Brevet FR2578060A1 — publié le 19860829

- 1 - L'invention a pour objet un procédé d'amélioration du couplage avec le sol de sources sismiques terrestres. Les sources terrestres comportent généralement des moyens de création de forces oscillantes ou impulsionnelles et des moyens d'application au sol des forces ainsi créées. Parmi les sources connues, on peut citer par exemple celles qui comportent un élément-cible couplé avec le sol, une masse adaptée à chuter en direction des surfaces d'impacts de l'élémentcible, et des moyens pour élever la masse et guider sa chute en direction des surfaces d'impact. La masse peut être guidée par un élément de guidage rectiligne disposé verticalement, vers une face d'impact parallèle à la surface du sol, de manière à produire des ondes P ou ondes longitudinales. Un dispositif fonctionnant suivant ce principe est décrit dans la demande de brevet publiée n 2 398 316. La masse peut être également guidée dans sa chute par des câbles ou un bras pivotant, vers une face d'impact latérale d'un élément-cible couplé avec le sol, de manière à produire des ondes transversales ou de cisaillement (ondes S). Un tel dispositif est décrit, par exemple, dans le brevet français n 2 276 599. -2- Un procédé connu pour améliorer le couplage d'une source sismique consiste à fixer des éléments de couplage dentelés ou pointus sous l'élément-cible. Leur enfoncement dans le sol, facilité si l'on fait peser par exemple une partie du poids d'un véhicuTe sur l'élément-cible disposé en un point de "tir" choisi, contribue à accroître le coefficient de couplage de la source sismique. Un autre procédé connu pouvant être éventuellement associé au précédent, consiste à isoler la face inférieure de l'élément-cible par une jupe périphérique et à mettre ladite face en position d'application sur le sol au moyen d'une pompe à vide, de la manière décrite dans le certificat d'addition nO 2 434 402 au brevet français n 2 276 599 déjà cité. Les procédés connus permettent d'accroître très sensiblement le coefficient de couplage des sources sismiques avec le sol et, par conséquent, leur rendement énergétique. Cependant, comme on le verra plus en détail dans la description, les procédés connus ne permettent pas d'obtenir une bonne homogénéité dans la transmission au sol de toutes les fréquences du spectre de fréquence émis au moment du tir. Le procédé de couplage selon l'invention permet d'élargir dans de notables proportions le spectre de fréquence des ondes sismiques effectivement transmises dans le sol. Le procédé est caractérisé en ce que l'on abaisse localement la température du terrain au dessous de la surface d'application au sol des ondes sismiques créées par le déclenchement des sources. L'abaissement local de la température du terrain est effectué avantageusement par injection de substances réfrigérantes. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et en se reportant aux dessins annexés o: - 3 - - la figure 1 représente l'allure générale, après lissage, du spectre de fréquence des ondes sismiques transmises dans le sol, par un procédé classique de couplage comportant l'application d'une force d'appui pour l'amélioration de l'ancrage d'une source sismique, et - la figure 2 représente une disposition de points d'injection dans le sol d'un fluide réfrigérant. On peut assimiler la loi de variation du module du spectre de l'énergie transmise par une source sismique donnée dans le sol, en considérant celui-ci comme un milieu visco-élastique, à une loi du type parabolique: S(f) = - bf2 o b est un coefficient de proportionnalité dépendant de la source d'ondes acoustiques utilisées, du terrain et des conditions opératoires. Le module du spectre de l'énergie transmise est maximal pour les fréquences inférieures à quelques dizaines de Hertz et décroît rapidement pour les fréquences plus grandes. Selon les cas, le facteur d'atténuation à 100 Hz peut varier de 10 à 30 dB et même plus. I1 en résulte que le pouvoir de résolution des sources sismiques terrestres qui est lié à la largeur de la bande de fréquences qu'elles sont susceptibles de transmettre dans le sol, est relativement faible. Le procédé selon l'invention permet d'accroître le coefficient de couplage des sources sismiques terrestres et d'améliorer dans de notables proportions la largeur de leur spectre d'émission