EP4381327A1 - Système électromagnétique de prospection géophysique - Google Patents

Système électromagnétique de prospection géophysique

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Publication number
EP4381327A1
EP4381327A1 EP22737489.9A EP22737489A EP4381327A1 EP 4381327 A1 EP4381327 A1 EP 4381327A1 EP 22737489 A EP22737489 A EP 22737489A EP 4381327 A1 EP4381327 A1 EP 4381327A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
loops
electromagnetic
magnetic field
transmission
electric current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22737489.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre-Alexandre RENINGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BRGM SA
Original Assignee
BRGM SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BRGM SA filed Critical BRGM SA
Publication of EP4381327A1 publication Critical patent/EP4381327A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/15—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for use during transport, e.g. by a person, vehicle or boat
    • G01V3/17—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for use during transport, e.g. by a person, vehicle or boat operating with electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/10—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
    • G01V3/104—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils using several coupled or uncoupled coils
    • G01V3/105—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils using several coupled or uncoupled coils forming directly coupled primary and secondary coils or loops

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic geophysical prospecting system, in particular an electromagnetic geophysical prospecting system, of the airborne type or usable on the ground.
  • Controlled-source electromagnetism is a method for imaging the electrical conductivity/resistivity contrasts of the subsoil, a particularly relevant parameter for obtaining a detailed description.
  • the EM method is of proven interest in various environmental themes, such as geological knowledge (help with geological mapping and 3D modeling of the subsoil), hydrogeology (management and vulnerability of water resources), prospecting for materials or mining (exploration and scaling of deposits), natural risks (help in mapping the hazard of landslides and seismic hazards), pollution (vulnerability of the subsoil and monitoring of pollution) and geotechnics (information on the nature of the subsoil for construction and land use planning).
  • the EM method therefore constitutes an effective imaging method, used in many fields.
  • This technique can operate in the frequency or time domain, on the ground or in the air (plane or helicopter). It consists in the injection, in a transmission loop, of an electric current varying in time, in order to create a magnetic field, also variable, and in listening to the response of the subsoil following this excitation. , at one or more receiving loops.
  • the importance of the signal emitted depends on the area of the loop, the number of turns and the amperage of the injected current. Since each of these parameters has implications in terms of range and/or aerodynamics and/or implementation and/or resolution, it is necessary to find the best compromise.
  • the aim of the invention is to remedy the drawbacks of the prior art, by proposing an electromagnetic geophysical prospecting system that can be adapted to a light aerial vector and adapting to the associated lateral and vertical resolutions as needed.
  • the invention relates to an electromagnetic geophysical prospecting system comprising a transmitting antenna and a receiving antenna, said transmitting antenna comprising at least one set of electromagnetic transmitting loops, said receiving antenna being formed by at least one electromagnetic receiving loop, in which the electromagnetic transmitting loops of the same set are positioned in different mutually parallel planes.
  • Such an arrangement of the electromagnetic transmission loops makes it possible to constrain the magnetic field emitted in terms of geometry and intensity and, in certain configurations, to increase its intensity, without increasing the number of turns, the area of the antenna transmission and therefore its size, or even reducing its size, and without increasing the amperage of the electric current injected, thus optimizing the current cut-off time, as will be explained below.
  • the electromagnetic geophysical prospecting system according to the invention can be adapted to be carried on a light air vector.
  • the transmission loops of the same set can be positioned vertically, making it possible to limit the horizontal bulk while generating either a pseudo-vertical magnetic field, or a horizontal magnetic field depending on the injected current; a pseudo-vertical magnetic field makes it possible to obtain data close to those measured with a horizontal loop, while reducing the size.
  • the emission loops of the same set can also be positioned horizontally, making it possible to increase the intensity of the magnetic field while limiting the size.
  • These configurations of the transmission loops of the system according to the invention can also be implemented on the ground.
  • “vertical” means an orientation locally/substantially perpendicular to the planes of constant altitude
  • “horizontal” means an orientation locally parallel to the planes of constant altitude.
  • the electromagnetic transmission loops of the same set are centered on a geometric axis orthogonal to the parallel planes.
  • the prospecting system comprises at least one assembly in which the electromagnetic transmission loops are positioned in substantially vertical planes, and/or at least one assembly in which the electromagnetic transmission loops emission are positioned in substantially horizontal planes.
  • each set of electromagnetic transmission loops comprises pairs of transmission loops.
  • the electromagnetic system further comprises an electronic transmission card or a set of transmission cards configured to inject an electric current in the same direction into the different transmission loops of the same assembly in order to generate a primary magnetic field and to create zones where the primary magnetic field or one of its components is stable and determined.
  • the reception antenna can be arranged at least partly in areas where the primary magnetic field or one of its components is stable and determined.
  • the electromagnetic system further comprises an electronic transmission card or a set of transmission cards configured to inject an electric current in a certain direction into one or more electromagnetic transmission loops. same assembly, and to inject an electric current in the opposite direction into the other electromagnetic emission loop(s) of this same assembly in order to generate a primary magnetic field and to create areas of space where the intensity of the primary magnetic field or one of its components is weak.
  • an electronic transmission card or a set of transmission cards configured to inject an electric current in a certain direction into one or more electromagnetic transmission loops. same assembly, and to inject an electric current in the opposite direction into the other electromagnetic emission loop(s) of this same assembly in order to generate a primary magnetic field and to create areas of space where the intensity of the primary magnetic field or one of its components is weak.
  • the reception antenna is arranged at least partly in the areas of space where the intensity of the primary magnetic field or of one of its components is weak.
  • the invention also relates to a method for determining the resistivity or electrical conductivity contrasts of a zone of interest in the subsoil using the electromagnetic system as described above, comprising the following steps: a) the arrangement of the transmitting antenna above the subsoil area of interest, b) carrying out a series of measurements where each measurement includes the following sub-steps:
  • step 1) the electric current injected into at least one of the electromagnetic emission loops of a set is in the opposite direction to that injected into the other electromagnetic loops of this set .
  • step 1) the electric current injected into the electromagnetic transmission loops of the same set is in the same direction.
  • step 1) comprises: a sub-step 1 A) in which the electric current injected into at least one of the electromagnetic emission loops of a set is in the opposite direction to that injected into the other electromagnetic loops of the together, and a sub-step 1 B) in which the electric current injected into the electromagnetic transmission loops of the same set is in the same direction.
  • FIG. 1 illustrates an example of an electromagnetic geophysical prospecting system according to the invention.
  • Figure 2 illustrates different embodiments (2a to 2e) of a transmitting antenna of an electromagnetic geophysical prospecting system according to the invention
  • Figure 3 illustrates different modes of generation of a primary magnetic field (3a and 3c: currents in the same direction; 3b and 3d: currents in the opposite direction) by a pair of emission loops of an electromagnetic system according to the invention.
  • Figure 4 illustrates the generation of a secondary magnetic field from underground using the electromagnetic geophysical prospecting system of Figure 1.
  • FIG. 1 illustrates an example of an electromagnetic geophysical prospecting system 10 according to the invention.
  • the electromagnetic prospecting system 10 comprises a transmitting antenna 20 and a receiving antenna 30.
  • the transmit antenna 20 comprises at least one set 40 of electromagnetic transmit loops, the electromagnetic transmit loops 50 (hereinafter “transmit loops") of a same set 40 being positioned in different parallel planes between them.
  • the electromagnetic transmission loops 50 of the same assembly 40 are centered on a geometric axis 40A orthogonal to the parallel planes. Thus, two electromagnetic transmission loops 50 of the same assembly 40 are facing each other.
  • the axis of rotation 20A of the transmit antenna 20 is referred to as the central geometric axis around which the transmit loops 50 are positioned.
  • This axis of rotation 20A is present when all the loops of emission 50 are in planes having a parallel direction, in particular vertical or horizontal.
  • the transmit antenna 20 is said to be vertical when all the transmit loops 50 of the sets 40 are arranged in the vertical planes.
  • the transmit antenna 20 comprises a vertical axis of rotation 20A around which the transmit loops 50 are positioned.
  • the transmit antenna 20 is said to be horizontal when all the transmit loops 50 of the sets 40 are arranged in horizontal planes.
  • the transmit antenna 20 comprises a horizontal axis of rotation 20A around which the transmit loops 50 are positioned.
  • the reception antenna 30 is formed by at least one electromagnetic reception loop 60 (hereinafter “reception loops), which can also be arranged horizontally or vertically.
  • the transmit 50 and receive 60 loops can take any form. They may in particular be of circular, oval, square, rectangular, solenoidal or even polygonal shape.
  • the transmission loops 50 are so-called “active” loops. They each generate a time-varying magnetic field in order to excite the subsoil 200. These magnetic fields are generated using a time-varying electric current (hereinafter simply "electric current") and passing in electrical cables forming the emission loops 50. For each emission loop 50 the electric cable can make one or more turns. A greater number of turns increases the effective area of a transmitting loop 50 and therefore the intensity of the magnetic field generated.
  • Each emission loop 50 comprises an independent electric cable, so that it is possible to modify the characteristics of the electric current (direction, intensity, frequency, etc.) traversing each emission loop 50 independently of each other, as will be described below.
  • the magnetic field corresponding to the sum of all these magnetic fields is called “primary magnetic field”.
  • the primary magnetic field excites the basement 200, resulting in the induction of eddy currents. These eddy currents in turn generate a magnetic field (called "secondary").
  • This secondary magnetic field is measured at the receiving loops 60.
  • the receiving loops 60 are said to be “passive”. They do not generate a magnetic field. They include, like the transmission loops 50, an electric cable, which can make several turns, in which no electric current is injected. It is the interaction between the receiving loops 60 and the secondary magnetic field which induces an electric current which is then analyzed.
  • the receiving loop(s) 60 allowing indirect measurement of the secondary magnetic field, can be replaced by one or more devices allowing direct measurement of the magnetic field, such as magnetometers. Everything that relates below to the position of the receiving loop(s) also applies to the device(s) allowing direct measurement of the magnetic field.
  • the secondary magnetic field, and therefore the electric current induced in the receiving loops 60 provides information on the conductivity/resistivity of the subsoil 200. Its measurement and the analysis of the induced electric current therefore make it possible to establish a model of resistivity/ conductivity of the analyzed zone of the subsoil 200, and to deduce the elements present in the subsoil 200, their locations and their geometries.
  • This model (representation of the subsoil 200 such as a map) can be in one, two, three or four dimensions.
  • the emission loops 50 are traversed by a geometric axis 40A, orthogonal to the planes containing the emission loops 50, and are preferably centered on this geometric axis 40A.
  • the positioning geometry of the emission loops 50 can be defined with respect to this geometric axis 40A, and in particular with respect to the distances 40D separating the different emission loops 50 along this axis. geometric 40A; this distance can vary between two transmission loops 50 of the same assembly 40.
  • the distance 40D between the different electromagnetic transmission loops 50 of the same assembly 40 can range from 0.01m to 20m.
  • the smallest separation distances allow an optimization of the span of the transmitting antenna for its use on the ground or on a light air vector.
  • the electromagnetic transmission loops 50 have the same dimensions.
  • the transmission loops 50 have a span (longest dimension) ranging from 0.01 to 20 m.
  • the smaller wingspans allow use on the ground or on a light air vector.
  • the transmission loops 50 of the same set 40 can have the same dimensions or different dimensions. Preferably, they have the same dimensions.
  • the electromagnetic system 10 is configured so that the position of each transmission loop 50 with respect to the vertical and the horizontal (relative to the planes of constant altitude) is controlled during the use of the electromagnetic system 10 , by a self-supporting system 130 (on the ground or of the airborne type).
  • the geometric axis 40A orthogonal to the planes containing the transmission loops 50 can have any inclination between a vertical position (relative to the planes of constant altitude) and a horizontal position (relative to the planes of constant altitude).
  • a vertical position relative to the planes of constant altitude
  • a horizontal position relative to the planes of constant altitude
  • the geometric axis 40A orthogonal to the planes containing the emission loops 50 can constitute a geometric axis around which the emission loops 50 can rotate, each in their respective plane.
  • the electromagnetic system 10 is configured so that the transmission loops 50 can have any orientation in space, the only constraint being that the transmission loops 50 of the same assembly 40 are positioned in gaze in different planes parallel to each other.
