Brevet FR2602946A1 — publié le 19880219

HYDROPHONE NOTAMMENT POUR ANTENNE LINEAIRE REMORQUE La présente invention se rapporte aux hydrophones utilisés notamment dans les antennes de sonar ayant la forme d'une ligne remorquée derrière un bâtiment et pouvant être utilisées par exemple pour la prospection sismique. Une telle antenne est composée d'un ensemble de tronçons de tuyaux creux remplis d'un liquide inerte tel que l'huile dans lequel baignent divers composants, notamment des hydrophones de type classique de forme tubulaire dont I'élément actif est en céramique piézoélectrique. Pour supporter les mouvements de l'antenne de tels hydrophones sont nécessairement petits, ce qui conduit à multiplier leur nombre et de ce fait le nombre des connexions. On augmente ainsi le coût et les risques de pannes. Il est donc souhaitable de pouvoir fabriquer des hydrophones relativement flexibles pour tolérer une courbure aussi grande que possible afin de ne pas être endommagés lors de l'enroulement de l'antenne sur son tambour de rangement. Un tel hydrophone long présenterait par ailleurs l'avantage de permettre une bonne rejection des bruits d'écoulement dont on sait qu'elle est obtenue en moyennant l'influence des tourbillons sur une grande longueur. Enfin cet hydrophone devrait de préférence être léger et facile à fabriquer au moindre coût. Dans la revue JASA octobre 1980, pages 1025 à 1029, D. RICKETTS a décrit un hydrophone utilisant comme élément sensible un film de polymère piézoélectrique connu sous le nom de PVF2 enroulé à l'intérieur d'un cylindre. Cet hydrophone est rigide et d'une longueur du même ordre de grandeur que son diamètre. Si l'on voulait construire un hydrophone de longueur relativement grande et de diamètre relativement petit selon la technologie de RICKETTS, il faudrait enrouler de manière cylindrique une feuille de PFV2 de grande longueur autour d'un axe aligné sur cette longueur. On conçoit tout de suite les difficultés d'un tel enroulement. Par ailleurs pour obtenir une sensibilité suffisante il est nécessaire d'avoir une épaisseur de matière active relativement importante. Si cette épaisseur est obtenue avec un film épais la courbure est difficile à obtenir, surtout selon cette forme.Si l'on superpose plusieurs films minces on augmente considérablement le coût de main-d'oeuvre et ces films ont tendance à glisser les uns sur les autres lors des déformations de l'hydrophone ce qui amène à la fois des signaux parasites et des problèmes de fiabilité au niveau des électrodes de liaison. Pour obtenir un hydrophone répondant à ces problèmes, l'invention propose d'enrouler en spirale sur un support cylindrique souple de longueur relativement grande par rapport à son diamètre, une feuille de PVF2 relativement étroite qui fera plusieurs tours entre ses extrémités lorsqu'elle sera enroulée. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent: - La figure 1 : une vue en coupe d'un segment d'antenne linéaire comportant un hydrophone selon l'invention;. - La figure 2 : une vue en coupe d'une feuille de PVF2 servant à la fabrication d'un tel hydrophone; - Les figures 3 et 4 : des vues en coupe longitudinale et transversale d'un moule permettant la fabrication de cet hydrophone; - La figure 4 : une vue de deux feuilles de PVF2 formant deux spirales enlacées dans une variante de l'invention; - La figure 5 : une vue en coupe d'un câble de PVF2 pouvant remplacer la feuille de ce même matériau. Le tronçon d'antenne linéaire représenté en coupe sur la figure I comprend un câble tracteur central 101 formant l'axe de cette antenne et une enveloppe 102 qui enferme un liquide neutre 103 dans lequel baignent les divers éléments de l'antenne. Le câble 101 est en une matière à la fois souple et résistante telle que celle connue sous la marque déposée KEVLAR. L'enveloppe 102 est en une matière acoustiquement transparente et très souple telle que du polyétylène par exemple. L'hydrophone contenu dans ce tronçon est formé d'une bande de PVF2 104 de largeur relativement étroite par rapport à sa longueur et enroulée en hélice le long de l'axe de l'antenne sur un support souple 105 en élastomère de forme cylindrique. Suivant un exemple de réalisation, la bande 104 est ellemême formée, comme vue en coupe sur la figure 2, de deux bandes de PVF2 plaquées l'une sur l'autre et séparées par une électrode intermédiaire 205. Ces bandes sont polarisées de telle manière que l'électrode 205 forme une première électrode de sortie pour les signaux délivrés par le dispositif alors que la deuxième borne de sortie est formée par deux électrodes 203 et 204 réunies entre elles et disposées sur les faces extérieures de la bande composite. Chacune de ces bandes de PVF2 est relativement épaisse, par exemple plusieurs centaines de micromètres. Elles sont obtenues par exemple par laminage et polarisation simultanés selon la technique décrite dans le brevet N" 2.490.877 déposé le 19 septembre 1980 par la Société THOMSON-CSF. Cette structure bimorphe peut être obtenue elle-même soit par collage des deux bandes séparées sur une même électrode commune, soit directement par colaminage de ces deux bandes avec un polymère conducteur qui forme l'électrode centrale. Ce dernier procédé a été décrit dans le brevet français N" 2.519.503 déposé le 31 décembre 1981 par la Société THOMSON-CSF. L'axe 1 de la bande dirigé selon la longueur de celle-ci correspond à l'axe d'étirement lors du laminage dans ces procédés de fabrication. Le fonctionnement de ce bilame se fait donc suivant le mode en épaisseur. Le support 105 est maintenu dans l'enveloppe 102 par deux rondelles de mousse 106 de diamètre légèrement inférieur à celui