WO2011154545A2 - Procede de deploiement, procede et dispositif de prospection sismique en milieu aquatique - Google Patents

Procede de deploiement, procede et dispositif de prospection sismique en milieu aquatique Download PDF

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WO2011154545A2
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displacement
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Michel Manin
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Kietta
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    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/168—Deployment of receiver elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3808—Seismic data acquisition, e.g. survey design
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3817—Positioning of seismic devices

Definitions

  • the present invention relates to the field of seismic prospecting in an aquatic environment (marine or lacustrine).
  • the waves thus formed propagate to the seabed, then on the different geological layers to be reflected by the latter, and are finally collected and measured by said submerged sensors.
  • the source boat may be the boat towing the seismic cables.
  • All of the information is then processed to create a three-dimensional (3D) image of the different geological layers of the sub-seabed, generally used to determine the possible presence of oil reservoirs.
  • the cables must be slightly immersed, between 5 and 10 m, which entails a risk of accident taking into account the circulation of surface vessels with a high draft (oil tankers or carriers). containers) and a high sensitivity to the state of the sea.
  • the known seismic prospecting devices leave shaded areas during the measurement.
  • the cables generally have a length of about 8 km and are spaced about 100 m, which leads, for a dozen parallel cables, to a measuring area 1 x 8 km.
  • the ideal in terms of measurement is to use an isotropic system, that is to say a square surface, for example 8 x 8 km.
  • these dimensions are incompatible with the means of towing that would be necessary in view of the weight, the drag and the logistics necessary to obtain such a measuring surface.
  • the first attempt (known as "Wide Azimuth") consists in replacing the anisotropy by the use of one (or two) boats towing a set of cables forming a measuring zone of 1 x 8 km, and using 2 to 8 source boats.
  • This device has two major disadvantages. Firstly, the prohibitive cost resulting from the investment in equipment, maintenance and use (2 to 8 source boats, plus one (or two) towing boats, plus all the cables).
  • the other disadvantage is that the source boats "fire” (i.e. emit waves) each in turn, and thus two to eight times less often, which leads to a very low firing density.
  • GB Patent Application No. 2 435 931 in the name of Western Geco, which describes a method and device consisting schematically of a network of sensors (geophones) attached to a two-dimensional structure. (in the form of a mesh or mesh) or three-dimensional.
  • the structure has a periphery (perimeter or envelope) maintained in shape by dynamic means such as drones or small boats, so as to maintain the mesh constituting the structure. The latter is towed continuously and one or more seismic sources are provided.
  • marine seismic survey aims to capture or retrieve the maximum of signals to achieve the most accurate and reliable geological mapping of the underlying areas of the seabed.
  • low frequency signals provide information on very deep reservoirs and are therefore valuable in this regard.
  • the low frequency signals are greatly attenuated by the phenomenon of surface reflection, called "ghost” and due in particular to the fact that the cable, according to the prior art, is immersed a few meters from the surface.
  • An attempt has been made to remedy this situation by using a technique known under the name "over-under” which consists of arranging two cables carrying hydrophone sensors, one under the other vertically, at depths of, for example, 20 m, for example.
  • Another known technique seeking to eliminate "ghosts”, proposed by the company PGS, consists in using lines or cables carrying, in addition to the hydrophones (measuring the pressure), geophones or accelerometers able to measure the speed or the acceleration of the wave.
  • the reflection coefficients for the respective pressure measurements (hydrophones) and speed (geophones) being inverse (-1 and +1), it is theoretically possible to cancel the "ghosts".
  • This known technique has the disadvantages of requiring a high investment in sensors and generates an annoying noise at the geophones or accelerometers resulting from the speed of traction (about 5 knots) generating parasitic vibrations.
  • the invention proposes to remedy at least in part the aforementioned drawbacks.
  • the present invention proposes, in a first aspect, a seismic prospecting method in the aquatic environment using a device comprising at least one seismic cable provided with sensors and at least one mobile seismic source.
  • the method includes the steps of moving the cable in the water, and simultaneously moving the seismic source into a cable-related frame, emitting waves from the seismic source, and sensing wave reflections from the cable.
