Brevet FR2607595A1 — publié le 19880603

1i 2607595 APPAREIL DE MESURE DU VECTEUR D'AIMANTATION REMANENTE EN COORDONNEES CYLINDRIQUES D'UNE CAROTTE GEOLOGIQUE La présente invention concerne un appareil destiné à mesurer automatiquement Les composantes, selon un repère cylindrique, du vecteur d'aimantation rémanente d'une carotte géologique. La magnétométrie regroupe actuellement de nombreux procédés pratiques de mesure des caractéristiques magnétiques des corps naturels, mais tous ne sont pas prévus pour des mesures suivant les trois dimensions, et d'autre part, La taille souvent importante des échantillons prélevés entraîne de nouvelles limitations dans les moyens de mesure possibles, surtout si on désire effectuer une mesure non destructive. Deux procédés sont généralement utilisés pour la mesure du vecteur d'aimantation rémanente. Le premier procédé utilise des capteurs magnétométriques du type couches minces ferromagnétiques ou du type fluxmétre. Les appareils utilisant ce procédé présentent deux inconvénients: - les échantillons supportés sont de petites dimensions (de l'ordre de 2,5 cm de diamètre et 2,5 cm de longueur), ce qui nécessite le découpage de la carotte géologique, donc sa destruction, - le vecteur d'aimantation rémanente est obtenu à partir d'un calcul portant sur les résultats de mesures effectuées selon trois positions de l'échantillon. Ces retournements d'échantillon nécessitent l'intervention d'un opérateur et allongent le temps de mesure. Le deuxième procédé utilise des capteurs magnétométriques du type SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices). Il autorise la mesure sur des échantillons plus volumineux, environ 7,5 cm de diamètre et jusquà 1 m de longueur. Les appareils réalisés selon ce procédé présentent une grande sensibilité, cependant, les capteurs devant travailler à 2 2607595 une température proche du zéro absolu, ils nécessitent un refroidissement à L'hélium Liquide, ce qui constitue une contrainte importante. La présente invention propose donc un appareil de conception simple qui permet La mesure des caractéristiques magnétiques rémanentes de carottes géologiques de taiLLe reLativement importante: dix centimètres de diamètre pour un mètre de Long, aussi bien en ce qui concerne La composante Longitudinale du vecteur aimantation rémanente que sa composante radiale, et La phase e de cette dernière dans un système de coordonnées cylindriques (x, r, e) par rapport à une référence déterminée par L'utilisateur. Les différentes phases de mesure sont commandées par un microprocesseur. L'appareil de mesure qui constitue L'objet de l'invention se présente essentiellement comme un banc assurant le positionnement, Le soutien et la mise en rotation de La carotte autour de son axe. Sur Le banc, coulisse un chariot pourvu de capteurs magnétométriques directionnels, pour La mesure de la composante radiale de L'aimantation (module et phase par rapport à une référence), et d'une bobine vibrante pour la mesure de la composante Longitudinale. La bobine se présente comme un solénoide plat très léger, coaxial à la carotte et peut être animée d'un mouvement de translation sinusoidal de faible amplitude, à La fréquence de quelques hertz. Cet appareil sera mieux compris au moyen de la description suivante relative aux figures jointes, données à titre illustratif et nullement limitatif: - la figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective de l'appareil, - la figure 2 représente, en perspective, la partie de l'appareil qui comprend en particulier Les capteurs de champ magnétique radial et Le soléno;de, - la figure 3 explique, selon Le plan P sur la figure 1, Le fonctionnement de L'appareiL pour mesurer la composante radiale du champ magnétique rémanent de la carotte. 3 2607595 L'invention comprend donc selon la figure 1 un bâti 1 disposé longitudinalement et présentant une surface horizontale à son sommet, aux extrémités de laquelle se trouvent deux traverses 2 et 3 verticales dont l'une 2 est percée à son sommet de façon à recevoir un axe 4 utilisé pour maintenir un tube 6 en matériau non ferromagnétique dans lequel on dispose la carotte géologique 7 dont il faut mesurer le magnétisme rémanent alors que la seconde traverse 3 est munie de roulettes 13 qui constituent un appui simple pour le tube 6. La fixation de l'axe 4 au tube 6 peut s'effectuer au moyen d'un bouchon 10 s'emboîtant dans l'extrémité correspondante du tube 6 et muni d'une bague de serrage 12. Un second bouchon 11, amovible, permet le chargement et le maintien de la carotte dans le tube 6. Sur la traverse 2 est adapté un système composé d'une poulie 14, d'un moteur électrique 15 et d'une courroie -16, si bien que le tube 6 est entraîné en rotation à la façon d'une broche par l'intermédiaire de l'axe 4. L'invention comprend également un deuxième moteur électrique 17 disposé sur la traverse 2, qui entraîne une poulie 18 munie d'une courroie crantée 19 qui parcourt toute la longueur du bâti 1 et dont la tension est assurée par une autre poulie 20 disposée sur la seconde traverse 3. La courroie crantée 19 entraîne en translation un chariot 21 qui lui est fixé par une bride boulonnée 22 et qui se déplace sur le bâti 1 au moyen des roulettes 23 montées sur roulements à billes et liées à des rails 24. Sur ce chariot 21, représenté plus précisément figure 2, sont fixes un boYtier 27 qui contient l'électronique d'amplification et de filtrage des signaux issus des capteurs, ainsi qu'un générateur de vibrations 28 composé