Brevet FR2549234A1 — publié le 19850118

PROCEDE ET DISPOSITIF PRODUISANT DES ONDES SISMIQUES TRANSVERSALES La présente invention est relative aux procédés et dispositifs pour produire des ondes sismiques transversales en vue de la prospection sîsmique. On connait un procédé d'excitation des ondes sismiques transversales dans le sol (brevet français 2.276.599) qui est du type consistant à enfoncer dans le sol une cible pour transférer de l'énergie sismique dans le sol a une profondeur prédéterminée et à appliquer à cette cible un effort sous forme d'impulsions mécaniques exercées dans un plan sensiblement parallèle à la surface du sol. Pour la mise en oeuvre du procéde décrit, on recourt à un dispositif du type comportant un émetteur d'énergie sismique relie par une articulation à un moyen d'entraînement et comportant une cible à enfoncer dans le sol à une profondeur prédéterminée et un générateur d'impulsions mécaniques servant à solliciter cette cible dans un plan sensiblement parallèle à la surface du sol. La cible se présente dans ce dispositif sous la forme d'une plaque munie de pointes qui sont enfoncées dans le sol. Dès que la plaque est rigidement engagée dans le sol, on 13 frappe avec une masse qui est actionnée pour frapper la tranche delaplaqueet exciter ainsi, dans le sol, des ondes sismiques transversales. Le procédé et le dispositif décrits ont l'inconvénient de ne pas assurer une répartition statistique suffisante à la somme des enregistrements des signaux utiles, cette insuffisance résultant de la présence de parasites de caractère permanent ou aléatoire. I1 est connu qu'on peut amé liorer la répartition statistique en augmentant le nombre ou la fréquence des points de sondage par mise en place de piquets, cependant, on est vite limité dans cette voie du fait que l'excitation des ondes sismiques ne peut être engagée qu'après avoir enfoncé la cible dans le sol à une profondeur convenable.D'autre part, la vitesse d'avance du dispositif de sondage sismique suivant la flèche sismique, ou , ce qui est le même, la fréquence de changement des points de sondage, est en grande partie limitée par les travaux auxiliaires, tels que la remise du dispositif en position de transport après une opération de sondage et vice versa. Un autre inconvénient de l'utilisation de ce dispositif réside dans le fait qu'en frappant longtemps le sol sans changer de place, on provoque une variation de la consistance du sol d'où il s'ensuit une diminution de sa densité, entraînant la diminution des forces agissant sur ce sol et, de ce fait, la baisse de l'intensité d'excitation des ondes sismiques transversables. L'invention vise donc à mettre au point un procédé et un dispositif pour l'excitation des ondes sismiques transversales dans le sol qui permettraient d'améliorer a répartition statistique par augmentation de la fréquence de changement des points de sondage. A cet effet, le procédé d'excitation des ondes sismiques dans le sol, du type utilisant un émetteur d'énergie sismique muni d'une cible à enfoncer dans le sol et consistant à enfoncer ladite cible dans le sol à une profondeur prédéterminée et à creer sur cette cible des sollicitations dynamiques en lui transmettant des impulsions mécaniques dans un plan sensiblement parallèle à la surface du sol, est remarquable selon l'invention ence que la cible est animee d'unmDuvementlelong du profil du sol par l'effet de la force de traction d'un moyen d'entraînement, l'enfoncement de la cible étant opéré lors de ce déplacement et les impulsions mécaniques étant transmises perpendiculairement à la direction du déplacement de ladite cible. En opérant de la manière décrite ci-dessus, les impulsions mécaniques peuvent être transmises à la cible immédiatement après l'arrêt du véhicule d'entraînement, lorsque la cible est enfoncée à la profondeur prédéterminée, et après avoir obtenu un nombre d'impulsions suffisant on peut repartir pour le point de sondage suivant sans avoir besoin de retirer la cible du sol. Ce mode opératoire permet d'accélérer le changement des postes de sondage, et, par là même, d'augmenter la vitesse d'accumulation des signaux enregistrés ce qui permet d'améliorer l'effet statistique. Le procédé selon l'invention peut être aussi réalisé en continu, c'est-à-dire sans arrêts. En ce cas, orr opère de manière à enfoncer la cible à une profondeur prédéterminée et à l'animer d'un mouvement continu tout en lui transmettant des impulsions mécaniques. Le problème posé est d'autre part résolu à l'aide d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, du type comportant un émetteur d'énergie