et par conséquent leur pouvoir de résolution. La position des emplacements de déclenchement de la source utilisée ayant été préalablement fixée, on injecte dans le sol une substance - 4 réfrigérante telle que l'azote liquide par exemple, de manière à geler jusqu'à une profondeur déterminée une certaine zone autour de chacun desdits emplacements. La surface de chaque zone dépend de la forme et de l'aire de l'élément de couplage au moyen duquel les ondes acoustiques sont appliquées au sol. Dans le cas de la source à impacts dirigés verticalement, décrite dans la demande de brevet français nO 2 398 316 déjà citée o l'élément de couplage est la plaque de base circulaire d'un élément-cible déposé sur le sol, on injecte une substance réfrigérante de manière à obtenir une zone gelée à symétrie cylindrique centrée sur l'axe de l'élément-cible. Suivant un premier mode de réalisation (Fig.2), on perce plusieurs trous à la périphérie de l'emplacement S o l'on compte déposer la plaque de base de l'élément de couplage ou l'élément-cible de la source utilisée, et l'on y injecte une certaine quantité de liquide réfrigérant au moyen d'une canne d'injection appropriée. La quantité de liquide introduite dans les trous est suffisante pour que les différents volumes V de terrain centrés autour de ceux-ci se recoupent et que l'on obtienne un volume total gelé de façon bien homogène. Pour accroître l'effet réfrigérant à l'emplacement S de l'élément de couplage de la source sismique, on peut également percer un trou en son centre et y injecter du produit réfrigérant. Dans l'exemple représenté, six trous T1 à T6 sont forés au centre et à la périphérie de chaque emplacement S. Leur diamètre est de quelques centimètres et leur profondeur varie par exemple entre 60 cm et 120 cm. Suivant un autre mode de réalisation permettant de simplifier l'étape de préparation des emplacements de "tir", on peut également geler le volume de terrain au dessous de l'élément de couplage ou de l'élément-cible'de la source, en forant un trou d'injection unique tel que T6, au centre de chaque emplacement S. - 5 - Le délai d'attente après les injections de liquide réfrigérant pour obtenir une zone de terrain suffisamment gelé dépend du nombre de trous d'injection et la quantité de produits réfrigérants injectés, de la nature du terrain, de la température, etc. L'humidité a une influence essentielle dans l'amélioration du coefficient de transmission du fait que la glace qui se forme par action des produits réfrigérants soude les particules de terrain et augmente la résistance du sol à la compression et au cisaillement. On détermine expérimentalement l'influence des différents paramètres influant sur la vitesse de gel de manière à optimiser le délai d'attente et le coefficient de transmission du sol gelé. L'injection de liquide réfrigérant est effectuée par exemple, et selon les cas, entre 12 heures et 24 heures avant les instants o les "tirs" sont effectués aux emplacements gelés. L'application du procédé selon l'invention permet d'augmenter très sensiblement le coefficient de transmission du sol pour les fréquences relativement élevées et d'obtenir ainsi un spectre d'émission plus homogène. Un avantage secondaire, mais très important, du procédé tient au caractère provisoire de la consolidation apportée par le gel. Lorsque le sol qui a été gelé est revenu à sa température première, il peut être restitué à son usage normal. L'organisation de campagnes de prospection dans des régions agricoles ou des zones urbaines s'en trouve facilitée. - 6 - REVENDICATIONS 1. - Procédé pour améliorer le couplage avec le sol d'une source sismique terrestre, caractérisé en ce qu'il comporte l'abaissement local de la température du terrain, au dessous de la surface d'application au sol des ondes acoustiques engendrées par le déclenchement de ladite source sismique. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte l'injection dans le terrain de substances réfrigérantes. 3. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite injection est effectuée dans la partie centrale de la zone de contact avec le sol de ladite source sismique. 4. - Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite injection est effectuée en plusieurs emplacements (T1-T5) sur le pourtour de la zone de contact avec le sol de ladite source sismique.