Brevet FR2664119A1 — publié le 19920103

- La présente invention concerne un système intégré de réception d'ondes acoustiques de grande longueur avec des éléments sensibles piézoélectriques répartis sur sa longueur, et un procédé de fabrication d'un tel système. Le système selon l'invention trouve ses applications par exemple dans le domaine de l'océanographie ou de la prospection sismique marine. Les systèmes de réception acoustique tels que ceux employés dans le cadre de la prospection sismique marine par exemple, comportent un nombre souvent très important de récepteurs sismiques tels que des hydrophones par exemple, qui sont répartis à intervalles réguliers tout le long d'une gaine souple de très grande longueur ou flûte sismique, constituée par l'interconnexion d'une pluralité de sections La flûte sismique esit remorquée derrière un navire évoluant le long d'un profil sismique à explorer et l'on réalise des cycles successifs d'émission de signaux acoustiques et de réception des signaux renvoyés par les discontinuités du sous-sol en réponse aux signaux émis Les signaux captés par les récepteurs sismiques au cours de chaque cycle, sont, dans les flûtes sismiques modernes, collectés par des appareils d'acquisition disposés dans des boîtiers intercalés entre les sections successives de la flûte, échantillonnés, numérisés et mémorisés Les différents appareils sont reliés par des voies de transmission communes courant tout le long de la flûte à un poste ou laboratoire central d'enregistrement situé sur le navire Une ou plusieurs voies servent à la transmission d'ordres codés adressés aux différents appareils par un laboratoire central sur le navire. -2 - Une ou plusieurs voies sont uti Lisées pour la transmission vers celui-ci des signaux émis par les différents appareils en réponse aux ordres reçus A l'issue de chaque cycle d'émission-réception, les différents appareils reçoivent des ordres pour transmettre séquentiellement au laboratoire, les données qu'ils ont mémorisées De telles flûtes sismiques sont décrites par exemple dans le brevets français No 2 471 088 ou 2 590 684 et dans les demandes de brevets français 89/14346 ou 89/14556. Les récepteurs disposés le long des flûtes sismiques peuvent être par exemple des transducteurs piézo-électriques comportant généralement un ou plusieurs éléments sensibles interconnectés en série etfou en parallèle constitués chacun d'un substrat possédant des propriétés piézo-électriques et deux électrodes ou armatures disposées de part et d'autre Le substrat peut être réalisé par exemple sous la forme de disques en céramique frittée de dimensions relativement petites, inclus dans un boîtier rigide pourvu d'une ou plusieurs faces transparentes aux ondes acoustiques Le boîtier est rempli d'air ou bien d'un matériau absorbant les ondes acoustiques et capable par exemple de supporter sans déformation des variations importantes de la pression hydrostatique s'exerçant extérieurement sur les boîtiers De tels capteurs sont décrits par exemple dans les brevets français 2 122 675 ou la demande de brevet français publiée 2 641 155. On connait aussi des récepteurs acoustiques de longueur relativement grande dépourvus de boîtiers rigides Il peut s'agir d'éléments sensibles réalisés sous forme tubulaire tels que ceux décrits dans les brevets français 1 486 401 ou 2 127 311. Il peut s'agir encore d'éléments sensibles réalisés sous forme de bandes souples réalisées à partir de matériaux auxquels un traitement confère des propriétés piézo-électriques Comme matériaux, on utilise par exemple du PVDF (polyfluorure de vinylidène), du polyéthylène, du PTFE (polytétra-fluorure d'éthylène) etc ou bien 3- encore des copolymères qui ont la propriété de cristalliser directement sous une forme polarisable. De tels éléments sensibles piézo-électriques sont décrits par exemple dans les demandes de brevet français publiées 2 601 132, 2 603 422, 2 617 659, 2 625 640 ou 2 634 088. Quel que soit le type de récepteur employé, la réalisation d'un système de réception convenant pour la prospection sismique par exemple, est en général très complexe Cela tient au grand nombre de capteurs à disposer tout le long et dans l'espace délimité par la gaine extérieure de protection, ainsi qu'au nombre très important de connexions électriques à effectuer pour relier par des fils conducteurs les différents capteurs soit directement au laboratoire d'enregistrement soit directement soit par l'intermédiaire des appareils d'acquisition qui sont le plus souvent intercalés entre les sections successives du système de réception. Le système intégré de grande longueur pour la réception d'ondes acoustiques selon l'invention permet de simplifier les opérations complexes de construction et de connexion et de diminuer les risques de pannes en raison de sa conception et de la technologie employée. Il comporte une pluralité de récepteurs acoustiques de type piézoélectrique constitués chacun d'un élément sensible associé à une première électrode et une deuxième électrode Il est caractérisé en ce