FR2789494A1 - Source d'energie acoustique et procede pour generer une impulsion de pression dans l'eau, et source sismique marine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une source sismique marine pour la génération d'énergie acoustique.Elle comporte un boîtier (18) présentant un périmètre extérieur continu et pouvant déplacer de l'eau. La surface extérieure (20) du boîtier (18) comprend une partie concave (22) et une partie convexe (24) reliées par deux points d'inflexion (26 et 28). Un actionneur (30) peut être activé pour déplacer la surface du boîtier et faire varier le volume à l'intérieur de celui-ci. L'impulsion de pression qui en résulte fournit de l'énergie acoustique utilisable en sismique marine.Domaine d'application : évaluation de formations géologiques souterraines, etc.
Description
L'invention a trait au domaine des sources d'énergie acoustique utilisées
dans l'exploration géophysique et dans d'autres opérations marines. L'invention concerne plus particulièrement un système perfectionné de source d'énergie acoustique pouvant être mis en oeuvre pour générer dans l'eau de l'énergie d'une source sismique à basse fréquence. Des navires de sismique marine remorquent des vibrateurs et provoquent des décharges de canons à air, d'explosifs et d'autres dispositifs de projection acoustique pour générer de l'énergie de source sismique lors d'opérations géophysiques marines. L'énergie d'une source sismique comprend une impulsion de pression qui descend à travers l'eau et dans des structures géologiques sous-jacentes situées sous la surface. L'énergie de la source est partiellement réfléchie par des interfaces entre les structures géologiques et est détectée par des capteurs
à géophones ou hydrophones.
Des signaux de sources classiques pour des opérations géophysiques marines sont générés à l'aide de sources acoustiques telles que des canons à air comprimé. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 180 139, n 285 415 et n 5 228 010 décrivent différents mécanismes pour décharger de l'air comprimé dans de l'eau afin de générer
de l'énergie de source acoustique.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 896 889 décrit un système à masse oscillante pour générer de l'énergie de source acoustique dans de l'eau. D'autres dispositifs génèrent un signal acoustique en transmettant
des jets d'eau à haute vitesse dans l'environnement sous-
marin. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 131 178 et n 4 153 135 décrivent un piston mobile pour générer des
jets d'eau à haute vitesse.
D'autres sources d'énergie acoustique ont été développées pour des systèmes de sonar et d'autres systèmes de détection par navire. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 651 044 décrit un transducteur sonar formé de façon à avoir plusieurs éléments piézoélectriques en sections attachés à la paroi intérieure d'un cylindre fendu. Chaque élément est constitué d'une matière céramique ayant des caractéristiques piézoélectriques et est lié à
l'aide d'un adhésif à la paroi intérieure du cylindre.
Des transducteurs à cylindre fendu ont besoin de la fente pour permettre une dilatation et une contraction du cylindre lorsque les éléments des transducteurs font vibrer le cylindre. Pour des applications sous-marines, une pellicule flexible étanche à l'eau recouvre la fente pendant que le cylindre se dilate et se contracte. En l'absence d'un système de compensation de pression, la pression hydrodynamique de l'eau peut comprimer le cylindre et provoquer la fermeture de la fente. Le transducteur
devient alors inopérant.
D'autres variantes et perfectionnements apportés à des sources d'énergie acoustique ont été développés. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 122 992 décrit un élément à transducteur ayant un élément de fermeture s'étendant dans
une configuration de forme en U, et le brevet des Etats-
Unis d'Amérique n 5 267 223 décrit un revêtement souple lié à une coque de transducteur. Une autre application de cylindre fendu a été décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 592 359 dans lequel deux cylindres fendus sont fixés l'un à l'autre afin de séparer de l'huile d'un sédiment. Des sources sismiques classiques ont besoin d'un certain nombre de canons à air pour produire un niveau de source acceptable dans la bande de fréquence souhaitée. Le grand nombre d'éléments constitutifs formés des canons à air, du matériel de connexion et du faisceau de tuyaux à air alimentant les canons à air ajoute un poids notable et une traînée de frottement aux dispositifs remorqués. Des sources d'énergie acoustique classiques à cylindres fendus et autres pour une détection sous-marine au moyen d'un navire fonctionnent à des fréquences et des gammes de
puissance ne convenant pas à des opérations géophysiques.
