Brevet FR2918462A1 — publié le 20090109

Capteur sismique comprenant un corps et une pointe de plantage présentant au moins deux ailes entre lesquelles s'étendent des cavités, et pointe de plantage correspondante. Le domaine de l'invention est celui de l'acquisition de données sismiques. Plus précisément, l'invention concerne la conception des pointes de plantage dont sont pourvus les capteurs sismiques, pour assurer leur mise en place et/ou leur maintien dans le sol. L'invention concerne en particulier l'industrie de la prospection pétrolière par méthode sismique en milieu terrestre, mais peut s'appliquer à tout domaine IO mettant en oeuvre un réseau d'acquisition de données sismiques. Dans le domaine de l'invention, les opérations d'acquisition, sur le terrain, de données sismiques, mettent classiquement en oeuvre des réseaux de boîtiers électroniques auxquels sont raccordés des capteurs de mouvements du sol. Les capteurs de ce type, désignés par le terme de géophones, sont généralement 15 interconnectés en groupe de capteurs par des câbles pour constituer des grappes appelées bretelles . Une ou plusieurs de ces bretelles sont connectées audit boîtier électronique. Les boîtiers électroniques, interconnectés entre eux par un réseau numérique filaire, ou par un réseau radio, assurent la conversion analogique-numérique du signal des groupes de capteurs et transmettent ces 20 données au camion enregistreur via ledit réseau numérique. La face inférieure des capteurs est munie de moyens de couplage mécaniques avec le sol. Suivant la nature du terrain et/ou le type de capteur, ces moyens de couplage mécanique peuvent être une pointe ou un pied destiné à être enfiché dans le sol. 25 Dans le cas des pointes, on a travaillé sur la conception de celles-ci, et en particulier sur leur longueur, en constatant que plus longue est la pointe, plus facile est leur plantage dans le sol (sachant que celles-ci sont traditionnellement enfoncées au pied par un opérateur). Parallèlement, de nouveaux systèmes ont été mis récemment sur le marché, 30 clans lesquels les capteurs sont annexés au boîtier électronique de conversion, ce qui a pour effet de supprimer les bretelles utilisées avec les géophones. Les capteurs de ce type sont généralement désignés par les termes capteurs numériques . Selon l'une ou l'autre des techniques de capteurs, pour recueillir les données géophysiques, on active une ou plusieurs sources sismiques en contact avec le sol pour propager des trains d'onde sismique omnidirectionnels. Les sources peuvent être constituées d'explosifs, de chutes de poids ou vibrateurs. Les trains d'onde réfléchis par les couches du sol sont détectés par les capteurs, qui génèrent un signal caractérisant la réflexion des ondes sur les interfaces géologique du sous-sol. On comprend donc qu'un paramètre important pour la précision des données géophysiques recueillies concerne le couplage des capteurs avec le sol, et plus précisément le couplage de la pointe avec le sol. De manière générale, lors de la conception des pointes de plantage, on cherche donc à atteindre un double objectif : la facilité de plantage et la qualité du couplage. Or, le plantage du capteur et la stabilité du couplage sont définis par les efforts résistifs générés par la pointe sur le sol. Aussi, pour faciliter le plantage, il est nécessaire de limiter l'effort de pénétration et de créer des zones d'ouverture du sol permettant d'agrandir le trou en venant tasser localement le sol. Limiter l'effort de plantage revient donc à diminuer les efforts résistifs de pénétration. Ces efforts sont normaux à la surface extérieure de la pointe. Pour les réduire, il faut minimiser la composante verticale de ces efforts, celles-ci s'opposant directement à l'effort de plantage. La qualité (stabilité) du couplage se caractérise quant à elle par l'aptitude du capteur sismique à conserver son plantage et son orientation, ceci en dépit des perturbations éventuelles agissant sur le terrain, telles que le vent, la traction du câble auquel le capteur est éventuellement relié, le passage de véhicules à proximité du capteur... La qualité du couplage repose sur un principe similaire à celui énoncé pour la facilité du plantage du capteur (mais appliqué de façon inverse). En effet, pour conserver le plantage, il faut maximiser l'effort résistif de déplantage. Cet effort provient de deux sources : - frottement du sol avec la pointe ; composantes verticales opposées au déplantage. Dans le cas des géophones, comme indiqué précédemment, la tendance est d'augmenter la longueur de la pointe et de procurer à celle-ci un profil très effilé, ceci en vue de limiter au maximum les efforts résistifs de pénétration. On obtient de cette façon une pointe qui peut être aisément plantée dans le sol, ceci sans effort de la part de l'opérateur qui installe le réseau de capteurs. En revanche, on constate que ces pointes sont sujettes aux vibrations, et peuvent même, pour certaines longueurs de pointes, entrer en résonance. Bien entendu, ces vibrations constituent des données