FR2500172A1 - Source sismique marine accordable - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE SOURCE SISMIQUE MARINE PRODUISANT UN SIGNAL VARIABLE, MODULE EN FREQUENCE, DANS LA PARTIE INFERIEURE DU SPECTRE ACOUSTIQUE. CETTE SOURCE SISMIQUE COMPORTE UN RADIATEUR ACOUSTIQUE RA QUI EST RIGIDE ET QUI OSCILLE SOUS LA COMMANDE D'UN ACTIONNEUR HYDRAULIQUE AH AFIN D'EMETTRE UN SIGNAL DANS L'EAU. LE RADIATEUR RA EST RELIE A UN DISPOSITIF A RESSORT RV DONT LA RAIDEUR VARIE EN FONCTION DE LA FREQUENCE, CE QUI PERMET D'ACCORDER LE DISPOSITIF POUR QU'IL DELIVRE UNE PUISSANCE MAXIMALE. DOMAINE D'APPLICATION: PROTECTION SISMIQUE SOUS-MARINE.

Description

L'invention concerne une source d'énergie sismique accordable utilisée

pour produire des signaux sismiques dans

la recherche de pétrole au-dessous d'une masse d'eau.

L'invention concerne en particulier un appareil permettant d'accorder de façon continue l'impédance mécanique de sor- tie d'une source sismique afin qu'un pourcentage élevé de

l'énergie appliquée au transducteur de la source soit con-

verti en énergie acoustique. La source sismique est avanta-

geusement du type produisant une onde acoustique par modu-

lation de fréquence, qui balaie le spectre acoustique entre

environ 10 et 100 Hz.

La recherche toujours plus difficile du pétrole a conduit à l'exploration de zones qui étaient considérées par

beaucoup, il y a très peu de temps, comme incapables de pro-

duire du pétrole à un colt économiquement possible. Le renchérissement du pétroleassocié à sa relative pénurie domestique, a rendu acceptables les coûts de production en Alaska et en Mer du Nord, ainsi que dans un certain nombre

de zones marines.

Parmi les nombreux procédés utilisés pour la pros-

pection du pétrole sous -la mer, peu se sont aussi largement répand

que l'utilisation de sources sismiques marines remarquables.

La théorie du procédé consistant à utiliser des sources acoustiques marines pour rechercher du pétrole est très simple. Un signal acoustique est introduit dans la masse d'eau. L'onde acoustique se propage vers le bas à travers l'eau, traverse l'interface eau-fond et pénètre

dans les formations géologiques situées au-dessous du fond.

Les échos qui en résultent sont réfléchis, dans une cer-

taine mesure, en suivant le même trajet vers un ensemble

d'hydrophones en attente à proximité de la surface de l'eau.

Une analyse des signaux produits par les hydrophones peut donner certaines informations concernant la structure des

formations géologiques situées au-dessous du fond et l'accu-

mulation correspondante de pétrole dans ces formations.

Le terme "eau" utilisé dans le présent mémoire englobe les marécages, la vase, les marais, l'eau de mer

ou tout autre liquide contenant suffisamment d'eau pour per-

mettre la mise en oeuvre de l'invention.

Il existe de nombreux procédés différents pour pro-

duire une impulsion acoustique. Par exemple, les essais les plus anciens ont consisté à utiliser des explosifs solides. Ce procédé produit une onde acoustique puissante qui, par

conséquent, parvient à une pénétration relativement impor-

tante dans les formations géologiques au-dessous du fond et un écho de retour puissant. Cependant, les explosifs solides possèdent certains inconvénients qui leur sont propres: ils sont dangereux à stocker, manipuler et utiliser. Lorsqu'ils sont mis à feu en eau libre, ils tuent la vie marine. Dans une zone peuplée telle qu'un port, leur utilisation est tout à fait exclue. Les explosifs solides sont beaucoup plus coûteux à utiliser, sur la base du coût par coup,

que la plupart des autres sources acoustiques. La modifica-

tion de la signature acoustique pour parvenir à une distri-

bution du spectre de fréquence acceptable est très diffi-

cile.

Des appareils utilisant des mélanges gazeux explo-

sifs, par exemple du propane et de l'oxygène, pour produire un signal acoustique sous la forme d'une impulsion ou d'une

onde de choc se sont largement répandus. Les deux types prin-

cipaux de canons à gaz explosifs sont: tout d'abord, ceux qui fonctionnent par explosion d'un mélange gazeux en arrière d'une membrane flexible qui est en contact avec

l'eau; et, en second lieu, ceux qui fonctionnent en permet-

tant à la bulle formée brusquement par l'explosion du gaz de passer directement dans l'eau. Un exemple d'appareil du premier type est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 658 149 et un exemple de l'appareil du second type est décrit dans le brevet des Etats-Unis

d'Amérique n0 4 193 472.