qu'il comporte un noyau central commun de support qui est continu et comporte au moins un câble de traction et un faisceau de fils conducteurs enrobés dans un volume d'un matériau constituant un écran acoustique, les récepteurs acoustiques étant disposés autour et le long du noyau central de support, l'une des électrodes de chacun des différents récepteurs acoustiques étant connectée aux électrodes correspondantes des autres récepteurs acoustiques. Le système selon l'invention peut comporter un film conducteur continu constituant une électrode commune pour tous les récepteurs acoustiques. Le matériau constituant l'écran acoustique peut être selon 4- les cas un matériau fibreux, un matériau poreux à cellules ouvertes, une substance du type syntactique etc. L'autre électrode de chaque récepteur acoustique est connectée par exemple à un des fils conducteurs du noyau central de support au travers du matériau constituant l'écran acoustique. L'autre électrode de chaque récepteur acoustique peut être par exemple un film conducteur recouvrant extérieurement le matériau constituant l'écran acoustique. On réalise chaque élément sensible piézo-électrique par exemple sous la forme d'un tube d'un substrat sensible associé à des électrodes sur sa face intérieure et sa face extérieure. Chaque élément sensible piézo-électrique peut aussi comporter une bande souple pourvue d'électrodes sur ses faces opposées, chaque récepteur acoustique comportant au moins un élement sensible enroulé en hélice autour du volume de matériau constituant l'écran acoustique. Le procédé selon l'invention permet de simplifier beaucoup la réalisation d'un système intégré de réception d'ondes acoustiques, de grande longueur IL est caractérisé en ce qu'il comporte: La réunion d'au moins un câble de traction et d'un faisceau de fils conducteurs de grande longueur, l'incorporation dudit câble et dudit faisceau sur toute Leur longueur, dans un volume d'un matériau constituant un écran acoustique pour les ondes acoustiques; la mise en p Lace autour dudit volume constituant l'écran acoustique des récepteurs acoustiques piézo-électriques; et le gaînage de L'ensemble ainsi constitué dans une enveloppe protectrice transparente aux ondes acoustiques. La mise en place des récepteurs acoustiques piézo- électriques comporte avantageusement: la constitution sur La surface extérieure du vo Lume constituant l'écran acoustique, de films conducteurs discontinus de Longueur adaptée à celles des récepteurs acoustiques à former, et Leurs raccordement respectifs à des fils conducteurs du faisceau; La réalisation de couches sensibles piézo- électriques discontinues de Longueur adaptée à celle des films conducteurs discontinus précédemment constitués; et le positionnement au-dessus desdites couches sensibles, d'un film conducteur continu constituant une électrode commune pour tous Les récepteurs acoustiques. Suivant un mode de réalisation, les couches sensibles piézo- électriques sont obtenues par extrusion d'un substrat et ce substrat peut être polarisé après son dépôt sur les films conducteurs discontinus. Suivant un mode de réalisation, la constitution des films conducteurs discontinus et du film conducteur continu, est réalisée par vaporisation. Suivant un autre mode de réalisation, la constitution des films conducteurs discontinus et du film conducteur continu est réa Lisée par dépôt d'un fi Lm conducteur. Le système selon L'invention étant constitué par intégration successive de constituants (empilement ou dépôts successifs) à partir d'un noyau central, il peut être fabriqué par un procédé p Lus simple et p Lus rationnel. D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du dispositif selon l'invention,apparaîtront mieux à la Lecture de La description ci-après d'un mode de réalisation décrit à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés o: la Fig 1 est une vue schématique montrant un système de réception d'ondes acoustiques dans une application à la prospection sismique marine par exemple; La Fig 2 montre schématiquement La superposition des différentes couches constitutives du système selon l'invention; La fig 3 montre schématiquement en coupe transversale Le même mode de réalisation du système selon l'invention. Le système de réception 1 schématisé à la Fig 1 peut, dans une application à la prospection sismique marine atteindre une longueur de plusieurs kilomètres Il est contenu dans une gaîne 6 - étanche 2 remorquée en immersion par un navire 3 pourvu d'un laboratoire de commande et d'enregistrement 4 adapté à collecter en enregistrer sous forme numérisée l'ensemble des signaux captés par les récepteurs acoustiques, en l'occurrence des hydrophones et/ou des accéléromètres, répartis le long du système de réception Celui- ci peut être d'un seul tenant ou être constitué d'une pluralité de sections interconnectées les unes aux autres par des boitiers d'interconnexion contenant des dispositifs d'acquisition électroniques adaptés à collecter tous les signaux captés par les récepteurs répartis le long d'une au moins