Brevet FR2532439A1 — publié le 19840302

La présente invention concerne un procédé de déclenchement d'une source sismique sous-marine à implosion, ainsi qu'un dispositif pour sa mise en oeuvre. Par "source implosive", on entendra toute source-créant une onde de choc par implosion d'un volume vide, ou d'un volume de vapeur condensable, sous l'effet de la pression régnant dans le milieu liquide o 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, ou par vaporisation de l'eau de mer au moyen d'un arc électrique, ou encore par une cavitation provoquée méca- niquement comme c'est le cas par exemple pour les procédés connus dans la technique sous les noms de WATERGUN et de FLEXICHOC. L'onde de choc a la forme générale indiquée figure 1; on observe généralement deux pics a un premier pic E dit d'explosion correspond à l'éjection de la vapeur, àSla vaporisation de la masse d'eau surchauffée, à la vaporisation de l'eau de mer par l'arc électrique, ou à la poussée mécanique d'une pièce mobile en contact avec l'eau de mer; un second pic I, ou pic d'implosion, survient peu après, au moment de l'implosion de la cavité C'est à ce pic d'implosion que correspond l'énergie maximale de l'onde de choc; son amplitude est en général très supé- rieure à celle du pic d'explosion, et c'est pour cette raison que les sources de ce type sont appelées "sources implosives". L'intervalle de temps TB séparant le signal d'ordre de tir et le pic d'implosion est appelé "période de bulle": c'est en effet la durée- d'expansion de la bulle entre l'instant de sa naissance et celui de son implosion. Le calcul théorique et l'expérience montrent que la période de bulle T varie sensiblement selon la loi k ( 1) TB p 5/6 k étant une constante indépendante de la pression. Cette fonction est représentée Figure 2, o la période de bulle est indiquée (en ms) en fonction de la pression absolue P (en bar) également exprimée en fonction de la profondeur théorique (en m) à laquelle est immergée la source. Cette dépendance de la période de bulle à la pression peut être génératrice d'inconvénients en effet, dans le but d'augmenter les amplitudes émises, on est amené à tirer simultanément plusieurs canons et à synchroniser les signaux sur le pic le plus fort, c'est-à-dire le pic d'implosion Or, pour toutes les sources du type précédemment décrit, on maîtrise très bien l'origine des temps pour le signal 3- d'orare de tir (couramment à mieux d'une milliseconde), car cette origine est directement commandée, sans retard important, par un phénomène pneumatique, mécanique ou électrique Par contre, la survenance du pic dimplo- sion n'est pas contrôlable précisément car elle dépend, comme on vient de le voir, de la profondeur d'immersion des canons au moment du tir, ellemême dépendante de la hauteur et du mouvement des vagues, ainsi que des mouve- ments des canons remorqués (alors qu'il est facile de synchroniser des sources explosives, dont la survenance du pic d'explosion est indépendante de la pression locale). Il a été constaté qu'une variation de 0,1 bar (variation de profondeur de l m) de la pression locale provoque des variations de 2 à 3 ms de la période de bulle Cette variation est sensible, notamment pour les longues périodes de bulle, et rend imparfaite la synchronisation des différentes implosions Il en résulte une diminution d'amplitude et une perte des hautes fréquences. En effet, la pureté du signal émis conditionne la finesse possible d'analyse des signaux sismiques reçus le signal sera d'autant plus-pur que l'onde de choc se rapprochera d'une impulsion de Dirac élémentaire, c'est-à-dire avec un pic d'implosion le plus étroit possible Tout décalage, même minimes dans la survenance des implosions des différentes sources éloigne le signal émis de son idéal théorique. Il n'a jusqu'à présent été propose, pour améliorer cette synchronisation, que des dispositifs analysant, sur une série de tirs, les écarts séparant les instants réels de survenance des pics d'implosion de l'instant théorique, et permettant de corriger, en avance ou en retard, le déclenchement d'un tir futur d'une valeur égale à une moyenne mobile de ces écarts pour-les tirs précédents Ces dispositifs, qui sont fondés sur l'analyse statistique des tirs précédents, permettent de tenir compte de la dispersion des paramètres d'une série de tirs à l'autre, notamment les profondeurs inégales des canons Ils sont par contre insusceptibles de compenser les erreurs dues aux variations de ces paramètres au cours du temps, d'un tir à l'autre (à l'intérieur d'une même série de tirs, et non plus d'une série de tirs à l'autre) Il en est ainsi des profondeurs d'immersion, qui varient pour un même canon au cours du temps, et au même instant d'un canon à l'autre. On a en effet constaté que les fluctuations de la période de bulle qui en résultent sont toujours très supérieures aux erreurs sur l'instant de déclenche- me N t d u t i r (de l'ordre de 03 à 47 ms, dues aux variations des systèmes de commande de la source), que l'on peut considérer comme négligeables par rapport aux précédentes. Pour