Brevet FR2535469A1 — publié le 19840504

La présente invention concerne un procédé pour créer sous la surface d'une nappe d'eau une onde de choc à partir d'une pluralité de sources sismiques à implosion, et un appareillage pour sa mise en oeuvre. Par "- source à implosion ", on entendra toute source créant une onde de choc par implosion d'un volume vide, ou d'un volume condensable, sous l'effet de la pression régnant dans le milieu liquide où est placée la source. Le volume d'implosion peut notamment être créé, de manière connue, par injection dans la masse d'eau de vapeur surchauffée ou d'eau surchauffée et sous pression (procédé connu dans la technique sous le nom de VAPORCHOC), ou encore par une cavitation provoquée mécaniquement (procédé WATERGUN). Par la suite, on se réfèrera principalement à une implosion résultant de la condensation brutale d'un volume de vapeur. Bien que ce procédé soit préférentiel, il n'est pas limitatif de l'invention, qui peut s'appliquer à tout type de source à implosion. L'onde de choc a la forme générale indiquée figure 1. On observe deux pics : le premier pic PE, d'amplitude Ae dit pic d'explosion, correspond à l'éjection de la vapeur (ou à- la vaporisation de la masse d'eau surchauffée, ou encore à la poussée mécanique d'une pièce mobile en contact avec l'eau de mer). Le second pic PI, d'amplitude A. supérieure à Ae, dit pic d'implosion, survivent peu après au moment de l'implosion du volume condensable (ou du volume vide). L'intervalle de temps Tb séparant les deux pics est dit "période de bulle" : c'est en effet la durée séparant la naissance et l'implosion de la bulle que forme le volume d'implosion. Cette période de bulle, généralement de l'ordre de 20 à 100 ms, dépend pour l'essentiel de la profondeur à laquelle est effectué le tir et du volume initial de la bulle (ce volume étant lui-meme dépendant de la quantité de vapeur injectée dans la masse d'eau). A une profondeur donnée, la période de bulle est donc une-carac éristique du type de canon utilisé. Le rapport Ae/Ai, considéré en fonction de la fréquence, peut décrire le caractère impulsionnel du signal. Généralement, ce rapportvautl/3 à1/5dans la bande 0-125 Hz et descend jusqu'àl/lou 81,5dans les basses fréquences (0-30 Hz) ; ce phénomène résulte notamment de la loi de l'action et de la réaction : l'énergie dépensée pour créer la bulle - pic d'explosion -est pratiquement intégralement restituée - pic d'implosion ; il s'agit là d'une limite physique indépendante du type de canon utilisé. En conséquence, le spectre du signal de la figure 1, représenté figure 2, présente de fortes ondula- tions, notamment aux basses fréquences, dues à la-présence du pic d'explosion qui interfère avec le pic d'implosion. Ces variations ont lieu entre des maxima d'ampli tude N = A. + A (pour des fréquences f = k/Tb avec i e k entier) et des minima d'amplitude A = A. - A e (pour des fréquences f = (2k + 1)/2Tb avec k entier). On voit donc l'avantage qu'il y a à réduire l'amplitude du pic d'explosion, cette réduction s'accompagnant d'une plus grande linéarité du spectre. En effet, les oscillations du spectre limitent le pouvoir de résolution de la source, car, en profondeur, chaque réflexion du signal sismique sur les couches du terrain à explorer se présente sous la forme d'un doublet correspondant aux deux pics successifs. Un des problèmes rencontrés fréquemment en prospection sismique est celui de la recherche de petites reflexions suivant de tres près une réflexion de forte énergie : avec les dispositifs connus, les interférences du doublet "noient" le faible signal recherché. Un des buts de l'invention est de remédier à ces inconvénients en créant un signal tres pur par réduction du rapport Ae/Ai. Pour cela, l'invention propose, à partir d'une pluralité de sources sismiques à implosion déclenchées de manière que l'implosion-soit simultanée pour l'ensemble des sources, de donner au moins à certaines des sources des périodes de bulle différentes, de manière à décaler et répartir dans le temps.les instants d'apparition des pics d'explosion. De préférence, la différence de durée des périodes de bulle est de l'ordre de la durée d'un pic d'explosion. L'invention propose également un