CA1096032A - Determination des caracteristiques dimensionnelles de la partie immergee des icebergs - Google Patents
Determination des caracteristiques dimensionnelles de la partie immergee des icebergsInfo
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Abstract
L'invention concerne un dispositif et une méthode pour déterminer la configuration géométrique de la partie immergée des icebergs et leur tirant d'eau dans laquelle on immerge en position fixe au moins une ligne de transducteurs acoustiques comprenant au moins un organe capable d'émettre des signaux acoustiques vers la surface de l'eau et une pluralité de récepteurs acoustiques. On met d'abord en état d'alerte cette ligne de transducteurs à l'approche d'un iceberg; on commande alors à intervalles réguliers l'émission de signaux acoustiques à partir de l'organe d'émission, certains de ces signaux étant réfléchis par la partie immergée de l'iceberg et atteignant les récepteurs acoustiques; on détecte les signaux réfléchis, on détermine leurs temps de transit entre l'organe d'émission et certains au moins des récepteurs de la ligne, situés de part et d'autre dudit organe d'émission, et on en déduit les distances correspondantes parcourues par les signaux acoustiques connaissant leur vitesse de propagation dans l'eau. On répète ensuite les étapes de commande et de détection et on détermine un ensemble de valeurs comprenant la valeur minimale des temps de transit, pour un même signal émis, correspondant sensiblement au passage du point le plus bas de l'iceberg dans un plan vertical. On déduit enfin de l'ensemble de valeurs minimales des temps de transit, la configuration géométrique de la partie immergée de l'iceberg en section par le plan vertical, ainsi que le tirant d'eau de l'iceberg.
Description
1~6~3Z
L~ pr~sente invention concerne une méthode et un dispositif pour déterminer la configuration géométrique de la partie immergée des icebergs et leur tlrant d'eau.
LR connaissance des caractéristiques dimensionnelles de la partie S immergée des icebergs et de leur tirant d'eau est, en particulier, importante lors d'opérations de forage ou de production d'hydrocarbures en mer dans les zones où dérivent des icebergs, car ces derniers, lorsqu'ils passent sur les lieux où sont effectuéesces opérations, sont susceptibles d'arracher les installations sous-marines telles que les têtes de puits et les éléments qui les surmontent.
On a déjà préconisé d'utiliser,pour étudier la partie immergée des icebergs,des dispositifs émetteurs-récepteurs d'ondes acoustiques du type sonar.
Suivant une première méthode on descend dans l'eau depuis un navire, ~ proximité immédiate de 1'iceberg, un sonar à émission latérale dont le faisceau ultra-sonore balaie la paroi de l'iceberg dans un plan horizontal défini par la profondeur d'immersion du sonar. Cette méthode donne des résultatsimprécis, notamment au voisinage de la base de l'iceberg, en raison d'échos parasites provenant du fond de l'eau.
Par ailleurs l'application de la méthode n'est possible que si les conditions météréologiques sont favorables et elle présente des dan~ers certains, car l'approche d'un iceberg avec une embarcation est toujours dangereuse (risques de collision avec l'iceberg, de retournement de celui-ci).
Une autre méthode consiste à placer au fond de l'eau un réseau de t8tes sonar balayant la zone à surveiller. Cependant cette méthode implique un appareillage électronique complexe et par ailleurs un tel balayage de la partie immergée de l'iceberg par les faisceaux acoustiques peut laisser s~bslster des "zones d'ombre", entrainant, en particulier, une incertitude sur la valeur du tirant d'eau de l'iceberg.
L'lnvention foornit une méthode et un appareillage plus simples ne comportant pas les inconvénients précédents et pouvant fournir des rensei~nements sur tous les icebergs traversant la zone surveillée.
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~96~32 Si on le désire, ces renseignements peuvent être transmis à ds grandes distances par tnLIs les temps.
La méthcde selon l'invention dans laquelle on immerge en position fixe au moins une ligne de t~ansducteurs acoustiques comprenant au moins un organe capable d'émettre des signaux acoustiques vers la surfare de l'eau et une plu-ralité de récepteurs acoustiques est caractérisée par la combinaison des étapes successives suivantes : .
a) on met en état d'alerte cette ligne de transducteurs à l'approche d'un iceberg, b~ on commande alors à intervalles réguliers l'~mission de signaux acoustiques à partir dudit organe d'émission, certains de ces signaux étant r~fléchis par la partie immergée de l'iceberg et atteignant les récepteurs acoustiques, c) on détecte lesdits signaux réfléchis, on détermine leur temps de transit entre l'organe d'émission et certains au moins des recepteurs de la ligne, situés de part et d'autre dudit organe d'émission, et ~n en déduit les distances correspondantes parcourues par les si~na~lx acoustiques, connaissant leur vitesse de propa~ation dans ~ l'eau.
d) on répète les étape~b ) et c) et on détermine un ensemble de-valeurs comprenant la valeur minimale desdits temps de transit, pour un même signal ~mis, correspondant sensiblement au passage tu point le plus bas de l'iceberg dans un plan vertical, et e) on déduit dudit ensemble de valeurs minimales des temps de transit, la configuration géométrique de la partie immerg~e de l'iceberg en section par ledit plan vertical, ainsi que le tirant d'eau de l'ice-berg.
Un exemple de réalisation de l'invention est illustré par les dessins annexés où
- la figure l illustre schématiquement la méthode selon l'invention, - les figures 2 et 3 montrent des enregistrements pouvant être obtenus en mettan- en oeuvre cette méthode, - la figure 4 illustre la détermlnation de la configuration géom~tri-que de la partie immergée d'un iceberg, en section par un plan vertical passant par son point le plus bas, - la figure 5 représente schématiquement un dispositif selon l'invention pour l'enregistrement d'informations sur la partie immergée des icebergs, - les figures SA et 5B montrent des exemples de périodicité de l'émission acoustique,respectiYement dans l'état de veille et dans l'état d'activité de ce dispositif, - la figure 6 illustre les moyens d'amplification des signaux acous-tiques reçus par l'appareillage, - la figure 7 montre un exemple d'enregistrement obtenu sur bande magnétique, - la figure 8 illustre un ensemble de circuits de traitement de ces informations, - la figure 9 seprésente schématiquement un dispositif de lecture des informations recueillies, et - la figure 10 illustre des moyens de détermination de la route suivie par l'iceberg.
. .
La figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation de l'inven-tion comportant une ligne de transducteurs acoustiques. Ces transducteurs , comprennent un ~metteur acoustique E et, de part et d'autre de cet ~metteur, unepluralité d'hydrophones (Rl, R2... R ) disposés sur le fond dè l'eau, sensiblement 8uivant une droite.
.
La figure représente également un iceberg I dont la direction de dérive P'P (indiquée en trait mixte) fait un angle avec celle de la ligne des transducteurs.
Ceux-ci devront être de types sensiblement omni-directionnels pour le demi-espace situé au-dessus du fond de l'eau, l'émetteur E émettant des 8ignaux acoustiques vers le haut (flèches) à une fréquence de préférence comprise entre 5 000 et 500 000 Hertz, de façon que ces signaux se propagent ; préférentiellement dans l'eau où ils se refléchissent sur les icebergs ( il n~y a pratiquement pas de propagation dans les couches géologiques situées sous le ~ond de l'eau à ces fréquences, donc pas de risque de réflexions parasites provenant de ces Fouches).
~......................................... .
' 1~96~32 On utilisera, par exemple, de 5 à 50 hydrophones espacés de lo à 1 000 ~ètres.
L'émetteur E pourra ne pas atre exactement situé sur la ligne d'hydro-phones, mais être placé au voisinage de cette ligne.
Plusieurs lignes de transducteurs pourront être utilisées, chacune d'elles comportant un ou plusieurs émetteurs acoustiques. Les lignes de transduc-teurs ne seront pas nécessairement droites, mais on pourra considerer qu'elles sont sensiblement rectilignes au voisinage de l'émetteur.
Certains au moins des transducteurs pourront être d'un type capable lo d'émettre et de recevoir des signaux acoustiques.
Lorsqu'un iceberg s'approche d'une ligne de transducteurs, telle que celle de la figure 1, on enregistre les intervalles de temps s'écoulant entre l'émission d'un signal acoustique t de durée égale à quelques millisecondes ) par un emetteur, tel que E, et sa réception par les différents hydrophones Rl, R2 ... Rn ~ après réflexion sur la partie immergée d'un iceberg. Connaissant la vitesse de propagation du son dans l'eau, on déduit de ces intervalles de temps les distances parcourues dans l'eau par le8 signaux acoustiques captés par les différents hydrophones et l'on porte ces distances sur un graphique où les différents transducteurs sont repérés 8ur une droite ~ des distances respectives proportionnelles à leur écartement dflns la ligne des transducteurs.
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La figure 2 montre un exemple d'enregistrement obtenu, d désignant la distance parcourue par les signaux.
, Les signaux recueillis correspondant à une réflexion acoustique par l'iceberg sont entourés de cercles sur la figure 2.
. . .
Chaque hydrophone recueille également un signal parasite correspon-dant ~ une réflexion par la surface de la mer.
.