  • the electromagnetic transmission loops 50 of the same assembly 40 are positioned in substantially vertical planes (from 70° to 110°), or in substantially horizontal planes (from -20° to 20° ) with respect to a plane of constant altitude when using the electromagnetic system 10.
  • the electromagnetic transmission loops 50 positioned in substantially vertical planes make it possible to generate a pseudo-vertical or horizontal magnetic field, as needed, as it will be described in detail below.
  • a pseudo-vertical magnetic field makes it possible to obtain data close to those measured with a horizontal loop.
  • the electromagnetic transmission loops 50 positioned in substantially horizontal planes make it possible to increase the intensity of the magnetic field while limiting the size and the cut-off time.
  • the transmission antenna of the prospecting system 10 according to the invention advantageously has one or more sets 40 of electromagnetic transmission loops 50.
  • the prospecting system 10 comprises at least one assembly 40 in which the electromagnetic emission loops 50 are positioned in substantially vertical planes, and/or at least one assembly 40 in which the electromagnetic emission loops 50 are positioned in substantially horizontal planes.
  • Each set of electromagnetic transmission loops 50 can comprise pairs of transmission loops: pair, quadruplet, etc.
  • the receiving loop(s) can be placed preferentially in these zones.
  • These aspects will be developed below.
  • the zones created close to the center of the electromagnetic system that is to say within a few meters around ), and which are therefore easily accessible for arranging the receiving loop or loops therein, have much larger and usable volumes because the intensity of the primary field therein is stable and/or weak.
  • the electromagnetic system 10 may further comprise an electronic transmission card 70 (hereinafter “transmission card”) or a set of transmission cards configured to activate the transmission loops 50 by the injection of an electric current into each of them.
  • transmission card an electronic transmission card 70
  • the characteristics of this current can differ between each set 40 but also between each loop 50 of the same set 40.
  • the injection of the current is in particular carried out in a synchronized manner between the different loops 50 of the same set 40 and between the different sets 40 of loops, in order to ensure that a coherent primary magnetic field is obtained.
  • the emission card 70 or the set of emission cards can be configured to inject an electric current in a certain direction into one or more electromagnetic emission loops 50 of the same set 40, and to inject an electric current in the opposite direction in the other electromagnetic transmission loop(s) 50 of this same assembly 40.
  • Such a configuration makes it possible, for example, to obtain the generation of a pseudo-vertical primary magnetic field 25 when the geometric axis 40A of the assembly 40 is arranged horizontally.
  • This embodiment also makes it possible to actively create well-defined zones where the intensity of the primary magnetic field, or of one of its components, is low (as defined above), thus limiting the effect of this primary magnetic field on the data measured by reception loops 60 which would be placed in these said zones, as will be described in detail below.
  • the transmission electronic card 70 or the set of transmission cards can be configured to inject an electric current in the same direction in the different transmission loops 50 of the same assembly 40.
  • the transmission card 70 can be configured to inject two induction cycles alternately: the first induction cycle consists of the injection of an electric current in a certain direction into certain electromagnetic transmission loops 50 of an assembly 40, and an electric current in the opposite direction into the other electromagnetic transmission loops 50 of this same assembly 40; and the second cycle consists of the injection of an electric current in the same direction in all the emission loops 50 of the same assembly 40.
  • the transmit map 70 or set of transmit maps can be configured to inject different waveforms (/.e. intensity versus time) (wo, wi, w 2 , etc.) in each set 40 of loops or in each transmission loop 50. It is also possible to inject, alternately, different waveforms in order for example to investigate different ranges of depths, as will be described in detail below -After.
  • the transmitter card 70 or the set of transmitter cards can be configured to generate different frequencies of electric current. This aspect of the invention is particularly useful in the case of prospecting in the frequency domain.
  • the transmit card 70 or set of transmit cards can be configured to shut off electrical power to the transmit loops 50 during a time t c . This aspect of the invention is particularly useful for prospecting in the time domain. Additionally, the transmit card 70 or set of transmit cards can be configured to turn off electrical power to some of the transmit loops 50, leaving others active.
  • the reception electromagnetic loop(s) 60 are placed at advantageous positions where the associated component of the primary magnetic field created is weak and/or stable and determined. These positions, actively created by the electromagnetic system 10, depend on the geometry and the number of sets 40 used, as well as on the characteristics and the direction of the current flowing through the emission loops 50.
  • This embodiment has the advantage of allow the reduction of the effect of the primary magnetic field generated by the transmission loop(s) 50 at the level of the reception loop(s) 60.
  • the reception signal obtained, that is to say the electric current induced in the reception loop(s) 60 thus requires less subsequent processing (e.g. compensation, deconvolution) to be exploited.
  • the advantage of actively creating zones where the primary field, or one of its components, is weak and/or stable and determined is to better know/constrain them and to optimize their width; the placement of the reception electromagnetic loop(s) 60 is thus facilitated and the reduction in the primary field effect can be optimal.
  • the vertical component of the primary magnetic field is theoretically zero there. Note also that in the above sets, the primary magnetic field is theoretically zero at the center of the geometry, between the two emission loops 50.
  • said or at least one reception loop 60 can be associated with a compensation coil.
  • a compensation coil makes it possible to reduce the effect of the primary field on the signal measured at the level of the reception loops 60.
  • the reception antenna 30 comprises several reception electromagnetic loops 60, placed at different places where the associated component of the primary magnetic field is weak and/or stable and determined. This makes it possible to improve the signal-to-noise ratio of the overall measurement of the same component of the secondary magnetic field.
  • Several loops electromagnetic reception 60 can also allow a measurement of the local gradient in order to better characterize the local contrasts. This gradient can be horizontal or vertical depending on the position of the receiving loops 60.
  • the receiving loops 60 can be arranged in any direction.
  • said or at least one electromagnetic receiving loop 60 is arranged parallel or perpendicular to the axis of rotation 20A of the transmitting antenna 20 or parallel or perpendicular to at least one axis 40A .
  • receiving loops 60 can, independently of each other, be arranged parallel or perpendicular to the axis of rotation 20A of the transmitting antenna 20 or parallel or perpendicular to at least one axis 40A.
  • the receiving antenna 30 comprises at least one receiving loop 60 arranged parallel to the axis of rotation 20A of the transmitting antenna 20 or to at least one axis 40A and at least one receiving loop 60 arranged perpendicularly to the axis of rotation 20A of the transmitting antenna 20 or to at least one axis 40A.
  • a primary horizontal or vertical, or even pseudo-vertical, magnetic field can be created, possibly in an alternating manner. This is for example the case when placing a pair of transmission loops 50 vertically. By playing on the direction of the current. It is then possible to generate a primary horizontal and pseudo-vertical magnetic field.
  • the reception loops 60 measure the response of the subsoil following its excitation by the two types of primary magnetic fields generated.
  • such an arrangement makes it possible to obtain various data which, once compiled, make it possible to better characterize the resistivity/conductivity contrasts of the subsoil 200. This aspect will be described in more detail below, in relation to the method prospecting according to the invention.
  • the electromagnetic system 10 can comprise a reception card 80 or a set 80 of reception cards configured to process the data measured by the reception antenna 30, in particular by sampling, and to determine the electrical resistivity/conductivity contrasts. of the basement 200, and in particular, constructing a model in one, two, three or four dimensions of the resistivity/conductivity contrasts.
  • the electromagnetic system 10 can also comprise a communication module in order to send the data measured by the reception antenna 30 to a processing module external to the electromagnetic system 10 which will process the information and determine the contrasts. electrical resistivity/conductivity of the basement 200.
  • the processing module can be arranged at the level of the self-supporting system 130 as described below, or else at ground level.
  • the electromagnetic system 10 can also comprise a module for storing the data measured by the reception antenna 30.
  • the reception card 80 or the set of reception cards and, if present, the external processing module 92 are synchronized with the issue card 70 or set of issue cards.
  • the electromagnetic system 10 can also comprise sensors in order to measure the position in space of the transmitting 20 and receiving 30 antennas, and in particular the inclination, with respect to the vertical or the horizontal, the ground clearance and position relative to the ground.
  • the electromagnetic system 10 can comprise compensation or readjustment elements configured to compensate or readjust the position of the antenna 20/30 when the sensors 96 detect a deviation.
  • the electromagnetic system 10 can be equipped with elements allowing it to move and follow a 3D trajectory autonomously, such as for example in the context of dronization of the system 10, that is to say a transformation into drone of system 10, or attaching system 10 to a drone.
  • the invention also relates to an assembly of an electromagnetic system 10 according to the invention and of a support system 110.
  • the support system 110 is composed of a support structure 120, a vector 140, in particular aerial, and a traction system 130 (cables, ropes, etc.) connecting the support structure 120 to the vector 140.
  • the support system 110 or the electromagnetic system 10 further comprises a transmission card 70 as defined above.
  • the support system 110 or the electromagnetic system 10 can also comprise the reception card 80 as defined above.
  • the vector 140 of the support system 110 can be an airplane, a glider, a balloon, a microlight, a helicopter or even one or more drones.
  • vector 140 preferably belongs to the light air sector. In the case of ground prospecting, this vector 140 can for example be a quad or an individual.
  • the invention further relates to a method of using an electromagnetic system 10 as described previously to image the resistivity/electrical conductivity contrasts of the subsoil 200.
  • the method for determining the electrical resistivity/conductivity contrasts of the subsoil 200 comprises the following steps: a) the transmitting antenna 20 is placed above the area of interest of the subsoil 200, b) a series of measurements is carried out where each measurement includes the following sub-steps:
  • the first step consists, in the general case, in arranging the transmission antenna 20 above the zone of interest of the basement 200.
  • the arrangement of several loops 50 vertically and/or horizontally makes it possible to limit the size of the transmitting antenna 20, and therefore offers the possibility of its use on a light aerial vector 130.
  • a vertical arrangement has the advantage of being able to alternate between a vertical configuration (primary horizontal magnetic field), unprecedented in the time domain, and a pseudo-horizontal configuration (primary pseudo-vertical magnetic field), also unprecedented in the time domain, without increasing the size of the transmitting antenna 20, and even limiting it, thanks to the vertical position of the transmitting loops 50.
  • the pseudo-horizontal configuration thanks to the injection of a current in the opposite direction, allows also to limit the effect of the magnetic field primary generated on the reception and therefore to guarantee a good resolution in the near surface.
  • a horizontal arrangement has the advantage of being able to alternate, in a novel way, between a configuration making it possible to limit the effect of the primary field on reception, by injecting a current in the opposite direction, and thus to guarantee good near-surface resolution and a configuration generating a relatively large primary magnetic field, by injecting the current in the same direction.
  • the scope of the electromagnetic system 10 for geophysical prospecting as well as the power cut time. injected (in time domain).
  • a relatively stable and determined primary magnetic field is obtained in an area around the center of the geometry. The size of this zone depends on the spacing and the number and dimensions of the transmission loops 50.
  • the receiving loop(s) 60 are arranged in a vertical and/or horizontal plane.
  • This step corresponds to obtaining the data making it possible to determine the resistivity/electrical conductivity contrasts of the basement 200.
  • Step 1) corresponds to the generation of a primary magnetic field by the activation of the electromagnetic emission loops 50.
  • this step is carried out by injecting an electric current in a synchronized manner into each of the emission loops 50 , in particular thanks to an electronic card 70 of electrical transmission as defined previously.
  • the electric current in each transmission loop 50 has, for example, the same intensity.
  • the electric current injected into at least one of the electromagnetic emission loops 50 of an assembly 40 is in the opposite direction to that injected into the other electromagnetic loops 50 of this set 40.
  • step 1) the electric current injected into the electromagnetic transmission loops 50 is in the same direction.
  • emission loops 50 arranged vertically it is then possible to generate a horizontal magnetic field (vertical configuration), useful for the characterization of 2D/3D bodies limited in space, vertical contrasts and environments high relief (cliffs, mountainous areas) where the use of a classic horizontal configuration reaches its limits.
  • emission loops 50 arranged horizontally this makes it possible to increase the intensity of the magnetic field primary generated while limiting the bulk and cut-off time of the injected current.
  • this makes it possible to create a relatively stable and determined primary magnetic field at the center of the geometry.
