Brevet FR2500934A1 — publié le 19820903

La présente invention concerne un véhicule de détection remorquable dans un fluide en vue de la prospection géophysique aéroportée, et elle concerne en particulier une nacelle géophysique perfectionnée consistant en un fuselage remorqué contenant des bobines réceptrices ou autres capteurs géophysiques. L'invention s' applique particulièrement à des systèmes de prospection électromagnétique à large bande aéroportés, où un champ inductif à grande puissance à audiofréquences et à large bande est rayonné par une boucle émettrice portée par un aéronef. La boucle est excitée par un générateur donnant une forme d'onde appropriée.Des champs secondaires provenant de corps conducteurs enfouis dans le sol et excités par le champ primaire de la boucle sont détec téta par une ou plusieurs bobines placées dans la nacelle qui est remorquée derrière l'aéronef au moyen d'un câble qui contient des conducteurs électriques pour relier les bobines et autres capteurs de la nacelle à un récepteur placé dans l'aéronef. Dans un équipement aéroporté de technique avancée pour levées électromagnétiques, tels que les systèmes décrits dans les brevets américains 3 852 659 et 3 950 695, l'une des sources causant le plus fort brouillage limitant la sensibilité et la détection en sous-sol est celle créée par la vibration des bobines réceptrices dans le champ magnétique terrestre. Dans un champ magnétique homogène, les mouvements vibratoires de translation n'engendrent pas de signaux parasites dans les bobines, mais toute composante rotationnelle de la vibration produit une variation de couplage entre les bobines réceptrices et le champ magnétique terrestre et engendre en conséquence des tensions parasites. Dans la pratique, tout objet remorqué dans l'air subit une certaine vibration comportant des composantes de translation et de rotation. On peut montrer que des vibrations rotationnelles, ayant des composantes de fréquence situées dans la bande passante du récepteur, peuvent causer de sérieux brouillages, même si les amplitudes de ces vibrations n'excèdent pas quelques millionièmes de degré seulement. L'intensité de la vibration affectant les bcbines peut être considérablement réduite par l'emploi de montures anti-chocs pour fixer les bobines à l'intérieur de la nacelle. Ce genre de montage peut comporter un ou deux stades d'isolement de vibration, et l'on peut aussi utiliser des joints de cardan dans le système de suspension (voir par ex. le brevet américain 3 538 428) pour empêcher davantage la transmission aux bobines des vibrations rotationnelles de la coque externe de la nacelle. L'expérience a cependant montré qu'avec une nacelle de carénage et de construction classiques, il est extrêmement difficile d'obtenir contre la vibration un isolement qui suffise à atténuer convenablehent tout le brouillage provenant de ce genre de source.Des efforts considérables ont été accomplis durant de nombreuses années pour réduire le brouillage vibratoire de ce genre en employant des dispositifs tels que des nacelles à double paroi, avec espace d'air ou revêtement de liège entre les deux parois, ou en remplissant les vides de la nacelle par de la laine de verre ou autres matériaux acoustiquement absorbants, ou encore en utilisant diverses formes de carénage de la nacelle et de conception des ailettes, etc. Toutes ces tentatives n'ont cependant pas donné jusqu'ici entière satisfaction dans l'obtention d'une réduction optimale du niveau de vibrations de la nacelle, et le brouillage qui en découle a continué de restreindre la sensibilité de détection et la profondeur de pénétration des systèmes aéroportés de prospection élec magnétique. Selon la présente invention, on a recours à une nouvelle approche qui consiste à couvrir entièrement la surface extérieure de la nacelle avec un matériau relativement épais, très mou et souple comme du caoutchouc mousse de faible densité. Il est préférable que le matériau comprenne du caoutchouc mousse très mou, ayant une constitution cellulaire fermée et un mince revêtement étanche de caoutchouc. Ce revêtement rend imperméable le matériau, et la constitution cellulaire fermée évite à la mousse de s'imbiber d'une grande quantité d'eau si le revêtement se perfore. On préfère employer du caoutchouc mousse naturel, mais une mousse synthétique peut le remplacer de façon satisfaisante, sauf dans le cas de conditions climatiques telles que la température ambiante fasse perdre à la mousse ses qualités requises de douceur et de souplesse. D'autres particularités et avantages de l'invention vont