De tels signaux parasites formant la bande b sur la figure 3 peuvent ' atre ~liminés en utilisant de façon connue avant l'enregistrement des "fenêtres"
supprimant ces signaux parasites à la réceptlon, le temps de parcours des 8ignaux acoustiques réfléc-nis par la surface de l'eau en l'absence d'iceberg ~ ' ' .
, 10~603Z
~tant connu pour chaque hydrophone, pour une profondeur d'eau donnée.
Un appareil de type connu~du type marégraphe, mesurant cette profondeur t'eau à l'endroit où est placée la ligne d'hydrophones, ou au voisinage de celle-ci,est relié au dispositif d'enregistrement pour décaler automatiquement 1~ position des"fenêtres" ci-dessus définies, en fonction des variations de la profondeur d'eau avec la marée.
La figure 3 montre les enregistrements successifs obtenus lorsqu'un lceberg s'approche du cordon d'hydrophones, le franchit, puis s'en éloigne. Pour .
chaque pcsiti~n de l'iceberg les signaux (échos) recus par les hydrophones se répartissent sur une courbe ayant un minimum (distance parcourue minimum correspondant à réflexion du signal acoustique sur la partie la plus basse de l'lceberg) On obtient ainsi des courbes Cl, C2, C3..., correspondant aux posi-tions successives de l'iceberg. Les minima de ces courbes peuvent permettre de déterminer sensiblement la route de l'iceberg, en appliquant une correction fonction de la vitesse de déplacement de celui-ci, de la manière qui sera indiquée plus loin.
Par ailleurs, à partir de signaux électriques représentant les temps de parcours dans l'eau des impulsions acoustiques, on reconstitue, selon l'inven~
tlon, la forme géométrique de la partie immerg~e de l'iceberg, en section par le plan vertical passant par l'émetteur et les récepteurs situés de part et d'autre de celui-ci à son voisinage.
En effet, le temps de parcours de chaque impulsion acoustique correspond au temps mis par cette dernière pour parcourir la distance minimale entre émette~r . et r~cepteur,avec une réflexion sur l'iceberg. Par conséquent, le point de reflexlon de cette impulsion sur l'iceberg se trouve sur un plan tangent à
l'ellipso~de de révolution ayant pour foyers l'émetteur et le récepteur et pour grand axe la distance d parcourue dans l'eau par l'impulsion acoustique.
On peut ainsi définir pour chaque émetteur acoustique autant d'ellipso~des qu'ily a de récepteurq en activité et à un instant donnéla partie immergée de l'ice-~ 30 berg constitue donc l'enveloppe (au sens géométrique du terme) de cette famille d'ellipsoides (certains de ces ellipsoldes sont en fait des sphères dans le casparticulier où un transducteur est à la fois émetteur et récepteur, ou bien lcrs-qu~ le récepteur est très voisin de l'émetteur).
9~;032 L'invention fournit avec une bonne approximation le contour de la sec-tion d'un iceberg en coupe par le plan vertical passant par la ligne d'hydropho-nes (Figure 4) au moment où le point le plus bas decet iceberg franchit ce plan vertical (moment correspondant au minimum minimorum du temps de propa-gation des impulsions acoustiques).
Ce contour est défini par la courbe r (Figure 4), enveloppe des ellipses ayant pour foyers un couple émetteur-récepteur, la longueur du grand axe de chaque ellipse étant égale à la distance parcourue par une impulsion acoustique entre l'émetteur et le récepteur acoustique cor.espondant à cette ellipse, ~
l'instant où le point le plus bas de l'iceberg franchit ie plan vertical défini ci-dessus (distance ~éduite du temps de propagation de cette impulsion) L'approximation sur le tracé du contour de la partie immergée de l'iceberg sera évidemment d'autant meilleureque lcs couples émetteur-récepteur sercnt plu3 nombreux.
La détermination de la courbe r ci-dessus fournit, en particulier, le tirant d'eau h de l'iceberg (Figure 4) La figure 5 représente le schéma des liaisons électriques entre les différents éléments d'un dispositif de détection des icebergs selon l'invention.On a supposé dans cet exemple de réalisation que deux des transducteurs peuvent ~' 20 être ~ volonté émetteur et récepteur de signaux acoustiques : les transducteurs E2 - R2 et E6 ~ R6 ; la commande de l'émission par l'un ou l'autre de ces transducteurs étant assurée par le commutateur (COM.)5.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention en réalisant un dispositif ;~ ayant un ou plusieurs émetteurs distincts des r~cepteurs acoustiques, ou dont tous les transducteurs pourraient à volonté être émetteurs et/ou récepteurset seraient ~ cet effet tous reliés au commutateur ( COM.)5.
Sur la figure 5, Rl, R2, R3, R4... Rn représentent les hydrophones recepteurs des signaux acouseiqoes refl~chls ~mis par El ou par Ez.
', ~
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1096032:
Comme les évènements détectés par le dispositif doivent être exclusivement les passages d'iceberg~, certains échos parasites, par exemple dûs à la réflexion des signaux par la surface de la mer, doivent être éliminés. Pour cela la pro-fondeur d'immersion du dispositif doit être connue et à cet effet, un marégraphe 1 pouvant être de tout type connu est installé sur la ligne d'hydrophones. Ce marégraphe donne à
tout instant la hauteur moyenne de la surface de la mer au dessus du fond.
- 10 _ La chaine d'~mission est constituée comme suit:
Un cadenceur électronique (SEQ~2 est capable de com-mander à plusieurs cadences un générateur d'impulsions élec-triques (GEN)3. La cadence est normalement une cadence de veille, par exemple un déclenchement toutes les 5 minutes, sauf au cas où un "évènement" vient d'être détecté par le détecteur (DET)14. Dans ce cas le déclenchement peut avoir lieu par exemple toutes les 30 secondes. Chaque déclenchement produit une série d'émissions électriques du générateur d'im-pulsions 3, celles-ci étant distribuées en séquence sur chacun , des emetteurs acoustiques par le communtateur (COM)5. Les figures 5a et 5b représentent l'émission, en fonction du temps t, lorsqu'on dispose, par exemple, de 3 émetteurs trans-ducteurs El, E2, E3 dans le cas de la veille (Figure 5a) et dans celui de la mesure et de l'enregistrement (Figure 5b) lors du passage d'un iceberg. Les signaux acoustiques réfléchis recueillis par les récepteurs Rl, R2...Rn sont transmis par fil 4 à une série d'amplificateurs Al, A2, A3...An.
~' Chacun de ces amplificateurs reçoit une commande de gain variant selon une certaine loi en fonction du temps, cette loi étant fournie par un générateur (T.V.G.) 6, ce qui permet de faire varier le gain en fonction du temps d'arrivée du signal, de fac,on à compenser l'atténuation des signaux par le milieu où ils se sont propagés, en fonction de la longueur de leur trajet. Une liaison 5a entre le générateur de la loi de gain (TVG) 6 et le commutateur (COM) 5 permet de déclencher à chaque émission le processus de modification du gain des amplificateurs A1 et An. Le détail deq amplifi-cateurs Al, A2 ... An est donné dans la figur~ 6. Le généra-teur de loi de gain (TVG) 6 agit sur le préamplificateur (PREA) 7. Un filtre (FILT) 8, centré sur la fréquence fO
d'émission et d'une certaine bande passante d'environ fo/10 10 _ effectue une première élimination des signaux parasites.
Un contrôle automatique de gain (CAG) 9 muni d'une dynamique de l'ordre de 40 dB permet d'égaliser les signaux en amplitude. Une détection est alors obtenue dans le dé-tecteur (DET) 10. Le signal ainsi détecté est comparé à un signale de référence fourni par un circuit de référence (REF) 11 au comparateur (COMP) 12. Le signal sor~ant de cet ensem-ble amplificateur peut être considéré comme un signal "logi-que" d'amplitude d~terminée (5 volts, par exemple) envoyé
vers un circuit (FILT) 13 éliminateur d'échos de surface ou d'~chos dûs à des obstacles fixes. Cette opération s'effec-tue par la fermeture de fenêtres au moment présumé de l'arri-vée de ces échos parasites dans le circuit (FILT) 13. Une liaison Sb avec le commutateur (COM) 5 permet d'identifier le transducteur émetteur de façon à pouvoir pour chaque chaine - de réception éliminer les échos de surface de la mer en te-nant compte de la marée gr~ce à une liaison la avec le maré-graphe 1. Ce dernier sera, par exemple, du type décrit dans le volume 1, page 236, Chapitre 5.5 de l'ouvrage "Sea Surveying"
de A.E. ING~AM (publié par John WILEY & Son, 1975).
Au sortir du circuit (FILT) 13 une pluralité de lignes correspondant aux différents hydrophones fournit donc, soit aucun signal durant les périodes de veille sans passage ~96~332 d'iceberg, soit des signaux à des intervalles de temps ~tl, ~t2... ~tn de l'émission acoustique.
Ces signaux sont dirigés vers le détecteur d'évène-ment (DET) 14. Ce dernier est adapté à déceler une amplitude des signaux supérieure à un seuil fixé et la présence de tels signaux sur plusieurs récepteurs en indiquant alors par un signal qu'un iceberg est dans le champ du dispositif de détec-tion.
