Brevet FR2611922A1 — publié le 19880909

La présente invention concerne un procédé destiné à l'établissement du profil physique des couches des sols, et notamment de la propriété des sols désignée par "cohésion", ainsi qu'un engin adapté à la mise en oeuvre de ce procédé. I1 est bien connu dans les techniques de reconnaissance des sols, et plus spécialement des sols sous-marins, employées notamment par les entreprises de prospection pétrolières, que les procédés actuellement utilisés, bien que mettant en oeuvre des moyens très élaborés et coûteux, ne sont pratiquement pas applicables aux très grandes profondeurs marines par exemple dans le domaine atteignant 6000m. En effet ces procédés actuels reposent essentiellement sur la technique du "carottage" consistant à prélever un échantillon cylindrique vertical du sol, d'un diamètre de l'ordre de quelques dizaines de centimètres et de plusieurs mètres de haut, de manière à procéder à l'étude du sol directement sur cet échantillon. Si cette technique est concevable pour des fonds faibles ou moyens, allant de quelques centaines de mètres à 2 ou 3000 mètres, elle devient inapplicable quand elle conduit à immerger un matériel lourd à des milliers de mètres de profondeur. I1 existe bien des techniques assimilables à celles utilisées pour la prospection électrique, mais elles ne donnent que des informations insuffisantes, quand on recherche à établir la courbe de cohésion d'un sol sur une épaisseur de plusieurs dizaines de mètres à des profondeurs de plusiéurs milliers de mètres. La présente invention permet d'atteindre ce résultat, dans des conditions de rapidité et de précision qu'aucune autre technique ne saurait remplir. Le procédé selon l'invention, pour l'établissement de la courbe de cohésion d'un sol sous marin à grande profondeur, consiste à larguer depuis la surface un engin dont la forme est optimisée de manière à atteindre en parvenant au fond une vitesse de descente suffisamment élevée pour pénétrer alors dans une épaisseur importante du sol, et à doter cet engin de capteurs transformant les différentes résistances rencontrées par l'engin en traversant le sol en signaux électriques qui sont traités à mesure par des moyens électroniques et informatiques contenus dans l'engin lui-même, de manière à transmettre directement à la surface les informations recherchées sur la nature des couches du sol traversées. Pour obtenir lesdites informations de manière complète, le procédé selon l'invention consiste à capter avec le même engin d'une part les efforts résultant de la résistance rencontrée par celui-ci en pénétrant dans le sol et d'autre part les efforts latéraux résultant des frottements entre l'engin et le sol. L'invention vise également un engin adapté à la mise en oeuvre de ce procédé, cet engin étant caractérisé, en premier lieu, en ce qu'il possède une forme optimisée pour prendre, au cours de sa descente depuis la surface jusqu'au fond, l'accélération maximale, et rencontrer le fond avec la vitesse maximale, de manière à pénétrer le sol à la profondeur maximale, en second lieu en ce qu'il est équipé de capteurs de contraintes mesurant de façon continue les efforts de liaison entre le corps de l'engin et sa pointe et son arrière et les contraintes latérales résultant des frottements de l'engin sur les couches successives du sol, et en troisième lieu en ce qu'il constitue en même temps un container hyperbar dans lequel sont logés un conditionneur des signaux délivrés par les capteurs, un amplificateur de ces signaux et un système de stockage de ces signaux, constitué lui-même d'un micro-ordinateur et d'un convertisseur procédant à l'échantillonage de ces signaux en fonction de leurs fréquences. Un tel engin est relié à la surface par tout moyen permettant la transmission permanente des signaux ainsi traités, de manière telle que la courbe de cohésion du sol peut être établie instantanément à chaque larguage de l'engin. Un conducteur électrique convient évidemment à cet effet, mais on peut également utiliser d'autres moyens tels que des fibres optiques. L'intérêt de l'invention est multiple. Elle permet d'établir sur une très grande épaisseur les courbes de cohésion des sols situés à des profondeurs considérables, avec lin matériel léger et peu côuteux, par comparaison aux matériels de carottage. Par ailleurs l'opération est très rapide, ne demandant que quelques minutes. A titre d'exemple, un engin selon l'invention met 2 minutes pour atteindre un fond de 6000 mètres, puis 1 seconde pour s'enfoncer de 40 mètres. Au surplus les résultats sont instantanés et n'exigent pas une analyse comme c'est le cas pour les carottes.. A titre d'exemple, on va décrire un engin construit conformément