de l'enveloppe et qui viennent se bloquer sur les extrémités de ce support, qui sont légèrement coniques. Les connexions de sortie de la bande 104 sont réunies à un préamplificateur 107 qui est noyé dans le support 105 au niveau du câble 101. Les connexions électriques 108 permettent d'alimenter ce préamplificateur et de recueillir ces signaux de sortie. Pour fabriquer cet hydrophone on commence par enrouler la bande de PVF2 104 sur un outil cylindrique ayant le même diamètre que le support 105 de manière à obtenir la forme en hélice. Bien que cette bande soit relativement épaisse, cet enroulement se fait sans difficulté. Pour que cette forme se maintienne, on traite ensuite thermiquement cet ensemble à une température d'environ 500 C dans une étuve pendant quelques heures. L'expérimentation a montré qu'un tel traitement confère à la bande une bonne rigidité pour qu'elle conserve la forme qui lui a ainsi été fixée sans toutefois altérer ses performances électriques. On enfile ensuite cette bande en forme d'hélice sur un câble porteur 101 maintenu vertical comme représenté sur la figure 3. On vient ensuite enfermer l'hélice et le câble dans un moule formé de deux coquilles 401 et 402 qui délimitent un espace intérieur ayant la forme du support 105. L'hélice est alors plaquée contre la face intérieure de ce moule. On a auparavant placé le long du câble le ou les préamplificateurs 107 qui ont été électriquement réunis à la bande 104. Les connexions de sortie de l'amplificateur 108 courent le long du câble 101 pour sortir du moule au niveau de la jonction entre ce câble et le moule. La figure 4 représente d'une manière simplifiée une coupe transversale de ce moule dans laquelle on remarque que les demicoquilles 401 et 402 comportent des ailettes permettant de les brider ensemble. On injecte ensuite par une ouverture supérieure 403 prévue dans l'une des coquilles un produit élastomètre, par exemple un silicone, qui est choisi pour adhérer au câble et ne pas adhérer à l'hélice afin d'éviter toute contrainte sur celle-ci lors des mouvements de l'antenne. Lorsque cet élastomère est polymérisé il ne reste plus qu'a' démouler l'ensemble et à recommencer la même opération un certain nombre de fois le long du câble pour obtenir un chapelet d'hydrophones qui seront ensuite introduits dans le segment d'antenne linéaire destiné à les recevoir. Selon une variante de fabrication, on fixe l'hélice sur un mandrin en élastomère préalablement monté sur le câble à l'aide d'un adhésif qui est extrémement souple pour éviter toute contrainte sur l'hélice. Ce mandrin comporte un évidement permettant de loger le circuit préamplificateur. En utilisant une bande formée de deux couches de PVF2 d'épaisseur 500 micromètres et de largeur 15 mm on a pu réaliser des hydrophones d'un diamètre d'environ 25 mm pour une longueur d'environ 12 cm. Un tel hydrophone permet de travailler sur des fréquences situées aux alentours de 1 kHz et on a obtenu dans ces conditions une sensibilité de - 205 dB par rapport à une référence de 1 V par p Pa. Selon une première variante de réalisation on enroule deux bandes 504 et 514 semblables à la bande 104 selon deux hélices enlacées. Ceci permet d'obtenir au moins deux signaux de sortie S1 et 52 distincts permettant de procéder à des traitements de signaux divers. Selon une autre variante de réalisation on remplace la bande de PVF2 par un câble piézoélectrique en PVF2. Le PVF2 604 est polarisé radialement et comprend une électrode centrale 605 et une électrode externe 603 entre lesquelles sont appliqués les signaux de sortie. Les hydrophones ainsi obtenus sont faciles à mettre en oeuvre selon le procédé dit "en série". Ils présentent une souplesse importante qui permet un enroulement de l'antenne sur des tourets de diamètre réduit. Ils sont faciles à positionner axialement dans l'enveloppe de l'antenne et les bruits d'écoulement sont pratiquement éliminés. REVENDICATIONS 1. Hydrophone, notamment pour antenne linéaire remorquée, caractérisé en ce qu'il comprend: - un support souple (105) de forme cylindrique allongée; - au moins un élément sensible en matériau souple (104) piézoélectrique enroulé en hélice sur ledit support. 2. Hydrophone selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément sensible (104) est en polymère piézoélectrique. 3. Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément sensible (104) est en forme de ruban plat. 4. Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément sensible (104) est formé d'un câble de section cylindrique. 5. Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément sensible (104) est dédoublé en deux éléments (504-514) bobinés simultanément et coaxialement. 6. Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément sensible (104) est fixé au support cylindrique (105) par un adhésif souple. 7. Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bande formant l'élément sensible (104) est formée de deux couches (201-202) de polymère piézoélectrique séparées par une électrode intermédiaire (205). 8. Procédé de fabrication d'un hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on enroule l'élément sensible (104) sur un cylindre de mêmes dimensions que le support flexible (105) et qu'on le chauffe à une température d'environ 50 C pendant plusieurs heures pour lui donner sa forme finale. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on enfile ensuite l'élément sensible (104) sur un câble porteur (101), que l'on enferme cet élément sensible et ce câble dans un moule (401-402) ayant la forme du support cylindrique flexible (105) et que l'on coule ensuite dans ce moule le matériau destiné à former le support (105).