Par le conducteur 16 le détecteur (DET) 14 déclenche 10 _ alors l'activation du dispositif de codage (COD) 17 et de l'enregistrement (REC) 18.
Le conducteur 19 relié au cadenceur (SEQ) 2 déclenche le passage à la cadence rapide d'émission (Figure 5B) pour permettre d'obtenir le maximum d'information sur le tirant d'eau, La forme et la route de l'iceberg.
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.~
., Le conducteur 20 déclenche le fonctionnement d'un sonar DOPPLER 21 en agissant sur le dispositlf ~metteur-récepteur 22 de ce sonar. Ce sonar DOPP~ER (qui sera, par exemple du type décrit à la page 115, Chapitre R.5 de l'ouvrage cité ci-dessus) mesure sous forme de deux signau~ Vx et V les vitesses selon deux axes respectivement perpendiculaires et parall~les à la ligne d'~ydrophones qui constitue la base de mesure. Des conducteurs transmet-tent V et V respectivement au dispositif de codage (COD)17. Les indications, d'une horloge (H)15, indiquant l'heure et la date de l'évènement sont transmis au dispositif de codage (COD)17 par le conducteur 23. Les signaux qui ont été
valid~s et retenus après l'élimina~eur d'echos parasites par le circuit (FILT)13et qui ont servi à déclencher la cadence de mesure sont alors repérés en temps par rapport à l'émission,dans le circuit de tél~métrie 24.
Celui-ci fournit donc des informations de temps de parcours ~tl, ~ t2... ~ t correspondant aux différents récepteurs, ces informations étant également transmises au dispositif de codage (COD)17 et étant soit stockées ~ur bande magnétique, ou tout autre dispositif de mémorisation, soit envoy~es par câble ou radio vers un système d'exploitation en temps réel.
.
Le disposLtif de codage (COD)17 élabore un message sérié illustré par exemple sur la figure 7. Ce message qui est enregistré sur la bande magnétique te l'enregistrement (REC)18, comprend à titre indicatif , dans un mot qui concerne une mesure d'un évènement,le code de début du mot, l'heure H et la date, la hauteur T de la marée, V , Vy, l'identification du transducteur émetteur (El),les valeurs ~tl, ~t2. . ~tn, le code de fin de mot.
~ Dans une version autonome du dispositif selon l'invention où le j: système est mouillé au fond, une alimentation en énergie est assurée par l'accumu-lateur ~lectrique (BAT)25 qui est relié ~ar des conducteurs te~ que le conducteur 25a à tous les circuits d'émission,de mesure et d'enregistrement.
Lorsque les signaux ~tl, ~t2... ~tn cessent, le cadenceur 2 revient , à la cadence de veille (Figure 5A) et le codage et l'enregistrement cessent afin d'économiser l'énergie et les moyens de stockage des informations.
Dans le cas où le système est relié par fil à une structure ou à
- ~ 18 côte, le message codé est transmis sur ce fil qui doit être de préférence un câble coaxial de bonne quallté électrique et l'énergie nécessaire peut être fo~rnie a partir de la cdte par ce mame fil.
.
L'sutonomie du syst~me est alors infinie et le traitement des informations a lieu en temps réel.
Dans une troisi~me option, l'enregistreur (RF.C)18 est remplacé par un émetteur radio monté sur une bouée de surface et reliée au fond par un cable électrique. Les informations sont ainsi transmises par radio en temps réel vers une station radio située sur une plateforme ou sur la cate. Dans ce cas, la sécurité de fonctionnemellt est moindre car la bouée radio - peut-~tre immerg~e momentanément ou arrachée par un iceberg ou des navires de surface.
.; , La figure 8 illustre un ensemble de circuits de traitement des informations.
Le lieu des réflexions possibles sur un trajet acoustique entre un émetteur et un recepteur se situe sur un ellipsord~ de révolution ayant pour ' foyers l'émeteeur et le récepteur et pour grand axe la distance correspondant au trajet de l'onde.
i ., Au moment où le point le plus bas de l'iceberg auquel correspond le ; tirant d'eau maximal de l'iceberg , passe juste ~ l'aplomb de la base d'hydro-phones, c'est ~ dire au moment où l'on enregistre la valeur ~tk(à un récepteur k quelconque ) égale au minimum minimorum, on peut considérer que les rayons ~coustiques se propagent d,ans le plan vertical de la ligne d'hydrophones. Il y a donc lieu de déterminer / heure H à laquelle le point de tirant d'eau maximal de l'iceberg est passé dans le plan vertical de la ligne de transducteurs.
Pour cela (Figure 9) on relit la bande magnétique de la Figure 7 ;; sur un lecteur de bande (\ LEc~26 transmettant les données à un décodeur (DECOD)27, et un t~tecteur de minimum (DET)28 qui commande l'impression, sur l'imprimante (I M P)29, de la valeur de ce minimum Q tk~ de l'heure H,des -' v~tesses Vx et Vy de l'iceberg, et de la hauteur T de la marée, ces quatre paramètres étane fournis pour informa~ion.
, ... .
Par ailleurs, la.sortie du décodeur (DECOD)27 est reliée à un circuit de mémorisation (MEM)28a qui délivre les informations ~tl~ ~t2,... ~ tn et pour chacun de ces intervalles de temps la distance ER séparant l'émetteur du recepteur considéré, l'abscisse xM du milieu de chaque couple émetteur :~ récepteur par rapport à une extr~mité de la ligne, ainsi que la composante V
te la vitesse de l'lceber~.
,. .
.
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1, . , 1~6(:~3Z
Pour chaque couple ER, le point de réflexion sur l'iceberg est donc sur l'ellipse contenue dans le plan vertical passant par le cordon d'hydrophoneset ayant pour foyer l'émetteur et le récepteur et pour grand axe la distance correspondant au tra3et de l'onde, L'équation de cette ellipse est x2 ~ A2 + y2 / B2 x : distance d'un point de l'ellipse par rapport au centre du couple émetteur-récepteur, y : hauteur de ce point au-dessus du fond de 1~8au~
A : demi grand axe de l'ellipse égal à la demi distance 2- de propagation de l'onde, B : demi petit axe.
Cette ellipse se réduit à un cercle pour les transducteurs tels que E2 ~ R2 utilisés à la fois comme émetteur et récepteur (Figure 5). Le circuit multiplicateur 30 (Figure 8) donne"d"à partir du temps de parcours de l'onde , et de la vitesse V du son dans l'eau (valeur connue en fonction de la tempéra-ture de l'eau) d ~ ~ t x V
' ~ Le circuit diviseur 31 permet d'obtenir un signal représentatif de d/2. L'élément 32 élève ce signal au carré pour donner un signal représentatif de t2/4 qui, selon la définition de A, est égal ~ A .
. ~ .
La distance ER entre émetteurs et récepteùr~ est fournie par le circuit te mémorisation (MEM)28a de la figure 9.
i~
Le circuit diviseur 33 permet d'obtenir un signal représentatif de , ER /2, lequel est élevé au carré dans le circuit 34 pour obtenir un signal ,~ représentatif de ER /4.
,, ~ . .
~ Le circuit soustractif 35 permet d'obtenir un signal représentatif ? de d /4 - ER /4 qui est égal à B , carré du demi petit axe de l'ellipse.
' On a donc A2 et B2 pour l~ellipse considérée, qui se reduit à un '~ cercle sl E et R sont confondus.
-,, .
:
'' .
~396~3Z
On entre successivement dans le circuit d'élévation au carré 36 des valeurs de x comprises entre -A et ~A,par exemple 25 valeurs uniform~ment ré-parties pour obtenir le carré de x, soit x, ces 25 valeurs étant données par le générateur de signaux programm~s 37.
Le circuit 38 diviseur de x par A fournit un signal représentatif de x /A .
Le circuit soustractif 39 soustrait la valeur x2/A de l en fournissant un signal représentatif de 1 - x /A2.
Le circuit extracteur de racine carrée 40 donne Vl x2/A2 Le circuit extracteur de racine carrée 41 donne ~ ~ = B.
Finalement le circuit multiplicateur 42 donne un signal représentatif de la valeur y ordonnée du point d'abscisse x. Cette abscisse étant repérée par rapport au centre de chaque ellipse on choisit pour tous les couples émetteur-récepteur, afin de faciliter le tracé, une origine commune des abscisses, constituée-par une extrémité de la ligne de transducteurs.
La nouvelle abscisse x' sera égale à x augmentée ou diminuée d'une distance ~ correspondant à la distance du milieu de ER ~ l'extrémité de la ligne dans le circuit additionneur 43.
Une ellipse est tracée par points discrets pour chaque couple émetteur-récepteur sur la table tracante 44.
.:~ L'enveloppe des ellipses donne une image de l'intersection de l'iceberg avec la surface verticale passant par la ligne d'hydrophones fliU point de tirant d'eau maximal h de l'iceberg.
.
LR figure lo représente schématiquement un ensemble de circuits permettant de déterminer par points la route de l'iceberg par la méthode illustrée par la figure 3.
~ . On 8uppose, par exemple, qu'on dispose sur une ligne, pouvant atre .~ .