On a donc besoin d'un générateur perfectionné de source destiné à être utilisé dans des opérations marines. Le générateur devrait pouvoir être adapté à différentes exigences d'énergies de sources et devrait être aisé à
fabriquer et à déployer.
L'invention propose une source d'énergie acoustique
destinée à générer une impulsion de pression dans l'eau.
L'appareil comporte un boîtier pouvant être déployé dans l'eau et ayant une surface extérieure fermée autour d'au moins un périmètre de boîtier ayant au moins deux inflexions. Le boîtier est flexible autour de son périmètre de façon à générer une impulsion de pression dans l'eau par variation du volume renfermé à l'intérieur du boîtier. Un actionneur est en communication avec le boîtier pour faire fléchir le boîtier le long de son périmètre afin de générer l'impulsion de pression dans l'eau. Dans d'autres formes de réalisation de l'invention, le boîtier peut avoir de multiples formes et se déplacer vers l'intérieur ou vers
l'extérieur afin de générer l'impulsion.
Le procédé de l'invention propose une technique de mise en oeuvre d'une source marine pour générer une impulsion de pression dans l'eau. Le procédé comprend les étapes dans lesquelles on déploie un boîtier dans l'eau, le boîtier ayant une surface extérieure fermée suivant au moins un périmètre du boîtier, on active un actionneur en prise ou en contact avec le boîtier pour faire fléchir la surface extérieure du boîtier suivant son périmètre afin de générer une impulsion de pression, et on ramène la surface
extérieure du boîtier dans sa configuration d'origine.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un appareil à source acoustique remorqué par un navire sismique; la figure 2 est une vue en perspective avec coupe partielle d'un boîtier ayant une surface concave et une surface convexe; la figure 3 est une coupe transversale du boîtier après que l'actionneur a été activé; la figure 4 est une coupe transversale illustrant un boîtier en forme de sablier; la figure 5 est une coupe transversale illustrant un boîtier ayant trois lobes; la figure 6 est une coupe transversale d'un boîtier asymétrique ayant une surface concave et des surfaces convexes différentes; la figure 7 est une coupe transversale d'un boîtier ayant des éléments piézoélectriques situés sur sa surface intérieure; la figure 8 est une coupe transversale d'un boîtier ayant des éléments piézoélectriques situés sur ses surfaces intérieure et extérieure; la figure 9 est une coupe transversale d'un boîtier ayant cinq lobes et des actionneurs linéaires; la figure 10 est une coupe transversale d'un boîtier ayant cinq lobes qui sont actionnés par des éléments piézoélectriques de flexion; la figure 11 est une coupe transversale d'une autre forme du boîtier; la figure 12 est une coupe transversale schématique d'un boîtier à surface crénelée; et la figure 13 est une coupe transversale schématique
d'un boîtier ayant des surfaces courbes de rayons variés.
L'invention propose une source perfectionnée d'énergie
destinée à être utilisée dans des opérations marines.
L'invention est particulièrement utile dans la génération d'énergie d'une source sismique comme décrit ci-dessous. La figure 1 représente un appareil 10 de source acoustique comportant un boîtier 12 déployé dans l'eau 14 à partir d'un navire sismique 16. L'appareil 10 peut être d'une flottabilité neutre, alimenté en énergie ou non, commandé à distance ou de façon autonome, et peut être intégré avec du matériel de commande connu dans la technique pour être manoeuvré horizontalement, verticalement ou latéralement dans l'eau 14. L'appareil 10 constitue une source d'énergie acoustique convenant à l'étude de formations géologiques
situées sous la surface.