D'autres dispositifs utilisant des gaz comprimés sous haute pression pour produire une impulsion acoustique

se sont également largement répandus dans l'industrie.

Ces appareils ou canons utilisent généralement une chambre de retenue du gaz qui est mise sous pression pour atteindre

un certain niveau prédéterminé et qui est allumée en permet-

tant au gaz comprimé de sortir de façon explosive du canon dans l'eau environnante. Des exemples de canons ouverts à gaz comprimé sont décrits dans les brevets des Etats-Unis

d'Amérique n0 3 653 460 et n0 4 141 431.

L'invention concerne un appareil faisant partie d'une classe qui produit un signal acoustique de puissance relativement faible et de basse fréquence (10-100 Hz), connu sous le nom de "piaulement" qui s'étend sur une

période de plusieurs secondes. Les signaux émis sont avan-

tageusement à basse fréquence afin de réduire les pertes par atténuation dans les ondes réfléchies. A la différence des appareils mentionnés précédemment, qui émettent une

impulsion de courte durée et produisent donc un écho dis-

tinct à un certain instant pouvant être aisément déterminé, les appareils émettant des piaulements font souvent varier

la fréquence du signal émis d'une certaine manière prédéter-

minée afin qu'une fréquence unique du signal réfléchi puisse être mise en corrélation,.en fonction du temps, avec cette même fréquence du signal émis. Un assemblage de signaux reçus ou "trace" peut être manipulé mathématiquement pour

produire une carte souterraine.

Le transducteur des appareils sous-marins à vibra-

teur est typiquement un piston ou une plaque acoustique en

contact avec l'eau et entraîné par un actionneur pneumati-

que ou hydraulique qui est modulé à la fréquence souhaitée.

Un exemple d'un tel appareil est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4 211 301. Ce brevet ne décrit cependant pas de procédé pour accorder en continu la source

afin qu'elle délivre un signal de sortie maximal.

La quantité d'énergie pouvant être introduite dans une onde acoustique sous-marine est limitée. Cette quantité dépend, entre autres,de la dimension du transducteur, de

l'amplitude de l'oscillation, de la profondeur de la posi-

tion de la source, de la température et de la salinité de l'eau et de la fréquence de l'émission. Lorsque cette quantité limite d'énergie induite est dépassée, la source est sujette à un phénomène de cavité et produit des bulles de gaz plutôt qu'un signal acoustique net. Néanmoins, il faudrait élever au maximum la force du signal acoustique pour assurer l'écho le plus puissant possible. L'invention, telle que décrite ci-après, concerne un appareil permettant de conférer une efficacité maximale à une telle source

sismique marine en réglant son impédance acoustique de sor-

tie afin qu'un pourcentage élevé de la puissance d'entrée

soit utilisé pour rayonner de l'énergie acoustique.

On connait d'autres sources sismiques marines conçues pour éviter la cavitation. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 691 516 décrit un appareil comportant deux pistons acoustiques placés à ses extrémités opposées. Les 1; pistons acoustiques sont maintenus à l'extérieur du centre

de la source sismique par deux chambres à volume variable.

La pression régnant dans les chambre-s volume variable est

abaissée et ramenée à la valeur initiale te f rëp6tée.

Cette brusque réduction de pression prcvoque u- dêp]ae.ment

des pistons vers l intérieur et le dclenhecmre.nt du 1.impui-

sion. Des cylindres hydrauliques, i-s aux pistons par des tiges de pistons, tendent ensuite a ramerher les pistons

dans leur position initiale d'extension. Le rythme d'accelé-

ration des pistons est réglë l 'aide d'une boucle de reac-

tion afin que les pistons fournissert la puissance acousti-

que de sortie la plus grande possible, dans les limiûtes du seuil de cavitatic,. Le rythtme d'accélration est modifiê par réglage de la pression du f-luide introduit dans les cylindres hydrauliques précités. On fait varier la fréquence du dispositif à l'aide d'un montage à piviot et flau Aui

coopère avec les cylindres ihydrauliqîcs^ ce rpe! des pistolns.