,.~
., ., i 1~96~3~
consldér~e comme sensiblement droite sur la portion considérée, une pluralité
d'émetteurs El, E2. . Ei régulièrement espacés d'une distance"e"et dont l'abs-cisse sur la ligne est par suite i x e en prenant une extrémité de la ligne pour origine des abscisses, si i est le ~ numéro d'ordre de l'émetteur.
: On d~signe par ~ to l'intervalle de temps entre deux émissions acoustiques.
Le lecteur de bande (LECT)26 fournit, par l'intermédiaire du décodeur-(DECOD)27, un signal représentatif de l'émetteur Ei et les valeurs ~tl, ~t2 a t à un détecteur de minimum (DET)45.
. n Lorsque ce détecteur décèle un minimum ~th dans l'ensemble des valeurs ci-dessus, il transmet au circuit multiplicateur 46 un signal représer.tatif du numéro d'ordre i de l'émetteur Ei.
~ .Le multiplicateur 46 délivre un signal proportionnel à xi= i x e, absclsse de L'émetteur.
.' .
.; Ce détecteur (DET)45 délivre également un signal proportionnel à
la distance Ei~, ~ étant le récepteur acoustique auquel correspond le minimum ~th.
Ce signal est transmis à un circuit diviseur par 2, le circuit 47, qui d~llvre un signal pr~portionnel à
h ~, , .
Les signaux délivrés par les circuits 46 et 47 sont appliqués à un :~ circuit additionneur 48 qui délivre ainsi un signal proportionnel à
,,, x" = Xi + EiRh - c'est ~ dire sensiblement proportionnel à l'abscisse du point de réflexion sur l'iceberg correspondant au trajet minimum entre l'émecteur Ei et le r~cepteur !, ~ (abscisse du milieu du segment Ei ~) .
.
1~396032 Cette abscisse x" est trsnsmise à la table tra~ante 51.
La table tracante 51 reçoit par ailleurs un signal proportionnel à
la distance"d"parcourue par l'iceberg dans la direction perpendiculalre à la ligne de transducteurs ~, ' Ce signal est fourni par un ensemble de deux circuits multiplicateurs 49 et 50 dont le premier reçoit du décodeur (DECOD)27 un signal V proportionnella composante de la vitesse de déplacement de l'iceberg dans la direction perpendiculaire à la ligne de transducteurs et multiplie ce signal V par un signal proportionnel ~ l'intervalle de temps ~t entre deux émissions acoustiques.
Le circuit multiplicateur 49 délivre ainsi un signal proportionnel à la distance o parcourue par l'iceberg entre deux ~missions acoustiques dans la ; direction perpendiculaire ~ la ligne des transducteurs. Ce signal est transmis au circuit multiplicateur 50 qui reçoit par ailleurs du détecteur tDET)45 un signal proportionnel au nombre n de signaux acoustiques émis.
: , .
Dans ces conditions, le circuit 50 délivre un signal proportionnel ' au produit n o , c'est à dire à la distance D parcourue par l'iceberg dans''~ la direction perpendiculaire à la lignede transducteurs, à partir de la première émission acoustique.
,. .
la tabIe traçante 51 enregistre alors un point de l'iceberg dont les coordonnées correspondent au minimum de trajet acoustique dans l'eau pour le ~ ~ 8ignal acoustique ~mis par l'émetteur Ei.
!: Lorsque pour un émetteur donné le détecteur (DET)45 ne d~cèle aucun minimum dans les différents trajets des signaux acoustiques, il délivre un signal au clrcuit de commande 52, qui commande alors au lecteur de bande (L~CT)26 de passer à la lecture de l'enregistrement réalisé pour un autre émetteur de la ligne de transducteurs.
,, .
,~ En joign8nt les points obtenus sur la table traçante 51, on obtient sensiblement la route P'P suivie par l'iceberg.
~.-~ 14 ,, . ~ .
L~ pr~sente invention concerne une méthode et un dispositif pour déterminer la configuration géométrique de la partie immergée des icebergs et leur tlrant d'eau.
LR connaissance des caractéristiques dimensionnelles de la partie S immergée des icebergs et de leur tirant d'eau est, en particulier, importante lors d'opérations de forage ou de production d'hydrocarbures en mer dans les zones où dérivent des icebergs, car ces derniers, lorsqu'ils passent sur les lieux où sont effectuéesces opérations, sont susceptibles d'arracher les installations sous-marines telles que les têtes de puits et les éléments qui les surmontent.
On a déjà préconisé d'utiliser,pour étudier la partie immergée des icebergs,des dispositifs émetteurs-récepteurs d'ondes acoustiques du type sonar.
Suivant une première méthode on descend dans l'eau depuis un navire, ~ proximité immédiate de 1'iceberg, un sonar à émission latérale dont le faisceau ultra-sonore balaie la paroi de l'iceberg dans un plan horizontal défini par la profondeur d'immersion du sonar. Cette méthode donne des résultatsimprécis, notamment au voisinage de la base de l'iceberg, en raison d'échos parasites provenant du fond de l'eau.
Par ailleurs l'application de la méthode n'est possible que si les conditions météréologiques sont favorables et elle présente des dan~ers certains, car l'approche d'un iceberg avec une embarcation est toujours dangereuse (risques de collision avec l'iceberg, de retournement de celui-ci).
Une autre méthode consiste à placer au fond de l'eau un réseau de t8tes sonar balayant la zone à surveiller. Cependant cette méthode implique un appareillage électronique complexe et par ailleurs un tel balayage de la partie immergée de l'iceberg par les faisceaux acoustiques peut laisser s~bslster des "zones d'ombre", entrainant, en particulier, une incertitude sur la valeur du tirant d'eau de l'iceberg.
L'lnvention foornit une méthode et un appareillage plus simples ne comportant pas les inconvénients précédents et pouvant fournir des rensei~nements sur tous les icebergs traversant la zone surveillée.
, .
:~ .
q~
,.
.
~96~32 Si on le désire, ces renseignements peuvent être transmis à ds grandes distances par tnLIs les temps.
La méthcde selon l'invention dans laquelle on immerge en position fixe au moins une ligne de t~ansducteurs acoustiques comprenant au moins un organe capable d'émettre des signaux acoustiques vers la surfare de l'eau et une plu-ralité de récepteurs acoustiques est caractérisée par la combinaison des étapes successives suivantes : .
a) on met en état d'alerte cette ligne de transducteurs à l'approche d'un iceberg, b~ on commande alors à intervalles réguliers l'~mission de signaux acoustiques à partir dudit organe d'émission, certains de ces signaux étant r~fléchis par la partie immergée de l'iceberg et atteignant les récepteurs acoustiques, c) on détecte lesdits signaux réfléchis, on détermine leur temps de transit entre l'organe d'émission et certains au moins des recepteurs de la ligne, situés de part et d'autre dudit organe d'émission, et ~n en déduit les distances correspondantes parcourues par les si~na~lx acoustiques, connaissant leur vitesse de propa~ation dans ~ l'eau.
d) on répète les étape~b ) et c) et on détermine un ensemble de-valeurs comprenant la valeur minimale desdits temps de transit, pour un même signal ~mis, correspondant sensiblement au passage tu point le plus bas de l'iceberg dans un plan vertical, et e) on déduit dudit ensemble de valeurs minimales des temps de transit, la configuration géométrique de la partie immerg~e de l'iceberg en section par ledit plan vertical, ainsi que le tirant d'eau de l'ice-berg.
Un exemple de réalisation de l'invention est illustré par les dessins annexés où
- la figure l illustre schématiquement la méthode selon l'invention, - les figures 2 et 3 montrent des enregistrements pouvant être obtenus en mettan- en oeuvre cette méthode, - la figure 4 illustre la détermlnation de la configuration géom~tri-que de la partie immergée d'un iceberg, en section par un plan vertical passant par son point le plus bas, - la figure 5 représente schématiquement un dispositif selon l'invention pour l'enregistrement d'informations sur la partie immergée des icebergs, - les figures SA et 5B montrent des exemples de périodicité de l'émission acoustique,respectiYement dans l'état de veille et dans l'état d'activité de ce dispositif, - la figure 6 illustre les moyens d'amplification des signaux acous-tiques reçus par l'appareillage, - la figure 7 montre un exemple d'enregistrement obtenu sur bande magnétique, - la figure 8 illustre un ensemble de circuits de traitement de ces informations, - la figure 9 seprésente schématiquement un dispositif de lecture des informations recueillies, et - la figure 10 illustre des moyens de détermination de la route suivie par l'iceberg.
. .
La figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation de l'inven-tion comportant une ligne de transducteurs acoustiques. Ces transducteurs , comprennent un ~metteur acoustique E et, de part et d'autre de cet ~metteur, unepluralité d'hydrophones (Rl, R2... R ) disposés sur le fond dè l'eau, sensiblement 8uivant une droite.
.
La figure représente également un iceberg I dont la direction de dérive P'P (indiquée en trait mixte) fait un angle avec celle de la ligne des transducteurs.
Ceux-ci devront être de types sensiblement omni-directionnels pour le demi-espace situé au-dessus du fond de l'eau, l'émetteur E émettant des 8ignaux acoustiques vers le haut (flèches) à une fréquence de préférence comprise entre 5 000 et 500 000 Hertz, de façon que ces signaux se propagent ; préférentiellement dans l'eau où ils se refléchissent sur les icebergs ( il n~y a pratiquement pas de propagation dans les couches géologiques situées sous le ~ond de l'eau à ces fréquences, donc pas de risque de réflexions parasites provenant de ces Fouches).