  • the movement of the cable minimizes the distance of the cable relative to a desired route in the terrestrial reference system.
  • the movement of the cable is further constrained by a maximum curvature value of course in the water.
  • the movement of the cable in the water is defined by a program for minimizing the deviation of the cable from the desired route, with the constraint of the maximum curvature value of course in the water.
  • the invention proposes a method of deployment (i.e. displacement) in the aquatic environment of a device comprising at least one seismic cable provided with sensors.
  • the method includes a step of moving the cable in the water.
  • the movement of the cable minimizes the distance of the cable relative to a desired road in the terrestrial reference system and is also constrained by a maximum curvature value of course in the water.
  • the invention also proposes a seismic prospecting device, for example such as that implemented in the seismic prospecting process or the deployment method.
  • the device comprises at least one cable provided with sensors, and a calculation unit for determining the movement of the cable in the water.
  • the computing unit calculates the movement of the cable which minimizes the distance of the cable relative to a desired road in the terrestrial reference system, the movement of the cable being further constrained by a maximum curvature value of course in the water.
  • the computing unit can solve a program for minimizing the deviation of the cable from the desired road, with the constraint of the maximum curvature value of course in the water.
  • the cable may further suitably be provided with two drones each connected to one end of the cable.
  • drones can put the cable under tension and put it in motion in the aquatic environment, exerting a tension force on the cable.
  • the engine drone puts the cable on the move by "pulling” it.
  • Figure 1 shows a survey device scheme
  • Figure 2-4 shows course paths for a fixed route
  • FIG. 5 represents the theoretical path of a cable subjected to the current of FIG. 4 for a fixed road
  • FIG. 6-7 show the movement of a cable with a desired fixed route
  • Figures 8-13 show the evolution of a cable with a desired fixed route in the case where current predictions are available
  • Figures 14-17 show the movement of a cable with a desired fixed route in real time
  • Figure 18 shows a top view of the cables of the device of Figure 1 and a line followed by a seismic source
  • Figure 19 shows an example of a servo loop of the movement of the cable.
  • a method for seismic prospecting in an aquatic environment can be carried out using a device comprising at least one seismic cable provided with sensors and at least one mobile seismic source, positioned in the water in such a way that to allow the prospection of a certain zone of the subsoil.
  • the method includes moving the cable in the water, and simultaneously emitting waves from the seismic source, preferably immersed, thereby reducing noise.
  • the waves for example acoustic waves, are reflected in the subsoil by the interfaces between the geological layers of the aforementioned zone as well as by the bottom of the aquatic environment and sensed by the cable.
  • FIG. 1 shows an example of such a seismic prospecting device 100.
  • the mobile seismic source is not shown in the figure.
  • the seismic source is able to create a disturbance transmitted by the aquatic medium in the form of waves.
  • the device 100 comprises at least one cable 110, and preferably several, provided with a plurality of sensors 106 seismic (for example hydrophones) capable of collecting said reflected waves.
  • a cable may be called "seismic cable” or "seismic flute”.
  • the cable 1 10 evolves into a measuring station suitable for the exploration of part of the above-mentioned basement area.
  • said seismic source is triggered.
  • These reflected waves are picked up by said sensors 106.
  • the cable 1 10 evolves in the water. In general, it can be immobile, that is to say drifting, or it can move in the water.
  • the seismic source moves, during the prospecting process, in a frame linked to the cable. By this is meant that the seismic source moves globally with respect to the cable. This makes it possible to increase the number of measurements in a lesser time.
  • the seismic source is at a distance from the cable allowing the cable to capture the waves emitted and then reflected by the geological layers of the subsoil and the bottom of the aquatic environment.
  • the evolution (the term “evolution” can refer to "displacement" in all of the following) of the cable 1 10 is constrained by a maximum curvature value of course in the water and by a maximum value of deviation from a road desired in the terrestrial reference.
  • the road is subject to a maximum speed value with respect to the terrestrial reference.