L'appareil décrit dans le brevet n 3 --91 516 prz-

cité produit une impulsion ayant la pusance a ie pou-

vant être atteinte compte tenc de. diensi n p i

pistons acoustiques dans lA fXie depar ui ui le-

entoure. Cet -parei! fonctionne ava:%ageuse - X se u-

dessous du seuil de cavitationr. Il ie fait Zependant pas varier son impédance de sortie pour élever au maximum la puissance de sortie pour une puissance d'entrée disponible

particulière, comme c'est le cas de l'appareil selon l'in-

vention. D'autres sources sismiques marines, pour lesquelles il est suggéré un accord permettant une puissance de sortie maximale, sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 3 349 367, no 3 392 369, no 4 030 063 et n 4 142 171. Chacun de ces brevets décrit une source à une

seule fréquence.

L'invention concerne une source sismique marine qui comporte deux plaques de rayonnement acoustiques, montées

aux extrémités opposées d'un chàssis de support et entraî-

nées par un cylindre hydraulique équilibré de commande par poussée et traction, à deux extrémités. La source produit un signal acoustique modulé en fréquence, qui est balayé linéairement sur un spectre acoustique de basse fréquence

par modulation de la pression du fluide hydraulique intro-

duit dans le cylindre de commande. L'impédance mécanique des plaques rayonnantes est modifiée en continu avec la fréquence de balayage par un ressort oléo-pneumatique ou hydraulique. Un réglage de la raideur effective du ressort

permet d'optimiser de façon efficace le rendement de l'appa-

reil en accordant l'impédance de sortie instantanée des pla-

ques rayonnantes sur une valeur comprenant principalement la

résistance de rayonnement à la fréquence instantanée.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: 30. la figure 1 est un schéma simplifié de l'appareil selon l'invention; la figure 2 est une coupe transversale montrant schématiquement une source sismique selon l'invention; la figure 3 est une coupe transversale montrant schématiquement une seconde forme de réalisation de la source sismiq-ue selon l'invention; les figures 4A et 4B sont des schémas montrant

deux variantes de ressorts oléo-pneumatiques réglables conve-

nant à la source selon l'invention;

la figure 5 est qne coupe transversale schémati-

que d'un appareil pouvant être utilisé pour faire varier le volume d'huile effectif des ressorts hydrauliques de la source selon l'invention; les figures 6A et 6B sont des sclhiëas simplifiés

du circuit de commande de la source sismique selon l'inven-

tion; et 10. la figure 7 est une vue schématique montrant le

déploiement de la source sismique selon l'invention.

L'appareil décrit est classique en ce qui concerne certains points. Dans la forme préférée de réalisation, l'appareil émet un signal à modulation de fréquence variant de façon constante, qui balaie le spectre de basse fréquence

compris dans la bande de fréquences d'environ 10 Hz à envi-

ron 100 Hz. La source acoustique, comme montrée sur le

schéma simplifié de la figure 1, utilise un radiateur acous-

tique RA relativement rigide se déplaçant au moyen d'unie liaison avec un actionneur hydraulique -AH oscillant à la fréquence souhaitée. Cependant, l'invention est originale en ce qui concerne d'autres points. Le radiateur acoustique est également relié à un ou plusieurs ensembles à ressorts à raideur variable, indiqués en RV. La raideur est modifiée

en fonction de la fréquence afin d'accorder en continu l'im-

pédance acoustique de sortie des transducteurs et, d'une manière idéale, de maximiser la puissance efficace de sortie

de la source.

L'expression "raideur" utilisée dans le présent mémoire est synonyme des expressions "constante de ressort" ou "constante de force". Ces expressions ne portent que sur

la variation de force en fonction de la distance, c'est-à-

dire dF/dx. L'invention, telle que décrite par ailleurs,

consiste à faire varier la raideur en fonction de la fr?-

quence et en fonction du temps, car la fréquence de ce type

de sources sismiques varie souvent en fonction du temps.

Le dispositif à ressort variable est constitué de trois parties: un piston mené PM relié physiquement à la plaque de rayonnement acoustique, un élément à raideur variable ERV qui fait varier la raideur globale de la charge de sortie du dispositif, et un élément de réglage de raideur ERR qui règle la raideur directement ou indirectement en

fonction de la fréquence de commande.

Le dispositif à ressort variable RV est utilisé pour accroître l'efficacité des sources sismiques marines en réglant l'impédance acoustique de sortie du transducteur

de la source afin qu'une plus grande quantité de la puis-

sance d'entrée se retrouve à la sortie sous la forme d'éner-

gie acoustique. Les transducteurs ou radiateurs acoustiques décrits dans le présent mémoire sont accordés en continu en fonction du signal acoustique de sortie, modulé en fréquence et variant lentement. L'impédance de sortie (Z r) d'une source

acoustique est la somme de deux composants: une charge résis-

tive (R) et une charge réactive (wM, o w est la pulsation de la vibration et M est la masse du radiateur acoustique plus la masse du fluide se déplaçant avec le radiateur

acoustique).

