Brevet FR2791779A1 — publié le 20001006

L'invention a trait au domaine des nacelles acoustiques attachées à des flûtes sismiques dans des opérations géophysiques en mer. L'invention concerne plus particulièrement une nacelle acoustique intégrée à la flûte. Des flûtes sismiques marines sont remorquées par un navire sismique lors d'opérations géophysiques. Des nacelles acoustiques et d'autres dispositifs sont attachés à l'extérieur de la flûte pour générer des signaux indiquant l'emplacement d'un tronçon de la flûte. Des nacelles acoustiques comprennent habituellement un dispositif électronique de commande, un générateur de forme d'onde et un circuit de détection. Les nacelles acoustiques tournent parfois axialement autour de la flûte pour conserver leur orientation verticale pendant que les flûtes tournent dans l'eau. Des signaux destinés à commander le fonctionnement de la nacelle acoustique sont habituellement transmis par la surface extérieure de la flûte à l'aide de dispositifs électromagnétiques. Cependant, l'énergie électrique destinée aux nacelles acoustiques est fournie par des batteries attachées à la nacelle acoustique à l'extérieur de la flûte. Les nacelles acoustiques et la batterie intégrée sont attachées à l'extérieur de la flûte pendant que celle-ci est déployée dans l'eau à partir d'un navire de remorquage, et elles sont enlevées de l'extérieur de la flûte pendant que celle-ci est retirée de l'eau à l'aide de bobines de stockage. Le déploiement de nacelles acoustiques classiques est inefficace pour plusieurs raisons. Les batteries sont coûteuses et ont une durée de vie relativement courte qui est d'environ 30 jours. Pour remplacer des batteries épuisées ou presque épuisées, il faut faire cesser la collecte des données sismiques pendant que la flûte est récupérée à bord du navire sismique, ou bien un navire d'entretien de flûte localise et remplace la batterie déchargée. Avec l'accroissement de la longueur et de la largeur des dispositifs de sismique marine, il est demandé davantage de puissance acoustique aux nacelles acoustiques. Cette demande plus grande épuise les batteries encore plus rapidement et nécessite de les changer plus fréquemment. Des nacelles acoustiques classiques sont attachées à l'extérieur de la flûte et génèrent une traînée additionnelle dans l'eau. Cette traînée gaspille du carburant et génère un "bruit" indésirable qui contamine le signal sismique souhaité. Des nacelles acoustiques pendantes constituent des discontinuités de surface qui accrochent d'autres flûtes, des filets de pêche et de la végétation aquatique et accroissent autrement la détérioration des flûtes. En plus de ces limitations, le déploiement et la récupération de nacelles acoustiques exigent un temps de manoeuvre notable à bord du navire sismique. Les nacelles acoustiques pendantes ne peuvent pas être stockées sur les bobines des flûtes et doivent être enlevées lorsque les flûtes sont stockées à bord, sur le pont du navire. Ce déploiement et cette récupération demandent de nombreuses heures de main-d'oeuvre, retardent les opérations de collecte de données et augmentent notablement le coût des opérations sismiques. Du fait de ces limitations, on a besoin d'une technique perfectionnée pour déployer des nacelles acoustiques avec des flûtes sismiques marines. L'invention propose un appareil et un système pour transmettre de l'énergie acoustique dans de l'eau. L'appareil peut être mis en prise ou engagé avec une flûte sismique marine déployée dans l'eau, qui comporte un conducteur électrique et un fil de commande. Un boîtier est intégré dans la flûte, et un moyen électronique de commande est positionné à l'intérieur du boîtier pour générer un signal acoustique. Le moyen électronique de commande est mis en contact avec le conducteur électrique pour recevoir de l'énergie électrique et est mis en contact avec le fil de commande pour recevoir des signaux de commande. Le moyen électronique de commande, qui peut être positionné dans la flûte ou dans un module de connecteur, peut comprendre un circuit électronique de commande, un générateur de forme d'onde ou un circuit de détection. Des éléments à transducteurs acoustiques peuvent être mis en prise avec un module connectant des tronçons de flûte adjacents, et le circuit électronique de commande peut commander le temps d'activation des éléments à transducteurs acoustiques pour diriger l'émission d'énergie acoustique dans l'eau. Un dispositif de commande pour modifier dynamiquement l'orientation