  • course is meant a set of pairs (u, t) where u represents a position in the water reference system and t is a moment, the successive positions following a continuous curve corresponding to a parameterized arc whose parameter is time.
  • the assembly can be discrete in time, a time step then separating two successive positions, or continuous in time (the path is then the parametric arc mentioned above).
  • the cable 1 10 can possibly move in the water reference. When this is not specified, the route refers to positions given in the water reference. In this case, the path of the cable 1 10 is in relation to the water reference.
  • the course thus defined corresponds to the displacement of a point. It is however said by extension that the cable 1 10 evolves in the water following the course because if one of its ends A or B is moving, it is considered that the rest of the cable 1 10 is dragged into the groove and therefore follows the same course in the water reference system. The cable 1 10 is moved along its axis. If the cable is on the contrary adrift, we can speak of zero course, since the course is reduced to a fixed point in the water reference.
  • the curvature of the course is the curvature of the aforementioned parametric arc corresponding to the course, taking the classical definition of the curvature of a parameterized arc.
  • the method ensures that the cable can not follow a path having a curvature greater than the maximum curvature value, and that the cable does not deviate from the desired route beyond the maximum value apart.
  • the method may therefore include a verification step ensuring that these constraints are respected and a correction step if necessary.
  • Forcing the evolution of the cable 1 10 by a maximum value of curvature makes it possible to reduce the energy expenditure and the mechanical stresses undergone by the cable.
  • the aquatic current for example the marine current if one is in a marine environment
  • Forcing the path by a maximum value of curvature then makes it possible to impose a minimum radius on the cable 1 10. This makes it possible to avoid disturbing the geometry of the cable 1 10 too much and to keep an effective operating length of the cable 1 10 at during measurements and thus obtain a better seismic density (ie distribution of the reflection points of the waves on the cable 1 10).
  • the evolution of the cable 1 10 is further constrained by a maximum value of deviation from a desired route in the terrestrial frame.
  • a road is a set of positions in which one aims to position the cable relative to the terrestrial reference system.
  • the route can be given by N parametric arcs (Pj, t) each corresponding to the position of a point Pj of the cable 1 10, in the terrestrial reference, as a function of time. It is also possible to approximate a route by a single parameterized arc, corresponding to the positions in the terrestrial frame of a point of the cable as a function of time, for example the middle of the cable.
  • the road is subject to a maximum speed value with respect to the terrestrial reference.
  • the maximum deviation value constraint combined with the fact that the road is subjected to a maximum speed makes it possible to control the positioning of the device with respect to the part of the zone of the subsoil to be prospected, and thus to obtain a better density. seismic.
  • This is a "desired" route because it is a route that the cable should ideally follow, but with respect to which deviations (within the limits allowed by the maximum deviation value) are allowed, which allows reduce the mechanical stress on the cable and the fuel consumption.
  • the cable evolves in a marine environment.
  • the desired route includes a position of the fixed terrestrial frame for a period of time. In other words, over this period of time, the road merges with a point that does not move in the repository earthly. It is said that the cable is maintained during the period of time in a quasi-stationary or even stationary (“substantially stationary") position, since the cable never deviates beyond the maximum value of deviation from the fixed position. in question.
  • a cable evolving in an aquatic environment is said to be "kept in a quasi-stationary position" (respectively “stationary”) if it evolves in water (for example according to a "route” as defined above) of in order to remain quasi-stationary (respectively perfectly stationary) in the terrestrial reference system (ie the "absolute” reference system).
  • the projection of the cable on the seabed never deviates beyond a predetermined value (i.e. maximum gap value) of a fixed land reference position for a given period of time.
  • the maximum value of deviation can be related to the dimensions of the cable.
  • the distance of the cable from the fixed point is calculated as the distance between the middle of the cable (or any other point of the cable) and the fixed point.
  • the quasi-stationarity is then translated by a difference of preferably less than ten times the cable length, more preferably less than twice the cable length, and even more preferably less than the cable length, or even half the cable length. cable length (these values are also applicable to other examples of the process).