La figure 2 illustre une forme de réalisation de l'invention dans laquelle le boîtier 18 est illustré en coupe partielle. Le boîtier 18 utilise des surfaces de forme ou de courbure alternée pour faire varier le volume déplacé par le boîtier 18, et il est suffisamment flexible pour permettre un déplacement d'un volume d'eau. Les termes "flexion" et "flexible" tels qu'utilisés ici désignent l'aptitude à fléchir, se tordre, se courber, se déplacer ou tourner sans se rompre. Dans une forme appréciée de réalisation de l'invention, le terme flexible inclut également la capacité élastique à retourner dans une position ou configuration d'origine sans l'intervention
d'une force additionnelle.
Le terme "boîtier" tel qu'utilisé ici peut faire référence à toute configuration qui permet un mouvement relatif entre deux points différents sur le boîtier. Un mouvement dans une direction radiale ou autre effectué par des parties quelconques du boîtier a pour résultat une variation nette du volume renfermé et génère de l'énergie de source acoustique dans de l'eau, convenant à des opérations de sismique marine. Pour générer de plus grandes quantités d'énergie de la source, et en supposant que l'amplitude du déplacement de l'aire de surface est la même, des boîtiers mobiles ayant des aires de surface plus grandes ou des déplacements plus grands génèrent davantage d'énergie de source que des boîtiers ayant des aires de surface ou des déplacements plus faibles. Chaque boîtier peut également être configuré de façon à affecter les caractéristiques mécaniques du transducteur, et les caractéristiques de l'impulsion d'énergie acoustique résultant du transducteur. Dans d'autres formes de réalisation, des boîtiers peuvent être configurés de façon irrégulière afin qu'un mouvement du boîtier en réponse à l'activation d'éléments de transducteur déforme une partie du boîtier à un degré supérieur à celui de la déformation d'autres parties. Etant donné que la résonance propre de chaque boîtier dépend en partie du diamètre et de la forme du boîtier, l'efficacité du transducteur peut être adaptée par une mise en forme sélective du boîtier. Un boîtier cylindrique ayant un diamètre constant le long d'un axe aura un facteur "Q" supérieur à celui d'un boîtier de
diamètre variable.
Bien que chaque boîtier présente un périmètre fermé délimitant au moins un segment plan dans le volume intérieur du boîtier, d'autres parties d'un boîtier pourraient être dentelées ou découpées pour permettre un mouvement différent du boîtier. Il n'est pas nécessaire que le boîtier soit une structure contenue entièrement fermée pourvu qu'un segment plan définisse un périmètre fermé, continu. Cette souplesse de conception permet un mouvement commandé le long du périmètre fermé du boîtier tout en permettant un mouvement plus grand à une ou plus d'une extrémité du boîtier. Cette souplesse de configuration permet de réaliser un accord en ce qui concerne la forme et
la taille d'une impulsion de pression dans l'eau 14.
Dans une forme appréciée de réalisation de l'invention, le volume d'eau 14 est déplacé par une dilatation du volume intérieur du boîtier 18 sans variation de l'aire de la surface du boîtier 18 en contact avec l'eau 14. Comme montré sur la figure 2, le boîtier 18 forme une surface extérieure continue 20 suivant le périmètre identifié dans une section transversale du boîtier 18. Le périmètre du boîtier 18 est décrit comme étant sous la forme d'une courbe fermée délimitant un plan perpendiculaire à un axe traversant le boîtier 18. Le boîtier 18 présente des plans multiples (en théorie, un nombre infini de plans) coupant l'espace intérieur du boîtier 18, et des périmètres multiples délimitant chaque segment de plan. La surface extérieure 20 du boîtier comprend une surface 22 à concavité tournée vers l'extérieur et une surface 24 à convexité tournée vers l'extérieur reliées par au moins deux points d'inflexion 26 et 28 (identifiés comme étant des courbes arrondies sur la figure 2) le long de la surface extérieure continue 20. Les points d'inflexion sont utilisés ici comme décrivant un coude ou un changement de position, de course ou d'alignement, et ils incluent également la définition mathématique selon laquelle ils sont un point délimitant une courbe ou un arc concave et convexe. Dans d'autres formes de réalisation de l'invention dans lesquelles des formes autres que des courbes constituent le périmètre du boîtier, le terme "inflexion" tel qu'utilisé ici désigne
toute variation de la forme du périmètre du boîtier.