Z = R + i wM r Un ressort aura pour impédance: Z = -iK/w s

o K est la constante du ressort.

Un ressort peut être dimensionné puis fixé au radia-

teur acoustique afin d'annuler la charge inertielle due à la masse du radiateur acoustique et du fluide se déplaçant avec le radiateur. La constante (K) du ressort doit être modifiée en continu en fonction de la fréquence de la source de manière que: K = w2 M Chacun des dispositifs à ressort fixé à une plaque rayonnante fonctionne de manière à faire varier sa constante globale de ressort d'une façon relativement directe. Un piston à double effet est relié au radiateur acoustique correspondant et se déplace avec lui. Le piston ainsi mené est en contact avec deux volumes séparés de liquide contenus dans le cylindre associé. Chacun de ces volumes de liquide est lui-même en communication avec-un dispositif auxiliaire

qui fait varier soit le volume global du dispositif à res-

sort (si le dispositif est rempli uniquement d'un liquide), soit la pression et/ou le volume du dispositif à ressort

(si le dispositif contient à la fois un liquide et un gaz).

La variation du volume et/ou de la pression permet à la cons-

tante de ressort d'un dispositif de changer et donc de modi-

fier l'impédance de sortie du radiateur acoustique de ce dis-

positif. Sur la figure 2, des plaques 10 et 12 de rayonnement acoustique sont actionnées mécaniquement pour produire un

signal au moyen de barres 14 et 16 commandées par des pis-

tons 18 et 20 d'actionnement hydraulique. Les pistons 18 et d'actionnement sont du-type à double effet et exécutent un mouvement alternatif dans un cylindre hydraulique 22 de

commande sous une modulation établie par une servo-,alve 24.

La forme de réalisation montrée sur la figure 2 utilise quatre cylindres à ressort cominandis 26, 28, 30 et 32, remplis d'huile et qui, par l'interr.édiaire de tiges de ressort 34; 36, 38 et 40 et de pistons 42, 44, 46 et 48,

forment une partie d'un dispositif à ressort à double effet.

Chacun des cylindres à ressort 26, 28, 30 et 32 montrés sur la figure 2 est à double effet. Par exemple, le cylindre à ressort 26 présente deux orifices 50 et 52 communiquant chacun avec des volumes 54 et 56 ménagés à l'intérieur du cylindre, sur les faces opposées du piston 46. Dans la forme de réalisation montrée sur la figure 2, chacun des autres cylindres à ressort 28, 30 et 32 comporte

un groupe d'éléments analogues à ceux du cylindre 26.

Cependant, pour plus de simplicité, seul le cylindre à res-

sort 26 sera décrit en détail.

Chacun des volumes-54 et 56 est reliés à un autre

élément qui établit une raideur variable.

Les nombreuses configurations différentes que la source sismique selon l'invention peut prendre font mieux

ressortir la souplesse de l'invention. La figure 3 repré-

sente une variante de l'invention dans laquelle le piston à ressort mené et les pistons d'actionnement sont montés

sur des barres communes reliées aux plaques rayonnantes.

De même que dans le dispositif montré sur la figure 2, cette configuration comporte des plaques opposées

et 12 de rayonnement acoustique. Etant donné que les pla-

ques sont destinées à fonctionner en opposition de phase, c'est-à-dire que lorsqu'une plaque se déplace dans un sens s'éloignant du centre du dispositif, l'autre plaque se déplace en sens opposé, les forces exercées sur le châssis

de support sont équilibrées, ce qui évite d'avoir à utili-

ser un grand châssis.

Les plaques rayonnantes 10 et 12 sont reliées par des barres 11 et 13 de liaison aux pistons menés 15 et 17

à ressort et aux pistons d'actionnement 19 et 21. Les pis-

tons d'actionnement et les pistons menés à ressort sont à double effet et fonctionnent exactement de la même manière

que les mêmes éléments montrés sur la figure 2. Par exem-

ple, deux volumes 23 et 25 de ressorts sont ménagés sur les faces opposées du piston mené 15 de ressort. Chacun des volumes 23 et 25 est relié par un orifice 27 ou 29 à l'un

des éléments à raideur variable décrits ci-après. Le pis-

ton 19 d'actionnement est également à double effet et, de

même que les pistons d'actionnement de la forme de réalisa-

tion de la figure 2, il peut être modulé par une servo-valve qui applique alternativement, à la fréquence souhaitée, des

pulsations à des orifices 31 et 33. Le piston 21 d'actionne-

ment fonctionne de la même manière que le piston 19 d'ac-

tionneinent et, comme mentionné précédemment, il est en oppo-

sition de phase avec ce dernier. Bien que les pistons à ressort soient représentés sur la figure 3 comme ayant le mêmediamètre que les pistons d'actionnement, il n'en est

pas normalement ainsi.

