Brevet FR2640762A1 — publié le 19900622

PROCEDE DE DETECTION MAGNETIQUE ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE La présente invention se rapporte aux procédés de détection magnétique dans lesquels on transporte, à bord d'un hélicoptère par exemple, des bouées qui sont larguées dans la mer pour transmettre ensuite à cet hélicoptère, par une liaison radio par exemple, les indications de magnétomètres contenus dans ces bouées. Ces indications permettent de déterminer la présence de masses immergées, telles que des sous-marins, qui modifient le champ magnétique terrestre. L'invention se rapporte également aux bouées et aux dispositifs placés dans l'hélicoptère pour mettre en oeuvre le procédé, ainsi qu'à tous les dispositifs qui sont largués à partir d'un véhleule porteur et qui comprennent un magnétomètre sensible. Parrmi les magnétomètres les plus sensibles qui peuvent être utilisés dans de tels dispositifs, on connait les magnétomètres à résonance magnétique fonctionnant avec des cellules d'hélium pompées optiquement. La demande de brevet européen n 0 224 986 déposée le 4 août 1986 sous le n 86305992.9 décrit ainsi un dispositif qui comprend deux magnétomètres à hélium 3 portés au bout de deux bras fixés à une extrémité du dispositif. Les magnétomètres à hélium3 sont eux-mêmes largement corlnus, par exemple de la demande de brevet d'invention n 2. 104 786 déposée le 15 juillet 1971, ainsi que de la demande de brevet européen 0 246 146 déposée le 7 mai 1987 sous le n 87401054.9. Fondamentalement ces magnétomètres comportent une cellule remplie d'hélium lequel est pompé par différents moyens à partir du niveau métastable. Des moyens de mesure permettent de faire précessionner les noyaux ou les atomes d'hélium, selon l'isotope utlisé, autour du champ magnétique à mesurer, et la mesure de la fréquence de précession permet de déterminer la valeur de ce champ magnétique. On peut utiliser différents moyens de pompage, mais l'un des plus répandus est le pompage optique A partir d'une source de lumière sensiblement monochromatique dont la longueur d'onde est celle de l'émission de l'hélium utilisé entre son niveau métastable 23 et le niveau excité 23p. La technique la plus ancienne et la plus simple consiste A utiliser une lampe A décharge elle-même A hélium qui donne naturellement la bonne longueur d'onde, mais on sait utiliser maintenant des lasers accordés sur la bonne fréquence. L'opération se passe en deux temps. Dans un premier temps on excite la cellule de mesure A l'aide de la source de pompage et l'on arrête cette excitation quand elle a atteint son effet maximum. Dans un deuxième temps on fait précessionner les noyaux ou les atomes d'hélium et l'on mesure la fréquence correspondante, qui détermine la valeur du champ magnétique. Il est tout à fait remarquable de constater que les moments magnétiques nucléaires orientés par le processus de pompage optique conservent cette orientation pendant un temps relativement long, atteignant facilement 10 heures et pouvant dépasser 24 heures. Les moyens d'excitation de la cellule d'hélium sont d'un encombrement et d'un poids non négligeables par rapport au reste de l'appareillage de mesure et ils consomment une énergie relativement importante, qui nécessite une source d'alimentation elle-même volumineuse et lourde. Si l'on veut pouvoir emmener un nombre suffisant de bouées, dans un hélicoptère par exemple, il faut réduire au maximum la taille et le poids de chacune de ces bouées et ceci conduit souvent A limiter la taille des moyens d'excitation, et donc l'excitation elle-même, ce qui limite la sensibilité et la durée des mesures. Pour pallier ces Inconvénients l'invention propose d'utiliser des moyens d'excitation séparables du reste du magnétomètre, de manière à garder ces moyens d'excitation dans le véhicule porteur et à larguer le reste du magnétomètre avec }es dispositifs, le corps de la bouée par exemple, auxquels est associé le magnétomètre. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent: - la figure 1, une bouée largable accouplée à des moyens d'excitation; et - la figure 2, la bouée de la figure 1 après son largage, et une autre bouée en cours d'accouplement aux moyens d'excitation. On a représenté sur la figure 1 un dispositif selon l'invention alors qu'il est placé dans un véhicule porteur, un hélicoptère par exemple, lors de la phase d'excitation de la cellule d'hélium. Ce dispositif comprend des moyens d'excitation 101 comportant par exemple un laser accordé sur la fréquence d'excitation adéquate et des moyens d'alimentation de ce laser. L'énergie lumineuse provenant des moyens d'excitation 101 est amenée par des moyens de connexion 102 à une bouée largable 103. Ces moyens peuvent être par exemple un faisceau de fibres optiques, ou une optique de collimation délivrant un faisceau lumineux parallèle de dimensions convenables. Cette bouée largable comprend un corps 105 pouvant contenir des appareils divers, tels que des hydrophones ou une charge explosive par exemple, une tête 106 enfermant des moyens de largage, et un compartiment de mesure 104 qui contient toutes les parties d'un magnétomètre à hélium, à