Un actionneur 30 est positionné à l'intérieur du boîtier 18 et peut être activé comme montré sur la figure 3 pour modifier la forme de la surface extérieure 20 du boîtier. Lorsque l'actionneur 30 est activé, la surface concave 22 est modifiée de façon à générer une impulsion de pression dans l'eau 14 dans la direction indiquée comme montré sur la figure 3. La forme de la surface convexe 24 est modifiée de façon correspondante pour suivre un tel mouvement, et la variation de la forme en un point quelconque le long de la surface extérieure 20 du boîtier dépend de la forme locale de la surface extérieure 20 et de l'amplitude et de la direction de la force d'activation produite par l'actionneur 30. Ce dernier peut être activé pour ramener le boîtier 18 dans la configuration d'origine montrée sur la figure 2, ou bien la matière et la forme du boîtier 18 peuvent coopérer pour rappeler élastiquement le boîtier 18 dans la configuration d'origine. Dans l'exemple illustré, la variation de la forme en section transversale de la surface extérieure 20 se produit sans modification de l'aire de la surface extérieure 20 en contact avec l'eau 14. Cependant, la forme modifiée fait varier le volume à l'intérieur du boîtier 18, ce qui déplace l'eau 14 pour générer une impulsion de pression. L'actionneur 30 peut comprendre un dispositif mécanique, électromécanique, pneumatique, hydraulique,
électrique ou autre apte à faire fléchir le boîtier 18.
L'actionneur 30 peut comporter des transducteurs piézoélectriques attachés à la surface intérieure ou extérieure du boîtier 18. La figure 4 illustre une forme de réalisation de l'invention dans laquelle des éléments piézoélectriques 32 sont attachés à la surface intérieure d'un boîtier 34. Le boîtier 34 est configuré globalement en forme de sablier. Suivant la dilatation ou la contraction des éléments piézoélectriques 32, les rayons des parties courbées du boîtier 34 augmentent ou diminuent pour faire varier le volume à l'intérieur du boîtier 34. L'eau 14 est déplacée indépendamment du fait que les parties courbées du boîtier 34 se déplacent vers l'intérieur ou vers l'extérieur pour produire une impulsion de pression acoustique dans l'eau 14. Par conséquent, l'illustration montrée sur la figure 4 peut comprendre la position initiale du boîtier 34 ou peut comprendre la position du boîtier 34 après que les éléments piézoélectriques 32 ont
été activés.
Le boîtier 34 de la figure 4 est déplacé pour produire la vibration souhaitée par une activation d'un élément ou des éléments piézoélectriques 32 attachés à la surface extérieure ou externe du boîtier 34, ou à l'intérieur d'une structure composite comme décrit ci- dessous. On entend par "piézoélectrique" la génération d'une polarité électrique dans des cristaux diélectriques soumis à une contrainte mécanique, et la génération d'une contrainte dans de tels cristaux lorsqu'une tension leur est appliquée. Un élément piézoélectrique 32 peut être formé d'une seule pièce ou d'une série ou d'une combinaison d'éléments piézoélectriques 32. Comme défini ici, on entend par élément piézoélectrique unique 32 le fait de se référer à
un ou plusieurs éléments.
Lorsqu'un potentiel électrique est appliqué aux éléments piézoélectriques 32 afin de les dilater, les éléments piézoélectriques 32 obligent le boîtier à se dilater radialement vers l'extérieur. Ce mouvement radial fait varier le volume du boîtier pour produire un domaine ou une impulsion de pression 14 dans l'eau. Dans d'autres formes de réalisation dans lesquelles les éléments piézoélectriques 32 sont placés sur le côté opposé du boîtier 34, cet actionnement peut déplacer le périmètre du boîtier vers l'intérieur. Dans tous les cas, l'impulsion de pression générée par la variation de volume produit une énergie de source sismique acoustique suffisante pour pénétrer dans les formations géologiques situées sous la surface et pour permettre à des hydrophones ou d'autres
capteurs de détecter des signaux réfléchis.