Il convient de nouveau de noter que les volumes à ressort qui sont placés simultanément sous compression

peuvent être reliés à un seul élément à raideur variable.

Dans chacune des sources sismiques décrites, les plaques opposées de rayonnement acoustique sont en opposition de phase. Les volumes à ressort situés à-l'extérieur des pis- tons à ressort, par exemple le volume 23 associé au piston 15 et le volume 37 associé au piston 17, sont donc

comprimés en même temps et peuvent être reliés hydraulique-

ment à un seul élément à raideur variable. Les volumes à

ressort situés sur les côtés des pistons à ressort éloi-

gnés des plaques correspondantes de rayonnement, par exem-

ple le volume 25 associé au piston 15 et le volume 35 associé au piston 17, peuvent être reliés de la même manière

à un seul élément à raideur variable.

Le dispositif représenté sur la figure 3 comporte avantageusement des joints flexibles 39 d'étanchéité à l'eau placés entre les plaques 10 et 12 de rayonnement acoustique et le châssis 41. Un gaz inerte peut être placé sous pression à l'intérieur du dispositif afin de faciliter le maintien de l'eau hors dudit dispositif. Il est prévu que les plaques rayonnantes 10 et 12 des dispositifs montrés sur les figures 2 et 3 ne soient en contact avec l'eau que

par leurs faces extérieures.

La constante de force ou raideur efficace du res-

sort à fluide décrit dans le présent mémoire est: K dF.= A2B dx V ou. A est l'aire du piston mené V est le volume de fluide dans le ressort

B est le module de volume adiabatique du fluide.

Par conséquent, pour accroître K, on peut augmen-

ter l'aire du piston, on peut diminuer le volume de fluide du ressort, ou bien on peut augmenter le module de volume

du fluide.

Le module de volume d'un liquide est essentielle-

ment constant. L'utilisation d'un piston ayant un diamètre particulier détermine l'aire. Par conséquent, dans le cas d'un ressort ne contenant que du liquide, la constante de

force du dispositif a ressort est inversement proportion-

nelle au volume du dispositif.

Etant donné que l'élasticité d'un gaz est très supérieure à celle d'un liquide, si le dispositif à ressort devait contenir un gaz, le module de volume ainsi que le volume du dispositif pourraient varier, car on a, pour des gaz:

B = 6P

o, pour des gaz simples, 6 = 1,4 P = pression

En outre, si la loi du gaz adiabatique est utili-

sée pour donner une expression du volume de gaz du disposi-

tif à ressort, à savoir: V =cP 1/6 on a alors

K = 1,4 A2 P1,71

c Ainsi, pour un dispositif à ressort contenant une

quantité constante de gaz soumise, à des variations adiabati-

ques, la constante efficace du ressort du dispositif varie

approximativement avec la puissance 1,7 de sa pression.

Le dispositif à ressort peut être configuré afin que la quantité de gaz contenue dans l'élément à raideur variable varie seule ou conjointement avec une variation

de pression. L'expression mathématique de la raideur glo-

bale résultante est donc beaucoup plus compliquée.

Les figures 4A et 4B représentent un dispositif à raideur variable, contenant un gaz et pouvant être relié

aux orifices, par exemple 50 et 52, des cylindres d res-

sort menés. Les figures 6A et 6B représentent des cir-

cuits de commande permettant d'appliquer une pression hydraulique commandée au dispositif représenté sur les

figures AA et 4B.

La figure 4A représente un dispositif à deux phases dont la constante de ressort varie environ avec la puissance 1,7 de la pression du dispositif. Une quantité

constante 60 de gaz est maintenue dans un accumulateur 62.

Une certaine quantité 64 de liquide est maintenue dans l'accumulateur 62 également. Le liquide peut être de tout type approprié, mais le liquide le plus approprié est un fluide hydraulique ou une huile. L'accumulateur 62 est relié par un conduit 66 à un orifice, par exemple 50 ou 52, du cylindre à ressort mené, au-dessous du niveau de liquide contenu dans cet accumulateur 62. La pression régnant dans l'accumulateur 62 et dans les volumes du cylindre à ressort mené est commandée et modifiée par une servo-valve 68 de pression. Cetteservo-valve peut être commandée par l'un des circuits représentés sur les figures 6A et 6B et dont

la liaison avec la sermo-valve est indiquée en traits poin-

tillés. Une pompe 70 est utilisée pour maintenir une cer-

taine pression sur le côté amont de la servo-valv-e 68.