appareillage pour mettre en oeuvre ce procédé, qui comporte une pluralité de sources sismiques à implosion dont au moins certaines ont des périodes de bulle différentes, ainsi que des moyens de déclenchement de ces sources aptes à synchroniser cellesci sur un pic d'implosion commun. Avantageusement, les périodes de bulle différentes sont obtenues par des moyens permettant de diviser le volume d'implosion et un nombre déterminé de bulles, ce nombre n'étant pas le même pour toutes les sources. Cette division peut être en particulier obtenue par adjonction de trompes multiples placées à l'embouchure des organes d'éjection de chaque source. D'autres caractéris-tiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : les figures 1 et 2, déjà mentionnées, representent respectivement un diagramme amplitude/temps et un diagramme amplitude/fréquence d'une onde de choc produite par une source unique, . la figure 3 décrit schématiquement le procédé de combinaison des ondes de choc produites par les différentes sources de l'invention, la figure 4 est un diagramme amplitude/fréquence correspondant au signal résultant de la figure 3, . la figure 5 est une vue schématique, de dessus, d'une batterie de sources permettant la mise en oeuvre du procédé, - ~ . la figure 6 est une vue schématique de deux batteries de sources permettant une pondération des amplitudes, . la figure 7 est une vue en perspective d'une multitrompe utilisée dans les batteries des figures 5 et 6, la figure 8 est une vue de cette même multi trompe, selon la ligne VIII-VIII de la figure 7. Décrivons à partir de la figure. 3 le procédé de composition des signaux des différentes sources permettant d'obtenir le résultat recherché : on dispose due (par exemple) quatre sources produisant chacune un signal avec un pic d'explosion PE1 PE4 suivi d'un pic d'implosion PI1 ... PI4. La période de bulle Tbl... m Tb4 est différente pour au moins certaines des sources ; supposons dans notre exemple que toutes ces périodes de bulle soient différentes pour les quatre sources. Le procédé consiste à synchroniser toutes les sources sur leur pic d'implosion : on obtient ainsi une onde ayant un pic d'implosion résultant PI' dont l'amplitude A'. est égale à la somme des amplitudes des différents pics élémentåires. Par contre, les pics d'explosion vont être répartis dans le temps et ne vont pas se cumuler : le pic résiduel PE' du signal résultant aura une amplitu-de A' e très faible par rapport à l'amplitude A'. du pic d'implosion. On peut ainsi réduire de façon importante le rapport A' e/A' dont on a vu l'importance plus haut. En outre, les ondulations résiduelles O 1- o 4 qui suivent les pics d'implosion des signaux élémentaires sont lissées pour donner une ondulation résiduelle O' du signal résultant très faible, contribuant ainsi à la pureté de-ce dernier. De préférence, la différence # 12' #23 où #34 12' 23 ou de durée des périodes de bulle est de l'ordre de la durée d'un pic d'explosion : cette caractéristique permet la réduction optimale du pic d'explosion résultant PE'. Le spectre du signal résultant est celui indiqué figure 4 : on voit que les ondulations du spectre sont notablement atténuées, améliorant ainsi en particulier la réponse vers les basses fréquences. La figure 5 montre schématiquement un appareillage pour la mise en pieuvre de ce procédé, constitué d'une batterie B regroupant une pluralité de sources sismiques à implosion, par exemple ici au nombre de quatre, alimentées par une conduite de vapeur CV reliée au navire remorquant cette batterie. Cette conduite alimente par exemple deux réservoirs RV1 et RV2 fournissant la vapeur à des sources C1, C2 et C3, C6 respec vivement. L'éjection de vapeur se fait par des moyens 'connus, déclenchables individuellement et à volonté de façon precise. De préférence, les périodes de bulle différentes nécessaires pour le procédé de l'invention sont obtenues par division du volume d'implosion en un nombre déterminé de bulles, ce nombre n'étant pas le même pour toutes les sources. Avantageusement, cette division est obtenue par adjonction de trompes multiples placées à l'embouchure des organes d'éjection de vapeur de chaque source. Ces trompes multiples permettent en effet, pour