Brevet FR2682774A1 — publié le 19930423

I La présente invention concerne un dispositif d'émission acoustique pour sismique marine, destiné à émettre une onde acoustique dans une direction donnée, dispositif comportant, d'une part, une pluralité de sources immergées, mécaniquement reliées à au moins un moyen flotteur, et, d'autre part, un circuit de commande desdites sources comprenant une pluralité de moyens de retard aptes à appliquer respectivement à chaque source un retard de phase défini par une loi de phase nominale associée à ladite direction d'émission donnée. L'invention s'applique tout particulièrement au domaine de la prospection géologique par sismique marine. L'exploration géologique des fonds marins utilise générale- ment des navires remorquant des dispositifs d'émission acoustique tels que celui cité dans le préambule, qui émettent vers les fonds à explorer des ondes acoustiques dans différentes directions Ces ondes acoustiques sont ensuite réfléchies par le sous-sol marin et détectées par des transducteurs disposés le long de câbles, ou flûtes sismiques, tirés également par le navire de prospection L'analyse des ondes réfléchies par rapport aux ondes émises par les sources renseigne sur la structure, la nature et la composition des fonds étudiés. Les sources utilisées dans les dispositifs d'émission acoustique pour sismique marine constituent souvent des sous-ensembles formant un réseau régulier de une à trois dimensions Pour émettre une onde dans une direction donnée, on commande l'émission des sources selon une loi de phase qui régit les retards de phase à appliquer aux sources Une loi de phase nominale est définie pour une configuration idéale des sources dans laquelle la surface de l'eau est plane et parfaitement calme Par exemple, pour émettre dans ces conditions une onde dans la direction verticale, perpendiculaire à la surface de l'eau, la loi de phase nominale est uniforme en ce sens que l'émission des sources se fera en même temps Par contre, une onde acoustique présentant une inclinaison donnée sera obtenue en décalant les émissions des sources consécutives les unes par rapport aux autres d'un retard de phase fonction de l'inclinaison recherchée, étant entendu que la direction d'émission est celle pour laquelle les ondes émises par toutes les sources se composent positivement. Dans la pratique, les conditions réelles de prospection s 'ecartent de façon notable de la configuration idéale précitée permettant de définir la loi de phase nominale En particulier, la surface de la mer présente souvent des instabilités à courte portée, telles que les vagues, dont la fréquence spatiale est égale ou supérieure à la distance entre deux sources consécutives au sein du sous-ensemble considéré Ces instabilités de surface provoquent des mouvements pendulaires des sources, sans corrélation les uns avec les autres, qui ont pour effet de faire varier dans le temps la profondeur de chaque source La position relative des sources par rapport à la surface s'en trouve donc affectée, avec pour conséquence que la loi de phase nominale ne correspond plus à la configuration réelle des sources Aussi, ladite loi de phase nominale doit être corrigée en temps réel Pour cela, on équipe chaque source d'un manomètre, par exemple, qui permet de connaître à chaque instant la profondeur exacte des sources par rapport à la surface et ainsi de connaître la position relative des sources entre elles On en déduit alors les corrections nécessaires à apporter à la loi de phase pour tenir compte de ce type d'instabilités. Toutefois, cette méthode de correction connue n'est pas utilisable dans le cas o la surface de l'eau tout en étant calme, c'est-à-dire sans vagues importantes, présente des ondulations de grande période spatiale dues au phénomène de houle Dans ce cas, en effet, les sources ont une position relativement fixe par rapport à la surface et les manomètres des sources n'enregistrent aucune variation de pression et donc de profondeur En conséquence, la loi de phase nominale n'est pas corrigée alors que les sources ne se trouvent pas dans la configuration idéale correspondante. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de réaliser un dispositif d'émission acoustique pour sismique marine, conforme au préambule, dispositif qui permettrait de -30 corriger la loi de phase nominale d'émission des sources des mouvements basse fréquence de la surface de l'eau. La solution au problème technique posé consiste, selon l'invention, en ce que ledit dispositif comporte également au moins deux capteurs d'attitude fournissant à des moyens de correction dudit circuit de commande des signaux représentatifs de la position absolue d'au moins deux desdites sources, lesdits moyens de correction fournissant à chacun des moyens de retard un signal de correction de la loi de phase nominale, représentatif des variations de la position relative des sources. Ainsi, le dispositif de l'invention présente l'avantage, par rapport au procédé de correction connu mettant en oeuvre des manomètres, de déterminer la position relative des sources à partir d'une information directement liée à leur position absolue et non à une position prise relativement à une référence variable telle que la surface de l'eau. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure la est une vue de côté d'un premier mode de réalisation du dispositif d'émission acoustique de l'invention. La figure lb est un schéma d'un circuit de commande du dispositif de la figure la. La figure 2 a est une vue de côté d'un deuxième mode de réalisation du dispositif d'émission acoustique de l'invention. La figure 2 b est un schéma d'un circuit de commande du dispositif de la figure 2 a. La figure la montre un dispositif d'émission acoustique pour sismique marine, destiné à émettre une onde acoustique dans une direction D donnée Ce dispositif comporte une pluralité de N sources immergées notées 1001, 1002, IOO, 100 N' mécaniquement reliées à N moyens flotteurs 2001, 2002 200, 200 N constitués, par exemple, par des bouées De façon usuelle, les sources 100 i (i=l,, N) sont des canons dont le nombre peut varier de quelques unités à une dizaine, s'étalant sur une distance de 5 à 20 mètres pour une profondeur d'immersion de 5 à 10 mètres Bien entendu, d'autres moyens flotteurs que des bouées individu- elles peuvent être envisagés, tels qu'un flotteur flexible ou rigide unique. La figure lb donne le schéma d'un circuit 300 de commande qui fournit à chaque source 100 i un signal d'émission ei construit à partir d'un signal e(t) de forme impulsionnelle comme l'indique la figure lb Pour obtenir une émission acoustique d'ensemble dans une direction D donnée, il faut appliquer aux sources 100 une loi de phase caractérisée par le retard de phase t à appliquer au signal d'émission individuel e de chaque source par rapport au signal initial e(t) ei est donc donné par ei = e(t-ti). Le retard de phase peut être défini dans l'absolu, ou de façon relative par rapport à une source de référence, par exemple la première 1001, auquel cas t 1 est pris égal à 0. Il est possible de définir a priori, pour un sous-ensemble de sources donné, une loi de phase nominale associée à chaque direction D d'émission correspondant à la situation idéale d'une surface S parfaitement plane Les retards de phase t i caractéristiques de la loi de phase nominale pour une direction D donnée sont stockés dans une mémoire morte 320 et appliqués au signal de référence e(t) par des lignes 310 i à retard variable. Lorsque, comme le montre la figure la, la surface S de l'eau n'est pas parfaitement plane mais soumise, par exemple, à une houle de grande période, les sources l OO 1, bien que situées à la même profondeur de la surface, ne se trouvent plus dans la configuration idéale qui a permis de définir la loi de phase nominale En particulier, la position z des sources par rapport à un axe vertical n'est plus identique Il en résulte une erreur dans la direction d'émission réelle qu'il faut prendre en compte pour rétablir la direction d'émission souhaitée. Conformément au mode de réalisation des figures la et lb, le dispositif de l'invention comporte des capteurs 400,, 4002, 4 O Oi, 400 N' disposés à proximité des sources, qui fournissent à des moyens 331, 332 de correction un signal représentatif de la position absolue zi desdites sources i Ces moyens de correction comprennent un moyen soustracteur 331 donnant la variation de la position relative A hi = zi z 1 de la source d'ordre i par rapport, par exemple, à la source d'ordre 1 Puis, un moyen 332 de calcul de correction évalue le signal de correction At à ajouter au retard ti O de phase de la loi de phase nominale pour obtenir le retard ti à appliquer au signal de référence e(t) Le signal de correction Ati donné par: Ati = A hi/v v étant la vitesse dans l'eau des ondes acoustiques considérées, est représentatif des variations de la position relative des sources au cours des mouvements