~......................................... .
' 1~96~32 On utilisera, par exemple, de 5 à 50 hydrophones espacés de lo à 1 000 ~ètres.
L'émetteur E pourra ne pas atre exactement situé sur la ligne d'hydro-phones, mais être placé au voisinage de cette ligne.
Plusieurs lignes de transducteurs pourront être utilisées, chacune d'elles comportant un ou plusieurs émetteurs acoustiques. Les lignes de transduc-teurs ne seront pas nécessairement droites, mais on pourra considerer qu'elles sont sensiblement rectilignes au voisinage de l'émetteur.
Certains au moins des transducteurs pourront être d'un type capable lo d'émettre et de recevoir des signaux acoustiques.
Lorsqu'un iceberg s'approche d'une ligne de transducteurs, telle que celle de la figure 1, on enregistre les intervalles de temps s'écoulant entre l'émission d'un signal acoustique t de durée égale à quelques millisecondes ) par un emetteur, tel que E, et sa réception par les différents hydrophones Rl, R2 ... Rn ~ après réflexion sur la partie immergée d'un iceberg. Connaissant la vitesse de propagation du son dans l'eau, on déduit de ces intervalles de temps les distances parcourues dans l'eau par le8 signaux acoustiques captés par les différents hydrophones et l'on porte ces distances sur un graphique où les différents transducteurs sont repérés 8ur une droite ~ des distances respectives proportionnelles à leur écartement dflns la ligne des transducteurs.
.
La figure 2 montre un exemple d'enregistrement obtenu, d désignant la distance parcourue par les signaux.
, Les signaux recueillis correspondant à une réflexion acoustique par l'iceberg sont entourés de cercles sur la figure 2.
. . .
Chaque hydrophone recueille également un signal parasite correspon-dant ~ une réflexion par la surface de la mer.
.
De tels signaux parasites formant la bande b sur la figure 3 peuvent ' atre ~liminés en utilisant de façon connue avant l'enregistrement des "fenêtres"
supprimant ces signaux parasites à la réceptlon, le temps de parcours des 8ignaux acoustiques réfléc-nis par la surface de l'eau en l'absence d'iceberg ~ ' ' .
, 10~603Z
~tant connu pour chaque hydrophone, pour une profondeur d'eau donnée.
Un appareil de type connu~du type marégraphe, mesurant cette profondeur t'eau à l'endroit où est placée la ligne d'hydrophones, ou au voisinage de celle-ci,est relié au dispositif d'enregistrement pour décaler automatiquement 1~ position des"fenêtres" ci-dessus définies, en fonction des variations de la profondeur d'eau avec la marée.
La figure 3 montre les enregistrements successifs obtenus lorsqu'un lceberg s'approche du cordon d'hydrophones, le franchit, puis s'en éloigne. Pour .
chaque pcsiti~n de l'iceberg les signaux (échos) recus par les hydrophones se répartissent sur une courbe ayant un minimum (distance parcourue minimum correspondant à réflexion du signal acoustique sur la partie la plus basse de l'lceberg) On obtient ainsi des courbes Cl, C2, C3..., correspondant aux posi-tions successives de l'iceberg. Les minima de ces courbes peuvent permettre de déterminer sensiblement la route de l'iceberg, en appliquant une correction fonction de la vitesse de déplacement de celui-ci, de la manière qui sera indiquée plus loin.
Par ailleurs, à partir de signaux électriques représentant les temps de parcours dans l'eau des impulsions acoustiques, on reconstitue, selon l'inven~
tlon, la forme géométrique de la partie immerg~e de l'iceberg, en section par le plan vertical passant par l'émetteur et les récepteurs situés de part et d'autre de celui-ci à son voisinage.
En effet, le temps de parcours de chaque impulsion acoustique correspond au temps mis par cette dernière pour parcourir la distance minimale entre émette~r . et r~cepteur,avec une réflexion sur l'iceberg. Par conséquent, le point de reflexlon de cette impulsion sur l'iceberg se trouve sur un plan tangent à
l'ellipso~de de révolution ayant pour foyers l'émetteur et le récepteur et pour grand axe la distance d parcourue dans l'eau par l'impulsion acoustique.
On peut ainsi définir pour chaque émetteur acoustique autant d'ellipso~des qu'ily a de récepteurq en activité et à un instant donnéla partie immergée de l'ice-~ 30 berg constitue donc l'enveloppe (au sens géométrique du terme) de cette famille d'ellipsoides (certains de ces ellipsoldes sont en fait des sphères dans le casparticulier où un transducteur est à la fois émetteur et récepteur, ou bien lcrs-qu~ le récepteur est très voisin de l'émetteur).
9~;032 L'invention fournit avec une bonne approximation le contour de la sec-tion d'un iceberg en coupe par le plan vertical passant par la ligne d'hydropho-nes (Figure 4) au moment où le point le plus bas decet iceberg franchit ce plan vertical (moment correspondant au minimum minimorum du temps de propa-gation des impulsions acoustiques).
Ce contour est défini par la courbe r (Figure 4), enveloppe des ellipses ayant pour foyers un couple émetteur-récepteur, la longueur du grand axe de chaque ellipse étant égale à la distance parcourue par une impulsion acoustique entre l'émetteur et le récepteur acoustique cor.espondant à cette ellipse, ~
l'instant où le point le plus bas de l'iceberg franchit ie plan vertical défini ci-dessus (distance ~éduite du temps de propagation de cette impulsion) L'approximation sur le tracé du contour de la partie immergée de l'iceberg sera évidemment d'autant meilleureque lcs couples émetteur-récepteur sercnt plu3 nombreux.
La détermination de la courbe r ci-dessus fournit, en particulier, le tirant d'eau h de l'iceberg (Figure 4) La figure 5 représente le schéma des liaisons électriques entre les différents éléments d'un dispositif de détection des icebergs selon l'invention.On a supposé dans cet exemple de réalisation que deux des transducteurs peuvent ~' 20 être ~ volonté émetteur et récepteur de signaux acoustiques : les transducteurs E2 - R2 et E6 ~ R6 ; la commande de l'émission par l'un ou l'autre de ces transducteurs étant assurée par le commutateur (COM.)5.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention en réalisant un dispositif ;~ ayant un ou plusieurs émetteurs distincts des r~cepteurs acoustiques, ou dont tous les transducteurs pourraient à volonté être émetteurs et/ou récepteurset seraient ~ cet effet tous reliés au commutateur ( COM.)5.
Sur la figure 5, Rl, R2, R3, R4... Rn représentent les hydrophones recepteurs des signaux acouseiqoes refl~chls ~mis par El ou par Ez.
', ~
.
~;
,, .
1096032:
Comme les évènements détectés par le dispositif doivent être exclusivement les passages d'iceberg~, certains échos parasites, par exemple dûs à la réflexion des signaux par la surface de la mer, doivent être éliminés. Pour cela la pro-fondeur d'immersion du dispositif doit être connue et à cet effet, un marégraphe 1 pouvant être de tout type connu est installé sur la ligne d'hydrophones. Ce marégraphe donne à
tout instant la hauteur moyenne de la surface de la mer au dessus du fond.
- 10 _ La chaine d'~mission est constituée comme suit:
Un cadenceur électronique (SEQ~2 est capable de com-mander à plusieurs cadences un générateur d'impulsions élec-triques (GEN)3. La cadence est normalement une cadence de veille, par exemple un déclenchement toutes les 5 minutes, sauf au cas où un "évènement" vient d'être détecté par le détecteur (DET)14. Dans ce cas le déclenchement peut avoir lieu par exemple toutes les 30 secondes. Chaque déclenchement produit une série d'émissions électriques du générateur d'im-pulsions 3, celles-ci étant distribuées en séquence sur chacun , des emetteurs acoustiques par le communtateur (COM)5. Les figures 5a et 5b représentent l'émission, en fonction du temps t, lorsqu'on dispose, par exemple, de 3 émetteurs trans-ducteurs El, E2, E3 dans le cas de la veille (Figure 5a) et dans celui de la mesure et de l'enregistrement (Figure 5b) lors du passage d'un iceberg. Les signaux acoustiques réfléchis recueillis par les récepteurs Rl, R2...Rn sont transmis par fil 4 à une série d'amplificateurs Al, A2, A3...An.
~' Chacun de ces amplificateurs reçoit une commande de gain variant selon une certaine loi en fonction du temps, cette loi étant fournie par un générateur (T.V.G.) 6, ce qui permet de faire varier le gain en fonction du temps d'arrivée du signal, de fac,on à compenser l'atténuation des signaux par le milieu où ils se sont propagés, en fonction de la longueur de leur trajet. Une liaison 5a entre le générateur de la loi de gain (TVG) 6 et le commutateur (COM) 5 permet de déclencher à chaque émission le processus de modification du gain des amplificateurs A1 et An. Le détail deq amplifi-cateurs Al, A2 ... An est donné dans la figur~ 6. Le généra-teur de loi de gain (TVG) 6 agit sur le préamplificateur (PREA) 7. Un filtre (FILT) 8, centré sur la fréquence fO
d'émission et d'une certaine bande passante d'environ fo/10 10 _ effectue une première élimination des signaux parasites.
