Brevet FR2928743A1 — publié le 20090918

PROCEDE D'IMMUNISATION MAGNETIQUE, NOTAMMENT POUR BATIMENTS NAVALS La présente invention se rapporte aux procédés qui permettent d'obtenir une immunisation magnétique des objets, notamment des bâtiments navals. Tout objet comportant des pièces en matériau 5 ferro-magnétique, c'est-à-dire le plus souvent en acier, modifie localement le champ terrestre dans lequel il est plongé. On peut ainsi détecter la présence de cet objet dans des buts divers, par exemple pour mettre à feu une mine destinée à le détruire. Cette pratique est particulièrement utilisée dans le domaine de la lutte anti-sous-marine Pour se défendre contre les dispositifs fondés sur un tel phénomène on peut munir les objets à protéger d'un système dit d'immunisation qui permet de réduire la perturbation magnétique du champ terrestre créée par l'objet, cette perturbation étant également appelée "signature magnétique". Là aussi cette pratique est particulièrement utilisée pour protéger les navires, notamment les navires de guerre tels que les dragueurs de mines et les sous-marins, et nous limiterons la suite de cette description à de tels navires, bien que l'invention puisse s'appliquer à tous genres d'objets. Classiquement ces systèmes d'immunisation sont constitués d'un certain nombre de circuits électriques formant des boucles autour du bâtiment et dans lesquels circulent des courants continus d'intensité prédéterminée. L'intensité du courant dans chaque boucle d'immunisation est déterminée dans une station d'immunisation fixe où l'on mesure la signature magnétique du bâtiment. On détermine alors par le calcul la valeur des courants dans les boucles nécessaires pour minimiser 10 15 20 25 cette signature. On mesure de nouveau la signature lorsque les courants ont la valeur ainsi déterminée, et après un certain nombre d'itérations on arrive à un résultat satisfaisant. La qualité de ce résultat est très bonne, mais la station fixe est une installation de grande envergure comportant un matériel lourd, et les opérations d'immunisation par elles-mêmes prennent un temps considérable. L'immunisation ainsi déterminée varie dans le temps, en particulier parce que le champ local auquel est exposé le bâtiment joue le rôle d'un champ inducteur qui modifie l'aimantation des parties ferro-magnétiques. L'effet d'hystérésis bien connu de ces matériaux entraîne des variations impossibles à prévoir de l'aimantation du bâtiment et donc des changements de la signature magnétique. Ces changements ne peuvent qu'augmenter celle-ci puisqu'elle a été auparavant rendue minimale. Les variations du champ local proviennent en particulier des déplacements du bâtiment, puisque le champ magnétique terrestre est variable en intensité et en direction 20 selon la position où l'on se trouve à la surface de la terre. Un bâtiment naval étant destiné à priori à naviguer pour se rendre en un point quelconque de l'océan, il est nécessaire de pouvoir vérifier, de préférence à tout moment, la qualité de l'immunisation magnétique, et de corriger celle-ci lorsque sa dégradation devient trop Importante. On sait opérer ce contrôle et régler de nouveau l'immunisation à l'aide d'une station mobile embarquée sur un bâtiment de soutien logistique. Cette procédure est elle-même très lourde et nécessite de disposer d'une période sans alerte relativement longue. On ne peut donc pas la mettre en oeuvre très souvent et en particulier cela est d'autant moins facile que l'on est plus proche du théatre d'opérations, alors que c'est justement là que les risques encourus sont les plus grands. Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un dispositif d'immunisation dans lequel on mesure les variations 25 30 35 locales de l'immunisation, par rapport aux valeurs réglées sur une installation fixe, à l'aide de gradientmètres qui permettent de localiser avec précision la source de ces variations locales et de déterminer les variations de courant à faire circuler dans les boucles les plus proches de ces variations pour rétablir une immunisation correcte. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent : - la figure 1, une vue schématique d'un dispositif selon l'invention, limité à deux boucles ; - la figure 2, une vue schématique d'une boucle et de son dispositif d'alimentation ; - la figure 3, une vue schématique d'un bâtiment muni de l'ensemble de ses boucles d'immunisation ; et - la figure 4, un schéma d'un dispositif selon l'invention réalisé de manière numérique. Comme représenté schématiquement sur la figure 1, un bâtiment 10 est muni d'un certain nombre de boucles d'immunisation. Pour simplifier la figure, on n'a représenté sur celle-ci que deux boucles 110 et 120 situées dans un plan vertical yOz et dont l'action s'exerce selon l'axe de roulis Ox. Bien entendu le navire comprend un grand nombre de boucles réparties tout le long de la coque de manière à compenser l'aimantation non