Des transducteurs à flexion-tension peuvent être utilisés pour l'actionneur 30, ou bien des empilages d'éléments piézoélectriques ou magnétostrictifs peuvent pousser des parties choisies du boîtier 34 vers l'intérieur ou vers l'extérieur. Des points d'inflexion sur le boîtier 34 permettent une dilatation ou une contraction sélective du boîtier 34 pour faciliter un allongement dans des directions préférées et pour produire la variation souhaitée de volume du boîtier 34. Comme montré sur la figure 4, le boîtier 34 présente deux segments de surface concaves 36 et deux segments de surface convexes 38, avec
quatre points d'inflexion 40.
Dans différentes formes de réalisation de l'invention, diverses formes de boîtier peuvent être créées pour remplir différentes fonctions. Des segments de boîtier courbés ou façonnés, multiples, ayant de multiples points d'inflexion, sont assemblés dans trois dimensions pour produire une surface d'enveloppe. La forme généralisée d'une enveloppe peut être caractérisée comme étant cylindrique, prismatique, sphérique, ellipsoidale, paraboloide, hyperboloïde, polyèdre, ou autres. La surface de l'enveloppe généralisée peut être perturbée par des modifications du rayon ou des modifications de la direction de la concavité. Par exemple, les formes d'enveloppe généralisée de cylindres et de sphères peuvent être utilisées, et une forme d'enveloppe globalement cylindrique peut être constituée par des segments d'enveloppe alternativement concaves et convexes dans une direction radiale ou axiale. Lorsque les segments concaves et convexes sont alignés parallèlement à l'axe, l'enveloppe change de volume sous l'effet d'une variation de l'aire de la section transversale sans que la longueur change nécessairement. Lorsque les segments d'enveloppe convexes et concaves alternent le long de l'axe du cylindre, l'enveloppe peut se dilater ou se contracter sur sa longueur sans que son diamètre change nécessairement. Si le diamètre du cylindre généralisé varie en fonction de la distance le long de l'axe, l'enveloppe peut prendre la
forme d'une ellipsoïde ou d'une sphère.
Un boîtier d'enveloppe globalement sphérique peut avoir des segments courbes alternativement convexes et concaves agencés parallèlement à la latitude ou à la longitude. Un alignement longitudinal de segments alternativement convexes et concaves facilite une dilatation ou une contraction suivant les parallèles. Des segments alternativement concaves et convexes alignés avec la latitude permettent au boîtier de se dilater ou de se
contracter suivant des méridiens.
D'autres formes du boîtier pourraient comprendre des combinaisons de plaques plates, droites, convexes et concaves configurées pour former certaines configurations telles que des prismes de trois, quatre ou cinq côtés ou plus. Un polyèdre à quatre côtés ou plus pourrait également il définir la forme générale du boîtier. Les surfaces peuvent être crénelées ou festonnées avec des lobes ou des saillies de courbures variés. Le terme "crénelées" tel qu'utilisé ici se réfère à une surface de boîtier ayant au moins une surface concave adjacente à une surface convexe. La figure 5 illustre une forme de réalisation de l'invention dans laquelle un boîtier 42 comporte trois saillies, prolongements ou lobes 44 formés de façon à présenter des surfaces extérieures convexes. Des surfaces extérieures 46 à concavité tournée vers l'extérieur sont positionnées entre chaque lobe 44, et un actionneur 48 est illustré en contact avec la surface intérieure de chaque lobe 44. En variante, dans une autre forme de réalisation de l'invention, un actionneur 48 pourrait être en contact avec la surface intérieure de chaque surface concave 46. La figure 6 illustre un boîtier 50 ayant une surface concave 52 tournée vers l'extérieur et une surface convexe 54 composée de deux ou plus de deux segments convexes de rayons différents. Le boîtier 50 peut se dilater ou se contracter par la surface concave 52, la surface convexe 54
ou les deux.