des sections raccordées par le boîtier, comme il est décrit par exemple dans le brevet français 2.471 088 ou les demandes de brevet français EN 89/14346 et EN 89/14556. Le système de réception selon l'invention ou selon le cas, chacune des sections qui le constituent, comporte comme le montre les Fig 2 et 3, une superposition d'éléments disposés coaxialement Au centre, est disposé un noyau 5 constitué d'un câble 6 capable de supporter les efforts de remorquage et un faisceau 7 de fils conducteurs On incorpore le noyau 5 dans une couche d'un matériau absorbant les ondes acoustiques qui constitue un écran acoustique 8. Comme déjà décrit dans les demandes de brevet français publiées 2.625 640 et EN 88/12566, l'écran acoustique 8 peut être constitué par exemple d'une structure fibreuse ou d'une structure poreuse à cellules ouvertes imprégnée de liquide, ou encore d'un matériau dit syntactique comportant par exemple des petites particules solides telles que des billes creuses, noyées dans un matériau d'enrobage tel que de la résine époxy, cette liste n'étant pas limitative. Des électrodes conductrices 9 sont disposées sur la face extérieure et le long de cet écran acoustique tubulaire 8 Ces électrodes 9 peuvent être réalisées en plaquant un feuillard métallique, en cuivre par exemple sur l'écran acoustique 8 ou en déposant un film d'un matériau conducteur Le film peut être obtenu par toute méthode connue et par exemple au moyen d'une pulvérisation sous vide ou d'un dépôt d'une peinture métallisée La longueur de ces 7 - éLectrodes 9 et/ou l'écart laissé entre elles le long de l'écran acoustique 8, peut varier dans de notables proportions selon la dimension des récepteurs que l'on veut constituer. Chaque éLectrode 9 est en contact avec un p Lot ou une bague conductrice 10 connectée à un fil conducteur du faisceau de fils 7 courant le long du noyau, par une liaison conductrice 11. Par dessus les électrodes 9, on forme une couche sensible piézoélectrique 12 Cette couche sensible peut être réalisée par extrusion à partir d'un matériau synthétique plastique tel que du PVDF, du polyéthy Lène, du PTFE etc auque L on confère des propriétés piézo- électriques Le matériau peut être présensibilisé avant son extrusion ou bien une fois qu'il est formé sur les électrodes 9 selon une technique connue. Une électrode continue 13 est formée par dessus la couche sensible sur toute la longueur du système de réception ou de la portion construite, et on la connecte à la masse électrique Cette électrode externe 13 continue peut être réalisée aussi par une métallisation sous vide Chaque récepteur acoustique est donc constitué d'une portion d'éLément sensible tubulaire 12 entre chaque électrode intérieure 9 et une portion d'électrode extérieure 13 de longueur équivalente. L'ensemble ainsi constitué est ensuite recouvert avec la gaine extérieure d'étanchéité 2. L'ensemble des fils du faisceau 7 connectés aux électrodes intérieures des différents récepteurs acoustiques, est relié directement au entrées d'un système d'acquisition dans le laboratoire 4 Dans le cas plus courant o le système de réception est fractionné en plusieurs sections, les différents fils conducteurs du faisceau 7 connectés aux récepteurs d'une même section, sont aussi connectés aux entrées d'un boîtier local d'acquisition (non représenté) adapté à multiplexer, amplifier, numériser les signaux recus et à les transmettre à un laboratoire central sous forme codée, comme il est décrit par exemple dans le brevet français 2 471 088 Dans ce cas, le faisceau 7 comporte des fils de liaison locaux entre les récepteurs et 8 - les entrées d'un boîtier d'acquisition voisin, des lignes de transmission générales reliant les différents boîtiers d'acquisition au laboratoire central 4 et des lignes d'alimentation électrique pour les ensembles électroniques répartis le long du système de réception. La superposition des éléments constitutifs du système permet l'application d'un processus de fabrication séquentiel. Les câbles de 6 traction et le faisceau 7 de fils étant bien regroupés ensemble, on forme autour l'écran acoustique 8 au moyen d'une machine extrudeuse par exemple. Sur la paroi externe de l'écran, on dispose les électrodes internes discontinues 9 par pulvérisation ou dépôt de substances conductrices et ensuite on les connecte par les fils 11 à différents fils conducteurs du faisceau 7. On forme par dessus, par extrusion notamment, une couche d'un substrat piézo-électrique 12 qui peut être déjà présensibilisé Dans le cas contraire, on fait passer le substrat, après sa formation, dans un appareil de sensibilisation d'un type connu. On dispose l'électrode externe continu par dépôt de substances conductrices ou métallisation sous vide. L'ensemble peut alors être noyé dans une gaine protectrice 2 en élastomère par exemple. Dans le mode de réalisation qui a été décrit, les récepteurs acoustiques sont constitués sous une forme tubulaire On ne sortirait pas du cadre de l'invention cependant en remplacant ce type de récepteur par ceux décrits par exemple dans le brevet français 2.601 132 Les éléments sensibles comportent dans ce cas, un ruban souple piézo-électrique pourvu d'électrodes enroulées en hélice autour de l'écran acoustique 8 ou deux rubans souples superposés enroulés en hélice de sens contraire sur le même écran acoustique Des bagues conductrices sont placées au contact des électrodes externes et interconnectées pour constituer l'électrode commune D'autres bagues conductrices sont placées au contact des électrodes internes et sont connectées aux fils conducteurs du faisceau 7 Si l'on adopte ce mode de réalisation, on peut l'intégrer également dans le mode de construction séquentiel déjà défini. 