seulement selon l'axe de roulis Ox mais selon l'axe de tangage Oz et l'axe de lacet Oy. Ces boucles sont réparties tout le long de la coque pour compenser l'influence de celle-ci et leur emplacement exact est déterminé pour que certaines d'entre elles entourent le mieux possible les grosses sources de perturbations magnétiques, les moteurs par exemple. Les courants qui parcourent ces boucles sont calibrés sur une station de mesure située à poste fixe et sont ensuite maintenus pendant toute la durée des opérations du bâtiment jusqu'à la prochaine calibration. Toutefois, comme exposé plus haut, l'aimantation des différentes pièces du bâtiment varie de manière non prévisible, et la calibration initiale de ces courants ne reste pas adéquate. On constate que le plus souvent ces modifications d'aimantation sont localisées sous forme d'anomalies magnétiques qui se situent généralement auprès des grosses pièces magnétisables telles que les moteurs. Il n'est donc pas nécessaire de modifier le courant dans toutes les boucles, mais seulement dans celles situées le plus près de ces anomalies magnétiques. Ceci est particulièrement intéressant parce que bien entendu les actions des différentes boucles réagissent les unes sur les autres. C'est d'ailleurs ce qui rend la procédure d'immunisation initiale sur la base fixe particulièrement longue et compliquée. Si donc on peut se contenter de déterminer avec précision la localisation de l'anomalie magnétique, on ne procédera qu'à un réglage du courant dans la boucle la plus proche de cette anomalie magnétique jusqu'à remettre les choses en ordre, sans agir sur les autres boucles. Les sondes mesurant la valeur du champ magnétique sont bien entendu sensibles non seulement au champ terrestre et aux diverses influences des masses ferro-magnétiques du bâtiment, mais à l'influence de toutes les boucles d'immunisation du bâtiment. Il serait tentant alors, pour pouvoir déterminer la boucle sur laquelle il convient d'intervenir, de placer par exemple un magnétomètre au centre de chacune des boucles et d'agir ainsi sur la boucle, ou éventuellement les boucles, pour laquelle le magnétomètre correspondant donnerait la déviation la plus importante par rapport à la valeur de consigne obtenue lors de la calibration initiale. Cette solution n'est pas en général possible puisque, comme on l'a dit plus haut, on a pris soin de placer les boucles là où leur action est la plus nécessaire, c'est-à-dire essentiellement autour des grosses pièces ferro-magnétiques. Le volume à l'intérieur des boucles étant ainsi occupé par ces pièces, il n'est plus possible d'y placer un magnétomètre, et même si cela était possible l'influence de la masse magnétique diminuerait considérablement la sensibilité du magnétomètre aux différentes perturbations. Comme il faut donc éloigner la sonde de mesure de la boucle, cette sonde devient sensible de manière trop importante au champ des autres boucles. Selon l'invention, pour éviter au mieux l'effet de l'influence des autres boucles on utilise comme sonde de mesure 10 un gradientmètre de champ magnétique. En effet le champ magnétique décroît selon une loi 1/r3 alors que le gradient de ce champ magnétique décroît selon une loi 1/r4. Ceci permet donc d'individualiser plus facilement les anomalies magnétiques. Ainsi donc, en se reportant à la figure 1, on a placé 15 le plus près possible des boucles 110 et 120, compte tenu de l'encombrement à l'intérieur de la coque du bâtiment, des gradientmètres 111 et 121. Les signaux de ces gradientmètres sont appliqués à un circuit électronique 11 qui détermine les variations des gradients du champ magnétique selon l'axe Ox, à l'emplacement de ces gradientmètres, par rapport aux valeurs de consigne obtenues après la calibration initiale. Le système électronique 11 détermine en fonction de ces écarts les variations de courant à appliquer aux boucles 110 et 120 pour revenir à la situation initiale dans laquelle les gradients ont sensiblement la valeur déterminée lors de la calibration. Selon l'invention l'usage de gradientmètres permet de découpler les différentes actions sur les bobines, de telle manière que les rétroactions déterminées par le circuit électronique 11 soient indépendantes les unes des autres pour chacun des ensembles boucle/gradientmètre. C'est la variation de la sensibilité en distance des gradientmètres qui permet d'obtenir ce résultat, et l'on constate en effet une convergence de l'ensemble du sytème pour revenir vers une immunisation globale correcte, sans que les différentes actions des boucles 20 25 30 35 n'interfèrent les unes sur les autres au risque de faire diverger l'ensemble. On a représenté de manière très schématique sur la figure 2 un ensemble boucle 110/gradientmètre 111 muni des 5 circuits qui lui sont propres dans le système électronique 11. Le gradientmètre 111 mesure la valeur du gradient et délivre cette valeur à l'entrée + d'un amplificateur