  • the more the gap is constrained by a lower maximum value the more evenly the shooting density achieved at the measuring station is homogeneously distributed in the field. This makes it possible to collect the data enabling a good analysis of the part of the subsoil area to be prospected below the measuring station in a lesser time, the extreme case being that of perfect stationarity.
  • the cable 1 10 (or cables) being maintained in a quasi-stationary position, its service life is increased because it undergoes fewer constraints than a cable which is constantly towed at a high speed.
  • the cable 110 if it is equipped with hydrophones and geophones, or vertical pairs of hydrophones, can be immersed deeper than trailed cables, which protects it from the risk of accidents with other ships and which limits the generation of noise, especially by the waves.
  • the cable is all the more protected that it is immersed at a depth 108 (ie the distance relative to the surface 112 of the water) more important.
  • the device allows a more efficient and fast seismic survey, because the measurements can be corrected for the harmful effect of ghosts.
  • the cable is preferably immersed, between two waters (ie the cable is neither at the surface 1 12 nor lying at the bottom of the sea - where the ground can be uneven which generates noise in the reception of the signal) to a depth which can be between 5 and 1000 meters, preferably between 5 and 500 meters, preferably between 10 and 300 meters, preferably between 20 and 200 meters, and even more preferably between 50 and 100 meters.
  • the cable 1 10 is suitably provided with ballast elements 104 for keeping the cable immersed. Ballasts allow the cable to maintain its depth substantially constant and to vary it in a controlled manner.
  • the cable 110 is suitably provided with symmetrical traction means (ie exerting a tension force) at its two ends, for example drones 102 as in the example of FIG. 1.
  • the drones 102 are of the type known per se. , for example floating, or semi-submersible Diesel powered or electric type powered by a cable connected to a power source on a main boat.
  • the drones 102 may comprise propulsion means (propeller) so as to tow and maintain in tension the cable 1 10, and more precisely so that the central carrier part of the sensors 106, is substantially horizontal, as is the case. in Figure 1, and disposed at a constant depth 108 above.
  • the device 100 may be designed to have zero or slightly positive buoyancy.
  • the drones further include electrical connection means with the respective cables for data communications and power, and seismic data recording means.
  • the device 100 comprises between 10 and 50 cables 1 10, or between 15 and 30 cables 106, or cables 20.
  • the cables have a length of between 1 and 20 km, preferably between 2 and 6 km ( preferably about 4 km) or between 6 and 14 km (preferably about 8 km).
  • the device 100 is formed of several cables 1 10 which evolve in the water so as to be maintained in a quasi-stationary position substantially parallel to each other so as to form a grid above from the field to explore.
  • the cables 1 10 can then be arranged within the device 100 so that, if they are rectilinear, they form substantially a square.
  • the moving source moves above said field and emits waves intermittently. Reflected waves make it possible to collect data usable by geologists. These operations in a single measuring station typically last several days, for example a week.
  • the displacement of the seismic source comprises the tracking of several lines substantially perpendicular to the cable, the period of time during which the cable evolves quasi-stationary (even stationary in cases particular) being substantially equal to the duration of the follow-up of the lines.
  • the source draws waves along lines perpendicular to the cable.
  • the points from which the source emits a wave thus constitute a grid of points above the part of the area to be surveyed. This allows for optimal coverage of the part in question.
  • the displacement of the seismic source comprises following a line substantially perpendicular to the cable and preferably passing substantially at a medium of the cable, the period of time being substantially equal to the duration of the follow-up of the line. In this case, during the period when the cable is kept quasi-stationary, only one line is followed.
  • the road may then comprise other positions of the terrestrial reference corresponding to other parts of the area to be surveyed, each other position being fixed for a respective period of time and the displacement of the seismic source may comprise the tracking of the line during the respective period of time, each respective period of time being substantially equal to the duration of the follow-up of the line.
  • the cable is maintained in a first quasi-stationary position. During the duration of holding in this first position, a first firing line is followed by the source. The cable is then taken to a second quasi-stationary position where it is held for a second period of time. During this second period of time, a second line of fire is followed by the source. And we repeat this, so that we obtain as for the first case a grid of points above the field under study with the same advantages.