parasites nuisant à la qualité des données géophysiques recueillies. Dans le cas des capteurs numériques, ceux-ci présentent un pied à enfoncer présentant des dimensions (tant en hauteur qu'en diamètre) notablement supérieures à celles des pointes des géophones, ceci du fait notamment de l'intégration dans le capteur d'un nombre de composants plus important que dans les géophones. Dans la pratique, on déplore une relative fragilité des capteurs numériques en cas de chocs (par exemple lors d'une chute du capteur) s'exerçant sur le pied du capteur. Par ailleurs., les dimensions de ces capteurs numériques sont telles qu'elles obligent les opérateurs assurant leur mise en place dans le sol à réaliser un avant-trou préalablement au plantage du capteur dans le sol. Bien entendu, cette opération consistant à réaliser les perçages d'avant-trous tend à augmenter la durée de la phase de mise en place du réseau de capteurs, ce qui, par conséquent, tend également à en augmenter son coût. De plus, le perçage d'un avant-trou préalablement au plantage du capteur rend aléatoire le couplage du capteur avec le sol. En effet, plusieurs phénomènes sont susceptibles de nuire au couplage du capteur avec le sol, parmi lesquels : - la densité du sol est localement modifiée du fait du perçage, ce qui tend à ameublir le sol dans l'entourage du capteur et à engendrer une instabilité de ce dernier dans le sol ; - l'avant-trou est réalisé avec plus ou moins de soin de la part de l'opérateur et/ou plus ou moins rapidement, l'avant-trou réalisé pouvant par conséquent présenter une hauteur et/ou un diamètre variable, voire une forme tronconique, au point d'obtenir un avant-trou de forme inappropriée à un couplage efficace du capteur avec le sol. Par ailleurs, que ce soit dans le cas des géophones ou dans le cas des capteurs numériques, les pieds de plantage offrent généralement une faible résistance au déplantage, ce qui peut entraîner des situations préjudiciables à la bonne acquisition de données géophysiques, voire nécessiter des tournées de contrôle pour éventuellement remettre dans le sol les capteurs sismiques déplantés . L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un capteur sismique présentant une pointe de plantage permettant d'améliorer tant la facilité de plantage que la qualité du couplage au sol du capteur sismique. En ce sens, un objectif de l'invention est de fournir un tel capteur sismique dont la pointe assure une meilleure qualité de contact avec le sol comparée aux solutions de l'art antérieur. L'invention a également pour objectif de fournir un tel capteur sismique dont la pointe offre une plus grande résistance au déplantage que les solutions connues de l'art antérieur. L'invention a aussi pour objectif de fournir un tel capteur sismique dont la pointe assure une grande stabilité du capteur sismique dans le sol. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel capteur sismique dont la pointe s'avère simple de conception, facile à mettre en oeuvre et peu coûteuse à réaliser. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un capteur sismique, du type comprenant un corps intégrant des moyens de détection et/ou de mesure d'ondes, et, dans le prolongement dudit corps, une pointe de plantage dans le sol, ladite pointe s'étendant entre une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, caractérisé en ce que ladite pointe présente au moins deux ailes procurant ensemble un profil en V à ladite pointe, lesdites ailes présentant entre elles au moins une cavité s'étendant de ladite extrémité supérieure jusqu'au voisinage de ladite extrémité inférieure. Ainsi, une pointe de plantage selon l'invention présente de nombreux avantages parmi lesquels : les ailes de la pointe procurant à celle-ci un profil en V constituent des éléments saillants de nature à favoriser le plantage de la pointe dans le sol ; les cavités entre les ailes tendent à : limiter l'effort résistif au plantage ; - augmenter la surface de contact de la pointe avec le sol, et par conséquent à augmenter les frottements de la pointe avec le sol, ce qui contribue à engendrer un effort résistif vis-à-vis du déplantage du capteur sismique. On comprend en effet que, le couplage étant directement dépendant de la surface de la pointe en contact avec le sol, l'augmentation de la surface de la pointe en contact avec le sol optimise le couplage du capteur. La longueur de la pointe combinée aux raidisseurs latéraux que constituent les ailes contribue donc à l'amélioration du couplage. De plus, une pointe selon l'invention contribue également à améliorer la stabilité du capteur sismique dans le sol, ceci particulièrement en bloquant le capteur en rotation grâce à la création d'un effort résistif tangentiel au rayon de la pointe de par la présence des ailes. Ceci s'avère d'autant plus intéressant dans le cas des capteurs numériques qui intègrent classiquement des moyens de détection d'ondes bidirectionnelles voire tridimensionnelles. Dans ce cas, il est donc particulièrement important de maintenir l'orientation des