Brevet FR2580820A1 — publié le 19861024

L'invention concerne le domaine de la recherche de minéraux. L'un des procédés de prospection communément utilisé est l'exploration électromagnétique aérienne. Une telle exploration est basée sur le fait que des gisements de minerais concentrés, par exemple les minerais contenant du cuivre, du zinc ou du plomb, etc, présentent souvent un contraste du point de vue de la conductibilité électrique par rapport au matériau environnant. Ce contraste est détec- té au moyen de l'émission active d'un champ électromagnétique alternatif (champ primaire) en direction du sol. Ce champ primaire produit des courants de Foucault au-dessous de la surface du sol. Leur amplitude est proportionnelle à la con- ductibilité locale. Le champ secondaire produit par les cou- rants de Foucault est mesuré de façon continue au moyen d'un récepteur qui mesure également le champ primaire émis. Ceci fournit un excellent outil permettant d'observer les varia- tions de la résistivité de la terre d'un endroit à un autre et d'acquérir une information sur l'existence éventuelle de gisements de minerais. Habituellement on utilise des bobines de détec- tion en tant que récepteur permettant de détecter les champs électromagnétiques, bien que l'on puisse utiliser dans le même but d'autres dispositifs, comme parexemple des interfé- romètres quantiques. De tels détecteurs peuvent être reliés rigidement à un émetteur. Dans de tels cas, la distance en- tre l'émetteur et le récepteur est plutôt faible. Les champs secondaires produits par le matériau conducteur du minerai sont en général extrêmement faibles par rapport au champ primaire. En augmentant la distance en- tre l'émetteur et le récepteur, on réduit la composante du champ primaire au niveau du récepteur, tandis que le champ secondaire, que l'on désire mesurer, s'en trouve relativement peu affecté. Dans la pratique, afin d'accrottre cette dis- tance, on monte souvent les récepteurs sur un engin en forme "d'oiseau", qui est remorqué au-dessous d'un avion au moyen d'un câble flexible d'une longueur d'environ 100 mètres. Dans le cas d'un "engin en forme d'oiseau" remorqué, le rap- port du champ primaire au niveau du récepteur au champ se- condaire de dépôts minéraux importants peut être de l'ordre de 1: 10 000. C'est pourquoi les récepteurs doivent être très sensibles. Le contenu en fréquences du signal primaire émis est en général choisi de manière à être compris entre envi- ron 100 Hz et quelques kilohertz. Au niveau de la limite su- périeure, l'effet de peau empêche le champ magnétique de pénétrer dans la terre. Au niveau de la limite inférieure, la pénétration pourrait s'effectuer sur quelques centaines de mètres, mais le champ secondaire sera relativement fai- ble étant donné que la réponse diminue en fonction de la fréquence. Etant donné qu'on mesure le champ secondaire en présence du champ primaire, il est important de détermi- ner ce dernier d'une manière très précise. On pourrait à cet effet contrôler le courant circulant dans la boucle de l'émetteur et utiliser cette information pour corriger toute fluctuation. Cependant il peut se présenter des problèmes en raison de la variation du champ primaire, qui est provo- quée par le déplacement relatif de l'émetteur par rapport au récepteur pendant le vol de l'avion. Pour des boucles de courant, qui produisent un champ magnétique, comme par exemple un champ fourni par un dipôle magnétique, la varia- tion relative du champ primaire est proportionnelle au cube de la variation relative de la distance. Ce comporte- ment mathématique accroit la gravité du problème. Dans des conditions de vol normales, les fluctuations du champ pri- maire peuvent être beaucoup plus importantes que la varia- tion du champ secondaire provoquée par des dépôts importants de minéraux conducteurs. Un moyen de résoudre ce problème consiste à utiliser ce qu'on appelle des systèmes à domaines temporels. Ces systèmes utilisent un signal émis sous for- me impulsionnelle et non un signal continu. Le récepteur mesure la diminution des courants de Foucault après que l'émetteur s'est arrêté, c'est-à-dire lorsque le courant de l'émetteur est nul. Etant donné qu'aucun champ primaire n'est présent le déplacement relatif n'a aucune importan- ce. Cependant, étant donné que l'émetteur est débranché, une puissance de rayonnement moins importante pénètre en moyenne dans le sol. Ceci réduit le champ secondaire moyen et par conséquent la sensibilité du système. Caome indiqué précédement, quelquefois on utilise des sys- tèmes d'exploration électromagnétiques avec des ca- dres rigides pour le montage de l'émetteur et du récepteur. Etant donné que la valeur du champ primaire au niveau du récepteur est constante dans ce cas, on