  • the line is each time the one that is perpendicular to the cable and preferably passing in the middle.
  • the road may further comprise longitudinal movements of the cable between the fixed positions of the terrestrial reference system. These displacements make it possible to move the cable from one quasi-stationary position to another with less effort.
  • Two referentials can be considered: the "water” (or marine) reference system in which the object navigates, and the "absolute" reference system, linked to the sea floor or to the terrestrial reference system.
  • the water mark moves with respect to the absolute reference with velocity vector: - ⁇ c + Vm * co "(£" i), where ⁇ designates the characteristic pulsation of the tidal current and t the time.
  • the cable 1 10 is made to evolve in the water, along a quasi-stationary path (ie evolve the cable 1 10 with a maximum deviation constraint with respect to a desired route which is a fixed point of the terrestrial reference), the quasi-stationary path being constrained by a maximum value of curvature.
  • the length of the cable 1 10 can be at least a hundred times greater than its transverse dimensions.
  • the transverse drag of the cable 1 10 is then considerably larger than its longitudinal drag. Moving the cable 1 10 in water along its axis is relatively easy. On the contrary, it is extremely difficult to navigate the water perpendicular to its axis. Typically in the latter case for a cable a few kilometers long and 10 cm in diameter, the drag would be several tens of tons at a speed in the water of 1 node, which is too high. Moreover the resulting forces on the cable 1 10 would produce stresses causing it to break.
  • the proposed method of maintaining the stationary position thus makes it possible to obtain the advantages of maintaining in a quasi-stationary position, namely the reduction of noise, the reduction of energy costs with respect to towing, the authorization to immerse the cable more deeply than when it is towed, while decreasing the energy expenditure and the mechanical stress exerted on the cable 110.
  • the cable 110 in the case of a current ⁇ c may vary intensity but constant in direction, the cable 110 is in the direction of flow and is moved against the current according to the arrow 160 with a velocity opposed at all times to that of the current.
  • the cable 110 is perfectly stationary in the absolute reference.
  • the cable 1 10 moving in the water along its axis, it undergoes no drag or too much stress. If the current reverses while keeping the same direction, as shown in FIG. 7, the cable 110 remains in the same direction but moves in the opposite direction represented by the arrow 170.
  • the maximum curvature may depend on the length L of the cable 110.
  • the maximum curvature may be a decreasing function of the length of the cable 1 10.
  • the cable 1 10 is suitably moved by one or the other of two drones, such drones 102 of Figures 1, each placed at an end A or B of the cable 110.
  • the drone at the front of the direction of movement directs the cable 1 10 in orientation and exerts traction / tension greater than the rear drone. This prevents the cable 110 from leaving the path followed by the front end of the cable 1 10 by lateral movements.
  • the rear drone pulls in the opposite direction in the axis of the cable 1 10 so as to exert a minimum voltage typically greater than 50 kg and less than 500 kg, which avoids the compression of the cable 1 10.
  • the two drones can tow in alternately.
  • the passage of traction from one drone to another may be slaved to the tension of the cable. It occurs for example as soon as the measured voltage is lower than a predefined value. Drones can be steered within narrow limits.
  • the method comprises, prior to the cable evolution step, the steps of: providing marine current prediction values; determining a theoretical course of the cable in the water corresponding exactly to the desired route, as a function of the prediction values of the marine current (a path in the water determining the exact follow-up of the desired route is determined); determining a real course of the cable in the water by approximating the theoretical path by minimizing a difference between the real path and the theoretical path, the minimization being constrained by the maximum curvature; the evolution of the cable including the movement of the cable in the water according to the actual course. This allows optimum energy consumption management and mechanical stress management on the cable.
  • the method for maintaining in the quasi-stationary position of the cable 1 10 comprises a step of supplying predictive values of the marine current. These values can be provided for example by specialized institutes, or obtained in real time by means of current measurement.
  • the method also comprises determining a stationary course with respect to the terrestrial reference system in the marine environment as a function of the predictive values of the marine current. For this, the predicted current can be integrated over time to provide the stationary path of a point reference.