Un contrôle automatique de gain (CAG) 9 muni d'une dynamique de l'ordre de 40 dB permet d'égaliser les signaux en amplitude. Une détection est alors obtenue dans le dé-tecteur (DET) 10. Le signal ainsi détecté est comparé à un signale de référence fourni par un circuit de référence (REF) 11 au comparateur (COMP) 12. Le signal sor~ant de cet ensem-ble amplificateur peut être considéré comme un signal "logi-que" d'amplitude d~terminée (5 volts, par exemple) envoyé
vers un circuit (FILT) 13 éliminateur d'échos de surface ou d'~chos dûs à des obstacles fixes. Cette opération s'effec-tue par la fermeture de fenêtres au moment présumé de l'arri-vée de ces échos parasites dans le circuit (FILT) 13. Une liaison Sb avec le commutateur (COM) 5 permet d'identifier le transducteur émetteur de façon à pouvoir pour chaque chaine - de réception éliminer les échos de surface de la mer en te-nant compte de la marée gr~ce à une liaison la avec le maré-graphe 1. Ce dernier sera, par exemple, du type décrit dans le volume 1, page 236, Chapitre 5.5 de l'ouvrage "Sea Surveying"
de A.E. ING~AM (publié par John WILEY & Son, 1975).
Au sortir du circuit (FILT) 13 une pluralité de lignes correspondant aux différents hydrophones fournit donc, soit aucun signal durant les périodes de veille sans passage ~96~332 d'iceberg, soit des signaux à des intervalles de temps ~tl, ~t2... ~tn de l'émission acoustique.
Ces signaux sont dirigés vers le détecteur d'évène-ment (DET) 14. Ce dernier est adapté à déceler une amplitude des signaux supérieure à un seuil fixé et la présence de tels signaux sur plusieurs récepteurs en indiquant alors par un signal qu'un iceberg est dans le champ du dispositif de détec-tion.
Par le conducteur 16 le détecteur (DET) 14 déclenche 10 _ alors l'activation du dispositif de codage (COD) 17 et de l'enregistrement (REC) 18.
Le conducteur 19 relié au cadenceur (SEQ) 2 déclenche le passage à la cadence rapide d'émission (Figure 5B) pour permettre d'obtenir le maximum d'information sur le tirant d'eau, La forme et la route de l'iceberg.
o ,, r' ~;
r .,, ~
.~
., Le conducteur 20 déclenche le fonctionnement d'un sonar DOPPLER 21 en agissant sur le dispositlf ~metteur-récepteur 22 de ce sonar. Ce sonar DOPP~ER (qui sera, par exemple du type décrit à la page 115, Chapitre R.5 de l'ouvrage cité ci-dessus) mesure sous forme de deux signau~ Vx et V les vitesses selon deux axes respectivement perpendiculaires et parall~les à la ligne d'~ydrophones qui constitue la base de mesure. Des conducteurs transmet-tent V et V respectivement au dispositif de codage (COD)17. Les indications, d'une horloge (H)15, indiquant l'heure et la date de l'évènement sont transmis au dispositif de codage (COD)17 par le conducteur 23. Les signaux qui ont été
valid~s et retenus après l'élimina~eur d'echos parasites par le circuit (FILT)13et qui ont servi à déclencher la cadence de mesure sont alors repérés en temps par rapport à l'émission,dans le circuit de tél~métrie 24.
Celui-ci fournit donc des informations de temps de parcours ~tl, ~ t2... ~ t correspondant aux différents récepteurs, ces informations étant également transmises au dispositif de codage (COD)17 et étant soit stockées ~ur bande magnétique, ou tout autre dispositif de mémorisation, soit envoy~es par câble ou radio vers un système d'exploitation en temps réel.
.
Le disposLtif de codage (COD)17 élabore un message sérié illustré par exemple sur la figure 7. Ce message qui est enregistré sur la bande magnétique te l'enregistrement (REC)18, comprend à titre indicatif , dans un mot qui concerne une mesure d'un évènement,le code de début du mot, l'heure H et la date, la hauteur T de la marée, V , Vy, l'identification du transducteur émetteur (El),les valeurs ~tl, ~t2. . ~tn, le code de fin de mot.
~ Dans une version autonome du dispositif selon l'invention où le j: système est mouillé au fond, une alimentation en énergie est assurée par l'accumu-lateur ~lectrique (BAT)25 qui est relié ~ar des conducteurs te~ que le conducteur 25a à tous les circuits d'émission,de mesure et d'enregistrement.
Lorsque les signaux ~tl, ~t2... ~tn cessent, le cadenceur 2 revient , à la cadence de veille (Figure 5A) et le codage et l'enregistrement cessent afin d'économiser l'énergie et les moyens de stockage des informations.
Dans le cas où le système est relié par fil à une structure ou à
- ~ 18 côte, le message codé est transmis sur ce fil qui doit être de préférence un câble coaxial de bonne quallté électrique et l'énergie nécessaire peut être fo~rnie a partir de la cdte par ce mame fil.
.
L'sutonomie du syst~me est alors infinie et le traitement des informations a lieu en temps réel.
Dans une troisi~me option, l'enregistreur (RF.C)18 est remplacé par un émetteur radio monté sur une bouée de surface et reliée au fond par un cable électrique. Les informations sont ainsi transmises par radio en temps réel vers une station radio située sur une plateforme ou sur la cate. Dans ce cas, la sécurité de fonctionnemellt est moindre car la bouée radio - peut-~tre immerg~e momentanément ou arrachée par un iceberg ou des navires de surface.
.; , La figure 8 illustre un ensemble de circuits de traitement des informations.
Le lieu des réflexions possibles sur un trajet acoustique entre un émetteur et un recepteur se situe sur un ellipsord~ de révolution ayant pour ' foyers l'émeteeur et le récepteur et pour grand axe la distance correspondant au trajet de l'onde.
i ., Au moment où le point le plus bas de l'iceberg auquel correspond le ; tirant d'eau maximal de l'iceberg , passe juste ~ l'aplomb de la base d'hydro-phones, c'est ~ dire au moment où l'on enregistre la valeur ~tk(à un récepteur k quelconque ) égale au minimum minimorum, on peut considérer que les rayons ~coustiques se propagent d,ans le plan vertical de la ligne d'hydrophones. Il y a donc lieu de déterminer / heure H à laquelle le point de tirant d'eau maximal de l'iceberg est passé dans le plan vertical de la ligne de transducteurs.
Pour cela (Figure 9) on relit la bande magnétique de la Figure 7 ;; sur un lecteur de bande (\ LEc~26 transmettant les données à un décodeur (DECOD)27, et un t~tecteur de minimum (DET)28 qui commande l'impression, sur l'imprimante (I M P)29, de la valeur de ce minimum Q tk~ de l'heure H,des -' v~tesses Vx et Vy de l'iceberg, et de la hauteur T de la marée, ces quatre paramètres étane fournis pour informa~ion.
, ... .
Par ailleurs, la.sortie du décodeur (DECOD)27 est reliée à un circuit de mémorisation (MEM)28a qui délivre les informations ~tl~ ~t2,... ~ tn et pour chacun de ces intervalles de temps la distance ER séparant l'émetteur du recepteur considéré, l'abscisse xM du milieu de chaque couple émetteur :~ récepteur par rapport à une extr~mité de la ligne, ainsi que la composante V
te la vitesse de l'lceber~.
,. .
.
.:
1, . , 1~6(:~3Z
Pour chaque couple ER, le point de réflexion sur l'iceberg est donc sur l'ellipse contenue dans le plan vertical passant par le cordon d'hydrophoneset ayant pour foyer l'émetteur et le récepteur et pour grand axe la distance correspondant au tra3et de l'onde, L'équation de cette ellipse est x2 ~ A2 + y2 / B2 x : distance d'un point de l'ellipse par rapport au centre du couple émetteur-récepteur, y : hauteur de ce point au-dessus du fond de 1~8au~
A : demi grand axe de l'ellipse égal à la demi distance 2- de propagation de l'onde, B : demi petit axe.
Cette ellipse se réduit à un cercle pour les transducteurs tels que E2 ~ R2 utilisés à la fois comme émetteur et récepteur (Figure 5). Le circuit multiplicateur 30 (Figure 8) donne"d"à partir du temps de parcours de l'onde , et de la vitesse V du son dans l'eau (valeur connue en fonction de la tempéra-ture de l'eau) d ~ ~ t x V
' ~ Le circuit diviseur 31 permet d'obtenir un signal représentatif de d/2. L'élément 32 élève ce signal au carré pour donner un signal représentatif de t2/4 qui, selon la définition de A, est égal ~ A .
. ~ .
La distance ER entre émetteurs et récepteùr~ est fournie par le circuit te mémorisation (MEM)28a de la figure 9.
i~
Le circuit diviseur 33 permet d'obtenir un signal représentatif de , ER /2, lequel est élevé au carré dans le circuit 34 pour obtenir un signal ,~ représentatif de ER /4.
,, ~ . .
