Brevet FR2564200A1 — publié le 19851115

L'invention a pour objet un procédé permettant l'acquisition d'images d'échantillons géologiques, en vue de leur analyse optique, et un dis- positif pour sa mise en oeuvre Ces échantillons,qui peuvent être de petites dimensions, se présentent sous la forme de carottes obtenues par des prélèvements à divers niveaux de profondeur dans des forages. Les carottes, une fois remon- tées à la surface, sont préparées pour un examen visuel qui donne lieu à un rapport descriptif. Ce rapport d'examen, qui est basé sur des interprétations et des codifications employant des symboles et des cartes conventionnels en sédimentologie, a pour objet de définir par exemple la forme, la structure, la couleur, la composition minéra- logique de chaque échantillon. Les carottes sont ensuites rapidement stockées dans des conditions permettant leur bonne conservation, ce qui limite souvent les possi- bilités de comparaisons visuelles directes entre des échantillons prélevés sur un même site. La comparaison de ces échantillons, et à fortiori les études menées postérieurement qui impliquent des analyses comparatives d'échantillons obtenus sur des sites différents, ne peuvent être effectuées le plus souvent, pour des raisons pratiques, que sur la seule base des rapports 2- descriptifs, c'est-à-dire sur des données déjà interprétées. Le travail d'analyse des géologues est rendu de ce fait plus difficile et plus lent. Le procédé selon l'invention permet d'éviter les inconvénients liés aux méthodes d'interprétation antérieures. Il se caractérise en ce qu'il comporte l'enregistrement séquentiel sur un support de stockage ou d'enregistrement, de signaux électriques traduisant les images de lignes parallèles à la surface de chaque échantillon, les images de ces lignes étant formées successivement par déplacement relatif des échantillons par rapport au système d'en- registrement. Les signaux enregistrés correspondent, par exemple, à des images obtenues par une sélection d'au moins une bande spectrale dans le rayonnement reçu dudit objet. Les signaux obtenus sont, de préférence, numérisés pendant leur enregistrement. Le procédé selon l'invention est avantageux en ce que les signaux qu'il permet d'obtenir peuvent être restitués à tout moment, sur un support approprié: écran de télévision, papier photosensible ou film par exemple, pour être directement observés ou comparés avec d'autres, et de plus, se prêtent à toutes sortes de traitements automatisés permet- tant de faire ressortir de manière objective, les caractéristiques physiques des échantillons sans recours à des interprétations visuel- les, comme on le verra plus en détail ci-après dans le cours de la description des modes préférés de réalisation du procédé et de son dispositif de mise en oeuvre, et en se reportant aux dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement le dispositif permettant de déplacer un échantillon géologique dont il s'agit d'acquérir les images, relativement à un système d'enregistrement; - la figure 2 représente un mode de réalisation du système d'en- registrement o un miroir tournant est employé pour diriger - 3 successivement vers une caméra les images des points de chacune des lignes de l'échantillon, et - la figure 3 représente un second mode de réalisation du système d'enregistrement o les images de l'objet sont acquises et enre- gistrées ligne par ligne. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit que le dispositif comporte par exemple une table mobile 1 de dimensions appropriées à celles de l'objet 2 à enregistrer. Lorsque l'objet est une carotte géologique, la table est constituée par exemple d'un bâti 3 de plusieurs mètres de long adapté à supporter les axes de rouleaux 4 sur lesquels est tendu un tapis 5. Un moteur d'entraînement 6 du type pas-à-pas est utilisé pour entraîner l'un des rouleaux de manière à provoquer une translation discontinue du tapis. Au-dessus de la table mobile est disposé un portique 7 auquel est fixé un boîtier 8 contenant un ensemble optique et électronique pour transformer en signaux enregistrables les images des différentes parties de l'objet amenées successivement dans son champ par le déplacement discontinu du tapis. Cet ensemble optique et électronique comporte par exemple (Fig. 2) une caméra électronique 9 et des moyens optiques pour diriger sur l'objectif de la caméra, la lumière provenant successivement de tous les points de la surface de l'objet posé sur la table 1. Ces moyens comportent, par exemple, un miroir tournant 10 entraîné en rotation par un moteur ll. L'axe de rotation du miroir