  • the method then comprises a step of determining the quasi-stationary path by approximating the stationary path by minimizing a difference between the quasi-stationary path and the stationary path.
  • Minimization is constrained by the maximum value of curvature. This can be done by filtering (ie smoothing) the stationary course, with the constraint that the filtered course (ie smoothed), that is to say the quasi-stationary course, must have at each moment a curvature lower than the maximum curvature value.
  • This smoothing can include an interpolation, for example polynomial, of the stationary course, or a regression of the stationary course. The cable is then moved in the marine environment along the quasi-stationary path thus determined.
  • This example can be implemented by instructions in real time, said instructions can be derived from the currents and transmitted to drones.
  • the course of the drones is given by the quasi-stationary course.
  • the reference (or target) R a virtual point object
  • the stationary path corresponding to all the points of the cable 110 can not be followed if it is too complex for the reasons mentioned above.
  • the cable 1 10 can follow without significant constraints a smooth path, which in particular avoids loops and inflection points.
  • the smoothing can be done over a length between 0.5 times and 3 times the The result of such a smoothing is shown in FIG. 8, where the solid line indicates the trajectory (ie the set of positions P) of the stationary course of R, and the mixed line indicates the trajectory of the quasi-stationary course determined by approximation of the stationary course.
  • the cable 1 10 at the ends A and B therefore follows the quasi-stationary path, and can be seen in two different positions u1 and u2 in FIG. 8.
  • the The orientation of the cable 10 can change because the trajectory of the quasi-stationary path can itself be curved in the long term.
  • This point M can be any point of the cable 1 10, for example its middle.
  • the choice of medium is the one that gives the best seismic density.
  • the minimization of the difference between the quasi-stationary course and the stationary course can then consist in integrating, for the global displacement, the distance between M and RM.
  • the reference point RM advances in water at the speed (inverse of the actual current).
  • the drone of the end B tows the cable 1 10 with the speed in the water which is the projection of the VRMe vector on the filtered course.
  • the drone is then slaved in speed so that M remains as close to RM.
  • the drone is also enslaved in course by the definition of the filtered course.
  • the thruster at A may be inactive or provide a minimum voltage, as indicated above.
  • the point M remains always at minimum distance from RM. In the absolute reference, this distance is the same since the two points RM and M undergo the same current. Thus according to this principle, the chosen point M of the cable 1 10 remains at a minimum distance from the absolute position targeted. Furthermore, the thruster B, sailing on a smooth course, does not impose significant constraints to the cable 1 10.
  • the drone in B can stop towing. Drones A and B can exchange their functions, the drone in A thus ensuring the command with the same principle of servocontrol in speed and B being inactive or ensuring a minimum tension. This allows, if VRMe projection [e quasi-stationary path is canceled and changes sign, to invert the direction of traction, as shown in Figures 10 to 1 1.
  • the speed vector of the ends A or B always has a smooth direction: there are no significant course changes resulting in the absence of constraints on the cable 1 10 thus displaced.
  • the modulus of velocity is given by the projection the speed of the reference (inverse of the true current) on the path of the filtered course: the cable 110 therefore remains at a minimum distance from this reference.
  • Figure 12 shows in the water reference three successive positions (ul, u2, u3) of the cable during the displacement.
  • Figure 13 shows these three successive positions (ul, u2, u3) in the absolute reference system.
  • the chosen point M (for example the middle) remains at a minimum distance from the fixed point RM.
  • the absolute position of M given by the vector M - RM can fluctuate but only according to the high frequency component of the current (tidal component for example). It thus describes in time a small closed curve.
  • the orientation of the cable 1 10 changes, meanwhile, according to the very low frequency component (unfiltered) of the current.
  • the method may alternatively, for example in the absence of current prediction, comprise a step of real-time supply of a target position (the target position being the stationarity position corresponding to the fixed position of the road in the present case, and a desired target position deduced from the desired route according to the time t in the general case of all examples described) and a step of moving towards the target position, the displacement being constrained by the maximum value of curvature.