Il est également prévu qu'un clapet 72 de retenue, commandé par un conduit 74 afin de réduire la pression régnant dans le dispositif, soit utilisé et acticnné a la fin de chaque

balayage de fréquence de la source. Un étrangleur 76, pre-

sentant une impédance dynamique à l'écoulement d'un liquide, est placé entre l'accumulateur 62 et la source de fluide hydraulique ou la servovalve 68 de pression. Le volume

effectif du dispositif à ressort variable associé au cylin-

dre à ressort mené 26 comprend alors: le volume 54 du cylindre à ressort, le conduit reliant l'orifice 50 à l'accumulateur 62, cet accumulateur 62 et le conduit le

reliant à l'étrangleur 76.

Il est prévu que l'élasticité du liquide contenu dans les ressorts à fluide montrés sur les figures 4A et 4B

est faible par rapport à l'élasticité du gaz r-enfermé.

La figure 4B représente un autre dispositif à ressort à raideur variable pourvant être relie c -un cyl inre à ressort mené, par exemple le cylindre 54. il comprend un accumulateur 62 renfermant un volume 64 de liquide et un volume 60 de gaz. De même que pour le dispositif montré sur la figure 4A, le liquide contenu dans l'accumulateur 62 communique par un conduit 66 avec le liquide contenu dans l'un des cylindres à ressort menés tel que le volume 54 de

cylindre à ressort. Cependant, dans cette forme de réalisa-

tion, le liquide sous pression refoulé par la pompe hydrau- lique 70 et commandé par la servo-valve 68 de pression est introduit dans un cylindre intermédiaire 78 contenant un piston 80 qui flotte librement et sur une face duquel est appliqué un liquide sous pression 82 alors que son autre face est soumise à un gaz 84. Un étrangleur 86 de gaz, opposant une certaine impédance à l'écoulement dynamique du

gaz, est placé entre les volumes de gaz du cylindre intermé-

diaire 78 et de l'accumulateur 62. L'étrangleur limite le volume dynamique effectif du dispositif à ressort à la somme des volumes du conduit compris entre l'étrangleur 86 et l'accumulateur 62, de l'accumulateur 62, du conduit 66 et du volume à ressort particulier utilisé, par exemple le volume 54. Cette forme de réalisation permet de faire varier avec la pression la quantité de gaz contenue dans le dispositif à raideur variable. De même que pour la forme de réalisation de la figure 4A, un clapet 72 de retenue, pouvant être commandé, est avantageusement monté dans la

partie du circuit parcourue par un liquide, afin que la pres-

sion puisse être réduite, au moyen d'une conduite 74 de com-

mande, à une valeur prédéterminée à la fin de chaque balayage

de fréquence.

Le dispositif représenté sur la figure 5 est des-

tiné à être utilisé sur un appareil à ressort complètement rempli de liquide. Comme décrit précédemment, la raideur effective d'un tel appareil ne varie pas de façon sensible avec les changements de pression, mais varie en fonction du volume de l'appareil. Le volume variable 92 de liquide est relié par un conduit 94 à l'un des volumes, par exemple le

volume 54 montré sur la figure 2, ménagés dans les cylin-

dres à ressort menés. Le volume 92 est défini par un cylindre 96 et un piston mobile 98. Le volume effectif de l'appareil à ressort comprend donc le volume 92, le volume

du conduit 94 et un volume de cylindre à ressort, par exem-

ple le volume 54. Le piston 98 présente un nombre suffisant de petits trous 99, qui opposent une impédance élevée à l'écoulement dynamique du liquide, mais permettent à ce dernier de passer à un débit correspondant au mouvement du

piston 98.

Le piston 98 se déplace et, par conséquent, le volume 92 change en fonction de la fréquence de variation, sous l'action d'un arbre fileté 100. Ce dernier se déplace sous l'action de roues dentées 102 et 104. Au cours de ce mouvement, l'arbre fileté 100 ne tourne pas, mais il engrène plutôt avec des filets intérieurs de la roue dentée 102. Lorsque cette dernière tourne, l'arbre 100 tire le piston 98 dans un sens ou dansl'autre à l'intérieur du cylindre 96. La roue dentée 102 est entrainée par un pignon

104-qui est en prise directe avec un moteur hydraulique 106.