  • a combination of these two embodiments is advantageous in that it makes it possible to benefit from the advantages of these two modes and thus to improve the capacities of the electromagnetic system 10 in terms of resolution (horizontal and vertical), depth of investigation and/or characterization of complex objects, while limiting the size of said device.
  • step 1) can comprise: a sub-step 1 A) in which the electric current injected into at least one of the electromagnetic transmission loops 50 of an assembly 40 is in the opposite direction to that injected into the other electromagnetic loops 50 of the assembly 40, and a sub-step 1 B) in which the electric current injected into the electromagnetic emission loops 50 is in the same direction.
  • step 1) may comprise: a sub-step i) in which the electric current injected into each activated electromagnetic transmission loop 50 has an intensity lo, and a sub-step ii) in which the electric current injected into each activated electromagnetic emission loop 50 has an intensity h, where h is greater than lo-
  • the intensity of the current injected into each emission loop 50 can be the same for all the loops 50 or else be different for each emission loop 50 or for each set 40 of emission loop 50.
  • the alternation of intensity of the current injected into the transmission loops 50 generally makes it possible to obtain information at different depths.
  • a high intensity will provide information on greater depths than a lower intensity but will be accompanied by a decrease in resolution closer to the surface, due to an increased cut-off time.
  • sub-steps 1 A) and 1 B) can each comprise sub-steps i) and ii) or vice versa.
  • step b) is carried out by successive activation over time of certain sets 40 of electromagnetic transmission loops 50, so that when certain electromagnetic transmission loops 50 are activated the others are not.
  • the sets 40 of electromagnetic transmission loops 50 are distributed in several transmission groups, each transmission group corresponding to one or more sets 40 of electromagnetic transmission loops, each transmission group being successively activated in the time during step b) so that when a transmission group is activated the other or the others are not.
  • the activation of an emission group can comprise substeps 1A) and/or 1B) and/or substeps i) and/or ii).
  • the duration of activation of an electromagnetic transmission loop 50 that is to say the duration during which an electric current is injected into it before to be cut, usually ranges from 0.1 to 20 milliseconds.
  • This step consists of measuring a secondary magnetic field following the excitation of the subsoil using the primary magnetic field generated and its variation over time.
  • the temporal variation of this field will induce eddy currents in the subsoil.
  • These eddy currents in turn create a so-called secondary magnetic field.
  • the characteristics of the secondary magnetic field depend, to the first order, on the resistivity/conductivity of the rocks and/or the fluids crossed.
  • the measurement of the secondary magnetic field provides information on the resistivity/conductivity of the investigated volume, the latter being more and more important, laterally and vertically, with time or decreasing frequency.
  • the measurement of the secondary magnetic field can be carried out according to two different domains, a frequency domain or a time domain.
  • the electrical current passing through the transmitting loops 50 is injected at specific frequencies and the secondary magnetic field (in-phase and quadrature component) is measured simultaneously at the receiving loops 60.
  • the frequency the nature of the noise and the conductivity of the subsoil 200 controls the depth of investigation. Thus, the lower the frequency, the more deep layers will be investigated.
  • step 2) several frequencies can be transmitted by the same assembly 40 following a sequence or simultaneously by the different assemblies. THE secondary magnetic field for each frequency is then measured at the level of said or at least one electromagnetic reception loop 60.
  • the signal is emitted for a time tj, then cut for a time t c , and the subsoil response is sampled over a defined time interval t m .
  • the depth investigated depends on the time elapsed between the start of the cut and the measurement, on the noise level and on the conductivity of the subsoil 200.
  • the measurement of the secondary magnetic field at a time close to the cut informs about the near basement and vice versa.
  • cutting off the primary magnetic field (during or before the measurement) makes it possible to limit its effect on reception.
  • the time domain will be preferred in what follows.
  • a parallel with the frequency domain can be achieved using methods known to those skilled in the art.
  • step 2) the measurement of the secondary magnetic field at the level of said or at least one electromagnetic receiving loop 60 is synchronized with the electromagnetic transmitting loops 50.
  • the interval of time t m can include tj and t c , or only t c or start after t c .
  • the measurement during t c or very quickly after t c makes it possible to characterize the very near subsoil.
  • this is affected by the primary magnetic field.
  • t c although the current is switched off, a residual primary magnetic field may persist for a few moments in the reception loop(s) 60.
  • the more time passes the more the measurement of the secondary magnetic field provides information on significant depths.
  • a limiting parameter of the depth of investigation is the ambient noise level.
  • the signal-to-noise ratio can be improved by increasing the intensity of the electric current injected into the emission loops 50 and therefore the intensity of the primary magnetic field.
  • a current in the same direction in the different emission loops 50 makes it possible to increase the intensity of the primary magnetic field and to obtain a better signal/noise ratio, without there is no need to increase the value of the intensity of the electrical current injected, the number of turns or the area of the transmit loops 50.
  • this aspect of the invention may be important for light air vector 130 operation, where it is difficult to have high amperage and/or loops of significant area. It can also be envisaged to use more loops 50 per assembly 40 and/or assembly 40 in order to increase the intensity of the primary magnetic field, without harming the size and the cut-off time and without the need for increase the current amperage.
  • Step c) concerns the processing of the measured data, in order to determine the resistivity/electrical conductivity contrasts present in the basement 200 and to construct a model, in one, two, three or four dimensions.
  • inversion procedures known to those skilled in the art are applied in order to image the resistivity/conductivity contrasts at the origin of the acquired signals. These procedures can be deterministic or stochastic and consider a subsoil in one, two, three or four dimensions.
  • the electromagnetic system 10 is moved, in particular at constant speed, in particular according to a flight plan, during the performance of steps a) to c).
  • At least one set 40 of electromagnetic transmission loops 50 is arranged in the direction of movement of the system electromagnetic loop 10 and at least one set 40 of electromagnetic transmission loops 50 is arranged perpendicular to the direction of movement of the electromagnetic system 10.
  • the loops 50 of a set 40 are facing each other in the direction of movement.
  • This aspect of the invention is interesting in that it makes it possible to obtain data both in the direction of movement and in its perpendicular, which is not possible with configurations where the emission loops are horizontal. This can make it possible to improve the characterization of the basement 200 in that it allows its investigation in a different way; the volumes investigated and their orientations differ. For example, the response and the characterization of a vertical contrast will depend on the difference in orientation between this contrast and the emission.
  • FIG. 1 represents an assembly 100 according to the invention comprising an electromagnetic system 10 and a support system 110.
  • the support system 110 is composed of a small helicopter 140 connected, by means of of the traction system 130 (cables/ropes), to a support structure 120 on which the electromagnetic system 10 is fixed.
  • the electromagnetic system 10 represented comprises a transmission antenna 20 formed here by two pairs 40 of transmission loops 50 vertical.
  • the emission loops 50 here have a rectangular shape, but they could take any shape.
  • the loops 50 of a pair 40 are arranged facing each other, parallel to each other, and associated with an axis of rotation 20A and at least one geometric axis 40A.
  • the helicopter 140 has a direction of flight 142 above the ground 300.
  • one of the pairs 40 of transmission loops 50 is arranged according to the direction of flight 142, and the another loop 50 is arranged perpendicular to this direction of flight 142.
  • This arrangement makes it possible to collect data according to the direction of flight and its perpendicular, in particular by alternating the injection or by simultaneously injecting the current into the pairs 40 of loops.
  • the electromagnetic system 10 also has a reception antenna 30 comprising one or more reception loops 60.
  • These reception loops 60 are here arranged either vertically or horizontally at advantageous positions as will be described below.
  • a single reception loop 60 is present and placed in the center of the electromagnetic system 10.
  • the reception loops 60 represented have a circular shape, but they could have any other shape.
  • the use of several reception loops 60 for the measurement of the same component of the secondary magnetic field allows greater averaging of the data or the calculation of the gradient according to their positions and their spacings.
  • FIGS 2a to 2f show other embodiments of the electromagnetic system 10 according to the invention.
  • a transmission antenna 20 comprising a pair 40 of transmission loops 50 and three reception loops 60. Two loops of the three reception loops 60 are arranged horizontally on either side of the pair 40 of transmission loops and the last reception loop 60 is arranged vertically between two transmission loops 50 at the center of the electromagnetic system 10.
  • the transmit antenna 20 comprises a pair 40 of transmit loops 50 horizontal and two receive loops 60 also arranged horizontally. In this embodiment, the reception loops 60 are not arranged opposite the transmission loops 50.
  • the transmit antenna 20 comprises a pair 40 of transmit loops 50 vertical, one transmit loop 50 horizontal and three receive loops 60 arranged as in Figure 2a.
  • the transmit antenna 20 comprises a pair 40 of transmit loops 50 horizontal and a receive loop 60 horizontal arranged at the center of the electromagnetic system 10.
  • the transmit antenna 20 comprises a pair 40 of transmit loops 50 vertical and a receive loop 60 vertical disposed in the center of the electromagnetic system 10.
  • This carrier structure 120 can also carry a box containing a transmission card 70 and a reception card 80, this box can also be arranged directly at the level of the traction system 130 (cables/cords).
  • Said transmission card 70 is configured to inject an electric current into each of the transmission loops 50.
  • the reception card 80 is configured to process the data received by the reception loop 60.
  • FIGS. 3a to 3d show the magnetic field (25; 25') emitted by a pair 40 of emission loops 50 of an electromagnetic system 10 associated with a geometric axis 40A, according to different current injections in these loops 50; this pair 40 of loops 50 is arranged either vertically (FIGS. 3a and 3b) or horizontally (FIGS. 3c and 3d) with respect to the ground 240.
  • FIGS. 3a and 3c an electric current in the same direction is injected into the two loops 50 of the pair 40.
  • the magnetic field 25 emitted by each of the loops 50 has the same shape and rotates in the same direction.
  • this mode of injection it is possible to actively generate areas where the primary magnetic field 25, or at least one of its components, is weak.
  • a zone where the vertical component of the primary magnetic field 25 is weak is located at the level of the horizontal plane passing through the center of the electromagnetic system 10. It is at the level of these zones that the receiving loops 60 so that the measurements are biased only slightly by the primary magnetic field emitted by the transmitting loops 50. Note that areas characterized by a component of the weak primary magnetic field also exist when currents are injected into the same meaning, however these are much more limited in space.
  • the arrangement of the reception loops 60 can also be adapted according to the component of the secondary magnetic field 230 that one wishes to measure.
  • Figures 3b and 3d have been shown the geometric axes 20A and 40A and a third geometric axis 400A perpendicular to the axes 20A and 40A. If it is desired to measure the component of the secondary magnetic field 230 perpendicular to the axis of rotation of the transmitting antenna 20A, preference will be given to the arrangement of the reception loops 60 in the plane formed by the axes 40A and 400A.
  • FIG. 4 represents a kinematics for determining the conductivity/resistivity contrasts of the subsoil 200 by the electromagnetic system 10 according to the invention as presented in FIG. 1.
  • this subsoil 200 is present a particular layer 210, characterized by an electrical resistivity/conductivity different from that of its surrounding 220; this may be due to a change in lithology, a different level of alteration, a different fluid saturation, etc....
  • the purpose of the electromagnetic system 10 is to detect the contrast between this particular layer 210 and encasing 220, its position and its geometry in the subsoil 200.
  • the transmitting antenna 20 emits a primary magnetic field 25, variable over time and represented here by a signal.
  • This temporal variation of the magnetic field 25 excites the basement 200 as well as the layer 210, which in turn emit a secondary magnetic field 230, represented here also by a signal.
  • the secondary magnetic field is measured at the level of the receiving loop 60.
  • the analysis of the secondary magnetic field 230 is carried out in a synchronized manner with the injection of a current(s) characterized by a form of wave.
  • the subsoil 200 is studied by a succession of transmission (generation of a primary magnetic field 25) and reception (measurement of the secondary magnetic field at the level of the reception loop 60) during the displacement of the electromagnetic system 10 following the direction of flight 142 and the flight plan. Each measurement is analyzed by the reception card 80 in order to restore a model of the resistivity/conductivity contrasts of the subsoil 200.