améliorer la synchronisation des sources, l'invention propose un procédé de déclenchement comportant, - pour chaque source, les étapes de:mesure préalable de la pression instantanée P à l'emplacement de la source; détermination, à partir de cette pression mesurée, de la période de bulle qui séparera le pic d'explosion du pic d'implosion; déclenchement de la source avec application d'un retard compensateur SET, égal à la différence entre la période de bulle correspondant à la pression instantanée P et celle correspondant à la pression moyenne Po à l'emplacement de la source, si cette différence est négative ou avec application d'une avance compensatrice de même valeur, dans le cas contraire. En effet, les fluctuations de la pression hydrostatique sont très lentes par rapport à la durée séparant la mesure préalable de la pression P (mesure qui précède de peu l'ordre de tir) de la survenance du pic d'implosion La-figure 3 montre un exemple de ces variations de pression au cours du temps: on peut cons- tater que la période de variation est de plusieurs secondes etdans ces conditions, il est raisonnable de considérer que la pression totale sera constante au cours du développement de la bulle et sera la même que celle mesurée quelques fractions de secondes auparavant. Ce procédé peut avantageusement être utilisé en combinaison avec le procédé statistique de correction de la technique antérieure, qui minimisera toutes les causes d'erreurs liées à des facteurs constants au cours de la série de tirs. Par application de la relation ( 1), le retard compensateur,ou l'avance compensatrice, sera déterminé par ( 2) AT = k 2Po 15/6 5/6 Po / Un calcul de petites variations permet de linéariser la loi précédente ( 2) pour des faibles valeurs de la pression autour d'une pression moyenne Po: ( 3) T = i (P Po) d étant une constante fonction de la pression moyenne Po et de la période moyenne correspondante. L'invention propose également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant: des moyens de mesure de la pression instantanée, disposés au voisinage de la source, des moyens comparateurs de cette pression à une valeur moyenne, des moyens temporisateurs, pour retarder un signal d'ordre de tir d'une valeur fonction du résultat de cette comparaison. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'inven- tion, faite en référence aux figures annexées, sur lesquelles, outre les figures 1 à 3 déjà citées la figure 4 montre un schéma électrique de ce dispositif, les figures 5 et 6 montrent les formes des signaux relevés aux différents points Si à 515 du circuit de la figure 4. L'ensemble décrit figure 4 permet de synchro- niser jusqu'à quatre canons indépendants, mais ce nombre peut être étendu sans difficulté en multipliant le nombre de voies propres à chacun des canons. A partir d'un ordre de tir unique appliqué à la borne BO du circuit, celui-ci va fournir, sur les bornes B 6 des quatre voies, quatre commandes décalées dans le temps,et dont les décalages sont fonction des pro- fondeurs fournies par quatre manomètres placés à l'emplace- ment des canons. Ces manomètres peuvent être par exemple des capteurs piézorésistifs sensibles à des variations de l'ordre de 0,01 bar ( 10 cm d'eau), avec une sensi- bilité de l'ordre de 1 volt pour une variation de 1 mètre de hauteur d'eau et une bande passante allant du continu à plusieurs kilohertz Le signal électrique est appliqué à la borne B 3 de chaque voie. De préférence, le capteur est protégé des ondes de choc créées par les canons au moyen d'un filtre mécanique ne laissant passer que les très basses fréquences, par exemple celles inférieures à 5 Hertz Les seules varia- tions de pression mesuréeseront ainsi celles résultant de la hauteur d'eau variable au-dessus du canon. L'ordre de tir arrivant sous forme d'une impulsion à la borne Bo (signal Si) déclenche un mono- stable Cl dont la sortie Q (signal 52) est reliée à l'entrée directe d'un amplificateur C 2 adaptateur de niveau La sortie de cet amplificateur (signal 53) est reliée à toutes les bornes Bl des voies de commande de chaque source. Chacune de ces voies (qui sont toutes iden- tiques) comporte un générateur de pente formé des deux circuits C 3 et C 4 Les impulsions créées par le circuit C 3 (signal 54) sont intégrées par le circuit C 4 (signal ) La pente est ajustable au moyen d'un potentiomètre Pi, indépendamment sur chaque voie, afin de pouvoir s'adapter aux différents types de sources et aux diffé- rentes profondeurs à laquelle il est possible de les utiliser. La sortie du générateur de pente est reliée à l'entrée directe du comparateur C 5 dont l'entrée inverseuse est reliée, en règle générale, à la borne B 3, c'est-à-dire à la tension fournie par le manomètre associé à la source que l'on veut commander Lorsque la tension de la pente dépasse la valeur fournie par le manomètre, le comparateur bascule; donc, pour une pente fixée, le basculement du comparateur sera d'autant plus retardé que la profondeur sera grande Ceci va dans le sens de la correction recherchée (une augmentation de la