classiquement d'une structure excitatrice 29, d'un corps 30 à l'intérieur duquel s'effectue la transformation du signal électrique sinusoidal apporté par le câble 31 en mouvement mécanique. Le générateur 28 est fixé sur un plateau horizontal 32. Un capteur angulaire 40 dont l'axe est solidaire du générateur de vibrations 4 2 2607595 transmet à un ensemble à microprocesseur, par un câble 41, La référence de vibration nécessaire à La détection synchrone. Les traverses 33 et 34 soutiennent un ensemble 35 composé d'un blindage magnétique cylindrique 36 rigide relié au générateur 28, d'un soléno;de 37 intérieur à ce blindage 36 et de deux capteurs magnétiques 38 à couche mince ferromagnétique placés de manière diamétralement opposée sur L'intérieur du blindage 36 d'après un mode préféré de réalisation de l'invention. Toutefois, le nombre de ces capteurs 38 peut être différent, sans nuire au principe mis en oeuvre et décrit ci-dessous. Les mesures effectuées avec cet appareil consistent tout d'abord à enfermer la carotte géologique 7 dans le tube 6, et à la serrer à L'aide du bouchon 13. Les mesures sont effectuées automatiquement: un même microprocesseur commande le déplacement du chariot Le Long de la carotte, Les différentes phases de mesure, la mise en mémoire de ces mesures; il procède ensuite à leur analyse. Pour mesurer la composante radiale du champ magnétique rémanent, ainsi que la phase par rapport à un référentiel fixe, on utilise les deux capteurs magnétiques 38, selon la figure 3. La carotte géologique 7 est animée d'un mouvement de rotation grâce au moteur 15, une vitesse de deux tours par seconde étant suffisante pour certains modes de réalisation de l'invention. Les deux capteurs 38 mesurent chacun un champ magnétique égal à K.I.cos(wt+ ô), o I est le module de R R l'aimantation rémanente radiale de la carotte 7, c'est-à-dire la grandeur à mesurer, K est une constante qui dépend de l'éloignement du capteur 38 à l'axe de rotation de la carotte 7et (wt+e) représente l'angle de rotation de la carotte en fonction du temps et par rapport à une référence angulaire donnée. Une détection synchrone avec comme référence un signal sinusoidal lié à la rotation de la carotte permet de déterminer I et Y. En R augmentant le nombre de capteurs de la composante radiale on peut diminuer l'effet d'un mauvais centrage et améliorer la mesure de 2607595 la grandeur K. La mesure de La composante Longitudinale de L'aimantation rémanente de La carotte 7 est assurée par La mise en vibration Longitudinale du soléno;de 37 au moyen d'un générateur 28. Le flux magnétique 0 à travers Le solénolde est égal au produit de convolution de l'aimantation Longitudinale 'par La première fonction d'ANDERSON qui exprime pour chaque point de mesure sur La carotte, L'influence de son aimantation sur le soléno;de 37 en fonction de son éloignement. Il permet La création d'une tension induite sinusoldale dans le solénolde 37, tension proportionnelle à La variation du flux 0 et à la pulsation w des vibrations mécaniques qui Lui sont transmises. Les signaux issus des capteurs sont acheminés au bottier 27 qui assure Leursamplification et filtrage puis sont transmis, par un câble multiconducteurs 39,à l'ensemble à miroprocesseur, en vue de la numérisation, détection synchrone et intégration. Après obtention des mesures brutes, un procédé numérique d'intégration et de déconvolution permet de remonter aux caractéristiques d'aimantation longitudinale de la carotte 7. Cet appareil offre donc une alternative attrayante et facile d'emploi aux méthodes connues jusqu'ici: on peut utiliser des carottes de taille assez importante sans être contraint de les découper en tronçons courts; la mesure est automatique et rapide et les manutentions réduites au minimum. Dans sa configuration actuelle, l'invention inclut deux capteurs magnétiques 38 diamétralement opposés et distants du double du diamètre de la carotte 7 ainsi qu'un solénocde 37 de 6000 spires et d'une longueur approximative de 0,5 cm. Pour des carottes d'une longueur d'un mètre et d'un diamètre de 10 cm, la -4 sensibilité est de 10 ampère par mètre pour la composante -4 radiale et de 3.10 A/m/cm en gradient pour la composante axiale pour des temps de mesure respectifs de cent secondes et dix secondes par point de mesure. 6 2607595 REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure du vecteur d'aimantation rémanente en coordonnées cylindrique (x, r, e) d'une carotte géologique (7), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de soutien (2, 3, 6) de La carotte (7) et de mise en rotation (14, , 16) de celle-ci autour de son axe, ainsi qu'un chariot (21) coulissant le long de la carotte (7) et pourvu de capteurs (38) de mesure de la composante radiale (r) de ce vecteur et de sa phase (e) par rapport à un référentiel, d'un solénoïde (37) de mesure de la composante longitudinale (x) de ce vecteur par mise en vibration longitudinale de celui-ci, le soléno;de (37) entourant la carotte (7) sur une partie de sa longueur et étant coaxial à celle-ci. 2. Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de vibrations (28) qui transforme un signal électrique sinusoïdal en mouvement mécanique qu'il transmet au solénolde (37). 3. Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solénoïde (37) comprend un moyen (39) de mesure de tension électrique disposé entre ses bornes. 4. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens, incluant un microprocesseur, de traiter automatiquement les mesures en temps réel.