Brevet FR2772931A1 — publié le 19990625

La présente invention est relative aux techniques de mise en place de câbles sismiques sur les fonds marins. Plus particulièrement, un but de l'invention est de proposer une technique permettant de positionner des câbles sismiques en eaux profondes, par exemple avec une précision inférieure à 10 mètres sous 1000 mètres de profondeur. On connaît déjà des dispositifs permettant de connaître avec précision la position de câbles sismiques sur des fonds marins en eaux peu profondes, c'est à dire d'une profondeur de l'ordre de 100 m ou inférieure ("shallow water" selon la terminologie Anglo-saxonne généralement utilisée). Notamment, il a déjà été proposé d'équiper les câbles sismiques de transpondeurs qui sont interrogés à partir d'un bateau source et qui émettent, lorsqu'ils sont interrogés un signal qui est reçu par des moyens de réception auxiliaires. Ces moyens de réception sont déplacés à la surface de l'eau et des moyens de calcul déterminent, en temps différé, la position des transpondeurs et donc du câble, à partir du signal reçu par lesdits moyens de réception en trois positions différentes de ceux-ci. Une telle technique ne peut être utilisée en eaux profondes. Notamment, pour des questions de coûts, il n est alors pas envisageable de redéployer un câble lorsque l'on s'aperçoit qu'il n'est pas convenablement positionné. L'invention propose quant à elle une technique qui permet le suivi en temps réel de la mise en place d'un câble sismique sur un fond marin en eau profonde. La solution selon l'invention consiste en l'utilisation d'un système pour le suivi de la mise en place d'un câble sismique sur un fond marin à partir d'un bateau, comportant une pluralité d'émetteurs acoustiques qui sont répartis sur le câble et qui émettent chacun un signal acoustique identifiable, caractérisé en ce qu'il comporte un réseau flottant d'au moins trois unités de réception acoustique, le bateau étant avantageusement l'une de ces unités, des moyens pour connaître la position desdites unités de réception par rapport au bateau, ainsi que des moyens pour transmettre à une unité de traitement des temps correspondant à la réception par lesdites unités de réception, des signaux acoustiques émis par les émetteurs portés par le câble, l'unité de traitement comportant des moyens pour calculer, à partir de ces temps et des positions desdites unités de réception, la position desdits émetteurs et donc la trajectoire du câble au fur et à mesure que celui-ci est déroulé à partir du bateau. Ce système est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles - les émetteurs acoustiques sont des transpondeurs qui émettent un signal acoustique à réception d'un signal acoustique d'interrogation et la position desdits transpondeurs est déterminée en fonction des temps entre l'émission des signaux d'interrogation et la réception à la surface de l'eau des signaux de réponse des transpondeurs - des moyens de transmission entre l'unité de traitement et les unités de réception comportent des moyens de communication hertzienne - les moyens de transmission sont bidirectionnels et en ce que simultanément à la commande de l'émission d'un signal d'interrogation par l'unité de traitement, ladite unité transmet aux différentes unités de réception un signal de synchronisation qui déclenche des compteurs destinés à permettre la mesure des temps auxquels les différents signaux de réponse des transpondeurs sont reçus - des moyens pour connaître la position desdites unités de réception par rapport au bateau comportent des moyens de localisation radiosatellitaire lesdits moyens de localisation radiosatellitaire mettent en oeuvre une localisation de type cinématique relative - les unités de réception sont au nombre de quatre ou cinq ; il peut bien entendu être supérieur si l'on souhaite un taux de redondance plus important - le système comporte des moyens pour modifier l'écartométrie entre les unités de réception, de façon à optimiser leurs positions relatives - le câble comporte en outre des capteurs de pression disposés à proximité des émetteurs acoustiques et permettant une estimation de la profondeur à laquelle lesdits émetteurs se trouvent - l'unité de traitement calcule en fonction de cette position une prédiction sur les points d'impact du câble sur le fond marin, ainsi que les corrections à apporter à la trajectoire du navire pour optimiser la descente du câble. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être mise en regard de la figure unique annexée sur laquelle on a représenté schématiquement un exemple de mise en oeuvre possible de l'invention. Le système qui est illustré sur la figure comporte un bateau maître, référencé par V, à partir duquel un câble sismique C, initialement monté sur un cabestan, est déroulé pour être déployé sur le fond marin. La longueur du câble sismique C est par exemple de plusieurs kilomètres. Ce câble sismique C comporte, outre des capteurs et/ou des sources d'émission sismique, une pluralité de transpondeurs acoustiques P (appelés "pinger" selon la terminologie anglo-saxonne couramment employée par l'Homme du Métier) qui sont répartis sur toute sa longueur. La distance qui sépare deux transpondeurs P successifs dans la longueur du câble est par exemple de 300 m. Ces transpondeurs P sont destinés à être interrogés par un signal acoustique d'une fréquence donnée émis par des moyens d'émission acoustique que porte le bateau maître V. A la réception de ce signal d'interrogation, les transpondeurs émettent eux-mêmes un signal acoustique d'une autre fréquence, qui est destiné à être détecté par une pluralité d'unités de réception réparties à la surface de l'eau. Ces unités de réception sont au nombre d'au moins trois et sont de préférence au nombre de quatre ou cinq, ce qui permet de disposer d'informations redondantes et donc de mettre en oeuvre un traitement de contrôle sur les déterminations réalisées à partir de ces informations. Ces unités de réception sont par exemple portées l'une par le bateau maître V, les autres par des bouées ou des bateaux auxiliaires référencés par Q, B et T sur la figure. Les unités de réception sur les bouées ou bateaux auxiliaires Q, B et T sont dites "passives" par opposition à celle montée sur le bateau maître r, qui est associée à des moyens d'émission. A réception des signaux acoustiques, les unités portées par les bouées ou bateaux auxiliaires Q, B, T transmettent par voie hertzienne au bateau maître V les temps auxquels les signaux de réponse des différents transpondeurs P sont reçus. Elles transmettent également au bateau maître V leurs données de positionnement de surface. A cet effet, le bateau maître V, ainsi que les bouées ou bateaux auxiliaires Q, B et T présentent par exemple des moyens de localisation GPS qui permettent de connaître leur position en temps réel. La transmission entre les bouées ou bateaux auxiliaires Q, B, T et le bateau maître V se fait par exemple en mode TDMA. Ces différentes informations (temps auxquels les réponses des différents transpondeurs P sont reçues par les unités de réception - coordonnées des bouées ou bateaux auxiliaires Q, B, T, ainsi que du bateau maître V) sont centralisées dans une unité de traitement qui calcule en temps réel, à partir de ces données, la position des transpondeurs P et donc celle du câble C au fur et à mesure qu'il se déroule avant de se mettre en place sur le sol marin. On notera également que le câble C peut avantageusement comporter, à proximité immédiate des transpondeurs P, des capteurs de pression permettant de disposer en outre d'une estimation des profondeurs auxquelles se trouvent les transpondeurs P. L'unité de traitement utilise cette information pour corroborer les positions calculées à partir des données transmises par les différentes unités de réception. L'unité de traitement intègre un logiciel qui calcule en fonction de cette position les points d'impact théoriques du câble sur le fond marin, ainsi que les corrections à apporter à la trajectoire du navire pour optimiser la descente du câble C, de façon à minimiser l'écart entre la trace au sol prédite et la position optimale recherchée. Comme on l'aura compris, le bateau maître V et les bouées ou bateaux auxiliaires Q, B et T et les moyens de détection GPS qu'ils portent constituent un réseau de surface très précis, par rapport auquel les transpondeurs sont positionnés. Les techniques GPS utilisées mettent avantageusement en oeuvre des techniques de cinématique relative (KRGPS selon la terminologie utilisée par l'Homme du Métier), lesquelles techniques permettent de connaître avec une précision subdécimétrique la position relative de deux mobiles évoluant indépendamment à moins de 10 Km l'un de l'autre. Bien entendu, d'autres systèmes de localisation satellitaire que le GPS pourraient être envisagés. L'écartométrie entre les unités de réception est variable du fait du milieu marin. Avantageusement, le système comporte des moyens permettant de commander le déplacement des bouées et navires auxiliaires, de façon à modifier l'écartométrie et à optimiser le critère de "précision a priori" recherchée sur l'objet immergé ("PDOP" selon la terminologie anglo-saxonne). L'interrogation des transpondeurs P par les moyens d'émission acoustiques que portent le bateau maître V est commandée par l'unité de traitement, par exemple toutes les deux secondes. La liaison hertzienne entre le bateau maître V et les bouées ou navires auxiliaires B, T, Q est bidirectionnelle : simultanément à la commande de l'émission d'un signal d'interrogation par l'unité de traitement, ladite unité transmet aux différentes unités de réception - par voie hertzienne pour celles qui sont portées par les bouées ou navires auxiliaires B, T, Q, ou par une liaison interne pour l'unité de réception