de houle subis par le dispositif. Les capteurs 400 i d'attitude peuvent être des vélocimètres ou des accéléromètres mesurant respectivement la vitesse verticale ou l'accélération verticale des sources 100 i Par intégration simple, les vélocimètres donnent la position absolue z à une constante près qui I s'élimine lorsque le moyen soustracteur 331 effectue la différence A h = z F-z l De même, les accéléromètres fournissent la position absolue zi avec deux constantes d'intégration dont l'une s'élimine également par différence, la deuxième étant prise égale à zéro par un choix approprié de l'origine des temps. La figure 2 a montre une variante de réalisation du dispositif de l'invention dans laquelle les capteurs d'attitude sont des stations 5001, 500 d'un système de localisation disposées, par exemple, sur la première 2001, et la dernière 200 N bouées Ledit système de localisation peut être un système satellitaire comme celui connu sous le sigle de GPS (Global Positioning System) Dans ce système, les trois coordonnées (x 1, Y 1, zl) et (X M YN, z N) définissant la position absolue des deux bouées 2001 et 200 N sont fournies par un réseau de satellites artificiels 600 On notera que les positions verticales z et z N des deux bouées 2001 et 200 N sont égales, à une constante près égale à la profondeur des sources, aux positions verticales des deux sources extrêmes 1001 et 100 N' On peut donc déduire la variation de la position relative Ah N = ZN z 1 des deux sources extrêmes ainsi que le signal de correction At N =Ah N/v à appliquer à la ligne 310 N à retard Pour déterminer les signaux de correction des autres sources 1002, i 100 N 1 on peut faire l'hypothèse d'une distribution linéaire de la position absolue des sources Dans ce cas, le moyen 332 de correction est un moyen d'interpolation/extrapolation qui calcule les variations A hi de position relative selon la formule ah = (z N Zl) i- I N-1 On en déduit alors les signaux de correction Lti A hi/v. Sur les figures la et lb, les lignes 310 i à retard ont été disposées en parallèle sur le signal e(t) de référence, de sorte que les retards de phase ti ont été évalués par rapport au signal e 1 appliqué à la première source 1001 Il est bien entendu que les lignes à retard pourraient tout aussi bien être placées en série, le retard de phase pour une source donnée devant alors être déterminé par rapport à la précédente. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'émission acoustique pour sismique marine, destiné à émettre une onde acoustique dans une direction (D) donnée, dispositif comportant, d'une part, une pluralité de sources ( 100 i) immer- gées, mécaniquement reliées à au moins un moyen flotteur ( 200 i), et, d'autre part, un circuit ( 300) de commande desdites sources comprenant une pluralité de moyens ( 310 i) de retard aptes à appliquer respectivement à chaque source un retard (t io) de phase défini par une loi de phase nominale associée à ladite direction (D) d'émission donnée, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte également au moins deux capteurs ( 400; 5001, 500 N) d'attitude fournissant à des moyens ( 331, 332) de correction dudit circuit de commande des signaux (zi) représentatifs de la position absolue d'au moins deux desdites sources ( 100 i), lesdits moyens de correction fournissant à chacun des moyens ( 310 i) de retard un signal ( A t) de correction de la loi de phase nominale, représentatif des variations (t h) de la position relative des sources. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ledit dispositif comportant deux capteurs ( 500 î, 500 N) d'attitude et une pluralité de plus de deux sources ( 100 i), lesdits moyens de correction comprennent des moyens ( 331) d'interpolation/extrapolation aptes à déterminer les variations (A hi) de la position relative des sources. 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits capteurs ( 300 i) d'attitude sont disposés à proximité des sources ( 100 i). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits capteurs ( 500, 500 N) d'attitude sont disposés sur le(s)dit(s) moyen(s) flotteur(s) ( 200, 200 N). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits capteurs ( 300 i) d'attitude sont des véloci- mètres. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits capteurs ( 300 i) d'attitude sont des accéléro- mètres. 7 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits capteurs ( 500 I 500 N) d'attitude sont des stations d'un système de localisation.