  • vector self-supporting system
  • helicopter helicopter
  • 300 single emission loop, perpendicular to the other emission loops 50 400A: geometric axis perpendicular to the axis of rotation 20A and to the geometric axis 40A

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Abstract

L'invention concerne un système électromagnétique (10) de prospection géophysique comprenant une antenne d'émission (20) et une antenne de réception (30), ladite antenne d'émission (20) comprenant au moins un ensemble (40) de boucles électromagnétiques d'émission (50), ladite antenne de réception (30) étant formée par au moins une boucle électromagnétique de réception (60), dans lequel les boucles électromagnétiques d'émission (50) d'un même ensemble (40) sont positionnées dans différents plans parallèles entre eux.

Description

Description
Titre de l’invention : Système électromagnétique de prospection géophysique
La présente invention concerne un système électromagnétique de prospection géophysique, notamment un système électromagnétique de prospection géophysique, de type aéroporté ou utilisable au sol.
L’électromagnétisme (EM) à source contrôlée est une méthode permettant d’imager les contrastes de conductivité/résistivité électrique du sous-sol, paramètre particulièrement pertinent pour en obtenir une description détaillée.
La méthode EM présente un intérêt avéré dans des thématiques environnementales variées, telles que la connaissance géologique (aide à la cartographie géologique et à la modélisation 3D du sous-sol), l'hydrogéologie (gestion et vulnérabilité de la ressource en eau), la prospection en matériaux ou minière (exploration et cubage des gisements), les risques naturels (aide à la cartographie de l’aléa mouvement de terrain et de l’aléa sismique), la pollution (vulnérabilité du sous-sol et suivi de pollution) et la géotechnique (information sur la nature du sous-sol pour la construction et l’aménagement du territoire). La méthode EM constitue donc une méthode d'imagerie efficace, exploitée dans de nombreux domaines.
Cette technique peut s’opérer dans le domaine fréquentiel ou temporel, au sol ou en aéroporté (avion ou hélicoptère). Elle consiste en l’injection, dans une boucle d’émission, d’un courant électrique variant dans le temps, afin de créer un champ magnétique, également variable, et en l’écoute de la réponse du sous-sol suite à cette excitation, au niveau d’une ou de plusieurs boucles de réception.
L’importance du signal émis dépend de l’aire de la boucle, du nombre de tour et de l’ampérage du courant injecté. Etant donné que chacun de ces paramètres a des implications en matière d’autonomie et/ou d’aérodynamisme et/ou de mise en œuvre et/ou de résolution, il est nécessaire de trouver le meilleur compromis.
Actuellement, il existe un besoin croissant d’adapter la méthode EM sur un vecteur aérien léger, afin d’être en capacité de la mettre en œuvre sur des surfaces dites intermédiaires (bassins versants, champs, carrières, digues, linéaires, ...), à l’usage des industriels comme des collectivités. L’acquisition de données haute résolution (aussi bien latéralement que verticalement) sur des surfaces dites intermédiaires, de première importance pour une grande majorité de problématiques environnementales à enjeux socio-économiques, reste difficilement envisageable pour le sol et l’aéroporté « classique », dit lourd. De plus, pour ce dernier, l’utilisation de gros dispositifs héliportés par des hélicoptères de type écureuil ne permet pas une mise en œuvre souple et rapide, à coût réduit. Les systèmes temporels aéroportés actuels possèdent généralement une boucle d’émission horizontale de plusieurs centaines de m2 et peuvent peser plus de 500kg, ce qui n’est pas directement transposable sur un vecteur aérien léger. Ceci est donc propice à l’émergence de géométrie inédite, d’envergure limitée.
L’invention a pour but de remédier aux inconvénients de l’art antérieur, en proposant un système électromagnétique de prospection géophysique pouvant s’adapter sur un vecteur aérien léger et s’adaptant au besoin en résolutions latérale et verticale associées.
A cet effet, l’invention concerne un système électromagnétique de prospection géophysique comprenant une antenne d’émission et une antenne de réception, ladite antenne d’émission comprenant au moins un ensemble de boucles électromagnétiques d’émission, ladite antenne de réception étant formée par au moins une boucle électromagnétique de réception, dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission d’un même ensemble sont positionnées dans différents plans parallèles entre eux.
Avantages
Une telle disposition des boucles électromagnétiques d’émission permet de contraindre le champ magnétique émis en matière de géométrie et d’intensité et, dans certaines configurations, d’accroître son intensité, sans augmenter le nombre de tours, l’aire de l’antenne d’émission et donc son encombrement, voire en réduisant son encombrement, et sans augmenter l’ampérage du courant électrique injecté, optimisant ainsi le temps de coupure du courant, comme il sera expliqué ci-après.
Par ailleurs, le système électromagnétique de prospection géophysique selon l’invention (ci-après « système de prospection ») peut être adapté à un emport sur vecteur aérien léger. Par exemple, les boucles d’émission d’un même ensemble peuvent être positionnées à la verticale, permettant de limiter l’encombrement horizontal tout en générant soit un champ magnétique pseudo-vertical, soit un champ magnétique horizontal en fonction du courant injecté ; un champ magnétique pseudo-vertical permet d’obtenir des données proches de celles mesurées avec une boucle horizontale, tout en réduisant l’encombrement. Les boucles d’émission d’un même ensemble peuvent également être positionnées à l’horizontal, permettant d’augmenter l’intensité du champ magnétique tout en limitant l’encombrement. Ces configurations des boucles d’émission du système selon l’invention peuvent aussi être mis en œuvre au sol. Dans le cadre de la présente description, on entend par « vertical », une orientation localement/sensiblement perpendiculaire aux plans d’altitude constante, et on entend par « horizontal », une orientation localement parallèle aux plans d’altitude constante.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les boucles électromagnétiques d’émission d’un même ensemble sont centrées sur un axe géométrique orthogonale aux plans parallèles.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système de prospection comprend au moins un ensemble dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission sont positionnées dans des plans sensiblement verticaux, et/ou au moins un ensemble dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission sont positionnées dans des plans sensiblement horizontaux.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, chaque ensemble de boucles électromagnétiques d’émission comprend des paires de boucles d’émission.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système électromagnétique comprend en outre une carte électronique d’émission ou un ensemble de cartes d’émission configuré pour injecter un courant électrique dans le même sens dans les différentes boucles d’émission d’un même ensemble afin de générer un champ magnétique primaire et de créer des zones où le champ magnétique primaire ou l’une de ses composantes est stable et déterminée.
Notamment, l’antenne de réception peut être disposée au moins pour partie dans les zones où le champ magnétique primaire ou l’une de ses composantes est stable et déterminée.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le système électromagnétique comprend en outre une carte électronique d’émission ou un ensemble de cartes d’émission configuré pour injecter un courant électrique dans un certain sens dans une ou plusieurs boucles électromagnétiques d’émission d’un même ensemble, et pour injecter un courant électrique dans le sens opposé dans la ou les autres boucles électromagnétiques d’émission de ce même ensemble afin de générer un champ magnétique primaire et de créer des zones de l’espace où l’intensité du champ magnétique primaire ou d’une de ses composantes est faible. La notion de « faible » est définie plus loin.
Notamment, l’antenne de réception est disposée au moins pour partie dans les zones de l’espace où l’intensité du champ magnétique primaire ou d’une de ses composantes est faible. L’invention concerne également un Procédé de détermination des contrastes de résistivité ou de conductivité électrique d’une zone d’intérêt du sous-sol à l’aide du système électromagnétique tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes suivantes : a) la disposition de l’antenne d’émission au-dessus de la zone d’intérêt du sous-sol, b) la réalisation d’une série de mesure où chaque mesure comprend les sous étapes suivantes :
1) la génération d’un champ magnétique primaire, variable dans le temps et de géométrie contrainte, par l’activation des boucles électromagnétiques d’émission, de façon à exciter le sous-sol et mesurer un champ magnétique secondaire renvoyé par ce dernier,
2) la mesure du champ magnétique secondaire par l’antenne de réception, et c) la détermination des contrastes de résistivité ou de conductivité électrique du sous- sol.
Selon un mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape 1) le courant électrique injecté dans au moins une des boucles électromagnétiques d’émission d’un ensemble est en sens opposé à celui injecté dans les autres boucles électromagnétiques de cet ensemble.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape 1) le courant électrique injecté dans les boucles électromagnétiques d’émission d’un même ensemble est dans le même sens.
Notamment, l’étape 1) comprend : une sous étape 1 A) dans laquelle le courant électrique injecté dans au moins une des boucles électromagnétiques d’émission d’un ensemble est en sens opposé à celui injecté dans les autres boucles électromagnétiques de l’ensemble, et une sous étape 1 B) dans laquelle le courant électrique injecté dans les boucles électromagnétiques d’émission d’un même ensemble est dans le même sens.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels
[Fig. 1] La figure 1 illustre un exemple de système électromagnétique de prospection géophysique selon l’invention. [Fig. 2] La figure 2 illustre différents modes de réalisation (2a à 2e) d’une antenne d’émission d’un système électromagnétique de prospection géophysique selon l’invention
[Fig. 3] La figure 3 illustre différents modes de génération d’un champ magnétique primaire (3a et 3c: courants dans le même sens ; 3b et 3d : courants en sens opposé) par une paire de boucles d’émission d’un système électromagnétique selon l’invention.
[Fig. 4] La figure 4 illustre la génération d’un champ magnétique secondaire depuis un sous-sol à l’aide du système électromagnétique de prospection géophysique de la figure 1.
Description détaillée
On se réfère à la figure 1 qui illustre un exemple de système électromagnétique 10 de prospection géophysique selon l’invention. Le système électromagnétique 10 de prospection comprend une antenne d’émission 20 et une antenne de réception 30.
L’antenne d’émission 20 comprend au moins un ensemble 40 de boucles électromagnétiques d’émission, les boucles électromagnétiques d’émission 50 (ci-après « boucles d’émission ») d’un même ensemble 40 étant positionnées dans différents plans parallèles entre eux.
Selon un mode de réalisation préféré, les boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un même ensemble 40 sont centrées sur un axe géométrique 40A orthogonale aux plans parallèles. Ainsi, deux boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un même ensemble 40 sont en regard l’une de l’autre.
Par la suite, on appelle axe de rotation 20A de l’antenne d’émission 20, l’axe géométrique central autours duquel sont positionnées les boucles d’émission 50. Cet axe de rotation 20A est présent lorsque l’ensemble des boucles d’émission 50 sont dans des plans ayant une direction parallèle, notamment verticale ou horizontale.
On dit que l’antenne d’émission 20 est verticale lorsque toutes les boucles d’émissions 50 des ensembles 40 sont disposées dans les plans verticaux. Dans ce mode de réalisation, l’antenne d’émission 20 comprend un axe de rotation 20A vertical autour duquel sont positionnées les boucles d’émission 50.
On dit que l’antenne d’émission 20 est horizontale lorsque toutes les boucles d’émissions 50 des ensembles 40 sont disposées dans des plans horizontaux. Dans ce mode de réalisation, l’antenne d’émission 20 comprend un axe de rotation 20A horizontal autour duquel sont positionnées les boucles d’émission 50.
L’antenne de réception 30 est formée par au moins une boucle électromagnétique de réception 60 (ci-après « boucles de réception), qui peut elle aussi être disposée à l’horizontale ou à la verticale.
Les boucles d’émission 50 et de réception 60 peuvent prendre n’importe quelle forme. Elles peuvent notamment être de forme circulaire, ovale, carré, rectangulaire, solénoïdale ou encore polygonale.
Les boucles d’émission 50 sont des boucles dites « actives ». Elles génèrent chacune un champ magnétique variable dans le temps afin d’exciter le sous-sol 200. Ces champs magnétiques sont générés à l’aide d’un courant électrique variant dans le temps (ci- après simplement « courant électrique ») et passant dans des câbles électriques formant les boucles d’émission 50. Pour chaque boucle d’émission 50 le câble électrique peut faire un ou plusieurs tours. Un plus grand nombre de tours augmente l’aire effective d’une boucle d’émission 50 et donc l’intensité du champ magnétique généré. Chaque boucle d’émission 50 comprend un câble électrique indépendant, de sorte qu’il est possible de modifier les caractéristiques du courant électrique (sens, intensité, fréquence etc...) parcourant chaque boucle d’émission 50 indépendamment les unes des autres, comme il sera décrit ci-après.
Le champ magnétique correspondant à la somme de tous ces champs magnétiques est appelé « champ magnétique primaire ».