peut appliquer au récepteur un champ électromagnétique identique au champ primaire, mais de signe opposé, de telle sorte que le champ primaire est annihilé pour l'essentiel. De cette manière les exigences du point de vue de la gamme dynamique pour les récepteurs sont réduites et leur sensibilité peut être accrue. Mais dans la pratique ces cadres limitent la valeur de la puissance de l'émetteur étant donné que l'on ne peut obtenir que des structures possédant des dimensions limi- tées et par conséquent des surfaces limitées pour la boucle de l'émetteur. Un système pratique utilise une barre cylin- drique d'une longueur de 8 mètres (diamètre 60 cm) remorquée au-dessous d'un hélicoptère. C'est pourquoi un but de l'invention est de fournir un procédé et un système pour réaliser la compen- sation du champ primaire dans des systèmes aéroportés d'exploration électromagnétique du type a "engin en forme d'oiseau" remorqué, ledit procédé et ledit système annihi- lant pour l'essentiel l'influence du champ primaire sur le récepteur remorqué et réalisant une bonne compensation du champ primaire au niveau du récepteur remorqué. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé et un système de compensation qui permettent des mesures en vol de l'amplitude et du champ primaire au ni- veau du récepteur remorqué et permettent à l'opérateur de régler, en vol, l'amplitude du signal de compensation. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé et un système de compensation pour des systèmes aéroportés et d'exploration électromagnétique du type à "engin en forme d'oiseau" remorqué, produisant un signal de compensation qui possède un niveau de bruit extrêmement bas et est insensible à un captage inductif provoqué par la commutation de centaines d'ampères dans l'émetteur pendant l'intervalle de temps d'environ 1 milli- seconde. C'est pourquoi l'invention fournit un procédé pour compenser le champ primaire dans des récepteurs remor- qués, pour des systèmes aéroportés d'exploration électroma- gnétique, selon lequel un champ électromagnétique primaire est envoyé au récepteur aéroporté remorqué détectant le champ primaire,et à la terre au moyen d'un émetteur installé dansun avion et selon lequel en outre un champ électroma- gnétique secondaire induit par des courants de Foucault pro- duits par le champ primaire dans des zones conductrices si- tuées au-dessous de la surface du sol, est reçu et détecté par le récepteur aéroporté remorqué, le procédé incluant les phases opératoires consistant à appliquer simultanément, lors de chaque émission du champ primaire, un champ de compen- sation au récepteur par l'intermédiaire d'un cable de remor- quage souple, l'intensité de ce champ de compensation étant identique audit champ primaire émis et détecté dans la po- sition du récepteur, mais possédant un signe opposé, ce qui annihile pour l'essentiel le champ primaire reçu et détecté par le récepteur, afficherle signal obtenu qui représente le champ secondaire effectif reçu et tirerde ce signal les informations concernant les zones conductrices situées au-dessous de la surface du sol. L'invention fournit également un système pour compenser le champ primaire dans des systèmes aéroportés de contrôle électromagnétique, comprenant un émetteur ins- tallé à bord d'un avion de manière à envoyer un champ élec- trique primaire à un récepteur aéroporté remorqué et à la terre; ledit récepteur comprend en outre des moyens incluant des moyens pour détecter ledit champ primaire et des moyens pour détecter un champ électromagnétique secondaire induit par des courants de Foucault produits par le champ primaire dans des parties conductrices situées au-dessous de la surface du sol, et ledit système comporte en outre des moyens pour appliquer simultanément, lors de chaque émission du champ primaire, un champ de compensation au récepteur par l'intermédiaire d'un câble de remorquage flexible, l'in- tensité dudit champ de compensation étant identique au champ primaire reçu et détecté dans la position du récepteur, mais possédant un signe opposé, ce qui annihile pour l'es- sentiel le champ primaire reçu et détecté par le récepteur, et il est prévu des moyens permettant d'afficher le si- gnal obtenu qui représente le champ secondaire effectif re- çu. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prises en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement le prin- cipe de mesures électromagnétiques qui sont utilisées pour détecter des gisements de minerais souterrains; et la figure 2 représente un schémabloc du système selon l'invention. En se référant à la figure 1, un émetteur ap- proprié installé dans un avion 1 émet un champ électroma- gnétique alternatif (champ primaire) 2 en direction de la surface 3 du sol. Lorsque des gisements de minerais 4 sont présents au-dessous de la surface du sol, des courants de Foucault 5sont produits au-dessous de cette surface. Un champ électromagnétique secondaire 6 est produit par les courants de Foucault 5 et peut être détecté par un récep- teur approprié. Un tel récepteur est monté sur un "engin en forme d'oiseau" 7 qui est remorqué à l'arrière de l'avion 1 au moyen d'un câble de remorquage flexible approprié 8 et détecte par conséquent le champ primaire délivré par l'émetteur 1. Les signaux du champ secondaire provenant des gisements de minerais et reçus et détectés par le récepteur sont ensuite traités ét affichés de manière appropriée pour le but envisagé et peuvent par exemple enregistrés sur un enregistreur graphique. A partir de ces signaux affichés, on peut obtenir une information concernant la présence de zones conductrices au-dessous de la surface du sol. Sur la figure 2, qui représente un schéma-bloc du système selon l'invention, les chiffres de référence 9 et 10 désignent respectivement un circuit émetteur repré- senté schématiquement et monté à bord d'un avion 1 et un circuit de réception-et de détection monté sur l'engin en forme d'oiseau 7. Le circuit émetteur 9 et le circuit récepteur de détection 10 sont raccordés par l'intermédiaire d'un or- gane de liaison flexible de transmission 11 porté par le câble flexible de remorquage 8. Le courant 12 de l'émetteur, qui fournit la forme d'onde réelle du champ primaire rayonné en direction de la terre (non représenté sur la figure 2 pour conserver la clarté du dessin) est également envoyé à un calculateur d'amplitude 13 et la forme d'onde réelle est ensuite mémorisée dans une mémoire d'ordinateur 14. Cette forme d'onde réelle est identique pour toutes les impulsions de l'émetteur déclenchées pendant une exploration. D'une manière générale la forme d'onde est une suite de signaux pseudo-aléatoires. En même temps que chaque émission du champ pri- maire en direction de la terre, un signal de compensation est émis par l'émetteur en direction du circuit 10 de l'engin en forme d'oiseau, par l'intermédiaire de l'orga- ne de liaison flexible de transmission 11, comprenant un système de communication à grande vitesse qui va être dé- crit plus loin. Ce signal de compensation possède une for- me d'onde et une amplitude identiques au champ primaire, mais avec un signe opposé. Selon un mode d'exécution avantageux de l'in- vention, ce signal de compensation est formé à partir de l'information relative à la forme d'onde numérisée multiplexée et de l'amplitude. Le multiplexage est réalisé dansun multiplexeur raccordé à la mémoire 14 d'une manière quelconque et éga- lement raccordé à un convertisseur parallèle-série. Au moyen d'un système optoélectronique approprié, le signal de compensation est transmis optiquement au moyen du câ- ble de transmission 11. Pour conserver la clarté du dessin le multiplexeur, le convertisseur parallèle-série et le système optoélectronique sont représentés schématiquement sous la forme d'un bloc 15. A l'intérieur du système électronique 10 de l'engin en forme d'oiseau, le signal de compensation optique est transformé en un signal électrique au moyen d'un sys- tème optoélectronique approprié et est ensuite démultiplexé dans un démultiplexeur. A partir du démultiplexeur, des signaux de com- pensation représentant la formation relative-à l'amplitude et à la forme d'onde du champ primaire sont envoyés par l'intermédiaire de liaisons appropriées aux récepteurs 17, 18 montés dans l'engin en forme d'oiseau. Les récepteurs 17 et 18 sont équipés de moyens permettant d'afficher les signaux reçus et détectés (non représentés pour conserver la clarté du dessin). Les signaux démultiplexés peuvent être traités de n'importe quelle manière appropriée à cet effet. Par exemple les signaux démultiplexés peuvent être transformes selon une conversion numérique/analogique et il est possi- ble de prévoir des convertisseurs série-parallèle et des filtres programmables. POur conserver la clarté du dessin, le système optoélectronique de l'engin en forme d'oiseau, le démulti- plexeur, les transformateurs numérique/analogique, les con- vertisseurs série-parallèle et les filtres ont été représen- tés schématiquement sous la forme d'un bloc 16. La valeur réelle du signal de compensation est mémorisée dans la mémoire d'ordinateur et sur une bande ma- gnétique et est récupérée pendant le traitement des données d'exploration. De cette manière, on obtient des exigences ré- duites concernant la plage dynamique et des sensibilités élevées pour les récepteurs. Selon une forme de réalisation avantageuse d'une forme de réalisation de l'invention, le câble flexible de transmission 1 1 est un câble de remorquage à fibres