Brevet FR2537729A1 — publié le 19840615

La présente invention concerne un capteur d'accélération et un dispositif de détection d'accélérations, adaptés aux mesures en sol humide. Elle s'applique notamment à la mesure d'ondes sismiques dans un sol saturé d'eau et soumis à une accélération statique, c'est-à-dire constante au cours du temps. Dans le domaine de la simulation des séismes, on peut entre amené. à effectuer des mesures dton des sismiques dans un sol hum!id#, tel que du sable saturé d'eau, soumis à une forte accélération statique obtenue par centrifugation du sol. Par "sable saturé d'eau", on. entend un sable: mouillé de telle- manière qu'il ne subsiste aucune bulle d'air entre les grains de sable. Par "forte accélération", on entend une accélération de plusieurs centaines de mètres par seconde au carré, pouvant même atteind-re au moins 100 g, où g vaut 9,81 m.s 2. La détonation d'un explosif placé dans le sable permet d'engendrer dans ce sable une onde de choc, c'est-à-dire une onde sismique, se traduisant. par une accélération des grains de sable. La mesure de l'onde sismique est donc effectuée-en mesurant cette accélération en différents points du sol, suivant une ou plusieurs directions. On connaît des microcapteurs d'accélération permettant d'effectuer de telles mesures et- constitués par des accéléromètres piézoélectriques miniaturisés. Mais ces microcapteurs, bien que leur introduction dans le sol ne modifie pas l'état caractéristique de celui-ci, c'est-à-dire ltenchevetrement des grains de sable, du fait que ces microcaptetirs ne créent pour ainsi dire aucune cavité dans le sol en leur voisinage, présentent néanmoins l'inconvénient de ne pour voir être orientés avec précision dans le sol humide. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et elle vise un capteur d'accélération ainsi qu'un dispositif de détection d'accélérations, adaptés-aux mesures en sol humide. La présente invention a tout d'abord pour objet un capteur d'accélération, comprenant un corps pourvu d'une partie active destinée à détecter l'accélération, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une plaquette fixée audit corps et prévue pour-dépas- ser de celui-ci, de façon à permettre une orientation précise du capteur dans un sol humide. L'invention consiste donc notamment en l'adjonction d'une plaquette à un capteur d'accélération qui est par ailleurs connu dans l'état de la technique et par exemple du genre des accéléromètres miniatures commercialement disponibles. Contrairement à ce qui est le cas dans l'art antérieur, on ne cherche pas, dans la présente invention, à réduire le volume du capteur d'accélération, mais à augmenter, à l'aide de ladite plaquette, ce volume et donc la surface du capteur, ce qui permet d'etre sûr de l'orientation de celui-ci- dans. le sol humide. On.a en effet vérifié, comme on le verra par la suite, que l'adjonction de la plaquette au capteur ne modifie pas sensiblement l'état caractéristique du sol, du point de vue des-accélérations, ou en d'autres termes que les mesures d'accélérations effectuées respectivement à l'aide d'un capteur sans plaquette et en sol sec, et à l'aide d'un capteur avec plaquette et en sol humide, donnent pratiquement les mêmes résultats. Selon une caractéristique préférée du capteur d'accélération objet de l'invention, la plaquette est fixée contre la partie active du capteur et a une surface supérieure à la surface de cette partie active. En augmentant la masse du capteur, la plaquette, ainsi fixée, améliore la détection des accélérations prenant naissance dans le sol, et permet donc la détection de faibles signaux, tels que ceux qui sont n appelés "répliques de séismes". Selon une autre caractéristique préférée, le capteur d'accélération objet de l'invention étant relié par l'intermédiaire de connecteurs elecer-iques a' un- caAble coaxial destiné à la transmission d'un signal électrique correspondant à l'accélération détectée, une partie du câble étant prévua 9ur être placée dans le sol humide- avec le capteur, l'ensemble formé par le capteur, y compris sa plaquette, par les eonnecteurs. et par ladite partie du cable coaxial, est recouvert d'une pellicule d'un matériau apte à isoler électriquement ledit ensemble de son environnement. Selon une autre caractéristique préférée, ladite pellicule est elle-meme recouverte d'une couche d'un autr.e matériau apte à résister à une infiltration de l'eau contenue dans le sol humide lorsque ce sol est soumis à une forte accélération constante au cours du temps. Selon une autre caractéristique préférée, une autre partie du câble coaxial étant prévue pour se trouver en dehors d.u sol humide,. ;cette- autre partie est recouverte d'une matière souple et apte-å résister à une infiltration de l'eau susceptible de se trouver à la surface du sol. La présente invention concerne par ailleurs un dispositif de détection d'accélérations comportant une pluralité de capteurs d'accélération, caractérisé en ce que ces capteurs sont conformes au capteur d'ac célébration objet de l'invention et en