Grâce à sa variabilité au cours du temps, le champ magnétique primaire excite le sous-sol 200, se traduisant par l’induction de courants de Foucault. Ces courants de Foucault génèrent à leur tour un champ magnétique (dit « secondaire »). Ce champ magnétique secondaire est mesuré au niveau des boucles de réception 60. Les boucles de réception 60 sont dites « passives ». Elles ne génèrent pas de champ magnétique. Elles comprennent, tout comme les boucles d’émission 50, un câble électrique, qui peut faire plusieurs tours, dans lequel il n’est injecté aucun courant électrique. C’est l’interaction entre les boucles de réception 60 et le champ magnétique secondaire qui induit un courant électrique qui est ensuite analysé. Dans l’invention, la ou les boucles de réception 60, permettant une mesure indirecte du champ magnétique secondaire, peuvent être remplacées par un ou plusieurs dispositifs permettant une mesure directe du champ magnétique tels que des magnétomètres. Tout ce qui se rapporte ci-après à la position de la ou des boucles de réception s’applique également au ou aux dispositifs permettant une mesure directe du champ magnétique.
Le champ magnétique secondaire, et donc le courant électrique induit dans les boucles de réception 60, informe sur la conductivité/résistivité du sous-sol 200. Sa mesure et l’analyse du courant électrique induit permettent donc d’établir un modèle de résistivité/conductivité de la zone analysée du sous-sol 200, et de déduire les éléments présents dans le sous-sol 200, leurs localisations et leurs géométries. Ce modèle (représentation du sous-sol 200 telle qu’une carte) peut être en une, deux, trois ou quatre dimensions.
Description d’un ensemble 40 de boucles d’émission
Au sein d’un même ensemble, les boucles d’émission 50 sont traversées par un axe géométrique 40A, orthogonal aux plans contenant les boucles d’émission 50, et sont de préférence centrées sur cet axe géométrique 40A. Au sein d’un même ensemble 40, la géométrie de positionnement des boucles d’émission 50 peut être définie par rapport à cet axe géométrique 40A, et notamment par rapport aux distances 40D séparant les différentes boucles d’émission 50 le long de cet axe géométrique 40A ; cette distance peut varier entre deux boucles d’émission 50 d’un même ensemble 40.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la distance 40D entre les différentes boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un même ensemble 40 peut aller de 0,01m à 20m. Les distances de séparation les moins importantes permettent une optimisation de l’envergure de l’antenne d’émission pour son utilisation au sol ou sur vecteur aérien léger.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les boucles électromagnétiques d’émission 50 présentent les mêmes dimensions. Notamment, les boucles d’émission 50 présentent une envergure (dimension la plus longue) allant de 0,01 à 20m. Les envergures les moins importantes permettent une utilisation au sol ou sur vecteur aérien léger. Les boucles d’émission 50 d’un même ensemble 40 peuvent présenter les mêmes dimensions ou des dimensions différentes. De préférence, elles ont les mêmes dimensions.
Par ailleurs, le système électromagnétique 10 est configuré pour que la position de chaque boucle d’émission 50 par rapport à la verticale et à l’horizontale (relativement aux plans d’altitude constante) soit contrôlée lors de l’utilisation du système électromagnétique 10, par un système autoporteur 130 (au sol ou de type aéroporté).
Ainsi, l’axe géométrique 40A orthogonale aux plans contenant les boucles d’émission 50, peut avoir toute inclinaison entre une position verticale (relativement aux plans d’altitude constante) et une position horizontale (relativement aux plans d’altitude constante). Lorsque l’axe géométrique 40A est horizontale, alors les boucles d’émission 50 sont verticales. A l’inverse, lorsque l’axe géométrique 40A est verticale, alors les boucles d’émission 50 sont horizontales.
Enfin, l’axe géométrique 40A orthogonale aux plans contenant les boucles d’émission 50, peut constituer un axe géométrique autour duquel les boucles d’émission 50 peuvent tourner, chacune dans leur plan respectif.
En somme, le système électromagnétique 10 est configuré pour que les boucles d’émission 50 puissent avoir n’importe quelle orientation dans l’espace, l’unique contrainte étant que les boucles d’émission 50 d’un même ensemble 40 soient positionnées en regard dans différents plans parallèles entre eux. Selon un mode de réalisation avantageux, les boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un même ensemble 40 sont positionnées dans des plans sensiblement verticaux (de 70° à 110°), ou dans des plans sensiblement horizontaux (de -20° à 20°) par rapport à un plan d’altitude constante lors de l’utilisation du système électromagnétique 10. Les boucles électromagnétiques d’émission 50 positionnées dans des plans sensiblement verticaux, permettent de générer un champ magnétique pseudo-vertical ou horizontal, au besoin, comme il sera décrit en détail ci-après. Un champ magnétique pseudo-vertical permet d’obtenir des données proches de celles mesurées avec une boucle horizontale. Les boucles électromagnétiques d’émission 50 positionnées dans des plans sensiblement horizontaux permettent d’augmenter l’intensité du champ magnétique tout en limitant l’encombrement et le temps de coupure.
L’antenne d’émission du système de prospection 10 selon l’invention présente avantageusement un ou plusieurs ensembles 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50.
Selon une variante de réalisation, le système de prospection 10 comprend au moins un ensemble 40 dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission 50 sont positionnées dans des plans sensiblement verticaux, et/ou au moins un ensemble 40 dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission 50 sont positionnées dans des plans sensiblement horizontaux.
Chaque ensemble de boucles électromagnétiques d’émission 50 peut comprendre des paires de boucles d’émission : paire, quadruplet, etc.
De manière générale, les différents ensembles de boucles permettent :
(1) de contraindre la géométrie et l’intensité du champ magnétique primaire et ainsi de contraindre les caractéristiques de la mesure en fonction de l’objectif ; et
(2) de créer, et ce de manière active, des zones dans l’espace, déterminables par des méthodes connues de l’homme du métier, où au moins l’une des composantes du champ primaire émis est
- faible, c’est-à-dire avec une valeur égale ou inférieure à la composante correspondante du champ magnétique secondaire renvoyé par le sous-sol 200, avantageusement avec une valeur égale ou inférieure à 10% de la composante correspondante du champ magnétique secondaire renvoyé par le sous-sol 200, et/ou
- stable.
La/les boucles réceptrices peuvent être placées préférentiellement dans ces zones. Ces aspects seront développés ci-après. Avantageusement, comparé à l’utilisation d’une boucle d’émission unique notamment disposée à l’horizontale ou à la verticale, les zones créées à proximité du centre du système électromagnétique (c’est-à-dire dans les quelques mètres aux alentours), et qui sont donc facilement accessibles pour y disposer la ou les boucles réceptrices, possèdent des volumes bien plus importants et exploitables car l’intensité du champ primaire y est stable et/ou faible.
Bien entendu, lorsque tous les ensembles de boucles d’émission de l’antenne ne sont pas activés en même temps, comme décrit plus bas, les zones créées successivement peuvent être situées à des endroits différents et l’homme du métier saura où disposer le plus judicieusement possible la ou les boucles réceptrices en tenant compte de ce fait.
Gestion du courant dans les boucles d’émission
Le système électromagnétique 10 selon l’invention peut comprendre en outre une carte électronique d’émission 70 (ci-après « carte d’émission ») ou un ensemble de cartes d’émission configuré pour activer les boucles d’émission 50 par l’injection d’un courant électrique dans chacune d’elles. Les caractéristiques de ce courant peuvent différer entre chaque ensemble 40 mais également entre chaque boucle 50 d’un même ensemble 40. L’injection du courant est notamment réalisée de manière synchronisée entre les différentes boucles 50 d’un même ensemble 40 et entre les différents ensembles 40 de boucles, afin d’assurer l’obtention d’un champ magnétique primaire cohérent.
La carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour injecter un courant électrique dans un certain sens dans une ou plusieurs boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un même ensemble 40, et pour injecter un courant électrique dans le sens opposé dans la ou les autres boucles électromagnétiques d’émission 50 de ce même ensemble 40. Une telle configuration permet par exemple d’obtenir la génération d’un champ magnétique primaire 25 pseudo-vertical lorsque l’axe géométrique 40A de l’ensemble 40 est disposé à l’horizontal. Ce mode de réalisation permet en outre de créer de manière active des zones bien définies où l’intensité du champ magnétique primaire, ou d’une de ses composantes, est faible (comme défini ci- dessus), limitant ainsi l’effet de ce champ magnétique primaire sur les données mesurées par des boucles de réception 60 qui seraient disposées dans ces dites zones, comme il sera décrit en détail ci-après.
De manière alternative ou complémentaire, la carte électronique d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour injecter un courant électrique dans le même sens dans les différentes boucles d’émission 50 d’un même ensemble 40. Également, la carte d’émission 70 peut être configurée pour injecter de manière alternée deux cycles d’induction : le premier cycle d’induction consiste en l’injection d’un courant électrique dans un certain sens dans certaines boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un ensemble 40, et un courant électrique dans le sens opposé dans les autres boucles électromagnétiques d’émission 50 de ce même ensemble 40 ; et le second cycle consiste en l’injection d’un courant électrique dans le même sens dans toutes les boucles d’émission 50 d’un même ensemble 40.
Comme il sera décrit ci-après, (1) dans le cas d’un ensemble 40 disposé à la verticale (toutes les boucles 50 de l’ensemble 40 sont à la verticale), cela peut permettre d’alterner entre une configuration verticale et une configuration pseudo-horizontale afin d’investiguer le sous-sol 200 de manière différente et ainsi de mieux le caractériser, et (2) dans le cas d’un ensemble 40 disposé à l’horizontale (toutes les boucles 50 de l’ensemble 40 sont à l’horizontal), il est possible d’alterner entre une mesure dédiée à l’imagerie de la très proche surface, en plaçant par exemple au moins une boucle réceptrice 60 dans une zone où le champ magnétique primaire, ou l’une de ses composantes, est activement faible, et une mesure investiguant de plus fortes profondeurs. Dans le cas où aucune zone où un champ magnétique primaire, ou l’une de ses composantes, activement faible serait facilement accessible, il reste possible d’obtenir une mesure dédiée à l’imagerie de la très proche surface, en plaçant par exemple au moins une boucle réceptrice 60 autour du centre de la géométrie de l’antenne d’émission 20. En effet le champ magnétique primaire est relativement stable et ses composantes sont déterminables autour du centre de la géométrie. Ainsi, ceci permet de prédire l’effet du champ primaire sur la mesure, et donc de le corriger ou de le compenser.
En outre, la carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour injecter différentes formes d’onde (/.e. intensité en fonction du temps) (wo, wi, w2, etc.) dans chaque ensemble 40 de boucles ou dans chaque boucle d’émission 50. Il est également possible d’injecter, de manière alternée, différentes formes d’onde afin par exemple d’investiguer différentes gammes de profondeurs, comme il sera décrit en détail ci-après.
Ainsi, la carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour générer différentes fréquences de courant électrique. Cet aspect de l’invention est notamment utile dans le cas d’une prospection en domaine fréquentiel.
Également, la carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour couper le courant électrique dans les boucles d’émission 50 durant un temps tc. Cet aspect de l’invention est notamment utile pour une prospection dans le domaine temporel. En outre, la carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour couper le courant électrique dans certaines des boucles d’émission 50, en laissant les autres actives.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la ou les boucles électromagnétiques de réception 60 sont placées à des positions avantageuses où la composante associée du champ magnétique primaire créé est faible et/ou stable et déterminée. Ces positions, créées activement par le système électromagnétique 10, dépendent de la géométrie et du nombre d’ensembles 40 utilisés, ainsi que des caractéristiques et du sens du courant parcourant les boucles d’émission 50. Ce mode de réalisation présente l’avantage de permettre la diminution de l’effet du champ magnétique primaire généré par la ou les boucles d’émission 50 au niveau de la/des boucles de réception 60. Le signal de réception obtenu, c’est-à-dire le courant électrique induit dans la ou les boucles de réception 60, nécessite ainsi moins de traitement subséquent (e.g. compensation, déconvolution) pour être exploité.