La figure 7 illustre un boîtier 56 dans lequel chaque segment convexe 58 tourné vers l'extérieur est de même rayon que chaque segment concave 60. Des transducteurs tels que des éléments piézoélectriques 62 sont positionnés sur les surfaces intérieures du boîtier 56. La figure 8 illustre une forme de réalisation similaire dans laquelle des éléments piézoélectriques 64 sont également appliqués contre des segments extérieurs du boîtier 66 à concavité tournée vers l'extérieur. En utilisant des courbes de même rayon, on permet aux éléments piézoélectriques 64 d'avoir le même arc que les éléments 62, de s'ajuster également bien à chaque lobe du boîtier 66 et de n'utiliser qu'une
forme d'élément piézoélectrique.
La figure 9 illustre un boîtier 68 ayant cinq lobes 70 à convexité tournée vers l'extérieur et cinq segments concaves 72 de boîtier. Un actionneur 74 est en contact
avec l'intérieur de chaque segment convexe 70 du boîtier.
Une autre forme d'activation est démontrée sur la figure 10 sur laquelle des éléments piézoélectriques 76 sont en contact avec chaque lobe 70 du boîtier 68. La figure 11 illustre une autre forme de boîtier 78 dans laquelle trois lobes 70 de dimensions égales sont en contact avec des éléments piézoélectriques 80. L'impulsion de pression générée par un mouvement du boîtier 78 s'étend dans des directions généralement égales autour du boîtier 78. Dans d'autres formes de réalisation de l'invention telles que décrites ci-dessous, la propagation de l'impulsion de pression peut être orientée dans une
direction choisie.
La figure 12 illustre une autre forme de boîtier 82 ayant une surface sensiblement plate 84 et une surface crénelée 86. La surface 86 peut présenter une dilatation ou contraction notable du fait de la combinaison de la structure et de la matière utilisées. Cette configuration de l'invention est utile pour orienter la propagation de
l'impulsion de pression.
La figure 13 illustre un boîtier 88 ayant des lobes , 92, 94 et 96 dont les courbures sont de degrés et de direction différents. Chaque boîtier peut être formé de façon à avoir des segments de différents rayons ou de différentes formes pour chaque lobe. En utilisant des lobes de différentes formes et dimensions, on peut générer des formes d'énergie de source acoustique uniques. En utilisant des arcs de différents rayons, le transducteur formé par chaque boîtier peut être accordé de façon à avoir une réponse en fréquence plus large (et un facteur Q plus bas) que ceux des sources d'énergie acoustique classiques. Des formes d'actionneurs différents pourraient être utilisées avec les rayons de différentes dimensions, et les gammes de fréquence combinées pour l'impulsion de source d'énergie acoustique peuvent être étalées sur une bande de fréquences plus large qu'il n'est possible avec des sources classiques d'énergie sismique. Le nombre préféré de lobes du boîtier est de deux ou trois lobes ayant des rayons égaux ou inégaux; cependant, on peut intégrer davantage de lobes dans un boîtier pour obtenir l'effet souhaité. Par ailleurs, les éléments piézoélectriques peuvent
être activés à des intervalles de temps différents.
Le procédé de l'invention est mis en pratique en déployant un boîtier dans l'eau, en activant un actionneur en contact avec le boîtier pour faire fléchir la surface extérieure du boîtier autour du périmètre du boîtier afin de générer une impulsion de pression dans l'eau, et en ramenant la surface extérieure du boîtier dans la configuration d'origine. Dans des formes de réalisation différentes, l'actionneur peut comprendre un élément
piézoélectrique pouvant être activé par de l'électricité.
L'actionneur peut comprendre au moins deux éléments piézoélectriques qui sont chargés électriquement avec des charges opposées pour faire fléchir des parties du boîtier dans des directions différentes. Une activation séparée des éléments piézoélectriques à des niveaux d'énergie différents et à des temps différents peut modifier la flexion des segments individuels du boîtier, et le
caractère de l'impulsion de pression résultante.