chacune des sources, la division de la bulle unique de vapeur produite par les organes d'éjection de vapeur en une pluralité de petites bulles qui se détendent et implosent simultanément. Ce système permet, avec une quantité de vapeur. injectée identique, de provoquer un raccourcissement de la période de bulle sans pour autant réduire de façon sensible l'amplitude totale (alors que, pour une bulle unique, on ne peut pas réduire la période de bulle sans réduire considérablement l'amplitude du signal : réduire la quantité de vapeur injectée amène à réduire dans les mêmes proportions l'énergie totale). Ainsi, l'augmentation du nombre de trompes va produire une diminution corrélative de la période de bulle : si par exemple la période de bulle pour une trompe unique est de 54 ms, les périodes de bulle pour 2, 3 ou 6 trompes seront respectivement d'environ 47,41 et-35 ms ; c'est cette répartition qui a été adoptée sur l'exemple de la figure 5, où la batterie B comprend un canon monotrompe C1, un canon bitrompe C2, un canon tritrompe C3 et un canon hexatrompe C6. Cette répartition est avantageuse car elle permet de conserver une différence de durée des périodes de bulle d'un canon à l'autre qui soit sensiblement constante et qui soit de l'ordre de la durée d'un pic d'explosion ; elle n'est cependant pas limitative et d'autres répartitions des multitrompes peuvent être choisies. Il est possible d'améliorer le rendement de l'appareillage ainsi que la réponse spectrale de l'onde de choc résultante en pondérant les amplitudes des ondes de choc produites par les sources ayant des périodes de bulle différentes. Une manière de réaliser cette pondération est, comme représenté figure 6, de répartir les soùrces en une pluralité de batteries, par exemple deux batteries B1 et B2, et en choisissant pour chaque batterie une répartition des multitrompes différentes d'une batterie à l'autre sur exemple représenté on a ainsi choisi pour la première batterie B1 : un canon monotrompe C1, deux canons bitrompe C2 et C'2 et un canon tritrompe CJ'. Pour la seconde batterie P2 : un canon tritrompe C'3 et trois canons hexatrompe C6, C'6 et C"6.Cet exemple n'est bien sûr pas limitatif et d'autres répartitions peuvent être choisies, notamment en augmentant le nombre de batteries déclenchées simultanément. Par ailleurs, lorsque plusieurs batteries sont utilisées simultanément - que leur composition soit la même ou varie d'une batterie à l'autre - il est avantageux de prévoir pour chaque batterie des moyens de mesure de la profondeur d'immersion de la batterie, ainsi que des moyens pour retarder ou avancer le déclenchement des sources sismiques de chaque batterie, de manière à compenser les variations de périodes de bulle résultant des différences de profondeursd'immersion d'une batterie à l'autre. On a vu en effet que la profondeur à laquelle se forme la bulle est un paramètre déterminant la durée de la période de bulle ; lorsque les batteries sont immergées à des profondeurs légèrement différentes, il est souhaitable de compenser ce phénomène de manière à-obtenir une synchronisation parfaite de tous les pics d'implosion des différentes sources. Un dispositif assurant une telle compensation a notamment été décrit dans la demande de brevet français nO 82-14771, au nom de la demanderesse. Une autre conséquence de la variation de la période de bulle avec la profondeur est que, pour une source donnée comportant des trompes multiples ayant des ouvertures situées à des profondeurs différentes, la bulle dirigée vers le haut implosera plus lentement que celle dirigée vers le bas : les instants d'implosion des bulles produites par chacune des trompes ne seront donc pas parfaitement synchrones. Par exemple, pour le cas d'une hexatrompe représentée figures 7 et 8, les bulles créées par les trompes T1 et T2 dirigées vers le haut imploseront plus tard que les bulles créées par les trompes T3 et T6 dirigées horizontalement ; ces dernières bulles implosant elles-mêmes plus tard que les bulles créées par les trompes T4 et T5 dirigées vers le bas (les directions w et hh représentent des directions respectivement verticales et horizontales). Pour compenser ce phénomène, on introduit un rétrécissement relatif