  • the two supply and displacement steps are then repeated. This makes it possible to maintain the cable 110 in a quasi-stationary position despite the absence of predictions. Typically repetitions occur at regular intervals.
  • the steps can be variable and depend on the current.
  • the interval between two steps typically lasts from a few seconds to a few tens of minutes, preferably between 1 and 10 minutes.
  • the ends A and B of the cable 1 10 can be equipped with absolute positioning (GPS for example), as well as conventional sensors for speed relative to water, heading, tension on the object.
  • the point M of the cable can also be equipped with a speed measurement relative to the water and heading (magnetic compass flux galat for example).
  • the assembly is positioned by known relative means (acoustics, magnetic compasses) possibly calibrated to the GPS position of the thrusters (methods known per se).
  • the stationarity target position may be the position in the absolute reference frame of the MR reference M.
  • a point M of the cable 10 for example the medium, it is therefore the position in the water reference system that it should have. to be stationary.
  • the displacement toward the target position RM may comprise a step of projecting the target position RM on the cable 110 at a point P and a step of calculating a maximum heading constrained by the maximum value. curvature and the cable speed in the water.
  • the projection step may comprise the determination of a straight line 130 perpendicular to the cable 110 passing through RM. This perpendicular is called the reference line and cuts the cable 110 at point P.
  • the reference line 130 serves to control the speed that can comprise the method. For example, as is the case in Figure 14, if M is late compared to the reference line 130 and the point P, the drone placed in B accelerates to return M to P at the following times.
  • the servo loop uses conventional techniques known per se. Briefly, the servo loop can take into account the difference observed between two steps and adapt the speed accordingly.
  • the method may also include servocontrol of the heading of the drone placed in B.
  • This servocontrol can involve only the target position RM.
  • the vector represents the direction of traction by the drone B of the cable. To get closer to the target point RM in the case of Figures 14 and 15, the drone B can give the bar to the left. Since heading changes per unit of time are constrained by the maximum curvature, no drag or excessive stress is imposed on cable 1 10. The maximum value of this change of course during a given time interval allowing, for example, limiting the curvature of the trajectory can be deduced from the following known formula:
  • the speed in the water of the cable may be known by the means already described, for example a loch or doppler sonar placed on each drone and at a number of other points of the cable whose point M chosen.
  • the increments of speed and heading of the thruster can be given by a servo loop where the objective is to bring the point M of the reference line in priority (for the speed) and the fixed point RM in compliance with the aforementioned constraints changes of course.
  • Figure 15 shows the old speed ⁇ ? Sl and the new incremented speed Ve2 respecting these conditions.
  • the UAV B slows while giving the left bar to the target position with the same constraints as before.
  • the maintaining in the quasi-stationary position of the cable 110 may comprise a first phase of maintaining the cable according to the method of the example where a good prediction of the current is available, and a second phase of maintaining the cable according to the method in real time or we do not have a good prediction of the current.
  • a method makes it possible to adapt the maintenance to the prediction data.
  • current data can be recorded and serve as a basis for the prediction of the current.
  • it is possible to control for example by GPS, the deviation from the theoretical stationarity position (with the actual marine current).
  • the predictions of the current are not necessarily perfectly exact, and there may be a difference in the long term between the determined stationary course and the theoretical stationary course.
  • a gap threshold is reached, we can then enter the first phase.
  • the method can also be implemented according to a second example to which the teachings of the first example apply.
  • This second example differs from the first example in that the desired route is a straight line.
  • the desired route is a straight line.
  • the cable moves along a straight line with respect to the terrestrial reference.
  • the method of the second example allows longitudinal scanning of an area of the subsoil to be prospected.
  • the displacement of the seismic source may comprise several portions along a line substantially perpendicular to the cable and preferably passing substantially at a medium of the cable. In the repository linked to the cable, the seismic source thus moves back and forth along this line. This establishes a grid of wave emission points that extends along the length of the cable.
  • the method can also be implemented according to a third example to which the teachings of the first example apply.
  • This third example differs from the first example in that the desired route comprises the lateral displacement of the cable relative to the terrestrial reference.