Si de l'énergie électrique constitue la source d'énergie pour activer un actionneur dans chaque boîtier, la transmission de puissance peut être réalisée à partir d'un navire sismique de remorquage par des flûtes ou des câbles remorqués par le navire. L'invention peut être déployée par la mise en action sélective d'un élément piézoélectrique ou de plusieurs éléments piézoélectriques au moyen d'électricité fournie par une source d'énergie intégrée ou à distance. Un mouvement des éléments piézoélectriques déplace chaque boîtier pour générer l'énergie de source acoustique dans une gamme de basses fréquences, à un niveau élevé de puissance. Le fait de faire appel à un simple système élastique sous la forme d'un boîtier mobile élimine sensiblement l'usure par frottement, l'usure mécanique et l'abrasion entre les pièces travaillantes. L'invention procure une source d'énergie sismique sûre, aisément remorquable et de frottement réduit. Chaque boîtier peut être remorqué dans l'eau ou peut fonctionner sous la forme d'un dispositif séparé se déplaçant indépendamment du navire. La position de chaque boitier peut être identifiée et enregistrée par des systèmes de positionnement terrestre ("GPS") ayant une antenne placée au-dessus de la surface de l'eau, ou par un autre matériel de positionnement (par exemple par voie acoustique, radio, laser et autres) et un dispositif de commande placé dans l'eau, à bord du navire ou des
installations de traitement basées à terre.
L'invention propose de façon inédite un procédé et une source d'énergie acoustique efficaces qui peuvent être commandés avec précision pour fournir de l'énergie de
source sismique dans des opérations géophysiques marines.
L'invention permet la génération d'une source presque ponctuelle d'énergie acoustique, au lieu de l'utilisation de multiples dispositifs de canons à air de plusieurs
dizaines de mètres de longueur et d'envergure.
L'invention procure de nombreux avantages par rapport aux techniques de source sismique marine de l'art antérieur, et procure une commande de signal supérieure à partir d'un seul élément au lieu des dispositifs de canons multiples, à files multiples, classiquement utilisés. En réalisant une activation par semi-conducteurs des éléments piézoélectriques et une amplification élastique d'un boîtier, la simplicité mécanique et électrique de l'invention procure des performances supérieures en comparaison avec des systèmes classiques ayant des constituants mécaniques complexes sujets à l'usure, à des exigences d'accord et à des interfaces électriques complexes. Le coût de l'invention est notablement inférieur àcelui des sources sismiques classiques, et le coût total de fonctionnement est réduit du fait de la plus faible traînée dans l'eau 14 et du rendement accru par rapport aux systèmes classiques à canons à air. Les dimensions réduites de l'invention réduisent l'espace demandé à bord des navires, et la maîtrise de l'énergie de la source réduit l'effet négatif produit sur la vie marine. La sélectivité en ce qui concerne la fréquence et la puissance de l'énergie de la source offre des capacités de traitement intéressantes dont on ne dispose pas avec des systèmes classiques, et l'invention offre la possibilité d'effectuer
des balayages pseudo-aléatoires orthogonaux, simultanés.
L'invention présente des avantages inédits qu'on ne trouve pas dans les systèmes de sources sismiques classiques. En produisant une énergie de source à partir d'un seul élément au lieu de dispositifs classiques de canons multiples, à files multiples la puissance du signal est supérieure. En utilisant un système à semi-conducteur, l'appareil augmente notablement la fiabilité du système en éliminant les constituants mécaniques et électriques des
canons des sources classiques.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la source d'énergie acoustique et au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de
l'invention.