~ Le circuit soustractif 35 permet d'obtenir un signal représentatif ? de d /4 - ER /4 qui est égal à B , carré du demi petit axe de l'ellipse.
' On a donc A2 et B2 pour l~ellipse considérée, qui se reduit à un '~ cercle sl E et R sont confondus.
-,, .
:
'' .
~396~3Z
On entre successivement dans le circuit d'élévation au carré 36 des valeurs de x comprises entre -A et ~A,par exemple 25 valeurs uniform~ment ré-parties pour obtenir le carré de x, soit x, ces 25 valeurs étant données par le générateur de signaux programm~s 37.
Le circuit 38 diviseur de x par A fournit un signal représentatif de x /A .
Le circuit soustractif 39 soustrait la valeur x2/A de l en fournissant un signal représentatif de 1 - x /A2.
Le circuit extracteur de racine carrée 40 donne Vl x2/A2 Le circuit extracteur de racine carrée 41 donne ~ ~ = B.
Finalement le circuit multiplicateur 42 donne un signal représentatif de la valeur y ordonnée du point d'abscisse x. Cette abscisse étant repérée par rapport au centre de chaque ellipse on choisit pour tous les couples émetteur-récepteur, afin de faciliter le tracé, une origine commune des abscisses, constituée-par une extrémité de la ligne de transducteurs.
La nouvelle abscisse x' sera égale à x augmentée ou diminuée d'une distance ~ correspondant à la distance du milieu de ER ~ l'extrémité de la ligne dans le circuit additionneur 43.
Une ellipse est tracée par points discrets pour chaque couple émetteur-récepteur sur la table tracante 44.
.:~ L'enveloppe des ellipses donne une image de l'intersection de l'iceberg avec la surface verticale passant par la ligne d'hydrophones fliU point de tirant d'eau maximal h de l'iceberg.
.
LR figure lo représente schématiquement un ensemble de circuits permettant de déterminer par points la route de l'iceberg par la méthode illustrée par la figure 3.
~ . On 8uppose, par exemple, qu'on dispose sur une ligne, pouvant atre .~ .
,.~
., ., i 1~96~3~
consldér~e comme sensiblement droite sur la portion considérée, une pluralité
d'émetteurs El, E2. . Ei régulièrement espacés d'une distance"e"et dont l'abs-cisse sur la ligne est par suite i x e en prenant une extrémité de la ligne pour origine des abscisses, si i est le ~ numéro d'ordre de l'émetteur.
: On d~signe par ~ to l'intervalle de temps entre deux émissions acoustiques.
Le lecteur de bande (LECT)26 fournit, par l'intermédiaire du décodeur-(DECOD)27, un signal représentatif de l'émetteur Ei et les valeurs ~tl, ~t2 a t à un détecteur de minimum (DET)45.
. n Lorsque ce détecteur décèle un minimum ~th dans l'ensemble des valeurs ci-dessus, il transmet au circuit multiplicateur 46 un signal représer.tatif du numéro d'ordre i de l'émetteur Ei.
~ .Le multiplicateur 46 délivre un signal proportionnel à xi= i x e, absclsse de L'émetteur.
.' .
.; Ce détecteur (DET)45 délivre également un signal proportionnel à
la distance Ei~, ~ étant le récepteur acoustique auquel correspond le minimum ~th.
Ce signal est transmis à un circuit diviseur par 2, le circuit 47, qui d~llvre un signal pr~portionnel à
h ~, , .
Les signaux délivrés par les circuits 46 et 47 sont appliqués à un :~ circuit additionneur 48 qui délivre ainsi un signal proportionnel à
,,, x" = Xi + EiRh - c'est ~ dire sensiblement proportionnel à l'abscisse du point de réflexion sur l'iceberg correspondant au trajet minimum entre l'émecteur Ei et le r~cepteur !, ~ (abscisse du milieu du segment Ei ~) .
.
1~396032 Cette abscisse x" est trsnsmise à la table tra~ante 51.
La table tracante 51 reçoit par ailleurs un signal proportionnel à
la distance"d"parcourue par l'iceberg dans la direction perpendiculalre à la ligne de transducteurs ~, ' Ce signal est fourni par un ensemble de deux circuits multiplicateurs 49 et 50 dont le premier reçoit du décodeur (DECOD)27 un signal V proportionnella composante de la vitesse de déplacement de l'iceberg dans la direction perpendiculaire à la ligne de transducteurs et multiplie ce signal V par un signal proportionnel ~ l'intervalle de temps ~t entre deux émissions acoustiques.
Le circuit multiplicateur 49 délivre ainsi un signal proportionnel à la distance o parcourue par l'iceberg entre deux ~missions acoustiques dans la ; direction perpendiculaire ~ la ligne des transducteurs. Ce signal est transmis au circuit multiplicateur 50 qui reçoit par ailleurs du détecteur tDET)45 un signal proportionnel au nombre n de signaux acoustiques émis.
: , .
Dans ces conditions, le circuit 50 délivre un signal proportionnel ' au produit n o , c'est à dire à la distance D parcourue par l'iceberg dans''~ la direction perpendiculaire à la lignede transducteurs, à partir de la première émission acoustique.
,. .
la tabIe traçante 51 enregistre alors un point de l'iceberg dont les coordonnées correspondent au minimum de trajet acoustique dans l'eau pour le ~ ~ 8ignal acoustique ~mis par l'émetteur Ei.
!: Lorsque pour un émetteur donné le détecteur (DET)45 ne d~cèle aucun minimum dans les différents trajets des signaux acoustiques, il délivre un signal au clrcuit de commande 52, qui commande alors au lecteur de bande (L~CT)26 de passer à la lecture de l'enregistrement réalisé pour un autre émetteur de la ligne de transducteurs.
,, .
,~ En joign8nt les points obtenus sur la table traçante 51, on obtient sensiblement la route P'P suivie par l'iceberg.
~.-~ 14 ,, . ~ .
Claims (10)
1. Méthode pour déterminer la configuration géométri-que de la partie immergée des icebergs et leur tirant d'eau dans laquelle on immerge en position fixe au moins une ligne de trans-ducteurs acoustiques comprenant au moins un organe capable d'émet-tre des signaux acoustiques vers la surface de l'eau et une plu-ralité de récepteurs acoustiques, caractérisée par la combinaison des étapes successives suivantes:
a) on met en état d'alerte cette ligne de transducteurs à l'approche d'un iceberg, b) on commande alors à intervalles réguliers l'émission de signaux acoustiques à partir dudit organe d'émission, certains de ces signaux étant réfléchis par la partie immergée de l'ice-berg et atteignant les récepteurs acoustiques, c) on détecte lesdits signaux réfléchis, on détermine leur temps de transit entre l'organe d'émission et certains au moins des récepteurs de la ligne, situés de part et d'autre dudit organe d'émission, et on en déduit les distances correspondantes parcourues par les signaux acoustiques connaissant leur vitesse de propagation dans l'eau, d) on répète les étapes b) et c) et on détermine un ensemble de valeurs comprenant la valeur minimale desdits temps de transit, pour un même signal émis, correspondant sensiblement au passage du point le plus bas de l'iceberg dans un plan vertical, et e) on déduit dudit ensemble de valeurs minimales des temps de transit, la configuration géométrique de la partie immer-gée de l'iceberg en section par ledit plan vertical, ainsi que le tirant d'eau de l'iceberg.
a) on met en état d'alerte cette ligne de transducteurs à l'approche d'un iceberg, b) on commande alors à intervalles réguliers l'émission de signaux acoustiques à partir dudit organe d'émission, certains de ces signaux étant réfléchis par la partie immergée de l'ice-berg et atteignant les récepteurs acoustiques, c) on détecte lesdits signaux réfléchis, on détermine leur temps de transit entre l'organe d'émission et certains au moins des récepteurs de la ligne, situés de part et d'autre dudit organe d'émission, et on en déduit les distances correspondantes parcourues par les signaux acoustiques connaissant leur vitesse de propagation dans l'eau, d) on répète les étapes b) et c) et on détermine un ensemble de valeurs comprenant la valeur minimale desdits temps de transit, pour un même signal émis, correspondant sensiblement au passage du point le plus bas de l'iceberg dans un plan vertical, et e) on déduit dudit ensemble de valeurs minimales des temps de transit, la configuration géométrique de la partie immer-gée de l'iceberg en section par ledit plan vertical, ainsi que le tirant d'eau de l'iceberg.