profondeur correspond à un raccourcissement de la période de bulle; il est donc nécessaire d'accroître le retard). La sortie du comparateur C 5 est reliée à un amplificateur C 6 d'adaptation dont le signal de sortie ( 56) constitue le signal de commande de la source Sur la figure 5, les retards croissants Ad Tl à AT 3 correspondent à des profondeurs croissantes, c'est-à-dire à des tensions VM 1 à VM 3 croissantes du manomètre. Les circuits de sécurité C 7 et C 8 excitent, par l'intermédiaire du transistor TR, le relais RL et la lampe pilote LP Cette action est obtenue lorsque la tension fournie par le manomètre (sur la borne B 3) sort d'un intervalle déterminé, correspondant à deux profon- deurs extrêmes de fonctionnement normal Les valeurs extrêmes de la tension sont définies par deux tensions fixes appliquées sur les bornes B 4 et BS Si le relais RL est excité, l'entrée inverseuse du comparateur C 5 est déconnectée du manomètre et reliée à une tension continue, par exemple la tension d'alimentation Dans ce cas, le circuit réagira comme si le canon était à une- profondeur constante et permet de conserver une possi- bilité de déclenchement même si le manomètre est hors service. Afin de faciliter les réglages, la valeur de la pente réglée par le potentiomètre Pl peut être visua- lisée au moyen des circuits C 9 à C 15 Un commutateur prélève le signal de pente disponible sur les bornes B 2 des voies et l'applique (signal 59) à l'entrée directe d'un comparateur C 9 L'entrée inverseuse de ce comparateur est reliée à la sortie d'un ensemble C 10, Cll créant une tension fixe VF calibrable par le potentiomètre P 2 Le comparateur C 9 basculera donc (signal 510) au bout d'un temps x qui est le temps mis par la pente pour atteindre la valeur VFî La pente sera donc affichée directement en milliseconde par volt Cette affichage se fera de manière classique par comptage des impulsions (signal 57) produites par l'horloge C 16 Les circuits C 12 à C 14 sont des décades d'affichage; le circuit C 15 permet de commander cet affichage (signal 514) Les références 58, Sll, 512 et 513 sont relatives à des signaux observables en différents points du circuit de comptage. Le signal 515 est un-signal de remise à zéro de l'affichage. Bien entendu, la présente description est donnée sans caractère limitatif, et l'invention s'étend. à toutes les variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1 Procédé de déclenchement d'une source sismique à implosion créant sous la surface d'une nappe d'eau une onde de choc présentant un pic d'implosion (I) résultant de l'implosion d'une cavité dont la pression interne est plus faible que la pression hydrostatique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: * mesure préalable de la pression instantanée P à l'emplacement de la source, détermination, à partir de cette pression mesurée, de la période de bulle qui séparera le signal d'ordre de tir et le pic d'implosion déclenchement de la source avec application d'un retard compensateur ST, égal à la différence entre la période de bulle correspondant à la pression instan- tanée P et celle correspondant à la pression moyenne Po à l'emplacement de la source, si cette différence est négative: ou avec application d'une avance compen- satrice de même valeur, dans le cas contraire. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retard compensateur, ou l'avance compensatrice, est déterminé par la relation /\T = k _ \ \Po 5/6 p 5/6) k étant une constante indépendante de la pression. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retard compensateur, ou l'avance compensatrice, est déterminé par la relation AST=od (P Po) c * 2532439 moyenne Po et de la période moyenne correspondante. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de correction de la valeur du retard compensateur, ou de l'avance compensatrice, d'une quantité fonction de la différence entre une valeur préétablie et une moyenne mobile des périodes de bulle mesurées lors des tirs précédents. , Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la pression instantanée, disposés au voisinage de la source, * des moyens comparateurs (C 5) de cette pression à une valeur moyenne, des moyens temporisateurs (C 3, C 4), pour retarder un signal d'ordre de tir d'une valeur fonction du résultat de cette comparaison. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le retard produit par les moyens temporisateurs est proportionnel à l'écart mesuré par les moyens comparateurs. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de visuali- sation (Cl Oà C 15) du facteur de proportionnalité entre le retard et l'écart mesuré. 8 Dispositif selon l'une des revendications à 7, caractérisé en ce quril comprend en outre un circuit de sécurité (C 7, C 8) actionné lorsque la pression instantanée mesurée sort d'un intervalle donné. 9 Dispositif selon l'une des revendications à 8, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la pression sont protégés des ondes de choc créées par la source au moyen d'un filtre mécanique ne laissant passer que les très basses fréquences.