Claims (19)
1. Source d'énergie acoustique destinée à générer une impulsion de pression dans de l'eau (14), caractérisée en ce qu'elle comporte un boîtier (18) pouvant être déployé dans l'eau et ayant une surface extérieure (20) fermée autour d'au moins un périmètre du boîtier, le périmètre du boîtier ayant au moins deux points d'inflexion (26, 28) et le boîtier étant flexible suivant son périmètre pour générer une impulsion de pression dans l'eau, et un actionneur (30) en communication avec le boîtier pour faire
fléchir le boîtier afin de générer l'impulsion de pression.
2. Source d'énergie acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'aire de la surface extérieure du boîtier ne varie pas lorsque l'actionneur fait fléchir
le boîtier.
3. Source d'énergie acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface extérieure du boîtier
a la forme générale d'un prisme géométrique.
4. Source d'énergie acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface extérieure du boîtier
est crénelée.
5. Source d'énergie acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le périmètre présente au moins une surface concave (22) et au moins une surface convexe
(24).
6. Source d'énergie acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier est suffisamment élastique pour amener la surface extérieure dans la configuration d'origine après que l'actionneur a été activé
pour faire fléchir le boîtier.
7. Source d'énergie acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'actionneur coopère avec le boîtier pour déplacer le boîtier vers l'intérieur lorsque
cet actionneur est activé.
8. Source d'énergie acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'actionneur est en communication avec le boîtier afin de déplacer le boîtier vers
l'extérieur lorsque cet actionneur est activé.
9. Source d'énergie acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'actionneur comprend un élément piézoélectrique (30) coopérant avec le boîtier.
10. Source d'énergie acoustique selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'actionneur comporte au moins deux éléments piézoélectriques (62, 64) coopérant avec le boîtier et pouvant être chargés alternativement d'électricité pour déplacer différentes parties du boîtier
dans différentes directions.
11. Source sismique marine pour l'exploration de formations géologiques sous de l'eau (14), caractérisée en ce qu'elle comporte un boîtier (18) pouvant être déployé dans l'eau et ayant une surface extérieure (20) fermée autour d'un périmètre du boîtier ayant au moins deux points d'inflexion (26, 28), le boîtier pouvant fléchir le long de son périmètre pour générer une impulsion de pression dans l'eau, et un actionneur électrique (30) en communication avec le boîtier pour faire fléchir le boîtier suivant son
périmètre afin de générer l'impulsion de pression.
12. Source sismique selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'actionneur comporte un élément
piézoélectrique coopérant avec le boîtier.
13. Source sismique selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'actionneur comporte au moins deux éléments piézoélectriques (62, 64) coopérant avec le boîtier et pouvant être chargés alternativement d'électricité pour déplacer différentes parties du boîtier
dans différentes directions.
14. Procédé pour générer une impulsion de pression dans de l'eau (14), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes dans lesquelles on déploie un boîtier (18) dans l'eau, le boîtier ayant une surface extérieure (20) fermée autour d'au moins un périmètre de ce boîtier, et ce périmètre ayant au moins deux points d'inflexion (26, 28); on active un actionneur (30) en communication avec le boîtier pour faire fléchir la surface extérieure du boîtier le long du périmètre de ce dernier afin de générer une impulsion de pression dans l'eau, et on ramène la surface extérieure du boîtier dans la configuration d'origine.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'actionneur comporte un élément piézoélectrique et cet élément piézoélectrique est activé par de l'électricité.
16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'actionneur comporte au moins deux éléments piézoélectriques (62, 64) et en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à charger électriquement les éléments piézoélectriques avec des charges opposées pour faire
fléchir des parties du boîtier dans différentes directions.
17. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'actionneur comporte au moins deux éléments piézoélectriques coopérant avec différents segments du boîtier, et en ce qu'il comprend en outre l'étape dans laquelle on active sélectivement les éléments piézoélectriques pour commander une flexion des segments du boîtier.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que les éléments piézoélectriques sont activés à des
intervalles de temps différents.
19. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'actionneur comporte au moins deux éléments piézoélectriques coopérant avec différents côtés du boîtier et en ce qu'il comprend en outre l'étape dans laquelle on active sélectivement chaque élément piézoélectrique pour
commander une flexion du boîtier.
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