différentiel à grand gain 112 dont l'entrée - est connectée à une tension de consigne Vg correspond à la valeur du gradient 10 déterminé lors de la calibration. Tant que la mesure est sensiblement égale à Vg, le signal de sortie de l'ampli 112 reste nul. Ce signal est appliqué à l'entrée - d'un amplificateur de puissance 113 à gain relativement faible dont l'entrée + est reliée à une tension de consigne de valeur VI. Cette valeur VI est telle que l'amplificateur de puissance délivre lorsque son entrée - est à 0 un courant I qui est appliqué à la boucle 110 et dont la valeur est égale à celle déterminée lors de la séquence de calibration. Lorsque la valeur du gradient varie, la tension en 20 sortie de l'amplificateur 112 varie corrélativement, mais dans des proportions beaucoup plus importantes. Sous l'effet de ces variations de tension, l'amplificateur de puissance 113 délivre un courant supplémentaire 1 qui vient se superposer à I. L'action de ce courant 1 dans la boucle 110 vient contrecarrer 25 l'action de l'anomalie magnétique qui a modifié le gradient détecté par le gradientmètre 111. Le signal de celui-ci tend à revenir vers la valeur de consigne Vg. On reconnait là l'action d'un servo-mécanisme qui tend à régler le courant 1 pour maintenir le gradient à la valeur de consigne, compte tenu 30 d'un léger signal d'erreur nécessaire pour maintenir le courant 1. On a représenté sur la figure 3 un exemple de réalisation dans lequel le bâtiment est par exemple un dragueur de mines muni d'un ensemble complet de boucles d'immunisation 35 comprenant 7 boucles transversales 110, 4 boucles horizontales 15 10 15 20 25 30 35 210 et 2 boucles verticales 310. A chacune de ces boucles est associé un gradientmètre qui mesure le gradient dans l'axe du trièdre Oxyz correspondant à la normale au plan de la boucle considérée. Il y a ainsi 7 gradientmètres 111 associés aux boucles 110 et mesurant le gradient selon l'axe Ox, 4 gradientmètres 211 associés aux boucles 210 et mesurant les gradients selon l'axe Oz et deux gradientmètres 311 associés aux boucles 310 et mesurant les gradients selon l'axe Oy. Bien entendu les dispositifs qui ont été ainsi décrits peuvent être réalisés de manière numérique, comme c'est la tendance actuelle. On pourra ainsi utiliser pour alimenter les boucles d'immunisation des générateurs de courant à commande numérique. Un tel système permet en outre d'améliorer les résultats de l'immunisation d'une part en se libérant de la contrainte consistant à placer les gradientmètres près des boucles auxquelles ils sont associés, et même en dissociant complètement les gradientmètres des boucles, et d'autre part en tenant compte des interactions des boucles les unes sur les autres. Pour cela on utilise par exemple un système tel que représenté en figure 4, dans lequel un ensemble de gradientmètres sont répartis dans le bâtiment à immuniser et sont situés de préférence à proximité des endroits où le risque d'aimantation localisée est le plus grand. Les signaux de ces gradientmètres G1 à GN sont appliqués à un multiplexeur 41 qui joue également le rôle de convertisseur analogique-numérique. Comme on le sait, les gradientmètres sont de manière très générale formés de deux sondes de champ situées sur un même axe et dont on mesure la différence des signaux. Un tel gradientmètre permet donc d'obtenir également sans aucune complication supplémentaire la valeur du champ à l'endroit où l'on mesure le gradient. Ces valeurs de champ H1 à HN sont également appliquées au multiplexeur 41. Les signaux numériques représentant les N valeurs du champ et les N valeurs des gradients sont ensuite appliqués à une unité de calcul 42 qui permet de déterminer l'emplacement et la valeur d'une anomalie magnétique éventuelle, voire de plusieurs anomalies magnétiques. A partir de ces résultats la même unité de calcul détermine les valeurs des courants à appliquer aux boucles magnétiques. Ces valeurs sont envoyées dans un démultiplexeur 43 qui les sépare et les adresse à un ensemble d'alimentations à commande numérique 44.1 à 44.M, lesquelles alimentent les boucles 11.1 à 11.m. En effet dans ce mode de réalisation il n'est plus absolument nécessaire d'avoir autant de gradientmètres que de boucles puisque ceux-ci peuvent être dissociés de celles-là. Le processus est alors le suivant : - Les valeurs des gradients sont scrutées en permanence par le calculateur en fonction des valeurs initiales mémorisées lors de la procédure d'immunisation de base. - Dès qu'un gradient varie d'une manière significative, le calculateur détermine, à partir d'un modèle mathématique du champ magnétique, l'emplacement et la valeur de l'anomalie magnétique à l'origine de cette variation. Ce calcul est effectué d'abord sur les données provenant du gradientmètre donnant le signal d'erreur le plus fort, puis sur les données provenant des autres gradientmètres sur lesquels les mesures sont