sismique qui est relié par une articulation à un moyen d'entraînement et comprend une cible à enfoncer dans le sol à une profondeur prédéterminée et un générateur d'impulsions mécaniques servant à transmettre ces impulsions à la cible dans un plan sensiblement parallèle à la surface du sol.Selon l'invention, la cible est réalisée sous la forme génerale d'une plaque présentant, latéralement, des faces planes convergeant symétriquement sous un angle aigu par rapport à la direction d'entraînement, une face inférieure plane pour empêcher l'enfoncement de la cible. à une profondeur supérieure à celle prédéterminée et une surface frontale à concave formant avec la face inférieure plane un angle aigu orienté par son sommet dans le sens de la convergence des faces latérales, de façon à réaliser une arête coupante permettant à la cible de s'enfoncer dans le sol sous l'effort de traction du moyen d'entraînement; le générateur d'impulsions mecaniques et la cible sont reliés entre eux de manière que les impulsions mécaniques soient transmises aux faces laterales de celle-ci d'une façon sensiblement perpendiculaire à ces faces latérales, l'émetteur d'énergie sismique étant articulé au moyen d'entraînement par l'intermédiaire de tringles formant avec l'emet- teur une artculation triangulée disposée dans un plan parallèle au plan de symétrie vertical du moyen d'entraînement. Cette conception du dispositif permet d'enfoncer la cible dans le sol sous l'effet de la force résultant de la décomposition de la force de tractaon du moyen d'entraînement, exercée sur l'émetteur en position de service, la force enfonçant la cible etant un vecteur orienté sous un angle inférieur à 900 par rapport à la direction de déplacement du véhicule d'entraînement. Pour éviter l'ameublissement du sol lors de l'enfoncement de la cible, il est rationnel de ménager, sur la surface frontale de ladite cible, un couteau dont l'arête coupante est orientée dans le sens de déplacement du moyen d'entraînement, les faces latérales de ce couteau étant progressivement raccordées a la surface frontale de cette cible. il est préférable que 1 'arête coupante du couteau présente un profil en dents de scie. Dans le dispositif conforme à l'invention, l'émetteur d'impulsions sismiques peut être ajusté de manière à assurer un angle optimal d'enfoncement de la cible dans le sol. Pour faciliter le réglage de cet angle d'enfoncement de la cible, on peut réaliser la liaison par articulation de l'émetteur d'énergie sismique avec le moyen d'entraînement de sorte qu'elle comporte deux tringles dont l'une presente une longueur constante et l'autre une longueur variable. La tringle de longueur constante peut être reliée au moyen d'entraînement à l'aide d'une charnière ou articulation ayant au moins deux degrés de liberté, ce qui contribue à la manoeuvrabilité de l'émetteur.Tel qu'il est, associe au véhicule d'entraînement, l'émetteur peut être aisément mis en position de transport ou, au contraire, en position de fonctionnement, ce qui permet d'augmenter la fréquence de changement des postes de sondage, et, par là même, la vitesse de la prospection sismique et la répartition statistique. Selon un autre mode de réalisation, la cible peut être munie d'un galet de guidage disposé sur sa face latérale et d'un appui à embout sphérique monté excentriquement sur un axe cannele faisant saillie de la face laterale de ladite cible, le moyen d'entrainement étant muni d'un organe de fixation servant à immobiliser l'émetteur en position de transport, et l'organe de fixation présentant un guidage d'entrée et un verrou pour l'appui à embout spherique. Dans ce mode de réalisation, le dispositif selon l'invention permet une immobilisation remarquablement fiable de l'é- metteuren position de transport et une libération rapide de celui-ci en vue de sa mise en position de fonctionnement, ce qui contribue, à l'amelio- ration de la répartition statistique. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention appa paîtront mieux à la lecture de la description de divers modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés où: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif conforme à l'invention; - la figure 2 est un schéma illustrant la répartition des forces agis sant sur- l'émetteur de l'énergie sismique; - la figure 3 représente la cible de l'émetteur de l'énergie sismique, vue de côté; - la figure 4 représente la cible de l'émetteur en vue de dessus; - la figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la figure 3, la cible étant-munie d'un couteau; - la figuré 6 représente une partie du dispositif avant le processus d'enfoncement dans le sol;; - la figure 7 est une représentation du dispositif en position de fonc tionnement, illustrant les moyens d'articulation de l'é- metteur au moyen d'entrainement; - la figure 8 represente le dispositif selon l'invention en vue de dessus; - la figure 9 représente le dispositif selon l'invention en position de transport; - la figure 10 représente le dispositif de la figure 9 en vue de dessus; - la figure 11 représente la charnière servant à relier l'émetteur au moyen d'entrainement; - la figure 12 est une coupe suivant la ligne XII-XII de la figure 11; - la figure 13 est une coupe suivant la ligne XIII-XIII de la figure 7; - la figure 14 représente un mode de réalisation de l'émetteur en posi tion de transport, en vue de dessus;; - la figure 15 représente l'émetteur de la figure 14 dans la position précédant son enfoncement dans le sol; - la figure 16 représente l'émetteur de la figure 15, en vue de dessus; - la figure 17 représente l'émetteur en position de transport, à plus grande échelle, pour mieux illustrer les organes d'immo bilisation de l'émetteur en position de transport. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut être illustrée à l'aide du dispositif représenté, schematiquement, à la figure 1. Ce dispositif comporte un émetteur d'énergie sismique 1 relie par une articulation à un moyen d'entraînement constitue par un vehicule 2 et comprenant une cible 3 à enfoncer dans le sol à une profondeur prédéterminée (dans le mode de réalisation considéré, il existe deux cibles 3 permettant une meilleure stabilisation du dispositif) et un générateur d'impulsions mécaniques 4 servant à transmettre ces impulsions à la cible 3 dans un plan sensiblement parallèle à la surface du sol, le caractère approximatif du parallélisme par rapport au sol résultant des conditions locales. Lors du déplacement du véhicule 2 suivant le profil du sol, les cibles 3 s'enfoncent dans le sol. Les cibles étant enfoncés, une source 5 produit de l'énergie électrique qui est stockée dans un réservoir d'énergie 6. En présence d'un signal provenant d'un bloc de commande 7, l'énergie stockée attaque, sous la forme d'impulsions de courant, les enroulements d'un convertisseur électrodynamique 8. Les courants electriques développes dans le convertisseur electro- dynamique 8 provoque une force F transmise aux cibles 3 qui se déplacent de manière à produire dans le sol des ondes sismiques transversales (figure 2). Pour compenser les composantes longitudinales des ondes sismiques, on agit sur les cibles 3 alternativement par des forces F, et F2 égales et opposes l'une à l'autre. Comme cela ressort de la figure 2, les impulsions mecaniques sont transmises perpendiculairement à la direction du déplacement du moyen d'entrainement 2 et, par conséquent, des cibles 3. Le procédé selon l'invention peut etre mis en oeuvre à l'aide d'autres générateurs d'impulsions mécaniques, par exemple, du type à gaz, à explosion, etc. La figure 3 représente la cible 3 qui constitue l'organe de travail de l'émetteur d'énergie sismique 1. La cible 3 se présente sous la forme d'une plaque délimitée frontalement et à la partie inférieure par des surfaces, respectivement, concave 9 et plane 10. La surface inférieure 10 sert à limiter l'enfoncement de la cible 3, pour qu'elle ne parvienne pas à des profondeurs supérieures à celle prédéterminée Les surfaces 9 et 10 forment un coin avec un arête coupante 11. La cible 3 est, d'åutre part, délimitée latéralement par des surfaces 12 qui divergent symétriquement à partir de l'arête coupante 11 en formant un angle aigu (figure 4). L'angle de divergence des faces latérales 12 permet un compactage du sol lors de l'enfoncement de la cible, ce qui contribue à l'effet acoustique.Pour empêcher l'ameublissement du sol lors de l'enfoncement de la cible, la surface frontale 9 de celle-ci est munie d'un couteau 13 dont l'arête coupante est orientée dans le sens de déplacement du véhicule 2, les faces latérales de la cible en forme de couteau se raccordant progressivement à la surface frontale 9 (figure 5). De plus, l'arête coupante du couteau 13 a un profil en dents de scie (figure 3) ce qui permet d'améliorer les conditions de coupe dans le sol. Comme cela ressort de la figure 6, l'émetteur d'énergie sismique 1 comporte deux cibles 3 reliées rigidement l'une à l'autre par un moyen connu quelconque. Entre les cibles 3 est disposé un générateur d'impulsions mécaniques 4 fonctionnellement relié à ces cibles de manière à pouvoir leur transmettre des impulsions mecaniques attaquant leurs surfaces latérales 12 