de l'énergie acoustique émise en réponse à des variations de l'orientation du module de connecteur. Le système décrit par l'invention comprend un moyen de commande, au moins deux tronçons de flûte sismique marine comprenant chacun au moins un conducteur de transmission d'énergie électrique et au moins un fil de commande par signaux en contact avec ledit moyen de commande, et au moins un module de connecteur destiné à connecter des tronçons de flûte adjacents pour former une flûte sismique marine et à connecter les conducteurs électriques et les fils de commande. Un moyen électronique de commande est positionné à l'intérieur d'au moins un module de connecteur pour transmettre de l'énergie acoustique dans l'eau, et le moyen électronique de commande est en contact avec le conducteur électrique pour recevoir de l'énergie électrique et est en contact avec le fil de commande pour recevoir des signaux de commande. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un boîtier et de composants électroniques positionnés à l'intérieur d'un tronçon de flûte; la figure 2 est une vue en perspective avec coupe partielle illustrant des transducteurs acoustiques s'étendant à travers la paroi extérieure; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique illustrant des composants électroniques placés à l'intérieur d'un module de connecteur pour des tronçons de flûte adjacents; la figure 4 est une vue en coupe longitudinale schématique partielle illustrant un manchon tournant pour orienter verticalement un boîtier; et la figure 5 est une vue schématique montrant de dessus des dispositifs multiples positionnés à l'intérieur d'un dispositif à flûtes multiples. L'invention concerne un appareil et un système pour générer de l'énergie acoustique dans l'eau. La figure 1 illustre une flûte sismique marine 10 ayant un élément de commande 11 à l'intérieur d'un tronçon 12 de cette flûte. Plusieurs tronçons 12 forment la flûte 10, et cette flûte peut être remorquée dans l'eau par un navire sismique ou peut être déployée en tant que câble de fond sur le fond de la colonne d'eau. Un conducteur électrique 14 fait passer de l'énergie électrique dans la flûte 10, et un fil 16 de commande assure la transmission de signaux dans la flûte 10. Des paires de fils peuvent procurer la combinaison de la puissance électrique et des signaux de commande. Le fil de commande 16 peut comporter un conducteur électrique, un câble à fibre optique ou une autre matière de transmission de signaux. Avec une transmission multiplexée ou modulée, le conducteur électrique 14 peut procurer simultanément les possibilités de transmission de puissance et de transmission de signaux de commande. Un conducteur 18 de télémétrie peut également assurer la transmission indépendante d'une information de télémétrie. Bien que seulement trois fils et conducteurs soient illustrés, des flûtes sismiques marines classiques contiennent des fils multiples. I Le boîtier 20 et l'élément de commande 11 à l'intérieur des composants électroniques 22 de commande sont intégrés dans un tronçon 12 de flûte comme illustré. Le boîtier 20 peut comporter un bâti, un cylindre, une plaquette à circuit imprimé, une enveloppe élastique ou une autre forme de structure. Les composants électroniques 22 peuvent comprendre des éléments à transducteurs acoustiques et d'autres composants fonctionnels comme décrit ci- dessous. Ce positionnement permet d'enrouler les flûtes 10 sur une bobine de stockage sans qu'il soit nécessaire d'enlever les composants acoustiques associés au boîtier 20. Cette particularité élimine les manipulations de la flûte nécessaires pour attacher et détacher des nacelles acoustiques dans des systèmes classiques. Les composants électroniques 22 et les circuits intégrés sont alimentés en énergie par l'intermédiaire du conducteur électrique 14 au lieu des batteries classiquement utilisées. Cette particularité élimine le temps d'arrêt de fonctionnement dû à une défaillance et à un remplacement des batteries. De plus, le poids des batteries est éliminé de la flûte, ce qui réduit le poids remorqué de la flûte 10 et les contraintes agissant sur le tronçon 12 de la flûte. Des signaux peuvent être transmis entre l'élément de commande 11 et le fil de commande 16 ou le conducteur 18 de télémétrie sans nécessiter des systèmes séparés de transmission ou une transmission de signaux par la surface extérieure du tronçon 12 de flûte. En plaçant le boîtier et les composants électroniques 22 avec l'élément de commande 11 à l'intérieur du tronçon 12 de la flûte, on élimine sensiblement la traînée s'exerçant sur ces éléments, ce qui demande moins de puissance pour remorquer la flûte 10. Les composants électroniques 22 peuvent comprendre des transducteurs acoustiques destinés à générer de l'énergie acoustique ou un signal acoustique dans l'eau. Bien que les expressions "énergie acoustique" et "signaux acoustiques" puissent avoir des significations différentes, ces termes sont utilisés ici de façon interchangeable. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les composants électroniques 22 peuvent détecter ou recevoir des signaux acoustiques ou de l'énergie acoustique transmis à travers l'eau. Les composants électroniques 22 peuvent comprendre divers circuits de commande, générateurs de formes d'ondes, enregistreurs de données, amplificateurs de puissance et autres dispositifs. Dans d'autres formes de réalisation de l'invention, des composants électroniques sont capables de remplir d'autres fonctions utiles dans des opérations géophysiques sismiques. Des transducteurs acoustiques peuvent également être configurés pour former un réseau à trois dimensions ou peuvent être orientés pour diriger la transmission de signaux acoustiques d'énergie acoustique dans des directions différentes. Dans une forme de réalisation de l'invention, de l'énergie acoustique est transmise dans un azimut horizontal pour être détectée par d'autres organes tels que des récepteurs d'autres transducteurs acoustiques associés à d'autres flûtes 10, immobiles dans l'eau ou remorquées par un navire sismique. La figure 2 illustre une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle un boîtier 24 est positionné à l'intérieur d'un tronçon 12 de flûte afin qu'une surface extérieure 26 du boitier 24 soit en contact avec une surface intérieure d'une paroi extérieure 28 du tronçon de la flûte. Le boîtier 24 peut être segmenté ou monolithique. Des transducteurs acoustiques 30 sont associés au boîtier 24 et à l'élément de commande 11 et s'étendent dans des ouvertures traversant la paroi extérieure 28 afin que les transducteurs acoustiques 30 soient en contact avec l'eau. Les transducteurs acoustiques 30 ne pénètrent pas dans la paroi extérieure 28, ce qui maintient l'intégrité de l'étanchéité à l'eau avec un impact minimal sur l'efficacité de la transmission. Comme illustré, les transducteurs acoustiques 30 sont positionnés sur 360 degrés autour du boîtier 24 afin d'assurer la souplesse de fonctionnement. L'élément de commande 11 peut activer sélectivement des transducteurs acoustiques sélectionnés 30 pour diriger des signaux acoustiques ou de l'énergie acoustique dans une direction choisie. Cette direction et la largeur du faisceau peuvent être obtenues de par la position, la dimension, la forme ou l'orientation des transducteurs acoustiques sélectionnés 30. En variante, l'élément 11 de commande peut diriger un gain préférentiel du réseau dans une direction telle qu'un plan horizontal avec une directivité minimale pour des trajectoires de réflexion en surface. Un capteur 32 d'orientation est associé à l'élément de commande 11 pour détecter les modifications de la direction, de la pente ou de la rotation du tronçon 12 de flûte autour d'un axe longitudinal de ce tronçon 12. Cette information peut être traitée à l'aide de l'élément de commande 11 pour modifier le fonctionnement de transducteurs acoustiques sélectionnés 30. Par exemple, si le tronçon de flûte 12 exécute une torsion ou tourne autour de son axe longitudinal, le capteur 32 détecte cette rotation et peut amener l'élément de commande 11 à faire varier l'activation de transducteurs acoustiques 30 afin que l'énergie acoustique déchargée vers l'extérieur du boîtier reste approximativement dans la même direction. De cette manière, la transmission d'énergie acoustique dans un azimut horizontal vers l'élément de commande 11 ou des récepteurs se trouvant dans des flûtes adjacentes est maintenue indépendamment de l'orientation du tronçon 12 de la flûte. La figure 3 illustre une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle un boîtier tel qu'un module de connecteur 34 ayant une surface extérieure 36 relie des tronçons de flûte adjacents 12 pour former une flûte 10. Le module 34 de connecteur connecte également des composants intérieurs tels qu'un conducteur électrique 14, un fil de commande 16 et un conducteur 18 de télémétrie. L'élément de commande 11 est positionné à l'intérieur du module 34 de connecteur pour les buts