ressortir de la description qui va suivre, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés qui représentent respectivement: - figure 1: vue en perspective, avec arraché partiel, d'un mode préféré de réalisation d'une nacelle géophysique perfectionnée, - figure 2: vue en coupe longitudinale, partiellement tronquée, du nez de la nacelle de la figure 1 - figure 3: vue en coupe transversale, partiellement tronquée, selon la ligne 3-3 de la figure 1, - figure 4: vue en perspective, avec arraché partiel, d'un autre mode de réalisation de l'invention, - figure 5: vue en coupe longitudinale de la nacelle représentée à la figure 4, et - figure 6: vue en coupe transversale selon la ligne 6-6 de la figure 5. En se reportant aux dessins, et notamment aux figures 1, 2 et 3, une nacelle de prospection géophysique 10 perfectionnée selon l'invention eomprend une coque 11 creuse, en fibre de verre, ayant la forme aérodynamique d'une larme pour réduire la traînée et diminuer les tourbillons d'air dans la couche limite au voisinage de la surface. La coque 11 est entourée par un système complexe à deux stades d'isolement des vibrations, comprennant une couche interne 12 de mousse molle et une couche externe 13 qui constitue un système de suspension pneumatique à coussin d'air. La couche interne 12 recouvre toute la surface extérieure de la coque 11 et elle est, de préférence, constituée d'un élastomère en mousse de latex mou dont l'épaisseur est de l'ordre de 12 mm de préférence. La couche externe 13 comporte une série de nervures longitudinales 14 en mousse de latex et espacées entre elles, rattachées à la couche interne 12 sur toute la longueur de la nacelle 10 sauf vers le nez 15 de celle-ci qui est revêtu d'une couche pleine 16 de mousse de latex d'environ 6 mm d'épaisseur. Tout le corps de la nacelle 10 est recouvert d'une pellicule 17 de néoprène mou qui protège la mousse de latex contre l'humidité et le rayonnement solaire. Les nervures de mousse 14 et le revêtement de néoprène constituent un ensemble de volumes fermés emplis d'air 18 formant un système de suspension molle à coussin d'air ayant une fréquence propre extrêmement basse; la douceur d'une telle suspension peut se régler dans une certaine mesure en modifiant l'écartement des nervures 14 et 11 épaisseur de la pellicule 17. La queue de la nacelle 10 est équipée de quatre ailettes 19 s'étendant vers l'arrière pour stabili ser la nacelle. Les ailettes 19 sont relativement longues et étroites et elles s'étendent radialement au delà du mattré-couple de la nacelle 10. Leur revêtement est le même que celui décrit ci-dessus pour le reste de la coque 11. Le rapport de la longueur de la nacelle 10 à son diamètre doit être voisin de 5:1. Dans une nacelle typique, le diamètre maximal des ailettes 19 (de bout en bout) est de 70 cm environ et celui de la coque est d'environ 45 cm. Il est souhaitable que la nacelle 10 soit équilibrée dynamiquement autour de son point de remorquage par l'emploi d'un ballast additionnel dans le nez de la nacelle pour compenser le poids des ailettes 19. La coque 11 de la nacelle peut être faite de fibres de verre ou d'autre matériau adéquat. On donne de préfé rence à la nacelle une masse relativement grande afin de réduire toute transmission de vibration rotationnelle de la coque 11 vers les bobines qu'elle renferme. La souplesse de la mousse de latex et du système de suspension à coussin d'air précités peut s' exprimer par leur constante de rigidité mesurée en kg/cm. Plus la fréquence limite inférieure de la bande passante de réception est basse, plus la suspension doit être douce. Par exemple, aux fréquences voisines de 10 Hz, la constante de rigidité doit être de 0,0057 kg/ cm environ; à 30 Hz, une suspension ayant une constante de rigidité de l'ordre de 0,06 kg/cm est acceptable. Aux fréquences égales ou supérieures à 90 Hz, on peut utiliser un mode de réalisation de l'invention plus simple et plus économique. En se référant aux figures 4, 5 et 6, une couche homogène épaisse de mousse molle 20, en élastomère latex par exemple, recouvre tout le corps de la nacelle 10, y compris les ailettes et le nez. La couche 20 est de préférence protégée des intempéries par un revêtement 21 comportant plusieurs couches d'un composé de caoutchouc au silicone. En outre, la mousse a de préférence une constitution cellulaire fermée pour empêcher l'absorption d'eau si le revêtement 21 se perfore. Comme on vient de l'exposer, la couche 20 comprend de préférence du caoutchouc mousse très mou, de constitution cellulaire fermée, et un revêtement externe étanche de caoutchouc