dans un plan parallèle à la surface du sol et selon une direction sensiblement perpendiculaire à ces surfaces latérales, les défauts de perpendicularité pouvant resulter de la disposition angulaire des faces latérales 12. Pour avoir plus de détails sur le dispositif conforme à l'invention, on se réfère aux figures 7 à 10 représentant un ensemble faisant partie d'une station de prospection sismique. Comme représenté à la figure 7, l'émetteur d'énergie sismique 1 est relié par des articulations au vehicule 2 par l'intermédiaire d'un système de tringles composé d'une tringle 14 de longueur constante et d'une tringle 15 de longueur réglable. Les tringles 14 et 15 forment avec l'émetteur 1, avec sa cible 3 notamment, une articulation triangulée disposée dans un plan parallèle au plan de symétrie vertical du véhicule. La tringle 15 se compose de deux parties reliées entre elles par une douille de tendeur 16 ce qui permet le réglage de l'angle d'entrée de la cible 3 dans le sol. La tringle 14 peut,d'une part,pivoter sur un axe 17 (figures 11 et 12) dans un plan parallèle au plan de symétrie vertical du véhicule et conjointement avec une douille 18, peut d'autre part pivoter sur un axe 19 dans un plan perpendiculaire au même plan de symetrie vertical du véhicule. Les cibles 3 sont reliées aux tringles 14 et 15 par l'intermédiaire d'axes de pivotement 20 (figure 13). Les figures 14 à 17 representent un autre mode de réalisation dans lequel chacune des cibles 3 est munie d'un galet de guidage 21 et d'un appui 22 à extrémité sphérique, qui sont disposes sur la surface latérale extérieure 12 de cette cible. Chacun des appuis 22 à extrémité sphérique est monté excentriquement sur un axe cannelé 23 (figure 17). Le véhicule 2-est muni d'un organe de fixation 24 serinant à immobiliser l'émetteur 1 en position de transport. L'organe de fixation 24 présente un guidage d'entrée 25 et des verrous 26 pour les appuis 22. Ce mode de réalisation est représenté à la figure 17 à plus grande échelle.Comme représenté ici, le verrou 26 comporte un cliquet 27, une commande 28 permettant la rotation du cliquet 27 et un arrêtoir 29 servant à maintenir le cliquet 27 en position de fi ration. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la manière suivante. A l'endroit ou doivent se dérouler des travaux de prospection, on dispose l'émetteur d'énergie sismique 1, en position de fonctionnement (figure 15). A cet effet, on élève à l'aide d'un mécanisme élévateur 30 llemetteur 1 et, on dissocie ainsi le cliquet 27 et l'appui- 22. A l'aide de la commande 28, on amène le cliquet 27 dans une position qui n'empeche pas l'émetteur 1 d'être posé sur le sol sous un angle d'entrée a nécessaire à l'auto-enfonZ cement des cibles 3 dans le sol. A cet angle a correspond un rayon R determine de rotation de l'émetteur par rapport à l'axe de rotation 0 et une position appropriée de l'appui 22 par rapport à l'axe 23.En modifiant l'angle a en fonction de la densité du sol, on fait varier le rayon R, qui est la distance entre le point d'articulation 0 et le centre de l'appui 22, Pour maintenir l'émetteur d'énergie sismique 1 en position de transport,les appuis 22 doivent être en contact avc les cliquets 27. Ce contact s'obtiens gracie à l'excentricite de l'appui 22 par rapport à l'axe 23. Le réglage de la position des appuis 22 en fonction de l'angle a s'opère par rotation des appuis sur leurs axes 23. Dès que les cibles 3 viennent en contact avec le sol, le moyen d'entraînement 2 se deplace (la mise en position de fonctionnement de l'emet- teur 1 peut être opérée en marche à une vitesse appropriee) et les cibles 3 commencent à s'enfoncer dans le sol. il est évident pour l'homme de l'art que l'enfoncement des cibles est dû à l'apparition d'une force de traction résultant de la résistance du sol au déplacement de la surface 9 et que la force provoquant l'enfoncement est un vecteur orienté sous un angle in férieur à 90" par rapport à la direction de déplacement du moyen d'entrainement. Les cibles 3 s'enfoncent dans le sol jusqu'à ce que le fond de la tranchée résultante devienne parallèle à la surface du sol. Le moyen d'entraînement peut a lors être arrêté pour l'obtention des renseignements de caractère sismique propres à ce point du sol ou continuer son déplacement tout en transmettant aux cibles des- impulsions mécaniques provenant du générateur 4. Après avoir terminé les travaux de prospection dans la zone choisie pour un sondage, l'émetteur 1 est remis en position de transport pour être véhiculé dans la zone du sondage suivant. Pour mettre l'émetteur 1 en position de transport, on le fait monter à l'aide d'un mécanisme élévateur 30. Pendant la montée de l'emetteur,les galets 21 roulent sur les parois du guidage d'entrée 25, tout en empêchant le déséquilibre de l'émetteur 1 par rapport à l'axe de symétrie du véhicule (figure 16). Les extrémités ou embouts sphériques des appuis 22 servent également à ce guidage. Après avoir monté l'émetteur 1 à la hauteur voulue on actionne la commande 28 qui fait tourner le cliquet 27 jusqu'à ce qu'il vienne au contact de l'arrêtoir 29. Ensuite, on fait descendre l'emetteur 1 par le mécanisme élévateur 30 jusqu'à ce que les appuis 22 entrent en contact avec les cliquets 27. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'excitation dans le sol d'ondes sismiques transversales à l'aide d'un émetteur d'énergie sismique entraîné par un véhicule muni d'une cible à enfoncer dans le sol, du type consistant à enfoncer ladite cible dans le sol à une profondeur prédéterminée et à créer sur cette cible des sollicitations dynamiques par transmission à celle-ci d'impulsions mécaniques dans un plan sensiblement parallèle à la surface du.sol, carac térisé en ce qu'on deplace les cibles suivant le profi-l du sol parl'effetde la force de traction du moyen d'entraînement, l'enfoncement de la cible étant opéré lors de ce déplacement, et qu'on transmet des impulsions mécaniques perpendiculairement à la direction du déplacement de ladite cible. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après l'enfoncement de la cible à la profondeur prédéterminée, on poursuit son déplacement. 3.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, du type comportant un émetteurd'energie sismique relié par au moins une articulation à un moyen d'entraînement et comprenant une cible à enfoncer dans le sol à une profondeur prédéterminée et un générateur d'impulsions mécaniques servant à transmettre ces impulsions à la cible dans un plan sensiblement parallèle à la surface du sol, caractérise en ce que la cible (3) est réalisée sous la forme générale d'une plaque présentant des surfaces latérales planes (12) convergeant symétriquement sous un angle aigu par rapport à la direction d'entraînementune surface inférieure plane (10) pour empêcher l'enfoncement de la cible au-delà de la profondeur prédéterminée et une surface frontale concave (9) formant avec a surface plane inférieure (10) un angle aigu orienté dans le sens de la convergence des surfaces latérales, de façon à réaliser une arête coupante (11) permettant à la cible (3) de s'enfoncer dans le sol sous l'effet de l'effort de traction du moyen d'entraînement, et en ce que le générateur d'impulsions me- caniques (4) et la cible (3) sont relies entre eux de manière que les impulsions mécaniques soient transmises aux surfaces latérales (12) de ladite cible (3) d'une façon sensiblement perpendiculaire à ces surfaces, l'émet- teur d'énergie sismique (1) étant articulé au moyen d'entraînement (2) par 3'intermédiaire de tringles (14, 15) formant avec ledit émetteur (1) une articulation triangulee, disposée dans un plan parallèle au plan de symetrie vertical du moyen d'entraînement (2). 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que sur la surface frontale (9) de la cible (3),est ménagé un couteau (13) dont l'arête coupante est orientée dans le sens de déplacement du moyen d'entraînement, les surfaces latérales dudit couteau (13) se raccordant progressivement à ladite surface frontale (9) de la cible. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'arête coupante du couteau (13) présente un profil en dents de scie. 6.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la liaison par articulation de l'émetteur d'énergie sismique (1) avec le moyen d'entraînement (2) est realisée à l'aide de deux tringles (14, 15) dont l'une (14) présente une longueur constante et l'autre (15) une longueur réglable. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérise en ce que la tringle (14) de longueur constante est reliée au moyen d'entraînement (2) par l'intermédiaire d'une articulation à au moins deux degres de liberté. 8.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la cible (3) est munie d'un galet de guidage (21) disposé sur sa surface la térale (12) et d'un appui (22) à embout sphérique monté excentriquement sur un axe cannelé (23) faisant saillie de la surface latérale (12) de la cible (3) et en ce que le moyen d'entraînement (2) est muni d'un organe de fixation (24) servant à immobiliser l'émetteur (1) en position de transport, l'organe de fixation présentant un guidage d'entrée (25) et un verrou (26) pour l'appui (22) à embout sphérique.