ce qu'ils sont séparés les uns des autres par une distance égale à environ dix fois l'arête d'un cube ayant meme volume que ledit capteur, plaquette comprise, de façon à per mettre une orientation précise desdits capteurs dans un sol humide et à éviter toute perturbation de la détection effectuée par l'un des capteurs, par les autres capteurs. Lwinvention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalis-ation donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés- sur îe-squels - la figure 1 est une vue scbématlqu.e- d'un mode de réalisation particulier du capteur d'accélération objet de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif de détection d'accélérations objet de l'invention, et - les figures 3 et 4 sont des accélérogrammes corres- pondant respectivement à un capteur d'accélération de l'art-antérieur placé en sol sec, et à un capteur d'accélération selon l'invention placé dans un sol humide. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un modé de réalisation particulier du capteur d'accélération objet de l'invention. il s'agit d'un capteur d'accélération 2 commercialement disponible, tel qu'un accéléromètre piézoélectrique miniature, sur lequel est fixée une plaquette 3. Plus précis.é- ment, le capteur 2-comprend un corps 4 pourvu d'une partie ou surface active 5 destinée à la détection d'accélérations, surface par laquelle on fixe d'ordi- naire le capteur à un spécimen soumis à des vibrations que l'on souhaite étudier. La plaquette 3 est fixée, par exemple par collage, contre cette surface active 5 et a des dimensions telles qu'elle déborde de cette surface active 5 une fois fiée à celle-ci Un léger débordement peut suffire. A titre indicatif et non limitatif, la plaquette 3 est en fibre de verre et se présente sous la forme d'une pièce carrée de 12 mm de côté et de 2 mm d'épaisseur, pour un capteur dont la surface active est de l'ordre de 80 mm2. Le capteur 2 est relié par l'intermédiaire d'un câble coaxial 6, à un appareil 7 de mesure d'ac-célérations connu dans l'état de la technique et apte à fournir des mesures sous la forme d'accélérogrammes par exemple.. La cable-- coaxial 6 est ae préférence s-ou- plue, de faible diamètre et à-- fible bruit électron i- que. I1 est par exemple du type de celui qui est commercialisé par la société ENDEVCO sous l'appella- tion nmicrodot1. Ce cabale 6-est relié au capteur 2 par l'intermédiaire de deux connecteurs électriques complémentaires l'un de l'autre, dont sont respectivement pourvus le capteur 2 et le câble 6. Sur la figure 1, on voit le connecteur 8 du câble 6, qui est par exemple vissable sur le connecteur (non représenté) du capteur 2. Ce capteur 2 est placé dans un sol humide 9 tel que du sable saturé d'eau, et orienté grâce à sa plaquette 3, dans une direction déterminée, ce qui lui permet de détecter la composante d'une onde de choc incidentecorrespondant à cette direction-, composante symbolisée par une flèche F sur la figure 1. Ainsi, une partie 10 du câble coaxial 6 est-elle dans le sol humide 9, l'autre partie 11 de ce cabale 6 se trouvant, au moins sur une certaine longueur, à la. surface 12 du sol 9. L'ensemble constitué par le capteur 2 (plaquette 3 comprise), par la partie 10 du câble 6 située dans le sol 9 et par les connecteurs assurant la liaison entre le câble 6 et le capteur 2, est recouvert, avant introduction dans le sol 9 bien entendu, d'une mince pellicule d'un matériau apte à isoler électriquement ledit ensemble de son environnement et évitant ainsi toute dérive électrique. Ce matériau est par exemple une résine acrylique qui consiste avantageusement en la résine commercialisée par la société VISHAY-MICOMESURES , sous l'appellation "M COAT D". Ladite pellicule est elle-même recouverte d'une couche d'un autre matériau apte à résister à une infiltration de l'eau contenue dans le sol humide, même lorsque ce-sol est soumis à une forte accélération statique. Cet autre matériau est par exemple un polysulfide/époxy qui consiste avantageusement en- le produit commercialisé par la société VISHAY MICROMESURES, sous l'-appellatioa "M COAT G",- produit. thixotropique qui possède une très bonne rési-stance à l'eau, même salez, et plus généralement aux solvants les plus actifs à température ambiante. En outre, ce produit présente une bonne adhérence sur la résine "M COAT D". La combinaison de la pellicule de "M COAT D" et de la couche de "M COAT G" confère audit ensemble une excellente isolation électrique, capable de résister pendant au moins 2 heures à la pression de l'eau du sol 9 lorsque celui-ci est soumis à une accé lération de 100 g (où g vaut 9,81 m.s 2). De préférence, l'autre partie 11 du câble 6, prévue pour se trouver à la surface 12 du sol 9, est recouverte d'une matière souple et apte à résister à une infiltration de l'eau susceptible de se trouver à la.s-urface 12 du sol 9. Cette matière- est par exemple un vernis au silicone tel que le cyclohéxanone commercialisé par la Société 3M FRANCE, vernis qui en séchant ne rigidifie pas le câble et qui permet d'éviter les phénomènes de capillarité. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un mode de réalisation particulier du dispositif de détection d'accélérations objet de l'invention. I1 comporte une pluralité de capteurs d'accélération 21, 22, ..., 2n selon l'invention, respectivement re liés par des câbles coaxiaux 61, 62, ..., 6n à un ap- pareil 13 de mesure d'accélérations. Ces capteurs sont orientés précisément dans le sol humide 9, grace à leurs plaquettes respectives 31, 32, ..., 3n, de manière à pouvoir mesurer les composantes selon les différentes orientations, d'une onde de choc se propageant dans le sol, composantes respectivement symbolisées par des- flèches F1, F2, ..., Fn sur la figure 2 Le. nombre n est supposé égal à 3 sur cette figure.Les capteurs 21, 22, ..., 2n sont séparés les uns des au- tres dBune distance suffisante pour que la détection effectuée par l'un d'entre eux ne so-it pas. perturbée par les autres. On a trouvé qu'en séparant les capteurs les uns des autres, dune distance D de l'ordre de dix fois l'arête a d'un cube fictif de même volume que le volume de chacun de ces-capteurs (.supposés sensiblement identiques), plaquette comprise, les mesures obtenues à l'aide de chacun de Ces capteurs ne sont pas perturbées par la présence des autres capteurs. Avec une telle distance D, l'état du sol au voisinage d'un capteur n'est pas modifié par les autres capteurs. Les figures 3 et 4 sont des accélérogrammes réalises à la même accélération statique de 100g et correspondant respectivement à- un microcapteur d'ac- célération sans plaquette et en sol sec et à un microcapteur d'accélération comparable au précédent, avec plaquette et en sol humide. Sur ces accélérogrammes, les temps sont portés en abcisses et les accélé- rations (en m.s 23 en ordonnées.Ces accélérogrammes montrent que l'adjonction de la plaquette (correspon- dant à une augmentation du volume du capteur) ne modi- fie pas significativementles résultats obtenus En effet, on constate que les amplitudes crete à crete A des accélérations mesurées ne- présentent pas de díffé- rences notables d'un accélérogramme à l'autre. (Pour la figure 3, A=200m.s 2 et pour la figure 4, A=191m.s-2). On observe seulement quelques différences dans l'allure générale des accélérogrammes, ces différences résultant de la dispersion des mesures, dispersion qui est due aux explosions permettant d'en- gendrer les ondes sismiques dans le sol. Bien entendu, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant ladite plaquette par une pièce de faible épaisseur non rigoureusement plane mais présentant une ou plusieurs parties courbes REVENDICATIONS 1. Capteur d'accélération, comprenant un corps (4) pourvu d'une partie active (5) destinée à détecter l'accélération, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une plaquette (3) fixée audit corps (4) et prévue pour dépasser de celui-ci, de façon à permettre une orientation précise du capteur (2) dans un sol humide (-9). 2.. Cåpt;eur d'accélération selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaquette (3) est fixée contre la partit activa- (5-) du capteur (2) et a une surface supérieure- à la surface de cette partie active (2). 3. Capteur d'accélération selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, ce capteur (2) étant relié par l'intermédiaire de connecteurs électriques (8) à un cale coaxial (6) destiné à la transmission d'un signal électrique correspondant à l'accélération détectée, une partie (10) du câble (6) étant prévue pour être placée dans le sol humide (9) avec le capteur, l'ensemble formé par le capteur .(2), y compris sa plaquette (3), par les con-- necteurs (8) et par ladite partie (10) du cible coaxial (6), est recouvert d'une pellicule dtun matés riau apte à isoler électriquement - ledit ensemble de son environnement. 4. Capteur d'accélération selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite pellicule est elle-même recouverte d'une couche d'un autre matériau apte à résister à une infiltration de l'eau contenue dans le sol humide (9) lorsque ce sol est soumis à une forte accélération constante au cours du temps. 5. Capteur d'accélération selon la revendication 4, caractérisé en ce que, une autre partie (11) du câble coaxial (6) étant prévue pour se trouver en dehors du sol humide (9), cette autre partie (11) est recouverte d'une matière souple et apte à résister à une infiltration de l'eau susceptible de se trouver à la surface (12) du sol (9). 6. Dispositif de détection d'accélérations, comportant une pluralité de capteurs d'accélération (21, 22, .., 2n), caractérisé en ce que ces capteurs sont conforme-s- au capteur d'accéletrat-ion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, et en ce qu'ils sont séparés les uns des autres par une distance égale. à environ dix fois l'arête d'un cube ayant même volume que ledit capteur, plaquette compr-ise, de façon à permettre une orientation précise desdits capteurs dans un sol humide (9) et à éviter toute perturbation de la détection effectuée par l'un des capteurs, par les autres capteurs.