qui est portée par le bateau maître un signal de synchronisation qui déclenche les compteurs destinés à permettre la mesure des temps auxquels les différents signaux de réponse des transpondeurs P sont reçus. La synchronisation obtenue entre les unités de traitement et les unités de réception est d'une précision inférieure à 150 pots, ce qui induit un bruit de l'ordre décimétrique sur une distance acoustique. Pour des mesures exigeant une précision ultime, ou réduit ce bruit d'un facteur 10 en combinant le signal logique de la TDMA au signal 1PPS issu du capteur GPS. La résolution sur les temps auxquels les différents signaux de réponse des transpondeurs P sont reçus est inférieure à 250 ns. La détermination des positions des transpondeurs P est faite en prenant en compte, pour chacun d'eux, les lignes de positions issues des temps de propagation mesurés à chaque point du réseau. Par exemple, l'unité de traitement met en oeuvre des tests de convergence (technique des moindres carrés sur plusieurs acquisitions). Avantageusement également, les déterminations des positions acoustiques sont faites au moyen d'un traitement différentiel par rapport à un trajet acoustique aller-retour entre un point (fixe ou mobile) en surface et un point fixe au fond de l'eau, parfaitement topographié. Ceci permet, à chaque interrogation, de déduire la célérité instantanée du son - que l'on suppose localement (plus ou moins 1Km) et à court terme (plus ou moins 10 secondes) homogène - et sur le moyen terme de déduire le bruit lié aux variations de la célérité. Les transpondeurs P sont par exemple chargés et codés lors du passage de la portion de câble qui les porte devant une porte magnétique en sortie du cabestan. La position en temps réel du câble est par exemple restituée de façon graphique en trois dimensions sur un écran de sortie, de façon à permettre à un opérateur de visualiser en temps réel la descente du câble par rapport au fond marin et à l'emplacement théorique souhaité pour celui-ci. REVENDICATIONS 1. Système pour le suivi de la mise en place d'un câble sismique sur un fond marin à partir d'un bateau, comportant une pluralité d'émetteurs acoustiques qui sont répartis sur le câble et qui émettent chacun un signal acoustique identifiable, caractérisé en ce qu'il comporte un réseau flottant d'au moins trois unites de réception acoustique, des moyens pour connaître la position desdites unités de réception par rapport au bateau, ainsi que des moyens pour transmettre à une unité de traitement des temps correspondant à la réception par lesdites unités de réception, des signaux acoustiques émis par les émetteurs portés par le câble, l'unité de traitement comportant des moyens pour calculer, à partir de ces temps et des positions desdites unités de réception, la position desdits émetteurs et donc la trajectoire du câble au fur et à mesure que celui-ci est déroulé à partir du bateau. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les émetteurs acoustiques sont des transpondeurs qui émettent un signal acoustique à réception d'un signal acoustique d'interrogation et en ce que la position desdits transpondeurs est déterminée en fonction des temps entre l'émission des signaux d'interrogation et la réception à la surface de l'eau des signaux de réponse des transpondeurs. 3. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens de transmission entre l'unité de traitement et les unités de réception comportent des moyens de communication hertzienne. 4. Système selon la revendicavion 2, caractérisé en ce que les moyens de transmission sont bidirectionnels et en ce que simultanément à la commande de l'émission d'un signal d'interrogation par l'unité de traitement, ladite unité transmet aux différentes unités de réception un signal de synchronisation qui déclenche des compteurs destinés à permettre la mesure des temps auxquels les différents signaux de réponse des transpondeurs sont reçus 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens pour connaître la position desdites unités de réception par rapport au bateau comportent des moyens de localisation radiosatellitaire. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de localisation radiosatellitaire mettent en oeuvre une localisation GPS de type cinématique relative. 7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les unités de réception sont au nombre de quatre ou cinq. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le câble comporte en outre des capteurs de pression disposés à proximité des émetteurs acoustiques et permettant une estimation de la profondeur à laquelle lesdits émetteurs se trouvent. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de traitement calcule en fonction de cette position une prédiction sur les points d'impact théoriques du câble sur le fond marin, ainsi que les corrections à apporter à la trajectoire du navire pour optimiser la descente du câble.