décrits ci-dessus. Dans une forme de réalisation de l'invention, des transducteurs acoustiques 30 sont associés à l'élément de commande 11 et au module 34 de connecteur. Les transducteurs acoustiques peuvent être attachés à la surface extérieure 36 comme illustré sur la figure 3, peuvent s'étendre dans des ouvertures de la surface extérieure 36 ou peuvent être positionnés d'autres manières. La figure 4 illustre un module de connecteur 38 ayant un manchon tournant 40 attaché à des transducteurs acoustiques 30. Le manchon 40 est lesté d'une masse 41 pour conserver la même orientation verticale indépendamment de l'orientation du module de connecteur 38. De cette manière, la rotation de tronçons 12 de flûte et du module de connecteur attaché 38 autour d'un axe longitudinal ne modifie pas l'orientation relative des transducteurs acoustiques 30. La connexion électrique entre les transducteurs acoustiques et une source d'énergie électrique peut être maintenue à l'aide de bagues collectrices ou d'autres liaisons classiques. La figure 5 illustre une utilisation de l'invention dans un réseau 39 de flûtes multiples suivant un navire sismique 40. En éliminant la traînée due aux nacelles classiques, on peut placer à l'intérieur des flûtes 10 davantage de dispositifs acoustiques ayant des boîtiers 20 et des composants électroniques 22 tels que l'élément de commande 11 qu'il n'est possible de le faire avec des systèmes classiques. Un nombre accru de ces dispositifs améliore la résolution spatiale de flûtes 10 ou de sources adjacentes et augmente la quantité d'information disponible pour d'autres fonctions de traitement de données. Un processeur 42 de commande à bord du navire 40 ou placé dans une installation à terre gère le fonctionnement des composants individuels et reçoit des données de ces composants. L'invention propose aussi un système ayant un moyen tel qu'un processeur 42 de commande, au moins deux tronçons 12 de flûte marine attachés à un module 34 de connecteur, et des composants électroniques 22 de commande tels que l'élément 11 de commande et des transducteurs acoustiques 23 positionnés à l'intérieur du module 34 de connecteur. Les composants électroniques 22 de commande sont capables de générer de l'énergie acoustique dans l'eau, et peuvent être mis en contact avec un fil 16 de commande pour la communication de données avec l'élément de commande 42. Des signaux de commande, de l'énergie d'actionnement et d'autres communications peuvent être transmis vers les, et à partir des, composants électroniques 22 par l'intermédiaire d'un conducteur unique ou de fils et conducteurs multiples. Les composants électroniques 22 sont capables de diriger la transmission d'énergie acoustique dans l'eau et peuvent en outre recevoir des signaux acoustiques transmis à travers l'eau. L'invention peut être appliquée à des flûtes sismiques remorquées dans l'eau ou placées sur la surface située au fond de la colonne d'eau. Dans le cas de flûtes remorquées, l'élimination de nacelles acoustiques à l'extérieur des flûtes réduit la traînée et réduit notablement le "bruit" acoustique généré par des nacelles acoustiques remorquées dans l'eau. Cette réduction du bruit simplifie les techniques de traitement de données nécessaires pour éliminer de tels signaux et améliore le rapport signal/bruit des données sismiques. Cette particularité améliore la qualité des données sismiques et la vitesse de détection et diminue les fausses détections d'impulsions de positionnement acoustiques. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à être incorporé à une flûte sismique marine (10) déployée dans l'eau, laquelle flûte comporte un conducteur électrique (14) et un fil de commande (16), l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (20) intégré dans la flûte, et un moyen électronique de commande positionné à l'intérieur du boîtier pour générer un signal acoustique, le moyen électronique de commande étant en prise avec le conducteur électrique pour recevoir de l'énergie électrique et avec le fil de commande pour recevoir des signaux de commande. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen électronique de commande comporte une nacelle acoustique ayant un circuit électronique de commande et un générateur de forme d'onde. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de détection à l'intérieur de la nacelle acoustique. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier comprend un module de connecteur (34 ou 38) pour relier des tronçons de la flûte sismique, le module de connecteur ayant une surface extérieure (36). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des éléments à transducteurs acoustiques (30) en prise avec le module de connecteur. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le module de connecteur présente une surface extérieure (36) et en ce que les éléments à transducteurs acoustiques s'étendent à travers la surface extérieure du module de connecteur. 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments à transducteurs acoustiques sont attachés à la surface extérieure du module de connecteur. 8. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments à transducteurs acoustiques sont configurés de façon à former un réseau à trois dimensions. 9. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément de commande associé aux éléments à transducteurs acoustiques pour diriger la transmission d'énergie acoustique dans l'eau autour de la flûte sismique marine. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le boîtier est segmenté. 11. Appareil à nacelle acoustique destiné à être incorporé à des tronçons (12) d'une flûte sismique marine (10) déployée dans l'eau, chaque tronçon de flûte comprenant un conducteur électrique (14) et un fil de commande (16), l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins un module de connecteur (34 ou 38) destiné à connecter des tronçons de flûte adjacents pour former une flûte sismique marine, et un moyen électronique de commande positionné à l'intérieur d'au moins un module de connecteur pour générer un signal acoustique, le moyen électronique de commande étant en prise avec le conducteur électrique pour recevoir de l'énergie électrique et avec le fil de commande pour recevoir des signaux de commande. 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le module de connecteur présente une surface extérieure (34) en contact avec l'eau et en ce qu'il comporte en outre des éléments à transducteurs acoustiques (30) en prise avec le moyen électronique de commande. 13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que les éléments à transducteurs acoustiques sont attachés à la surface extérieure du module de connecteur. 14. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que les éléments à transducteurs acoustiques sont agencés sur la surface extérieure du module de connecteur dans une orientation choisie pour permettre la transmission dirigée d'énergie acoustique dans l'eau en réponse à des signaux de commande provenant du moyen électronique de commande. 15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le moyen électronique de commande et les éléments à transducteurs acoustiques sont capables de diriger une transmission d'énergie acoustique dans un azimut horizontal. 16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que le moyen électronique de commande et les éléments à transducteurs acoustiques sont capables de diriger une transmission d'énergie acoustique dans un azimut horizontal en même temps que l'orientation du module de connecteur change dans l'eau. 17. Système pour générer de l'énergie acoustique dans l'eau pour des opérations de sismique marine, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de commande; au moins deux tronçons (12) de flûte sismique marine (10) ayant chacun un conducteur (14) de transmission d'énergie électrique et un fil (16) de commande par signaux en prise avec ledit moyen de commande; au moins un module de connecteur (34 ou 38) pour connecter des tronçons de flûte adjacents afin de former une flûte sismique marine (10) et pour connecter les conducteurs électriques et les fils de commande; et un moyen électronique de commande positionné à l'intérieur d'au moins un module de connecteur pour transmettre de l'énergie acoustique dans l'eau, le moyen électronique de commande étant en prise avec le conducteur électrique pour recevoir de l'énergie électrique et avec le fil de commande pour recevoir des signaux de commande. 18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que le moyen électronique de commande est capable de diriger une transmission de l'énergie acoustique dans l'eau. 19. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que le conducteur de transmission d'énergie électrique et le fil de commande par signaux comprennent un seul conducteur. 20. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que le moyen électronique de commande comprend un circuit de détection destiné à détecter de l'énergie acoustique conduite à travers l'eau.