capteurs dans le sol. On note que, concernant les capteurs numériques, on peut désormais grâce à l'invention planter ces capteurs sans qu'il soit nécessaire de procéder à un avant- trou. On note par ailleurs, qu'il est tout à fait possible avec une pointe selon l'invention de lui donner une hauteur permettant d'améliorer la tenue en chute des capteurs sismiques, et en particulier des capteurs numériques relativement fragiles comme précisé précédemment. Selon une solution avantageuse, lesdites ailes comprennent des moyens de retenue de ladite pointe dans le sol, ces moyens de retenue prenant préférentiellement la forme d'un élargissement desdites ailes en direction de la dite extrémité inférieure. De cette façon, on améliore considérablement la capacité du capteur sismique à être maintenu dans le sol, et donc à résister à des efforts de déplantage. En effet, l'élargissement des ailes en direction de l'extrémité inférieure de la pointe tend à opposer au sol une composante verticale directement opposée au déplantage, ceci par la présence de dépouilles négatives sur les ailes dont l'épaisseur est plus importante en base de pointe qu'en haut de pointe. Le couplage d'un tel capteur sismique avec le sol s'avère donc considérablement augmenté par rapport aux solutions de l'art antérieur. Avantageusement, lesdites ailes présentent une largeur croissante à partir de ladite extrémité supérieure jusqu'au voisinage de ladite extrémité inférieure. Ainsi, on tend à opposer au déplantage du capteur une composante verticale s'exerçant sur le sol, ceci de façon répartie sur toute la hauteur de la pointe ou quasiment. Selon un premier mode de réalisation, le capteur sismique présente deux ailes diamétralement opposées. Selon un deuxième mode de réalisation, le capteur sismique présente trois ailes réparties à 120 . Selon un troisième mode de réalisation, le capteur sismique présente quatre ailes réparties à 90 . Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, lesdites cavités présentent une section transversale incurvée d'une aile à l'autre. Ainsi, après plantage du capteur, le sol tend, de par son élasticité, à venir s'appliquer sur toute la surface incurvée des cavités. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ledit corps présente une extrémité de base tronconique, lesdites ailes formant entre elles un V d'angle sensiblement égal à celui du tronc de cône de ladite extrémité de base tronconique. Ainsi, la pointe s'inscrit dans un cône directement dans la continuité de la base tronconique du corps du capteur, favorisant le plantage du capteur non seulement sur toute la hauteur de la pointe mais également sur une partie inférieure du corps du capteur. L'invention concerne également une pointe de plantage destinée à être rapportée sur un capteur sismique, caractérisée en ce qu'elle présente au moins deux ailes procurant ensemble un profil en V à ladite pointe, lesdites ailes présentant entre elles au moins une cavité s'étendant d'une extrémité supérieure de ladite pointe jusqu'au voisinage d'une extrémité inférieure de ladite pointe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif et des dessins annexés parmi lesquels : la figure I est une représentation schématique d'une pointe de capteur sismique selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de côté d'un capteur sismique équipé d'une pointe selon l'invention ; la figure 3 est une vue de côté d'une pointe de plantage selon l'invention ; les figures 4 et 5 sont deux vues en perspective d'une pointe de plantage selon l'invention ; - la figure 6 est une vue de dessous d'une pointe de plantage selon l'invention ; la figure 7 est une vue d'une pointe de plantage selon l'invention, selon la coupe BB indiquée sur la figure 6 ; -la figure 8 est une vue d'une pointe de plantage selon l'invention, selon la coupe AA indiquée sur la figure 6. Tel qu'indiqué précédemment, le principe de l'invention réside dans le fait d'équiper un capteur sismique d'une pointe présentant des ailes en V et des cavités s'étendant sensiblement de bas en haut de la pointe entre les ailes. En référence à la figure 2, un capteur sismique comprend un corps 1 intégrant des moyens de détection et/ou de mesure d'ondes, ainsi qu'une pointe de plantage 2 s'étendant dans le prolongement du corps 1, à la base de celui-ci. On note que, l'invention s'applique tant aux géophones qu'aux capteurs dits numériques. Dans le cas des géophones, le corps du capteur intègre un moyen de détection d'ondes unidirectionnelles, le corps du capteur étant relié par un réseau numérique filaire à un boîtier électronique relié lui-même à d'autres géophones. Dans le cas des capteurs numériques, le corps du capteur intègre plusieurs composants de détection d'ondes, chacun dédié à la détection d'une orientation particulière d'oncles, le corps intégrant également un convertisseur analogique numérique, voire un émetteur et une batterie d'alimentation autonome. Selon le principe de l'invention, la pointe de couplage du capteur sismique comprend au moins deux ailes 21 procurant ensemble