l'exception des moyens d'excitation de la cellule de ce dit magnétomètre. Lorsque dans une première étape la cellule a été convenablement excitée, dans une seconde étape, représentée schématiquement sur la figure 2, on sépare les moyens d'excitation 101 du compartiment de mesure 104, ce qui entraîne la fermeture d'un volet 107 qui vient obturer l'orifice par lequel les moyens de liaisons 102 étaient reliés au compartiment 104 et la mise en oeuvre de moyens, tels qu'un électro-aimant par exemple, qui appliquent à la cellule un champ magnétique plusieurs fois plus intense que le champ terrestre afin d'éviter que les secousses du largage et de la descente ne désorientent les atomes d'hélium. On largue ensuite la bouée en dehors du véhicule porteur en provoquant l'ouverture de la tête 106. Ceci dégage un parachute 108 qui se déploie et freine la descente de la bouée vers la surface de la mer. Lorsque la bouée vient frapper cette surface, des moyens, connus en eux-mêmes, permettent de la faire flotter, en surface ou éventuellement à une certaine profondeur d'immersion. Ces moyens, qui sont activés par le choc à la surface de l'eau, entraînent également l'arrêt des moyens qui maintiennent les atomes correctement orientés pendant la descente et, de manière connue, la mise en route des différents circuits, en particulier ceux de mesure du champs magnétiques contenus dans le compartiment 104. Les mesures de champ magnétique, ainsi éventuellement que d'autres mesures telles que des mesures acoustiques, sont ensuite transmises, là aussi de manière connue, par des moyens radio- électriques vers une station de réception et d'interprétation, située par exemple dans le véhicule porteur. Après la séparation entre la bouée et les moyens d'excitation, la place est devenue libre pour raccorder à ces moyens d'excitation une bouée 203 comportant des organes 206 à 207 homologues des organes 106 à 107 de la bouée 103. Lorsque cette bouée 203 est raccordée aux moyens d'excitation, ceux-ci peuvent alors être mis en route pour exciter la cellule à hélium de cette nouvelle bouée, qui sera ensuite larguée comme la première. Le processus ainsi décrit peut recommencer jusqu'à ce que la provision de bouées contenues dans le véhicule porteur soit épuisée. L'inventlon a été décrite dans le cadre d'un magnétomètre à hélium excité par une source d'énergie lumineuse, ce qui correspond à la technique connue du pompage optique. Elle s'étend à. tous les dispositifs o on peut Isoler le système d'excitation de la cellule sans provoquer de perturbation dans le fonctionnement du magnétomètre. De même l'invention n'est pas limitée au cas d'une bouée de surveillance passive larguée à partir d'un aéronef, mais elle s'étend à tout dispositif largué à partir d'un véhicule porteur et contenant un magnétomètre à hélium. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure du champ magnétique à l'aide d'un magnétomètre largable du type à. hélium, dans lequel on excite une cellule à hélium puis on supprime cette excitation et on mesure la précession des atomes d'hélium sous l'effet du champ magnétique à mesurer, caractérisé en ce qu'après l'étape d'excitation on sépare les moyens d'excitation (101) et les moyens de mesure, et on largue ces moyens de mesure (104) pour leur faire rejoindre l'endroit o la mesure doit s'effectuer. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on soumet les atomes à un champ magnétique intense après l'étape de séparation et avant l'étape de mesure, pour maintenir leur polarisation en dépit des mouvements du magnétomètre. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'excitation de la cellule à hélium est faite par pompage optique. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'excitation (101) qui sont liés à un véhicule porteur. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ces moyens d'excitation délivrent une énergie lumineuse sensiblement monochromatique et qu'ils comprennent en outre des moyens de guidage (102) de cette énergie lumineuse vers les moyens de mesure (104). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ces moyens de guidage (102) sont formés par un faisceau de fibres optiques. 7. Dlspositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ces moyens de guidage (102) sont formés par un dispositif optique de collimation. 8. Dispositif pour la, mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il 264076Z comprend un corps largable (105) et des moyens de mesure (104) fixés à ce corps, comportant une cellule à hélium et aménagés pour pouvoir appliquer à cette cellule l'excitation provenant des moyens d'excitation (101) liés au véhicule porteur. 9. Dlsposltif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de mesure comportent une ouverture permettant de laisser passer une énergie lumineuse de pompage de la cellule à hélium. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un volet mobile (107) permettant d'occulter ladite ouverture après la séparation des moyens d'excitation et des moyens de mesure. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il forme une bouée (103) largable d'un aéronef et permettant le repérage des corps magnétiques immergés.