin de réduire la réverbération résultant de l'interface airmer et du fond de la mer et afin également de minimiser la consommation d'énergie. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que la fréquence des impulsions acoustiques produites par les sources acous- tique est comprise entre 3,5 et 10 kHz et chaque impulsion présente une durée comprise entre une période et 20 périodes. 7. Procédé pour déterminer la position d'une flûte marine (14) remorquée par un navire (10), caractérisé en ce qu'il consiste à produire de l'extérieur une impul- sion acoustique à haute fréquence et de courte durée, à l'aide d'une source acoustique (100) placée au-dessous de la surface de l'eau et hors du bord et à l'arrière du navire, à détecter ladite impulsion à l'aide d'un hydrophone (130) logé dans la flûte et qui réagit en émettant des signaux le long d'un canal séparé porté par la flûte, à bloquer des signaux transmis par le canal pendant des périodes de temps au cours desquelles aucun signal n'est prévu, à déclencher la source acoustique pour qu'elle produise une impulsion à la réception d'un signal non bloqué, à compter le nombre de signaux non bloqués émis par l'hydrophone et arrêter la production des impulsions après qu'un nombre prédéterminé de signaux a été compté, et à mesurer le temps passé entre l'instant de déclenchement de la première impulsion et l'instant de réception du dernier signal d'hydrophone. 8. Procédé pour déterminer la position d'une flûte marine (14) remorquée par un navire (10), caractérisé en ce qu'il consiste à produire extérieurement une impulsion acoustique de fréquence élevée et de courte durée à l'aide d'une source acoustique (100) placée au-dessous de la surface de l'eau, hors du bord et à l'arrière du navire, à détecter ladite impulsion au moyen de plusieurs hydrophones (130) logés dans la flûte et réagissant chacun en émettant des signaux par des canaux séparés portés par la flûte, à bloquer des signaux transmis par les canaux pendant des périodes de temps au cours desquelles aucun signal n'est prévu, à déclencher la source acoustique pour qu'elle pro- duise une impulsion à la réception d'un signal non bloqué provenant de l'hydrophone le plus éloigné dans la flûte, à compter le nombre de signaux non bloqués émis par l'hydro- phone le plus éloigné et arrêter la production des impulsions après qu'un nombre prédéterminé de signaux ont été comptés, et à mesurer le temps passé entre le déclenchement de chaque impulsion et la réception de chaque signal d'hydrophone émis en réponse à cette impulsion.