* Ce dernier est commandé de façon à faire varier le volume 92 en fonction du carré de la fréquence émise par la source sismique. La figure 6A représente schematiquement un procédé permettant d'obtenir une pression hydraulique coTmandée convenant à une utilisation dans les formes de réalisation de l'appareil à ressort variable montrées sur les figures

4A et 4B. Les sources connues de signaux de balayage utili-

sent un oscillateur électronique 120 de signaux pour coman-

der la fréquence de la source sismique marine 122. Divers dispositifs analogiques sont utilisés pour convertir le signal électronique en un signal hydraulique pulsatoire pouvant étre introduit dans une source de commande telle que le cylindre hydraulique 22 de commande (figure 2). Le

dispositif de commande de pression, représenté schématique-

ment, prélève un signal à la sortie de l'oscillateur 120 et l'applique à un convertisseur analogique fréquence/ tension 124 pour produire une tension qui est une fonction

de la fréquence. La tension est amplifiée par un amplifica-

teur linéaire 126 à courant continu dont le signal de sor-

tie est utilisé pour commander une servo-valve 68 de pression

(également représentée en 68 sur les figures 4A et 4B).

La servo-valve 68 de pression règle la pression supérieure

produite par la pompe hydraulique 70 à une valeur infé-

rieure demandée pour l'action de ressort.

Le circuit de commande de pression montré sur la figure 6B applique une tension continue variable à la servo-valve 68 de pression, cette tension étant produite

indépendamment de l'oscillateur 120 de signaux. Un généra-

teur 128 de signaux de commande de pression produit une tension continue variable qui est déclenchée en même temps que le balayage de fréquence provenant de l'oscillateur 120, mais qui est une fonction de la fréquence. De même que sur

le schéma de la figure 6A, la tension continue est ampli-

fiée dans un amplificateur 126 à courant continu et elle

est appliquée à la servo-valve 68 de pression.

La figure 7 montre schématiquement une forme pré-

férée de réalisation de l'appareil selon l'invention en cours de fonctionnement. La. source sismique est commandée depuis un navire porteur 130 qui porte les équipements

auxiliaires tels qu'une pompe hydraulique 132 etun équipe-

ment électronique 134 de commande. La source sismique est suspendue à une profondeur appropriée au moyen d'un cible

136 de levage, à partir d'un bras 138 du navire 130.

Les ondes de pression produites par la source sis-

mique sont habituellement suffisamment puissantes pour

qu'il faille prendre la précaution de protéger, en l'éloi-

gnant, le navire porteur 130. En isolant la source, le bras 138 peut s'étendre d'environ 6 à 9 mètres au-dessus de l'eau, sur un côté du navire. Il est évident que la source fonctionne alors à une distance de 6 à 9 mètres du côté du navire. Le câble 136 de levage peut être relié à la source sismique au moyen d'un anneau 140 d'accrochage, d'un certain nombre de filins 142 et de ressorts 144 d'absorption de choc

reliés à un certain nombre de pattes 146 à oeil. Ces derniè-

3;' res peuvent être soudées au châssis de la source ou sur les surfaces extérieures des plaques 10 et 12 de rayonnement acoustique, à proximité des points milieux des bords incurvés avant et arrière des plaques 10 et 12. La source sismique peut être remorquée à l'aide d'un câble 148, à partir d'un bras 150 de remorquage qui s'étend sensiblement sur la même distance au-dessus de l'eau que-le bras 138. Le mode de suspension et d'isolation décrit ci-dessus ne constitue qu'un exemple et d'autres moyens équivalents de suspension et d'isolation peuvent être utilisés sans sortir du cadre

de l'invention.

Il convient de noter que l'invention n'est pas limitée aux ressorts à fluide dont les raideurs suivent

fidèlement les équations théoriques indiquées. Les équa-

tions fournissent une estimation excellente de la raideur en fonction de la fréquence, mais d'innombrables variables,

inhérentes à une restitution physique particulière de l'in-

vention, produisent un certain effet sur la raideur. Par exemple, des lubrifiants particuliers utilisés dans la

source sismique peuvent avoir des caractéristiques d'écou-

lement non Newtoniennes. Les frottements internes du dispo-

sitif ne dépendent pas de façon linéaire de la fréquence et

ils affectent donc la constante globale de ressort.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent être apportées à la source décrite et représentée

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Source sismique marine, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un radiateur acoustique (RA),

un actionneur (AH) destiné à faire osciller chaque radia-

teur afin de produire un signal acoustique ayant une fré- quence qui varie avec le temps, cet actionneur étant relié mécaniquement au radiateur, et un dispositif à ressort (RV) relié à chaque radiateur et ayant une raideur qui varie en fonction de la fréquence afin que l'impédance de sortie de

chaque radiateur acoustique varie avec sa fréquence.