et l'axe optique de la caméra sont disposés parallèlement à la direction X'X de translation de l'objet. De cette manière, la surface de l'objet est explorée succes- sivement suivant des lignes transversales parallèles à l'axe ortho- gonal Y'Y, les images des différents points de chaque ligne étant successivement enregistrées par la caméra 9. La rotation du miroir est commandée, de façon que le balayage des points de chaque ligne soit effectué dans un intervalle de temps o le tapis5 est immobile. - 4 - Cet ensemble optique et électronique peut comporter également (Fig. 3) une caméra 9A d'un type connu adapté à enregistrer les images de lignes de la surface de l'objet, successivement formées sur son objec- tif. Les images de lignes sont reçues par des barrettes de capteurs photosensibles adjacents. Les signaux électriques engendrés par ces capteurs, en réponse à l'éclairement, sont lus successivement, l'image de chaque ligne correspondant à une séquence de signaux. Les capteurs sont, par exemple, du type à couplage de charge (CCD) ou constitués de photodiodes. Le dispositif comporte également un élément de synchronisation 12 connecté, d'une part, au moteur 6 par un câble 13 et, d'autre part, à l'ensemble optique et électronique contenu dans le boitier 8 par un câble 14. L'élément de synchronisation 12 est pourvu d'une hor- loge interne et d'un compteur et, en réponse aux impulsions produites par l'horloge, il engendre des signaux de commande successifs qui sont appliqués au moteur 6. Celui-ci tourne alors d'un incrément an- gulaire, ce qui a pour effet de translater le tapis et de mettre une nouvelle ligne de la surface de l'objet dans le champ de la caméra 9 ou gA. Le pas d'avancement est déterminé en fonction de la définition choisie pour l'image. On choisit de préférence une résolution linéaire de l'ordre de O,5mm au plus en disposant en ensemble optique et élec- tronique ayant une résolution angulaire voisine de 0,5 mrad. à une distance de l'ordre de lm. Le tapis 5 ayant avancé d'un pas, l'élément de synchronisation 12 engendre à partir des signaux d'horloge, un signal de commande de l'enregistrement de l'image par le système d'enregistrement. Dans le cas o l'on utilise la combinaison d'une caméra électronique et d'un miroir tournant (Fig.-2), le signal de coril- mande est adapté à synchroniser la vitesse de rotation du moteur Il et à déclencher l'acquisition de l'image et sa transformation en signaux électriques. Dans le cas d'une caméra à enregistrement par lignes (Fig. 3) , le signal de commande est adapté à déclencher la lecture séquentielle des différents capteurs de la barrette sensible. Dans tous les cas, les indications du compteur à chaque pas d'avance- ment du tapis sont transférés sur l'enregistrement correspondant, ce qui permet de retrouver rapidement l'image d'un emplacement quelconque - 5 de la surface de l'objet. On peut également disposer toutle long de l'objet et sur un des côtés de celui-ci, une échelle centimétrique permettant de repérer très vite une région déterminée de la surface. Les signaux électriques issus de l'ensemble optique et électronique sont transmis par un câble 15 à un micro-calculateur 16 qui les conver- tit en mots numériques, puis transférés à un dispositif d'enregis- trement 17 du type enregistreur à bande par exemple. Les signaux peuvent également être transférés à un élément de visualisation tel qu'un moniteur TV, de manière à obtenir une représentation directe ou différée de la surface de l'objet enregistrée. Le micro-calculateur est également connecté à un pupitre 19 permettant à un opérateur de lancer les opérations d'enregistrement ou de comman- der des opérations particulières de traitement des données enregistrées. Le micro-calculateur est programmé par exemple pour effectuer le trai- tement en temps réel des données fournies par la caméra, avant leur enregistrement sur le dispositif d'enregistrement 17 ou en temps différé sur les données préenregistrées. La caméra peut être associée à un dispositif optique de filtrage per- mettant de sélectionner une ou plusieurs bandes sur toute la largeur du spectre de fréquence du rayonnement reçu de l'objet, depuis l'ultraviolet jusqu'aux micro-ondes (longueurs d'ondes comprises entre 30nm et 30cm). La bande spectrale visible permet d'identifier les figures sédimentaires par la quantification des couleurs, et leur ar- rangement géométrique: linéaments, déformations, etc. La bande spec- trale située dans l'infra-rouge thermique permet de différencier des ensembles sédimentaires d'après leur inertie thermique. Les hyper- fréquences permettant