de la section des trompes dirigées vers le haut, par rapport à la section des trompes dirigées vers le bas : ainsi, les sections S1, S2 seront plus faibles que les sections S3 et S6, elles-mêmes plus faibles que les sections S4 et S5. Cette dissymétrie calculée des orifices par rapport à un plan horizontal rétablit le synchronisme des implosions des bulles individuelles, améliorant par conséquent la pureté du signal émis. REVENDICATIONS 1. Procédé pour créer sous la surface d'une nappe d'eau une onde de choc à partir d'une pluralité de sources sismiques à implosion, chacune des sources produisant une onde de choc présentant, séparés par une période de bulle déterminée, un pic d'explosion (PE1-PE4) suivi d'un pic d'implosion (PI1-PI4) et étant déclenchée de manière que 1'implosion soit simultanée pour l'ensemble des sources, caractérisé en ce que l'on donne au moins à certaines des sources des périodes de bulle (Tbl-Tb4)- différentes, de manière à décaler et répartir dans le temps les instants d'apparition des pics d'explosion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que l'implosion est produite par condensation brutale d'un volume de vapeur d'eau sous pression injecté dans la nappe d'eau. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la différence de durée des périodes de bulle est de l'ordre de la durée d'un pic d'explosion. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les amplitudes des ondes de choc produites par les sources ayant des périodes de bulle différentes sont pondérées de manière à améliorer la réponse spectrale de l'onde de choc résultante. 5. Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de sources sismiques à implosion dont au moins certaines ont des périodes de bulle différentes, ainsi que des moyens de déclenchement de ces sources, aptes å synchroniser celles-ci sur un pic d'implosion commun. 6. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les périodes de bulle différentes sont obtenues par des moyens permettant de diviser le volume d'implosion en un nombre déterminé de bulles, ce nombre n'étant pas le même pour toutes les sources. 7. Appareillage selon la revendication 6, caractérisé en cé que la division du volume d'implosion est obtenue par adjonction de trompes multiples (T1-T6) placées à l'embouchure des organes d'éjection de chaque source. 8. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte, pour au moins une des sources, des trompes multiples ayant des ouvertures situées à des profondeurs différentes, et en ce qu' il comporteégalement des moyens compensateurs pour produire un volume d'implosion plus faible dans les trompes dirigées vers le haut que dans celles dirigées vers le bas, de manière å conserver une période de bulle égale pour chaque trompe malgré les profondeurs d'implosion différentes. 9. Appareillage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens compensateurs sont formés par un rétrécissement relatif de la section des trompes dirigées vers le haut, par rapport à la section des trompes dirigées vers le bas. 10. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les sources sont regroupées en une batterie (B) comportant une source monotrompe (C1), une source bitrompe (C2), une source tritrompe (C3) et une source hexatrompe (C6). 11. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, en dependance de la revendication 4, caractérisé en ce que les sources sont réparties en une pluralité de batteries (B1, B2) regroupant chacune une pluralité de sources, et en ce que la pondération est obtenue en composant chaque batterie avec des sources produisant des nombres de bulles différentes, cette composition n'étant pas la même d'une batterie à l'autre. 12. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 et 11, caractérisé en ce que les sources sont réparties en une-pluralité de batteries regroupant chacune une pluralité de sources, et en ce que chaque batterie comprend des moyens de mesure de la profondeur d'immersion de la batterie, ainsi que des moyens pour retarder ou avancer le déclenchement des sources sismique s de chaque batterie de manière à compenser les variations de période de bulle résultant des différences de profondeur d'immersion d'une batterie à l'autre.