uni avec une constante typique de rigidité de l'ordre de 0,3 kg/cm. L'épaisseur de la couche 20 a de l'importance: elle doit être suffisante pour absorber convenablement l'énergie des impulsions de turbulences auxquelles est soumise la nacelle 10. Dans une nacelle typique, l'épaisseur idéale devrait se situer entre 2 et 4 cm environ. On a cependant obtenu de bons résultats avec des épaisseurs aussi faibles que 6 mm environ, mais en général plus le matériau est épais, mieux cela vaut. Dans une version expérimentale de la nacelle 10, au lieu de recouvrir sa coque 11 avec du caoutchouc mousse, on a collé sur celle-ci une couche épaisse de peau animale (de chèvre par exemple). L'expérience a montré que la réduction du brouillage par l'emploi de ce revêtement de peau se compare tout à fait favoPable- ment à la réduction donnée par le caoutchouc mousse, mais ce dernier est préféré en raison des difficultés d'une bonne fixation de la peau sur la coque 11. La nacelle 10 est tirée au moyen d'un câble classique de remorque (non représenté) que l'on-attache à la nacelle par un cordon élastique antichocs 22 (longueur typique: 1 m) de conception usuelle, entouré d'un carénage 23 en néoprène moulé en forme de larme pour réduire les vibrations transversales causées par l'action du vent sur le cordon 22. Le carénage 23 sert aussi à l'amenée de conducteurs électriques au câble principal de remorque auquel ils se raccordent. Le but du cordon anti-chocs 22 est de faire barrage aux vibrations qui descendent de l'aéronef par la remorque. La description que l'on vient de faire de l'invention s'applique à des nacelles géophysiques relativement petites portant seulement des bobines réceptrices. Mais l'on doit bien comprendre que l'invention s'applique aussi à des nacelles géophysiques de dimensions relativement grandes pour transporter les bobines réceptrices et émettrices, et qui sont généralement remorquées par des hélicoptères comme le montre le brevet américain 3 538 428. Il est évident que la surface extérieure d'une telle nacelle peut être modifiée conformément aux principes de la présente invention afin de réduire le brouillage rotationnel induit dans la (ou les) bobines réceptrice(s).Outre cette importante réduction du brouillage ainsi induit par des remous le long de la surface de la nacelle, l'emploi d'une couche épaisse d'un matériau mousse très tendre, appliquée sur ladite surface, apporte dans ce cas une importante réduction des effets du rayonnement solaire qui provoque des différences d'échauffement et de dilatation, ce qui crée une autre source de brouillage. Une autre application de l'invention est la mesure de champs brouilleurs naturels dus à l'électricité atmosphérique. De tels champs sont produits par les décharges statiques (éclairs) pendant les orages, et ils se propagent sur de longues distances en tant que rayonnements électromagnétiques présentant des composantes de champ électrique et de champ magnétique. Les composantes de fréquences émises par ces décharges disrup tues couvrent un spectre allant de quelques hertz jusqu'à des centaines de kilohertz. Aux fréquences basses, inférieures à 50 kHz, l'affaiblissement de propagation devient très faible, de l'ordre de quelques décibels pour mille kilomètres aux audiofréquences basses et infra-acoustiques.Ainsi, dans la gamme des fréquences les plus basses, les signaux se propagent sur toute la terre à partir des centres orageux, et ils peuvent être détectés par des équipements ayant le degré élevé voulu de sensibilité. La profondeur de pénétration de ces très basses fréquences dans le sol est extrêmement grande et ces signaux offrent donc un intérêt spécial dans le domaine géophysique. Des tentatives ont été faites pour les mesurer par des systèmes aéroportés; mais le succès de ces applications a été limité par les difficultés d'élimination des brouillages par vibrations quand les bobines réceptrices sont embarquées dans un aéronef ou remorquées par celui-ci. Les problèmes à résoudre sont particulièrement ardus aux audiofréquences basses ou infra-acoustiques, où les signaux auraient précisément une application géophysique du plus grand intérêt. La présente invention est susceptible de fournir une aide importante pour dominer ces difficultés. Les données de réalisation sont semblables à celles requises pour un système de prospection électromagnétique à large bande utilisant deux ou trois bobines disposées orthogonalement entre elles à l'intérieur de la nacelle et portées par les meilleures montures anti-chocs disponibles. Dans cette application, on peut utiliser des bobines