2. Source sismique marine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif à ressort comprend au moins un ensemble à piston (42, 44, 46 ou 48) et cylindre (26, 28, 30 ou 32), le piston étant relié à la plaque

formant le radiateur acoustique et le cylindre étant rem-

pli de liquide et en communication hydraulique avec des moyens conçus pour faire varier la raideur effective du

dispositif à ressort.

3. Source sismique marine, caractérisée en ce qu'elle comporte deux radiateurs acoustiques opposés (10, 12), un actionneur (18, 20, 22) destiné à faire osciller chacun des radiateurs afin de produire un signal acoustique répétitif dans l'eau à une fréquence qui varie avec le temps, les actionneurs étant reliés mécaniquement à chacun des radiateurs, et un dispositif à ressort relié à chacun des radiateurs et ayant une raideur qui varie en fonction de la fréquence afin que l'impédance de sortie dudit radiateur

acoustique varie avec sa fréquence.

4. Source sismique marine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif à ressort comprend au moins un ensemble à piston (42, 44, 46 ou 48) et cylindre

(26, 28, 30 ou 32), le piston étant relié à la plaque cons-

tituant le radiateur et le cylindre étant rempli de liquide et en communication hydraulique avec des moyens

conçus pour faire varier la raideur effective du disposi-

tif à ressort.

5. Source sismique marine, caractérisée en ce

qu'elle comporte deux plaques opposées (10, 12) de rayonne-

ment acoustique, un actionneur (18, 20, 22) destiné à faire osciller chacune des plaques afin de produire un signal acoustique répétitif dans l'eau, ayant une fréquence qui varie à peu près linéairement d'environ 10 Hz à environ

Hz, les actionneurs étant reliés mécaniquement aux pla-

ques, un dispositif à ressort relié à chacune des plaques rayonnantes et ayant une raideur qui varie en fonction de

la fréquence, un châssis (41) destiné à supporter les pla-

ques rayonnantes, l'actionneur et le dispositif à ressort afin que l'impédance de sortie des radiateurs acoustiques

varie avec leur fréquence.

6. Source sismique marine selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque dispositif àaressort comprend au moins un ensemble à piston (42, 44, 46 ou 48) et cylindre (26, 28, 30 ou 32), le piston étant relié à l'une des deux plaques rayonnantes et le cylindre étant rempli de liquide et en communication hydraulique avec des moyens conçus pour

faire varier la raideur effective du dispositif à ressort.

7. Source sismique marine selon l'une quelconque

des revendications 2, 4 et 6, caractérisée en ce que les

moyens conçus pour faire varier la raideur effective sont remplis de liquide et comprennent un piston mobile et un cylindre destinés à faire varier, avec la fréquence, le

volume rempli de liquide du dispositif à ressort.

8. Source sismique marine selon l'une quelconque

des revendications 2, 4 et 6, caractérisée en ce que les

moyens conçus pour faire varier la raideur effective sont remplis d'un liquide et d'un gaz et comprennent des moyens destinés à faire varier la pression du dispositif à ressort

avec la fréquence.

9. Source sismique marine selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens destinés à faire varier la pression du dispositif à ressort comprennent un clapet (72) conçu pour ramener la pression à une valeur

prédéterminée au début de chaque signal répetltif.

10. Source sismique marine selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens destinés à faire varier

la pression du dispositif à ressort comprennent un accumu-

lateur (62) qui contient la totalité du gaz se trouvant à

l'intérieur du dispositif à ressort et qui est en communi-

cation hydraulique avec le cylindre rempli de liquide.

11. Source sismique marine selon la revendication

8, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un oscil-

lateur (120) commandant l'actionneur, un convertisseur fréquence/tension (124) pouvant détecter la fréquence de l'oscillateur et la convertir en une tension continue, un amplificateur (126) destiné à amplifier linéairement ladite tension continue pour la porter à un niveau supérieur, et une servo-valve (68) de pression pouvant produire ladite

pression variable du dispositif à ressort.

12. Source sismique marine selon la revendication

8, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un oscil-

lateur (120) commandant l'actionneur, un générateur (128)

de signaux de commande d'une pression prédéterminée, produi-

sant une tension continue qui varie simultanément avec la fréquence et qui peut être déclenché en même temps que l'oscillateur, et une servo- valve (68) de pression pouvant

produire ladite pression variable du dispositif à ressort.