un profil en V à la pointe (tel que cela apparaît clairement sur les figures 1, 2, 3 et 8), et des cavités 22, chacune de ces cavités s'étendant entre les ailes 21, de l'extrémité supérieure à l'extrémité inférieure (ou quasiment) de la pointe. On note que le nombre d'ailes peut varier en fonction des besoins (notamment en fonction de la nature du sol dans lequel la pointe est destinée à être plantée). Ainsi, un capteur sismique selon l'invention peut, selon différents modes de réalisation, présenter : - deux ailes 21 diamétralement opposées ; - trois ailes 21 réparties deux à deux à 120 autour de l'axe de révolution de la pointe ; - quatre ailes réparties deux à deux à 90 autour de l'axe de révolution X de la pointe (cas du présent mode de réalisation ). Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les ailes 21 présentent un élargissement en direction de leur extrémité inférieure, cet élargissement allant, selon le présent mode de réalisation, croissant de l'extrémité supérieure à l'extrémité inférieure de la pointe. De cette façon, tel que cela apparaît sur la figure 1, les ailes opposent au sol un effort résistif F selon une direction orthogonale de leur surface radiale, cet effort F se décomposant en une composante FI horizontale et une composante F2 verticale, cette dernière s'opposant au retrait (déplantage) de la pointe à partir du sol. Un tel élargissement des ailes constitue par conséquent des moyens de retenue de la pointe dans le sol. Par ailleurs, on note en référence aux figures 4 et 6, on note que les cavités 22 présentent une section transversale incurvée d'une aile à l'autre. Plus précisément, les cavités 22 présentent une première portion 221 qui s'étend à partir de l'extrémité inférieure de la pointe, qui rejoint une deuxième portion 222 qui s'évase en direction de l'extrémité supérieure de la pointe. Cette deuxième portion 222 exerce une double fonction : - une fonction de rigidité de la pointe ; - une fonction de liaison des ailes avec l'extrémité supérieure de la pointe. En outre, selon le présent mode de réalisation, le corps 1 du capteur sismique présente à sa base une portion tronconique I l (figure 2). Parallèlement, considérant que le bord des ailes 21 constitue une génératrice d'un cône de révolution dans lequel s'inscrit la pointe (tel que cela apparaît sur la figure 8), l'angle de ce cône de révolution dans lequel s'inscrit la pointe est égal (ou à tout le moins proche) à celui du tronc de cône l 1 à la base du corps 1. En référence aux figures 7 et 8, la pointe intègre en sa partie superieure un alésage fileté 23 permettant sa solidarisation avec une vis solidaire du corps du capteur. Une pointe de plantage de capteurs sismiques telle que celle qui vient d'être décrite sera préférentiellement obtenue par un procédé de fonderie, et pourra être également obtenue par moulage, voire par usinage.15 REVENDICATIONS 1. Capteur sismique, du type comprenant un corps intégrant des moyens de détection et/ou de mesure d'ondes, et, dans le prolongement dudit corps, une pointe de plantage dans le sol, ladite pointe s'étendant entre une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, caractérisé en ce que ladite pointe présente au moins deux ailes procurant ensemble un profil en V à ladite pointe, lesdites ailes présentant entre elles au moins une cavité s'étendant de ladite extrémité supérieure jusqu'au voisinage de ladite extrémité inférieure. 2. Capteur sismique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites ailes comprennent des moyens de retenue de ladite pointe dans le sol. 3. Capteur sismique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de retenue prennent la forme d'un élargissement desdites ailes en direction de ladite extrémité inférieure. 4. Capteur sismique selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites ailes présentent une largeur croissante à partir de ladite extrémité supérieure jusqu'au voisinage de ladite extrémité inférieure. 5. Capteur sismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il présente deux ailes diamétralement opposées. 6. Capteur sismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il présente trois ailes réparties à 120 . 7. Capteur sismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il présente quatre ailes réparties à 90 . 8. Capteur sismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites cavités présentent une section transversale incurvée d'une aile à l'autre. 9. Capteur sismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit corps présente une extrémité de base tronconique,lesdites ailes formant entre elles un V d'angle sensiblement égal à celui au troncde-cône de ladite extrémité de base tronconique. 10. Pointe de plantage destinée à être rapportée sur un capteur sismique, caractérisée en ce qu'elle présente au moins deux ailes procurant ensemble un profil en V à ladite pointe, lesdites ailes présentant entre elles au moins une cavité s'étendant d'une extrémité supérieure de ladite pointe jusqu'au voisinage d'une extrémité inférieure de ladite pointe. IO