2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on détermine en outre sensiblement le trajet de l'iceberg, par rapport à la ligne des transducteurs, par la combinaison des étapes suivantes:
a) on émet les signaux acoustiques à intervalles réguliers, successivement à partir d'une pluralité d'organes d'émis-sion régulièrement espacés le long de la ligne, b) on détermine, pour chaque signal émis, s'il existe une valeur minimale du temps de transit de ce signal entre l'or-gane d'émission et un récepteur de la ligne et on produit un signal représentant l'abscisse, repérée sur la ligne de trans-ducteurs, de la médiatrice du segment reliant ce récepteur à
l'organe d'émission, c) on détermine, pour chaque signal émis, la valeur de la composante de la vitesse de l'iceberg dans une direction sensiblement perpendiculaire à la ligne de transducteurs et on produit un signal d'ordonnée, représentant la distance séparant l'iceberg de la ligne de transducteurs lors de l'émission dudit signal acoustique, par sommation des produits des valeurs succes-sivement déterminées de ladite composante de la vitesse, par l'intervalle de temps entre deux émissions successives, et d) on détermine, point par point, le trajet de l'ice-berg par enregistrement des points ayant pour coordonnées les abscisses et ordonnées obtenus dans les étapes b) et c).
a) on émet les signaux acoustiques à intervalles réguliers, successivement à partir d'une pluralité d'organes d'émis-sion régulièrement espacés le long de la ligne, b) on détermine, pour chaque signal émis, s'il existe une valeur minimale du temps de transit de ce signal entre l'or-gane d'émission et un récepteur de la ligne et on produit un signal représentant l'abscisse, repérée sur la ligne de trans-ducteurs, de la médiatrice du segment reliant ce récepteur à
l'organe d'émission, c) on détermine, pour chaque signal émis, la valeur de la composante de la vitesse de l'iceberg dans une direction sensiblement perpendiculaire à la ligne de transducteurs et on produit un signal d'ordonnée, représentant la distance séparant l'iceberg de la ligne de transducteurs lors de l'émission dudit signal acoustique, par sommation des produits des valeurs succes-sivement déterminées de ladite composante de la vitesse, par l'intervalle de temps entre deux émissions successives, et d) on détermine, point par point, le trajet de l'ice-berg par enregistrement des points ayant pour coordonnées les abscisses et ordonnées obtenus dans les étapes b) et c).
3. Dispositif pour déterminer la configuration géo-métrique de la partie immergée des icebergs et leur tirant d'eau, caractérisé par la combinaison des éléments suivants:
a) au moins une ligne de transducteurs acoustiques im-mergés en position fixe comprenant au moins un organe capable d'émettre des signaux acoustiques vers la surface de l'eau et une pluralité de récepteurs acoustiques, b) des moyens de mise en alerte de cette ligne de transducteurs à l'approche d'un iceberg, c) des moyens, reliés auxdits moyens de mise en alerte, pour commander à intervalles rapprochés l'émission de signaux acoustiques à partir dudit organe d'émission, certains de ces signaux étant réfléchis par la partie immergée de l'iceberg et atteignant les récepteurs acoustiques, d) des moyens de détection desdits signaux réfléchis et des moyens de détermination de leur temps de transit entre l'organe d'émission et certains au moins des récepteurs de la ligne, situés de part et d'autre dudit organe d'émission, ces temps de transit étant proportionnels aux distances parcourures dans l'eau par lesdits signaux acoustiques réfléchis, les dif-férents ensembles de temps de transit ainsi déterminés, pour différents signaux acoustiques émis, permettant d'obtenir la con-figuration géométrique de l'iceberg et son tirant d'eau.
a) au moins une ligne de transducteurs acoustiques im-mergés en position fixe comprenant au moins un organe capable d'émettre des signaux acoustiques vers la surface de l'eau et une pluralité de récepteurs acoustiques, b) des moyens de mise en alerte de cette ligne de transducteurs à l'approche d'un iceberg, c) des moyens, reliés auxdits moyens de mise en alerte, pour commander à intervalles rapprochés l'émission de signaux acoustiques à partir dudit organe d'émission, certains de ces signaux étant réfléchis par la partie immergée de l'iceberg et atteignant les récepteurs acoustiques, d) des moyens de détection desdits signaux réfléchis et des moyens de détermination de leur temps de transit entre l'organe d'émission et certains au moins des récepteurs de la ligne, situés de part et d'autre dudit organe d'émission, ces temps de transit étant proportionnels aux distances parcourures dans l'eau par lesdits signaux acoustiques réfléchis, les dif-férents ensembles de temps de transit ainsi déterminés, pour différents signaux acoustiques émis, permettant d'obtenir la con-figuration géométrique de l'iceberg et son tirant d'eau.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisée en ce que certains au moins desdits transducteurs peuvent à la fois émettre et recevoir des signaux acoustiques.
5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'il comporte des moyens immergés d'enregistrement des-dits temps de transit.
6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé
en ce qu'il comporte des moyens pour transmettre à distance les valeurs desdits temps de transit à une installation de traitement des données.
en ce qu'il comporte des moyens pour transmettre à distance les valeurs desdits temps de transit à une installation de traitement des données.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé
en ce que lesdits moyens de transmission comporte un câble de liaison à l'installation de traitement des données.
en ce que lesdits moyens de transmission comporte un câble de liaison à l'installation de traitement des données.
8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé
en ce que lesdits moyens de transmission comportent des moyens d'émission radio à destination de l'installation de traitement des données.
en ce que lesdits moyens de transmission comportent des moyens d'émission radio à destination de l'installation de traitement des données.
9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé
en ce qu'il est combiné avec des moyens situés à l'installation de traitement des données, pour déterminer à partir de plusieurs ensembles de signaux acoustiques réfléchis, dans lesquels chaque ensemble correspond à un même signal émis, un ensemble comprenant la valeur minimale des dits temps de transit, correspondant sen-siblement au passage du point le plus bas de l'iceberg dans un plan vertical passant sensiblement par l'organe d'émission et les récepteurs acoustiques voisins, et des moyens connectés aux pré-cédents, pour déduire dudit ensemble comprenant la valeur minimale la configuration géométrique de la partie immergée de l'iceberg, en section par ledit plan vertical et son tirant d'eau.
en ce qu'il est combiné avec des moyens situés à l'installation de traitement des données, pour déterminer à partir de plusieurs ensembles de signaux acoustiques réfléchis, dans lesquels chaque ensemble correspond à un même signal émis, un ensemble comprenant la valeur minimale des dits temps de transit, correspondant sen-siblement au passage du point le plus bas de l'iceberg dans un plan vertical passant sensiblement par l'organe d'émission et les récepteurs acoustiques voisins, et des moyens connectés aux pré-cédents, pour déduire dudit ensemble comprenant la valeur minimale la configuration géométrique de la partie immergée de l'iceberg, en section par ledit plan vertical et son tirant d'eau.
10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé
en ce qu'il comporte en outre des circuits électriques pour dé-terminer sensiblement le trajet de l'iceberg, par rapport, à la ligne des transducteurs, ces circuits comptant la combinaison des éléments suivants:
a) des moyens pour émettre les signaux acoustiques à
intervalles réguliers, successivement à partir d'une pluralité
d'organes d'émission régulièrement espacés le long de la ligne, b) des moyens de détection déterminant, pour chaque signal émis, s'il existe une valeur minimale du temps de transit de ce signal entre l'organe d'émission et un récepteur de la ligne ces moyens de détection étant adaptés à produire un signal repré-sentant l'abscisse, repérée sur la ligne de transducteurs, de la médiatrice du segment reliant ce récepteur à l'organe d'émission, c) des moyens de mesure produisant un signal d'ordonnée représentant la distance séparant l'iceberg de la ligne de trans-ducteurs lors de l'émission de chaque signal acoustique, et d) des moyens d'enregistrement reliés auxdits moyens de détection et auxdits moyens de mesure, ces moyens d'enregistre-ment indiquant le trajet de l'iceberg par points successifs ayant des coordonnées respectivement proportionnelles aux signaux dé-livrés par lesdits moyens de détection et lesdits moyens de me-sure.
en ce qu'il comporte en outre des circuits électriques pour dé-terminer sensiblement le trajet de l'iceberg, par rapport, à la ligne des transducteurs, ces circuits comptant la combinaison des éléments suivants:
a) des moyens pour émettre les signaux acoustiques à
intervalles réguliers, successivement à partir d'une pluralité
d'organes d'émission régulièrement espacés le long de la ligne, b) des moyens de détection déterminant, pour chaque signal émis, s'il existe une valeur minimale du temps de transit de ce signal entre l'organe d'émission et un récepteur de la ligne ces moyens de détection étant adaptés à produire un signal repré-sentant l'abscisse, repérée sur la ligne de transducteurs, de la médiatrice du segment reliant ce récepteur à l'organe d'émission, c) des moyens de mesure produisant un signal d'ordonnée représentant la distance séparant l'iceberg de la ligne de trans-ducteurs lors de l'émission de chaque signal acoustique, et d) des moyens d'enregistrement reliés auxdits moyens de détection et auxdits moyens de mesure, ces moyens d'enregistre-ment indiquant le trajet de l'iceberg par points successifs ayant des coordonnées respectivement proportionnelles aux signaux dé-livrés par lesdits moyens de détection et lesdits moyens de me-sure.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR77/03101 | 1977-02-02 | ||
| FR7703101A FR2379823A1 (fr) | 1977-02-02 | 1977-02-02 | Methode et dispositif pour determiner la configuration geometrique de la partie immergee des icebergs et leur tirant d'eau |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1096032A true CA1096032A (fr) | 1981-02-17 |
Family
ID=9186283
Family Applications (1)
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Country Status (5)
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| CA (1) | CA1096032A (fr) |
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| US4964302A (en) * | 1984-09-25 | 1990-10-23 | Grahn Allen R | Tactile sensor |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| NO780337L (no) | 1978-08-03 |
| NO146175C (no) | 1982-08-11 |
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| FR2379823B1 (fr) | 1981-05-22 |
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