réceptrices de dimensions un peu plus grandes que dans les systèmes électromagnétiques usuels aéroportés utilisant une source artificielle de rayonnement primaire, puisque l'on recherche ici de bons rapports signal/bruit pour des signaux provenant de champs naturels très faibles par rapport au bruit thermique des bobines et au bruit d'amplification. Ceci requiert normalement une grande masse de cuivre dans les bobines réceptrices et des amplificateurs de très haute qualité à faible bruit. En raison de la grande dimension des bobines, il est nécessaire de recourir à une nacelle plus grande que pour les systèmes classiques aéroportés de prospection électromagnétique. Si l'on doit faire, à partir d'un aéronef, des mesures de champ électrique dans la gamme des fréquences audio ou infra-acoustiques, il apparatt que la fixation des antennes électriques pose des problèmes de vibration comparables à ceux associés aux bobines détectrices de champ magnétique. Ainsi, d'infimes rotations d'un dipôle électrique, sous forme de vibrations à audiofréquence dans le champ électrique statique terrestre très intense, vont induire des tensions fluctuantes dans l'antenne qui peut devenir une source de brouillages très gênants. Ainsi, une antenne exposée au champ électrique, quand elle est reliée à l'impédance d'entrée élevée d'un amplificateur à audiofréquence et à large bande, se comporte comme un dispositif extrêmement microphonique, très sensible aux vibrations à audiofréquence qui se propagent dans l'air. Comme on l'a indiqué plus haut, pour parvenir à une importante réduction du brouillage causé par cette source, il faudrait fixer l'antenne sur des montures anti-chocs à l'intérieur de la nacelle, elle-même recouverte extérieurement de mousse molle ou d'un matériau équivalent. En remorquant l'antenne électrique dans une nacelle, on écarte de cette antenne la vibration de l'aéronef et donc la modulation du champ électrique causée par la vibration de la paroi métallique de l'aéronef. REVENDICATIONS 1. Véhicule de détection remorquable dans un fluide et comprenant un logement pour porter et abriter au moins un capteur et des moyens pour réduire le brouillage produit par ledit capteur en raison de la vibration dudit véhicule pendant son déplacement dans le fluide, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent une première couche relativement épaisse d'un matériau mou et souple entourant ledit logement et fixée sur la face externe de celui-ci. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première couche relativement épaisse possède une pellicule externe imperméable à l'eau. 3. Nacelle de prospection géophysique prévue pour être remorquée par un aéronef et comprenant un logement pour porter et abriter au moins une bobine réceptrice et des moyens pour réduire le brouillage induit dans ladite bobine en raison de la vibration de ladite nacelle pendant son déplacement dans l'air, caractérisée en ce que lesdits moyens comportent une première couche relativement épaisse d'un matériau mou et souple entourant ledit logement et fixée sur la face externe de celui-ci. 4. Nacelle selon la revendication 3, carac- térisée en ce que ledit logement a la forme aérodynamique régulière d'une larme et possède des ailettes stabilisatrices s'étendant radialement et s'attachant à l'arrière dudit logement, ladite première couche étant fixée aux ailettes et les recouvrant. 5. Nacelle selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite couche est formée d'un élastomère en mousse de latex mou de constitution cellulaire fermée ayant une constante de rigidité égale ou inférieure à 0,3 kg/cm environ. 6. Nacelle selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que ladite première couche est formée d'un élastomère en mousse de latex mou de constitution cellulaire fermée et en ce que lesdits moyens pour réduire le brouillage comprennent en outre un système de suspension à coussin d'air qui comporte une série de nervures longitudinales, espacées entre elles et attachées à la face externe de ladite première couche, s'étendant vers la queue de ladite nacelle en partant de points proches du nez, une pellicule d'élastomère mou étant fixée aux faces externes desdites nervures et entourant la nacelle, ladite pellicule et lesdites nervures délimitant une série de compartiments relativement étanches à l'air. 7. Nacelle selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'une seconde couche de matériau élastomère en mousse de constitution cellulaire fermée est fixée à la face externe de ladite première couche et recouvre le nez de ladite nacelle.