optiques qui permet une cadence élevée de communication. De cette manière, on peut échantillonner plusieurs récepteurs, à une cadence supérieure. La valeur optimale du champ magnétique est déter- minée en temps réel par le système de calcul qui par conséquent envoie la forme d'onde optimale avec une précision élevée à l'engin en forme d'oiseau comportant le ou les récepteurs. Par conséquent, en vol, on peut régler en perma- nence la valeur du champ de compensation sur des variations de la puissance de l'émetteur ou sur des variations de l'in- tensité du champ primaire dans le récepteur, par suite d'une variation de la position de l'engin en forme d'oiseau par rapport à l'avion. On notera que l'on peut utiliser n'importe quelle manière, appropriée à cet effet, pour envoyer l'information relative à la forme d'onde et à l'amplitude du signal de compensation au câble 11. On notera également que l'on peut utiliser n'importe quelle manière appropriée à cet effet pour le traitement du signal de compensation envoyé du câble 11 aux récepteurs de compensation. On notera en outre que l'on peut utiliser un nom- bre quelconque de récepteurs de compensation, approprié pour le but recherché. Différentes variantes de l'invention apparaî- tront évidentes au spécialiste de la technique, à partir de la description qui précède, de telles modifications et va- riantes étant incluses dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour compenser le champ primaire dans des récepteurs remorqués, pour des systèmes aéropor- tés d'exploration électromagnétique, selon lequel un champ électromagnétique primaire (2) est envoyé au récepteur aéroporté remorqué (10) détectant le champ primaire,et à la terre au moyen d'un émetteur (9) installé dans un avion (1) et selon lequel en outre un champ électromagnétique se- condaire (6) induit par des courants de Foucault produits par le champ primaire dans des zones conductrices (4) si- tuées au-dessous de la surface du sol (3), est reçu et dé- tecté par le récepteur aéroporté remorqué (10), caractérisé en ce qu'il comprend les phases opératoires consistant à appliquer simultanément, lors de chaque émission du champ primaire (2), un champ de compensation au récepteur (10) par l'intermédiaire d'un câble de remorquage souple (8), l'intensité de ce champ de compensation étant identique audit champ primaire émis et détecté dans la position du récepteur (10), mais possédant un signe opposé, ce qui annihile pour l'essentiel le champ primaire (2) reçu et dé- tecté par le récepteur, afficherle signal obtenu qui repré- sente le champ secondaire effectif reçu (6), et tirer de ce signal les informations concernant les zones conductrices (4) situées au-dessous de la surface du sol. 2. Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il inclut la phase opératoire consistant à ap- pliquer ledit champ de compensation par l'intermédiaire d'un câble de remorquage (8) constitué par des fibres op- tiques. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la forme d'onde du champ de compen- sation est mémorisée dans une mémoire d'ordinateur (14). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la forme d'onde du signal de compensation est une suite de signaux pseudo-aléatoires. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le signal de compensation est formé à partir d'une information relative à la forme d'onde numérisée et multiplexée et à l'amplitude. 6. Système pour compenser le champ primaire dans des systèmes aéroportés de contrôle électromagnétique, com- prenant un émetteur (9) installé à bord d'un avion (1) de manière à envoyer un champ électrique primaire à un récep- teur aéroporté remorqué (10) et à la terre, caractérisé en ce que ledit récepteur (10) comprend en outre des moyens (17,18) incluant des moyens pour détecter ledit champ primai- re (2) et des moyens pour détecter un champ électromagnéti- que secondaire (6) induit par des courants de Foucault (5) produits par le champ primaire dans des parties conductrices situées au- dessousde la surface du sol (3), et que ledit système comporte en outre des moyens pour appliquer simulta- nément, lors de chaque émission du champ primaire (2), un champ de compensation au récepteur par l'intermédiaire d'un câble de remorquage flexible (8), l'intensité dudit champ de compensation étant identique au champ primaire (2) reçu et détecté dans la position du récepteur, mais possédant un signe opposé, ce qui annihile pour l'essentiel le champ primaire (2) reçu et détecté par le récepteur, et qu'il est prévu desmoyens permettant d'afficher le signal obtenu qui représente le champ secondaire effectif reçu (6). 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le câble de remorquage flexible (8) est un cable à fibres optiques;