9 - REVENDICATIONS 1) Système intégré de réception d'ondes acoustiques de grande longueur comportant une p Lura Lité de récepteurs acoustiques de type piézoélectrique constitués chacun d'un élément sensible associé ( 12) à une première électrode et une deuxième électrode, caractérisé en ce qu'il comporte un noyau central commun de support ( 5) qui est continu et comporte au moins un câble de traction ( 6) et un faisceau ( 7)de fils conducteurs enrobés dans un vo Lume d'un matériau constituant un écran acoustique ( 8), les récepteurs acoustiques étant disposés autour et le long du noyau central de support ( 5), la première électrode de chacun des différents récepteurs acoustiques étant connectée aux électrodes correspondantes des autres récepteurs acoustiques. 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un film conducteur continu ( 13) constituant la seconde électrode qui est commune pour tous les récepteurs acoustiques. 3) Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau constituant l'écran acoustique ( 8) comporte des fibres. 4) Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau constituant L'écran acoustique ( 8) est un matériau poreux à cellules ouvertes. ) Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau constituant L'écran acoustique ( 8) est une substance du type syntactique. 6) Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième électrode de chaque récepteur acoustique est connectée à un des fils conducteurs du faisceau ( 7) dans le noyau central de support ( 5) au travers du matériau constitant l'écran acoustique ( 8). 7) Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première électrode ( 9) de chaque récepteur acoustique est un film conducteur recouvrant extérieurement le matériau constituant l'écran - acoustique ( 8). 8) Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément sensible piézo-électrique ( 12) est réalisé sous la forme d'un tube d'un substrat sensible associé à des électrodes ( 9, 13) sur sa face intérieure et sa face extérieure. 9) Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque élément sensible piézo-électrique comporte une bande souple pourvue d'électrodes sur ses faces opposées, chaque récepteur acoustique comportant au moins un élement sensible enroulé en hélice auto Ur du volume de matériau constituant l'écran acoustique ( 8). ) Procédé pour réaliser un système intégré de réception d'ondes acoustiques, de grande longueur, caractérisé en ce qu'il comporte: la réunion d'au moins un câble de traction ( 6) et d'un faisceau ( 7) de fils conducteurs de grande longueur, l'incorporation dudit câble ( 6) et dudit faisceau ( 7) sur toute leur longueur, dans un volume d'un matériau constituant un écran acoustique ( 8) pour les ondes acoustiques; la mise en place autour dudit volume constituant l'écran acoustique des récepteurs acoustiques piézo-électriques; et le gainage de l'ensemble, ainsi constitué dans une enveloppe protectrice ( 2) transparente aux ondes acoustiques. 11) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la mise en place des récepteurs acoustiques piézo-électriques comporte: la constitution sur la surface extérieure du volume constituant l'écran acoustique ( 8), de films conducteurs discontinus ( 9) de longueur adaptée à celles des récepteurs acoustiques à former et leurs raccordement respectifs à des fils conducteurs du faisceau ( 7); la réalisation de couches sensibles piézo-électriques discontinues ( 12) de longueur adaptée à celle des films conducteurs discontinus ( 9) précédemment constitués; et 11 - la constitution au- dessus desdites couches sensibles ( 12), d'un film conducteur continu ( 13) constituant une électrode commune pour tous les récepteurs acoustiques. 12) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la réalisation des couches sensibles piézo-électriques est réalisée par extrusion d'un substrat. 13) Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte la polarisation du substrat après son dépôt sur les films conducteurs discontinus. 14) Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la constitution des films conducteurs discontinus ( 9) et du film conducteur continu ( 13), est réalisée par vaporisation. ) Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la constitution des films conducteurs discontinus ( 9) et du film conducteur continu ( 13) est réalisée par dépôt d'une substance conductrice.