L’intérêt de créer activement des zones où le champ primaire, ou l’une de ses composantes, est faible et/ou stable et déterminé est de mieux les connaitre/contraindre et d’en optimiser la largeur ; le placement de la/des boucles électromagnétiques de réception 60 est ainsi facilité et la diminution de l’effet champ primaire peut être optimale. Par exemple, dans le cas d’une paire de boucles 50 de même dimension, placées à la verticale ou à l’horizontale et dans lesquelles les courants les parcourant sont de sens opposés, il est possible de placer avantageusement au moins une boucle électromagnétique de réception 60 horizontale dans le plan horizontal passant par le centre de la géométrie de l’ensemble 40. En effet, la composante verticale du champ magnétique primaire y est théoriquement nulle. Notons également, que dans les ensembles suscités, le champ magnétique primaire est théoriquement nulle au centre de la géométrie, entre les deux boucles d’émission 50.
De manière complémentaire, ladite ou au moins une boucle de réception 60 peut être associée à une bobine de compensation. Une telle bobine de compensation permet de diminuer l’effet du champ primaire sur le signal mesuré au niveau des boucles de réception 60.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’antenne de réception 30 comprend plusieurs boucles électromagnétiques de réception 60, placées à différents endroits où la composante associée du champ magnétique primaire est faible et/ou stable et déterminée. Cela permet d’améliorer le ratio signal sur bruit de la mesure globale d’une même composante du champ magnétique secondaire. Plusieurs boucles électromagnétiques de réception 60 peuvent également permettre une mesure du gradient local afin de mieux caractériser les contrastes locaux. Ce gradient peut être horizontal comme vertical suivant la position des boucles de réception 60.
Les boucles de réception 60 peuvent être disposées selon n’importe quelle direction.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ladite ou au moins une boucle électromagnétique de réception 60 est disposée parallèlement ou perpendiculairement à l’axe de rotation 20A de l’antenne d’émission 20 ou parallèlement ou perpendiculairement à au moins un axe 40A. Lorsque plusieurs boucles de réception 60 sont présentes, elles peuvent, indépendamment les unes des autres, être disposées parallèlement ou perpendiculairement à l’axe de rotation 20A de l’antenne d’émission 20 ou parallèlement ou perpendiculairement à au moins un axe 40A. Particulièrement, l’antenne de réception 30 comprend au moins une boucle de réception 60 disposée parallèlement à l’axe de rotation 20A de l’antenne d’émission 20 ou à au moins un axe 40A et au moins une boucle de réception 60 disposée perpendiculairement à l’axe de rotation 20A de l’antenne d’émission 20 ou à au moins un axe 40A. En effet, suivant les ensembles 40 utilisés, un champ magnétique primaire horizontal ou vertical, voire pseudo-vertical, peut être créé, et ce, possiblement de manière alternée. Ceci est par exemple le cas lorsque l’on place une paire de boucles d’émission 50 à la verticale. En jouant sur le sens du courant. Il est alors possible de générer un champ magnétique primaire horizontal et pseudo- vertical. Ainsi, les boucles de réception 60 mesurent la réponse du sous-sol suite à son excitation par les deux types de champs magnétiques primaires générés. En outre, une telle disposition permet d’obtenir différentes données qui, une fois compilée, permettent de mieux caractériser les contrastes de résistivité/conductivité du sous-sol 200. Cet aspect sera décrit plus en détail ci-après, en relation avec la méthode de prospection selon l’invention.
Le système électromagnétique 10 selon l’invention peut comprendre une carte de réception 80 ou un ensemble 80 de cartes de réception configurées pour traiter les données mesurées par l’antenne de réception 30, notamment par échantillonnage, et déterminer les contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200, et notamment, construire un modèle en une, deux, trois ou quatre dimensions des contrastes de résistivité/conductivité.
Alternativement, le système électromagnétique 10 selon l’invention peut également comprendre un module de communication afin d’envoyer les données mesurées par l’antenne de réception 30 à un module de traitement externe au système électromagnétique 10 qui traitera l’information et déterminera les contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200. Dans ce cas, le module de traitement peut être disposé au niveau du système autoporteur 130 tel que décrit ci-après, ou bien au niveau du sol. Dans les deux cas, le système électromagnétique 10 peut également comprendre un module de stockage des données mesurées par l’antenne de réception 30. La carte de réception 80 ou l’ensemble de cartes de réception et, si présent, le module de traitement externe 92 sont synchronisés avec la carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission.
Le système électromagnétique 10 selon l’invention peut également comprendre des capteurs afin de mesurer la position dans l’espace des antennes d’émission 20 et de réception 30, et notamment l’inclinaison, par rapport à la verticale ou l’horizontale, la garde au sol et la position par rapport au sol. De manière complémentaire, le système électromagnétique 10 peut comprendre des éléments de compensation ou de réajustement configurés pour compenser ou réajuster la position de l’antenne 20/30 lorsque les capteurs 96 détectent un écart. Également, le système électromagnétique 10 peut être équipé d’éléments lui permettant de se déplacer et suivre une trajectoire 3D de manière autonome, comme par exemple dans le cadre de dronisation du système 10, c’est-à-dire d’une transformation en drone du système 10, ou bien la fixation du système 10 à un drone.
Ensemble d’un système électromagnétique 10 et d’un système support 110
L’invention concerne également un ensemble d’un système électromagnétique 10 selon l’invention et d’un système support 110.
Le système support 110 est composé d’une structure porteuse 120, d’un vecteur 140, notamment aérien, et d’un système de traction 130 (câbles, cordes, etc...) reliant la structure porteuse 120 au vecteur 140.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le système support 110 ou le système électromagnétique 10 comprend en outre une carte d’émission 70 telle que définie plus haut. Notamment, le système support 110 ou le système électromagnétique 10 peut comprendre en outre la carte de réception 80 telle que définie plus haut.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le vecteur 140 du système support 110 peut être un avion, un planeur, un ballon, un ULM, un hélicoptère ou encore un ou plusieurs drones. En particulier, le vecteur 140 appartient de préférence au secteur aérien léger. Dans le cas d’une prospection au sol, ce vecteur 140 peut être par exemple un quad ou un individu.
Méthode de prospection
L’invention concerne en outre un procédé d’utilisation d’un système électromagnétique 10 tel que décrit précédemment pour imager les contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200.
Le procédé de détermination des contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200, comprend les étapes suivantes : a) on dispose l’antenne d’émission 20 au-dessus de la zone d’intérêt du sous-sol 200, b) on réalise une série de mesures où chaque mesure comprend les sous étapes suivantes :
1) la génération d’un champ magnétique primaire, variable dans le temps et de géométrie contrainte, par l’activation des boucles électromagnétiques d’émission 50, de façon à exciter le sous-sol 200 et mesurer le champ magnétique secondaire renvoyé par ce dernier,
2) la mesure du champ magnétique secondaire au niveau de ladite ou au moins une boucle électromagnétique de réception 60, placée généralement à la verticale ou à l’horizontale, de préférence à un endroit où au moins une des composantes associées du champ magnétique primaire est faible et/ou stable et déterminée et c) on détermine des contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200.
Les différentes étapes sont décrites en détails ci-après.
Etape a)
La première étape consiste, dans le cas général, à disposer l’antenne d’émission 20 au-dessus de la zone d’intérêt du sous-sol 200. La disposition de plusieurs boucles 50 à la verticale et/ou à l’horizontale permet de limiter l’encombrement de l’antenne d’émission 20, et offre donc la possibilité de son utilisation sur un vecteur aérien léger 130.
Une disposition à la verticale présente l’avantage de pouvoir alterner une configuration verticale (champ magnétique primaire horizontal), inédite dans le domaine temporel, et une configuration pseudo-horizontale (champ magnétique primaire pseudovertical), inédite également dans le domaine temporel, sans augmenter l’encombrement de l’antenne d’émission 20, et même en le limitant, grâce à la position verticale des boucles d’émission 50. La configuration pseudo-horizontale, grâce à l’injection d’un courant de sens opposé, permet également de limiter l’effet du champ magnétique primaire généré sur la réception et donc de garantir une bonne résolution en proche surface.
La configuration verticale pourrait permettre d’obtenir des mesures exploitables pour l’analyse des falaises ou des fortes pentes ; ces objets sont très compliqués à étudier avec une configuration horizontale classique. En outre, les falaises ou les zones montagneuses (permafrost, ...) bénéficient d’un intérêt croissant car elles s’inscrivent dans un enjeu grandissant avec le changement climatique.
L’alternance des configurations verticale et pseudo-horizontale permet d’obtenir une rupture majeure dans le type de données récoltées jusqu’alors. Cette alternance permet d’améliorer les rendus dans les environnements complexes, et souvent à enjeux, où des contrastes à la fois horizontaux et verticaux sont attendus, tels que les environnements volcaniques, orogéniques, les zones taillées ou encore la présence de géométries lenticulaires dans les bassins sédimentaires.
Une disposition horizontale présente l’avantage de pouvoir alterner, d’une manière inédite, entre une configuration permettant de limiter l’effet du champ primaire sur la réception, de par l’injection d’un courant de sens opposé, et ainsi de garantir une bonne résolution en proche surface et une configuration générant un champ magnétique primaire relativement important, en injectant le courant dans le même sens. Et ceci, tout en limitant, grâce à l’utilisation de plusieurs boucles d’émission 50 bien distinctes et espacées verticalement de plus de 0,01 m, l’envergure du système électromagnétique 10 de prospection géophysique ainsi que le temps de coupure du courant injecté (en domaine temporel). Dans le cas d’un sens de courant identique, il est obtenu un champ magnétique primaire relativement stable et déterminé dans une zone autour du centre de la géométrie. L’envergure de cette zone dépend de l’espacement et du nombre et des dimensions des boucles d’émission 50.
Lors de cette étape, la ou les boucles de réception 60 sont disposées dans un plan vertical et/ou horizontal.
Etape b)
Cette étape correspond à l’obtention des données permettant de déterminer les contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200.
Etape 1) Cette étape correspond à la génération d’un champ magnétique primaire par l’activation des boucles électromagnétique d’émission 50. Notamment, cette étape est réalisée par l’injection d’un courant électrique de manière synchronisée dans chacune des boucles d’émission 50, en particulier grâce à une carte électronique 70 d’émission électrique telle que définie précédemment. Notamment, le courant électrique dans chaque boucle d’émission 50 a, par exemple, une même intensité.
Il est alors possible de contraindre la géométrie et l’intensité du champ magnétique primaire généré en jouant sur la configuration de l’antenne d’émission 20 et les paramètres du courant injecté dans chacune des boucles d’émission 50.
Selon un mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape 1) le courant électrique injecté dans au moins une des boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un ensemble 40 est en sens opposé à celui injecté dans les autres boucles électromagnétiques 50 de cet ensemble 40. Cela permet, entre autres :
(1) de créer, et ce de manière active, des zones dans l’espace, déterminables par des méthodes connues de l’homme du métier, où au moins l’une des composantes du champ primaire émis est faible, et ce aussi bien pour les configurations horizontales que verticales. Ceci permet de limiter l’effet dudit champ magnétique primaire sur la réception et ainsi de garantir une bonne résolution en proche surface ;
(2) de générer un champ magnétique primaire pseudo-vertical (avec une configuration pseudo-horizontale du système) en disposant les boucles d’émission 50 à la verticale. Notons que dans cette configuration, la composante du champ magnétique secondaire qui nous intéresse en premier lieu est la composante verticale, qui sera mesurée grâce à au moins une boucle de réception 60 disposée à l’horizontale, c’est-à- dire à la perpendiculaire des boucles d’émission 50. Ceci permet de bénéficier de zones où la composante verticale du champ primaire est faible sur le plan passant au centre desdites boucles d’émission 50.
Alternativement ou de manière complémentaire, lors de l’étape 1) le courant électrique injecté dans les boucles électromagnétiques d’émission 50 est dans le même sens. Dans le cas de boucles d’émission 50 disposées à la verticale, il est alors possible de générer un champ magnétique horizontale (configuration verticale), utile pour la caractérisation de corps 2D/3D limités dans l’espace, de contrastes verticaux et des environnements de fort relief (falaises, zones montagneuses) où l’utilisation d’une configuration horizontale classique atteint ses limites. Dans le cas de boucles d’émission 50 disposées à l’horizontale, cela permet d’augmenter l’intensité du champ magnétique primaire généré tout en limitant l’encombrement et le temps de coupure du courant injecté. De plus, cela permet de créer un champ magnétique primaire relativement stable et déterminé au centre de la géométrie.