à l'invention, en se référant au dessin annexé, sur lequel La figure 1 est une vue très schématique en coupe axiale de l'engin, La figure 2 est une coupe axiale de l'avant de l'engin, La figure 3 est une coupe axiale de l'appareil monté à l'arrière de l'engin, et la figure 4 est une coupe longitudinale de l'appareil monté sur la face latérale de l'engin. Comme on le voit sur la figure 1, l'engin est constitué par une enveloppe ou corps 1 dont le profil d'ensemble est optimisé comme est décrit dans le brevet français N 85.09355 de la déposante. C'est grâce à ce profil optimisé que l'engin, largué verticalement depuis une structure de surface, prend très rapidement une très grande vitesse, assurant sa pénétration maximale dans le sol quand il parvient au fond. Derrière la tête ou cône de pénétration 2, est monté dans l'engin un appareillage ou module 3 de mesure des efforts résultant de la résistance rencontrée par l'engin au cours de sa pénétration dans le sol. Ce module 3 est décrit plus en détail ci-après avec référence à la figure 2. Vers l'arrière de l'engin est monté de même un appareillage ou module 4 de mesure des efforts de liaison entre l'arrière de l'engin et le corps 1. Ce module 4 est décrit plus en détail ci-après avec référence à la figure 3. Enfin sur la face latérale de l'engin est monté un appareillage ou module 5 de mesure des efforts latéraux résultant des frottements entre l'engin et le sol. Ce module 5 est décrit plus en détail ci-après avec référence à la figure 4. Ces trois modules 3,4 et 5 sont reliés par des connexions 6, 7 et 8 à une unité de traitement 9, logée dans le coeur de l'engin, et qui est elle-même reliée par une connexion appropriée 10 à la structure de surface. Si l'on se réfère plus particulièrement à la figure 2, on voit que le module 3 se compose d'une cage extérieure 11 dans laquelle sont montés deux diaphragmes élastiques 12 et 13 servant de bases à un support de jauge de contrainte 14, disposée dans l'axe de l'engin. Le cône de pénétration 2 transmet les efforts à cette jauge par l'intermédiaire d'un manchon de montage fileté 15, laissant subsister un jeu de débattement 16. De même si l'on se réfère à la figure 3, on voit que le module 4 se compose également d'une cage 17 dans laquelle sont montés deux diaphragmes élastiques 18 et 19 servant de bases à un support de jauge de contrainte 20, disposée dans l'axe de l'engin. Une platine 21 sert à la fixation du module sur le corps 1 et la jauge 20 permet ainsi de mesurer les efforts de liaison entre ce corps 1 et une platine arrière 22 fixée au support de jauge. Les trois modules 3, 4, et 5 transmettent leurs informations à l'unité 9, où elles sont traitées, comme indiqué précédemment, avant d'être retransmis par des moyens appropriés à la structure de surface. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'établissement de la courbe de cohésion d'un sol marin à grande profondeur, caractérisé en ce qu'il consiste à larguer depuis la surface un engin dont la forme est optimisée de manière à atteindre en parvenant au fond une vitesse de descente suffisamment élevée pour pénétrer alors dans une épaisseur importante du sol, et à doter cet engin de capteurs transformant les différentes résistances rencontrées par l'engin en traversant le sol en signaux électriques qui sont traités à mesure par des moyens électroniques et informatiques contenus dans l'engin lui-même, de manière à transmettre directement à la surface les informations recherchées sur la nature des couches du sol traversées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à capter avec le même engin d'une part les efforts résultant de la résistance rencontrée par celui-ci en pénétrant dans le sol et d'autre part les efforts latéraux résultant des frottements entre l'engin et le sol. 3. En 1n pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il possède une forme optimisée pour prendre, au cours de sa descente depuis la surface jusqu'au fond, l'accélération maximale, et rencontrer le fond avec la vitesse maximale, de manière à pénétrer le sol à la profondeur maximale, et en ce qu'il est équipé de capteurs de contraintes mesurant de façon continue les efforts de liaison entre le corps de l'engin et sa pointe et son arrière et les contraintes latérales résultant des frottements de l'engin sur les couches successives du sol, et en ce qu'il constitue en même temps un container hyperbar dans lequel sont logés un conditionneur des signaux délivrés par les capteurs, un amplificateur de ces signaux et un système de stockage de ces signaux, constitué lui-même d'un micro-ordinateur et d'un convertisseur procédant à l'échantillonage de ces signaux en fonction de leurs fréquences.