d'obtenir des renseignements sur la teneur en fluide des constituants, leur granulométrie ou rugosité. Le procédé selon l'invention, lorsqu'il est appliqué à l'acquisition d'images de carottes géologiques, peut être avantageusement mis en oeuvre sur les lieux mêmes d'extraction, à terre, sur un navire, - 6 - ou une plateforme de forage en mer. Les carottes qui viennent d'être prélevées et préparées par tronçonnage et sciage suivant leur axe, sont disposées sur la table mobile 1 et l'on procède aux opérations d'enregistrement. Le procédé permet, même lorsque les échantillons ne sont plus facile- ment disponibles pour examen, une reproduction ultérieure des images enregistrées pour des comparaisons visuelles et par conséquent, élimine la nécessité des descriptions écrites codifiées requises an- térieurement. Le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux en ce qu'il permet toutes sortes de traitements numériques systématiques des données enregistrées. On peut classer les éléments d'après leurs couleurs en se référant à des chartes mémorisées et, après simplifi- cation de l'image par réduction à ses contours, appliquer des pro- grammes spécialisés de reconnaissance des formes pour identifier ses composants. La localisation des discontinuités entre les couches, permet le calcul de la fréquence spatiale des alternances et la quanti- fication des rythmes et séquences sédimentaires. Par une programmation appropriée appliquant des procédés connus de calcul de dérivées, on peut isoler les parties linéaires de chaque image et ainsi distinguer les directions privilégiées de fracturations. Les procédés de traitement automatisés mentionnés ci-dessus sont déjà utilisés par exemple pour le traitement des images prises d'avion ou de satellite. Ces traitements numériques peuvent être appliqués à des carottes pré- levées de façon échelonnée à des instants ou des lieux différents. La grande quantité de données qui peuvent-être obtenues par ces traite- ments et leur caractère objectif, facilite la mise en corrélation des sondages entre eux. -7- R E V E N D I C A T I 0 N S 1. - Procédé pour l'acquisition d'images d'échantillons géologiques, en vue de leur analyse optique, caractérisé en ce qu'il comporte l'en- registrement séquentiel sur un support d'enregistrement de signaux électriques traduisant les images de lignes parallèles de la surface de chaque échantillon, les images de ces lignes étant formées successivement par déplacement relatif de chaque échantillon par rapport au système d'enregistrement. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les images traduites par les signaux enregistrés sont obtenues par une sélection d'au moins une bande spectrale dans le rayonnement de chaque échantillon. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte la numérisation des signaux pendant leur enregistremient. 4. - Dispositif d'acquisition pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un système d'enregistrement, des moyens pour déplacer chaque échantillon géolo- gique par rapport au système d'enregistrement, lequel comporte des moyens optiques pour former successivement les images de lignes paral- lèles dudit objet, des moyens pour traduire les images de chaque ligne en une séquence de signaux et des moyens de mémorisation (17) desdits signaux. 5. - Dispositif d'acquisition selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens optiques comportent un élément mobile réfléchis- sant (10) pour diriger successivement par balayage les images de tous les points de chacune des lignes sur une caméra électronique (9). 6. - Dispositif d'acquisition selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour traduire les images de chaque ligne en une - 8 séquence de signaux comportent un transducteur constitué d'une multiplicité d'éléments photosensibles alignés dont les réponses sont lues successivement. 7, - Dispositif d'acquisition selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour traduire les images de chaque ligne en une séquence de signaux comportent un dispositif à transfert de charges électriques. 8. - Dispositif d'acquisition selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble électronique (16) de numéri- sation des signaux obtenus. 9. - Dispositif d'acquisition selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de-filtrage optique pour sélectionner au moins une bande du spectre électromagnétique reçu desdits échan- tillons. 10. - Dispositif d'acquisition selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble électronique (16) de numérisation des signaux obtenus et de traitement des signaux numérisés.