Une association de ces deux modes de réalisation (injection du courant en sens opposé et dans le même sens) est avantageuse en ce qu’elle permet de bénéficier des avantages de ces deux modes et ainsi d’améliorer les capacités du système électromagnétique 10 en matière de résolution (horizontale et verticale), de profondeur d’investigation et/ou de caractérisation d’objets complexes, tout en limitant l’encombrement dudit dispositif.
Ainsi, en particulier, l’étape 1) peut comprendre : une sous étape 1 A) dans laquelle le courant électrique injecté dans au moins une des boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un ensemble 40 est en sens opposé à celui injecté dans les autres boucles électromagnétiques 50 de l’ensemble 40, et une sous étape 1 B) dans laquelle le courant électrique injecté dans les boucles électromagnétiques d’émission 50 est dans le même sens.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’étape 1) peut comprendre : une sous étape i) dans laquelle le courant électrique injecté dans chaque boucle électromagnétique d’émission 50 activée présente une intensité lo, et une sous étape ii) dans laquelle le courant électrique injecté dans chaque boucle électromagnétique d’émission 50 activée présente une intensité h, où h est supérieur à lo-
L’intensité du courant injecté dans chaque boucle d’émission 50 peut être la même pour toute les boucles 50 ou bien être différente pour chaque boucle d’émission 50 ou pour chaque ensemble 40 de boucle d’émission 50.
Dans le domaine temporel, l’alternance d’intensité du courant injecté dans les boucles d’émission 50 permet en général d’obtenir des informations à différentes profondeurs. Ainsi, une forte intensité informera sur des profondeurs plus importantes qu’une intensité plus faible mais s’accompagnera d’une diminution de la résolution en plus proche surface, en raison d’un temps de coupure accru.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, les sous étapes 1 A) et 1 B) peuvent comprendre chacune les sous étapes i) et ii) ou inversement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, où le système électromagnétique 10 comprend plusieurs ensembles 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50, l’étape b) est réalisée par une activation successive dans le temps de certains ensembles 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50, de sorte que lorsque certaines boucles électromagnétiques d’émission 50 sont activées les autres ne le sont pas.
Notamment, les ensembles 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50 sont réparties dans plusieurs groupes d’émission, chaque groupe d’émission correspondant à un ou plusieurs ensemble 40 de boucles électromagnétiques d’émission, chaque groupe d’émission étant successivement activé dans le temps lors de l’étape b) de sorte que lorsqu’un groupe d’émission est activé l’autre ou les autres ne le sont pas.
En particulier, l’activation d’un groupe d’émission peut comprendre les sous étapes 1A) et/ou 1B) et/ou les sous étapes i) et/ou ii).
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, dans le domaine temporel, la durée d’activation d’une boucle électromagnétique d’émission 50, c’est-à-dire la durée durant laquelle un courant électrique y est injecté avant d’être coupé, va généralement de 0,1 à 20 millisecondes.
Etape 2)
Cette étape consiste à mesurer un champ magnétique secondaire suite à l’excitation du sous-sol à l’aide du champ magnétique primaire généré et de sa variation dans le temps. La variation temporelle de ce champ va induire des courants de Foucault dans le sous-sol. Ces courants de Foucault créent à leur tour un champ magnétique dit secondaire. Les caractéristiques du champ magnétique secondaire dépendent, au premier ordre, de la résistivité/conductivité des roches et/ou des fluides traversés. Ainsi, la mesure du champ magnétique secondaire renseigne sur la résistivité/conductivité du volume investigué, ce dernier étant de plus en plus important, latéralement et verticalement, avec le temps ou la diminution de la fréquence.
La mesure du champ magnétique secondaire peut être réalisée selon deux domaines différents, un domaine fréquentiel ou un domaine temporel.
Dans le domaine fréquentiel, le courant électrique traversant les boucles d’émission 50 est injecté à des fréquences spécifiques et le champ magnétique secondaire (composante en phase et en quadrature) est mesuré de manière simultanée au niveau des boucles de réception 60. Dans ce domaine, la fréquence, la nature du bruit et la conductivité du sous-sol 200 contrôle la profondeur d’investigation. Ainsi, plus la fréquence est basse et plus on investiguera des couches profondes.
Notamment, lors de l’étape 2), plusieurs fréquences peuvent être émises par le même ensemble 40 suivant une séquence ou simultanément par les différents ensembles. Le champ magnétique secondaire pour chaque fréquence est alors mesuré au niveau de ladite ou au moins une boucle électromagnétique de réception 60.
En domaine temporel, le signal est émis durant un temps tj, puis coupé durant un temps tc, et la réponse du sous-sol est échantillonnée sur un intervalle de temps défini tm. La profondeur investiguée dépend du temps écoulé entre le début de la coupure et la mesure, du niveau de bruit et de la conductivité du sous-sol 200. Ainsi, la mesure du champ magnétique secondaire à un temps proche de la coupure (appelé temps courts) informe sur le proche sous-sol et inversement. En outre, le fait de couper le champ magnétique primaire (durant ou avant la mesure) permet de limiter son effet sur la réception. Plus la coupure est rapide et plus il est possible de mesurer à des temps courts un champ magnétique secondaire non perturbé par le champ primaire et donc d’imager le proche sous-sol, sans que des traitements/méthodologies particulières soient nécessaires. On préférera le domaine temporel dans ce qui suit. Un parallèle avec le domaine fréquentiel peut être réalisé à l’aide de méthodes connues de l’homme du métier.
Selon un mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape 2) la mesure du champ magnétique secondaire au niveau de ladite ou au moins une boucle électromagnétique de réception 60 est synchronisée avec les boucles électromagnétiques d’émission 50. L’intervalle de temps tm peut inclure tj et tc, ou seulement tc ou commencer après tc.
Comme précisé ci-avant, la mesure durant tc ou très rapidement après tc permet de caractériser le très proche sous-sol. Toutefois, celle-ci est affectée par le champ magnétique primaire. Après tc, bien que le courant soit coupé, un champ magnétique primaire résiduel peut persister quelques instants dans la/les boucles de réception 60. Aussi, pour la caractérisation de la proche surface, on pourra privilégier l’injection d’un courant en sens contraire dans les boucles d’émission 50 et le placement d’au moins une boucle de réception 60 dans une zone où la composante associée du champ magnétique primaire est faible.
A l’inverse, plus le temps passe et plus la mesure du champ magnétique secondaire renseigne sur des profondeurs importantes. Un paramètre limitant de la profondeur d’investigation est le niveau de bruit ambiant. Le ratio signal sur bruit peut être amélioré en augmentant l’intensité du courant électrique injecté dans les boucles d’émission 50 et donc l’intensité du champ magnétique primaire. De manière intéressante, en configuration horizontale ou verticale du système, un courant de même sens dans les différentes boucles d’émission 50 permet d’augmenter l’intensité du champ magnétique primaire et d’obtenir un meilleur ratio signal/bruit, sans qu’il n’y ait besoin d’augmenter la valeur de l’intensité du courant électrique injecté, le nombre de tours ou l’aire des boucles d’émission 50. Cela préserve le temps de coupure, de plus, cet aspect de l’invention peut être important pour une exploitation sur vecteur aérien léger 130, où il est difficile de disposer d’un ampérage élevé et/ou de boucles d’aire importante. Il peut également être envisagé d’utiliser plus de boucles 50 par ensemble 40 et/ou d’ensemble 40 afin d’augmenter l’intensité du champ magnétique primaire, sans nuire à l’encombrement et au temps de coupure et sans avoir besoin d’augmenter l’ampérage du courant.
Etape c)
L’étape c) concerne le traitement des données mesurées, afin de déterminer les contrastes de résistivité/conductivité électrique présents dans le sous-sol 200 et de construire un modèle, en une, deux, trois ou quatre dimensions.
Dans un premier temps, il est nécessaire de rejeter le bruit présent sur les données afin d’éviter tout artefact sur le modèle obtenu. Pour cela, des méthodes dites de « stack » et des filtres, notamment passe-bas, sont appliqués durant la mesure et en post-traitement. Des procédures permettant de réduire l’effet du champ primaire sur les temps courts peuvent ensuite être utilisées. Enfin, le bruit restant est généralement rejeté avec des techniques de type seuillage ou équivalent ou en utilisant des traitements statistiques classiques.
Une fois les mesures débruitées, des procédures d’inversion connues de l’homme du métier et sont appliquées afin d’imager les contrastes de résistivité/conductivité à l’origine des signaux acquis. Ces procédures peuvent être déterministes ou stochastiques et considérer un sous-sol en une, deux, trois ou quatre dimensions.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le système électromagnétique 10 est déplacé, notamment à vitesse constante, en particulier selon un plan de vol, lors de la réalisation des étapes a) à c).
Selon un mode de réalisation de l’invention, dans le cas d’une configuration verticale (les boucles d’émission 50 sont verticales), au moins un ensemble 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50 est disposé dans la direction du déplacement du système électromagnétique 10 et au moins un ensemble 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50 est disposée selon la perpendiculaire à la direction du déplacement du système électromagnétique 10. Par « dans la direction du déplacement », il est entendu dans l’invention que les boucles 50 d’un ensemble 40 sont en regard les unes par rapport aux autres selon la direction du déplacement. Cet aspect de l’invention est intéressant en ce qu’il permet d’obtenir des données à la fois dans la direction du déplacement et dans sa perpendiculaire, ce qui n’est pas possible avec les configurations où les boucles d’émission sont à l’horizontale. Ceci peut permettre d’améliorer la caractérisation du sous-sol 200 en ce qu’il permet son investigation de manière différente ; les volumes investigués et leurs orientations diffèrent. Pour exemple, la réponse et la caractérisation d’un contraste vertical va dépendre de la différence d’orientation entre ce contraste et l’émission.
Exemples de réalisation
On se réfère à la figure 1 qui représente un ensemble 100 selon l’invention comprenant un système électromagnétique 10 et un système support 110. Dans le mode de réalisation représenté, le système support 110 est composé d’un petit hélicoptère 140 relié, au moyen du système de traction 130 (câbles/cordes), à une structure porteuse 120 sur laquelle est fixé le système électromagnétique 10.
Le système électromagnétique 10 représenté comprend une antenne d’émission 20 formée ici de deux paires 40 de boucles d’émission 50 verticales. Les boucles d’émission 50 ont ici une forme rectangulaire, mais elles pourraient prendre n’importe quelle forme. Les boucles 50 d’une paire 40 sont disposées en regard l’une de l’autre, parallèlement entre elles, et associées à un axe de rotation 20A et à au moins un axe géométrique 40A.
L’hélicoptère 140 a une direction de vol 142 au-dessus du sol 300. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , une des paires 40 de boucles d’émission 50 est disposée selon la direction de vol 142, et l’autre boucle 50 est disposée selon la perpendiculaire à cette direction de vol 142. Cette disposition permet de récolter des données selon la direction du vol et sa perpendiculaire, notamment en alternant l’injection ou en injectant simultanément le courant dans les paires 40 de boucles.
Le système électromagnétique 10 présente également une antenne de réception 30 comprenant une ou plusieurs boucles de réception 60. Ces boucles de réception 60 sont ici disposées soit à la verticale soit à l’horizontale à des positions avantageuses comme il sera décrit ci-dessous. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , une boucle unique de réception 60 est présente et disposée au centre du système électromagnétique 10. Les boucles de réception 60 représentées ont une forme circulaire, mais elles pourraient avoir toute autre forme. L’utilisation de plusieurs boucles de réception 60 pour la mesure d’une même composante du champ magnétique secondaire permet un plus grand moyennage de la donnée ou le calcul du gradient en fonction de leurs positions et leurs espacements.
Les figures 2a à 2f représentent d’autres modes de réalisation du système électromagnétique 10 selon l’invention.