significatives. On utilise ensuite un processus de moyennage et éventuellement d'itération sur l'ensemble de ces résultats, ce qui permet d'obtenir avec une grande précision la localisation de l'anomalie magnétique. Cette anomalie étant repérée, le calculateur procède alors au calcul des courants à introduire dans les boucles pour la corriger. Pour cela il détermine la boucle la plus proche de 30 l'anomalie et calcule les variations à apporter au courant injecté dans cette boucle. Si l'anomalie est à des distances comparables de deux boucles, il calcule une répartition du courant dans ces deux boucles. Comme le modèle mathématique ne peut jamais 35 représenter exactement une telle anomalie, lorsque les courants 10 15 20 25 en question sont établis dans les boucles il subsiste une certaine déviation, généralement légère, des valeurs des gradients par rapport aux valeurs de base. Le calculateur procède alors à une itération de ces calculs, et lorsque cette itération converge vers un écart irréductible des gradients il détermine éventuellement de légères corrections des courants des autres boucles pour tenter de diminuer au maximum cet écart. A titre d'exemple on peut modeliser une anomalie magnétique par un dipôle magnétique de moment M. Dans ce cas les expressions du champ et du gradient suivant une direction Ox sont données par : 1 N aH 1 3N 8 x et x x (1) x 2A x3 3x 2rt x4 On en déduit donc l'abcisse x de la position du centre du dipôle par la formule : 3H x = ù x (2) aexi ax Un calcul identique selon les autres axes donne les valeurs de y et de z. Connaissant alors les coordonnées dans l'espace de la position de l'anomalie, on détermine très facilement les trois boucles orientées selon les trois directions 0 xyz qui sont les plus proches de cette anomalie. Pour compenser l'anomalie magnétique, il suffit que les boucles soient parcourues par un courant tel que ces boucles aient des moments magnétiques égaux à -Mx, -My, -Mz. Les courants sont donc obtenus en calculant Mx, My, Mz à partir des formules (1) et des valeurs de x, y, z puis en appliquant les formules élémentaires de l'électromagnétisme aux boucles. Ainsi, en première approximation, si AB est la surface équivalente du bobinage formant la boucle orientée 20 25 30 35 10 suivant Ox, la variation de courant qui compense l'anomalie est -Mx/AB. Il est bien entendu tout à fait possible de pousser plus loin la modélisation des anomalies, de manière à obtenir 5 une compensation meilleure. REVENDICATIONS 1. Procédé d'immunisation magnétique, notamment pour bâtiments navals (10), dans lequel on utilise un ensemble de boucles conductrices (110, 120) parcourues par des courants dont l'intensité est déterminée dans une phase de calibration pour compenser à ce moment l'influence magnétique, caractérisé en ce que l'on utilise un ensemble de capteurs (111, 121) pour déterminer la position d'au moins une anomalie magnétique venant ultérieurement perturber cette compensation, et que l'on modifie le courant dans au moins la boucle (110) la plus proche de cette anomalie en fonction des mesures des capteurs pour compenser ladite anomalie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boucle (110) est associée à un capteur (111) placé au plus près de cette boucle. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les capteurs (111-121) permettent de mesurer le gradient du champ magnétique là où ils sont placés. 4. Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'on modifie le courant dans la boucle (110) associée au gradientmètre (111) proportionnellement à la variation du signal de ce gradientmètre pour annuler cette variation par asservissement en contre-réaction. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque capteur (111) permet de mesurer simultanément le champ et le gradient de champ magnétique là où il est placé, et que l'on utilise des moyens de calculs (42) pour déterminer, avec un modèle mathématique, les moments magnétiques de l'anomalie magnétique et pour déterminer le courant dans ladite boucle (110) afin qu'il compense les moments magnétiques de 30 cette anomalie. 10 15 20 25 5 15 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le nombre des capteurs (111-121) et leurs positions ne sont pas liés aux nombres et aux positions des boucles (110, 120). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'on détermine d'abord le courant dans la boucle (110) la plus proche de l'anomalie pour minimiser l'influence de cette anomalie, puis que l'on détermine ensuite le courant dans les boucles successivement plus éloignées de l'anomalie pour parfaire la compensation. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le modèle est un modèle dipolaire. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens de calculs (42) fonctionnent de manière numérique. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on effectue les mesures et les compensations selon trois axes tri-rectangles.