A la figure 2a, on peut voir une antenne d’émission 20 comprenant une paire 40 de boucles d’émission 50 et trois boucles de réception 60. Deux boucles des trois de réceptions 60 sont disposées horizontalement de part et d’autre de la paire 40 de boucles d’émission et la dernière boucle de réception 60 est disposée verticalement entre deux boucles d’émission 50 au centre du système électromagnétique 10. Sur la figure 2b, l’antenne d’émission 20 comprend une paire 40 de boucles d’émission 50 horizontales et deux boucles de réception 60 disposées également à l’horizontal. Dans ce mode de réalisation, les boucles de réception 60 ne sont pas disposées en regard des boucles d’émission 50.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2c, l’antenne d’émission 20 comprend une paire 40 de boucles d’émission 50 verticales, une boucle d’émission 50 horizontale et trois boucles de réception 60 disposées comme sur la figure 2a.
Sur la figure 2d, l’antenne d’émission 20 comprend une paire 40 de boucles d’émission 50 horizontales et une boucle de réception 60 horizontale disposée au centre du système électromagnétique 10.
Sur la figure 2e, l’antenne d’émission 20 comprend une paire 40 de boucles d’émission 50 verticales et une boucle de réception 60 verticale disposée au centre du système électromagnétique 10.
En revenant à la figure 1 , on peut voir que les boucles d’émission 50 et les boucles de réception 60 sont maintenues en position grâce à la structure porteuse 120. Cette structure porteuse 120 peut porter également un boîtier renfermant une carte d’émission 70 et une carte de réception 80, ce boitier peut également être disposé directement au niveau du système de traction 130(câbles/cordes). Ladite carte d’émission 70 est configurée pour injecter un courant électrique dans chacune des boucles d’émission 50. La carte de réception 80 est configurée pour traiter les données reçues par la boucle de réception 60.
On se réfère à présent aux figures 3a à 3d qui présentent le champ magnétique (25 ; 25’) émis par une paire 40 de boucles d’émission 50 d’un système électromagnétique 10 associées à un axe géométrique 40A, selon différentes injections de courant dans ces boucles 50 ; cette paire 40 de boucles 50 est disposée soit à la verticale (figures 3a et 3b) soit à l’horizontale (figures 3c et 3d) par rapport au sol 240. Sur les figures 3a et 3c, un courant électrique dans le même sens est injecté dans les deux boucles 50 de la paire 40. Ainsi, le champ magnétique 25 émis par chacune des boucles 50 a la même allure et tourne dans le même sens. Cela permet d’augmenter l’intensité du champ magnétique émis, orienté à la perpendiculaire des boucles d’émission 50. Sur les figures 3b et 3d, le courant électrique injecté dans chacune des boucles 50 est en sens contraire. Ainsi, le champ magnétique primaire (25) généré par chacune de ces boucles 50 tourne en sens contraire. On remarque ici que les champs tournant en sens contraire se « repoussent ». Pour la configuration verticale (figure 3b), il en découle que l’allure générale du champ magnétique généré par ces boucles 50 s’approche d’un champ magnétique vertical généré par une boucle horizontale. Cette configuration du système 10, appelée pseudo-horizontale, permet donc d’obtenir des données proches d’une configuration classique horizontale. Grâce à ce mode d’injection, il est possible de générer, de manière active, des zones où le champ magnétique primaire 25, ou au moins une de ses composantes, est faible. En l’occurrence ici, une zone où la composante verticale du champ magnétique primaire 25 est faible est située au niveau du plan horizontal passant par le centre du système électromagnétique 10. C’est au niveau de ces zones que sont disposées de manière avantageuse les boucles de réception 60 afin que les mesures ne soient biaisées que faiblement par le champ magnétique primaire émis par les boucles d’émission 50. Notons que des zones caractérisées par une composante du champ magnétique primaire faible existent également lorsque l’on injecte des courants dans le même sens, toutefois celles-ci sont bien plus limitées dans l’espace.
La disposition des boucles de réception 60 peut également être adaptée en fonction de la composante du champ magnétique secondaire 230 que l’on souhaite mesurer. Sur les figures 3b et 3d ont été représentés les axes géométriques 20A et 40A ainsi qu’un troisième axe géométrique 400A perpendiculaire aux axes 20A et 40A. Dans le cas où l’on souhaiterait mesurer la composante du champ magnétique secondaire 230 perpendiculaire à l’axe de rotation de l’antenne d’émission 20A, on privilégiera la disposition des boucles de réception 60 dans le plan formé par les axes 40A et 400A. Dans le cas où l’on souhaiterait mesurer la composante du champ magnétique secondaire 230 perpendiculaire à l’axe géométrique 40A, on privilégiera la disposition des boucles de réception 60 dans le plan formé par les axes 20A et 400A. Enfin, dans le cas où l’on souhaiterait mesurer la composante du champ magnétique secondaire 230 perpendiculaire à l’axe 400A, on privilégiera la disposition des boucles de réception 60 dans le plan formé par les axes 40A et 20A.
On se tournera enfin vers la figure 4 qui représente une cinématique de détermination des contrastes de conductivité/résistivité du sous-sol 200 par le système électromagnétique 10 selon l’invention tel que présentée à la figure 1. Dans ce sous-sol 200 est présent une couche particulière 210, caractérisée par une résistivité/conductivité électrique différente de celle de son encaissant 220 ; cela peut être dû à un changement de lithologie, à un niveau d’altération différent, à une saturation en fluide différente, etc.... Le but du système électromagnétique 10 est de détecter le contraste entre cette couche particulière 210 et rencaissant 220, sa position et sa géométrie dans le sous-sol 200. Pour cela l’antenne d’émission 20 émet un champ magnétique primaire 25, variable dans le temps et représenté ici par un signal. Cette variation temporelle du champ magnétique 25 excite le sous-sol 200 ainsi que la couche 210, qui émettent à leur tour un champ magnétique secondaire 230, représenté ici aussi par un signal. Le champ magnétique secondaire est mesuré au niveau de la boucle de réception 60. L’analyse du champ magnétique secondaire 230 est réalisée de manière synchronisée avec l’injection d’un/de courant(s) caractérisé(s) par une forme d’onde. Ici, le sous-sol 200 est étudié par une succession d’émission (génération d’un champ magnétique primaire 25) et de réception (mesure du champ magnétique secondaire au niveau de la boucle de réception 60) lors du déplacement du système électromagnétique 10 suivant la direction de vol 142 et le plan de vol. Chaque mesure est analysée par la carte de réception 80 afin de restituer un modèle des contrastes de la résistivité/conductivité du sous-sol 200.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
On a décrit l’invention selon un exemple où le champ magnétique secondaire était déterminé en mesurant le courant électrique induit dans les boucles de réception 60. Toutefois, on ne sortirait pas du cadre de l’invention si le système 10 comportait, alternativement ou en complément aux boucles de réception 60, un dispositif de mesure directe du champ magnétique.
Liste des références
10 : système électromagnétique de prospection géophysique
20 : antenne d’émission du système électromagnétique 10
20A : l’axe de rotation de l’antenne d’émission 20
25 : champ magnétique primaire généré par chacune de les boucles 50
30 : antenne de réception du système électromagnétique 10
40 : ensemble de boucles électromagnétiques d’émission
40A : axe géométrique sécant aux plans parallèles contenant les boucles électromagnétiques d’émission 50
40D : distance séparant deux boucles d’émission 50 dans un même ensemble 40
50 : boucles électromagnétiques d’émission de l’ensemble 40
60 : boucle électromagnétique de réception de l’antenne de réception 30
70 : carte électronique d’émission du système électromagnétique 10
80 : carte de réception de données à traiter
100 : ensemble d’un système électromagnétique 10 et d’une structure porteuse 110
110 : système support
120 : structure porteuse
130 : système de traction (câbles/cordes) reliant la structure porteuse 120 au vecteur
140 : vecteur (système autoporteur) tel qu’un hélicoptère
142 : direction de vol du vecteur
200 : sous-sol
210 : couche particulière du sous-sol 200
220 : encaissant du sous-sol 200
230 : champ magnétique secondaire émis par couche particulière du sous-sol 200
240 : sol
300 : boucle d’émission unique, perpendiculaire aux autres boucles d’émission 50 400A : axe géométrique perpendiculaire à l’axe de rotation 20A et à l’axe géométrique 40A

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système électromagnétique (10) de prospection géophysique comprenant une antenne d’émission (20) et une antenne de réception (30), ladite antenne d’émission (20) comprenant au moins un ensemble (40) de boucles électromagnétiques d’émission (50), caractérisé en ce que les boucles électromagnétiques d’émission (50) d’un même ensemble (40) sont positionnées dans différents plans parallèles entre eux.
[Revendication 2] Système électromagnétique (10) selon la revendication 1 , dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission (50) d’un même ensemble (40) sont centrées sur un axe géométrique 40A orthogonale aux plans parallèles.
[Revendication 3] Système électromagnétique (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le système de prospection 10 comprend au moins un ensemble (40) dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission (50) sont positionnées dans des plans sensiblement verticaux, et/ou au moins un ensemble (40) dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission (50) sont positionnées dans des plans sensiblement horizontaux.
[Revendication 4] Système électromagnétique (10) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque ensemble (40) de boucles électromagnétiques d’émission (50) comprend des paires de boucles d’émission (50).
[Revendication 5] Système électromagnétique (10) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant en outre une carte électronique d’émission (70) ou un ensemble de cartes d’émission configuré pour injecter un courant électrique dans le même sens dans les différentes boucles d’émission (50) d’un même ensemble (40) afin de générer un champ magnétique primaire (25) et de créer des zones de l’espace où l’intensité du champ magnétique primaire (25) ou d’une de ses composantes est stable.
[Revendication 6] Système électromagnétique (10) selon la revendication 5, dans lequel l’antenne de réception (30) est disposée au moins pour partie dans les zones de l’espace où l’intensité du champ magnétique primaire (25) ou d’une de ses composantes est stable et déterminé.
[Revendication 7] Système électromagnétique (10) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant en outre une carte électronique d’émission (70) ou un ensemble de cartes d’émission configuré pour injecter un courant électrique dans un certain sens dans une ou plusieurs boucles électromagnétiques d’émission (50) d’un même ensemble (40), et pour injecter un courant électrique dans le sens opposé dans la ou les autres boucles électromagnétiques d’émission (50) de ce même ensemble (40) afin de générer un champ magnétique primaire (25) et de créer des zones où le champ magnétique primaire (25) ou l’une de ses composantes est faible.
[Revendication 8] Système électromagnétique (10) selon la revendication 7, dans lequel l’antenne de réception (30) est disposée au moins pour partie dans les zones où le champ magnétique primaire (25) ou l’une de ses composantes est faible.
[Revendication 9] Procédé de détermination des contrastes de résistivité ou de conductivité électrique d’une zone d’intérêt du sous-sol (200) à l’aide du système électromagnétique (10) selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant les étapes suivantes : a) la disposition de l’antenne d’émission (20) au-dessus de la zone d’intérêt du sous-sol (200), b) la réalisation d’une série de mesure où chaque mesure comprend les sous étapes suivantes :
1) la génération d’un champ magnétique primaire (25), variable dans le temps et de géométrie contrainte, par l’activation des boucles électromagnétiques d’émission (50), de façon à exciter le sous-sol (200) et mesurer un champ magnétique secondaire (230) renvoyé par ce dernier,
2) la mesure du champ magnétique secondaire (230) par l’antenne de réception (30), et c) la détermination des contrastes de résistivité ou de conductivité électrique du sous-sol (200).
[Revendication 10] Procédé selon la revendication 9, dans lequel lors de l’étape 1) le courant électrique injecté dans au moins une des boucles électromagnétiques d’émission (50) d’un ensemble (40) est en sens opposé à celui injecté dans les autres boucles électromagnétiques (50) de cet ensemble (40).
[Revendication 11] Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel lors de l’étape 1) le courant électrique injecté dans les boucles électromagnétiques d’émission (50) d’un même ensemble (40) est dans le même sens.
[Revendication 12] Procédé selon la revendication 10 ou 11 , dans lequel l’étape 1) comprend :
- une sous étape 1A) dans laquelle le courant électrique injecté dans au moins une des boucles électromagnétiques d’émission (50) d’un ensemble (40) est en sens opposé à celui injecté dans les autres boucles électromagnétiques (50) de l’ensemble (40), et
- une sous étape 1 B) dans laquelle le courant électrique injecté dans les boucles électromagnétiques d’émission (50) d’un même ensemble (40) est dans le même sens.
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