  • the displacement of the seismic source may comprise the path of lines substantially parallel to the cable, the lines being between two central cables of the device. This establishes a grid of wave emission points which extends in a direction transverse to the length of the cable. This case may correspond to a drift situation of the cable according to the constant component of the current.
  • the second and third examples of the method have advantages similar to the first example.
  • the seismic source has time to scan the area to produce the waves and the seismic density is therefore little affected.
  • the maximum velocity value is less than 1 knot, preferably less than 0.5 knot, preferably less than 0.2 knot.
  • a larger area can be scanned and the discontinuity of spot measurements is avoided at the same time as we take advantage of the constant component of the current for 1 that the cables move with respect to the terrestrial reference, provided that the road has the direction of this component.
  • the method can generally comprise a step of measuring the speed in the water. This measurement can serve as a basis for other steps of the process. For example, measured speed may constrain maximum curvature and / or course changes.
  • the measured speed can be acquired using measuring means. It can be speed or drones, or preferably at the ends of the submerged cable, or along the cable or in the middle. Surface currents can be different from currents at 100m depth for example. Thus, in the case where a prediction of the surface currents is available, but the cable is immersed, the measured speed can be used to adapt the predictions to the depth at which the cable is located.
  • a computer program may contain instructions for carrying out the method described above.
  • This computer program may be written on a conventional medium, such as a CD ROM, a hard disk, or other type of memory, possibly split.
  • the seismic survey device may comprise one or more cables provided with sensors, such as the cable 110 and a calculation unit for the evolution of the cable 110 in the water, constrained by a value of maximum curvature of course in the water and by a maximum value of deviation from a desired route in the terrestrial frame of reference, the route being suitably subject to a maximum speed value with respect to the terrestrial frame.
  • the device is specially adapted to the implementation of the method described above.
  • the cable can also be provided with two drones each connected to one end of the cable.
  • the cable can also be equipped with ballasts.
  • the device may comprise a plurality of cables adapted to be held in the quasi-stationary position substantially parallel to each other, each in the manner described above.
  • the cables are preferably able to evolve freely relative to each other, so that no attachment means such as paravanes, does hinder the longitudinal movement of the device.
  • Figure 18 shows a top view of the device 100 having a plurality of cables 110, which are substantially parallel. Also, Figure 18 shows the tracking by a seismic source 212 of a line 200 substantially perpendicular to the cables 1 10 and preferably passing substantially at a medium M cables.
  • the line 200 comprises points 210 from which the seismic source 212 fires during the tracking of the line 200.
  • the points 215 represent (in the terrestrial reference) previous shots during the line tracking 200, the direction of movement of the cables being according to the arrow 216 in the terrestrial reference system.
  • Figure 19 shows an example of a servo loop of the movement of the cable. In this example the cable is subjected to a marine current and the movement of the cable in the water compensates for the current.
  • the movement of the cable is slaved to the current.
  • the cable is further provided with two drones, each connected to one end of the cable, denoted "drone 1" and “drone 2" in FIG. 19.
  • the movement of the cable follows a control loop comprising a algorithm 199 taking as inputs the following parameters:
  • a calculated position 193 of the middle of the cable M obtained by GPS, acoustics, depth sensors and compasses,
  • the algorithm 199 provides as outputs 200 a new heading of each drone and a new tension to be exerted by each drone on the cable.
  • the algorithm may be chosen from among the algorithms known to those skilled in the art.

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Abstract

Il est proposé un procédé de prospection sismique en milieu aquatique à l'aide d'un dispositif comprenant au moins un câble sismique muni de capteurs et d'au moins une source sismique mobile. Le procédé comprend l'évolution du câble dans l'eau, contrainte par une valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau et par une valeur maximale d'écart par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre, la route étant soumise à une valeur maximale de vitesse par rapport au référentiel terrestre. Le procédé comprend, simultanément, le déplacement de la source sismique dans un référentiel lié au câble et l'émission d'ondes par la source sismique, les ondes étant réfléchies par le fond aquatique et captées par le câble. Un tel procédé permet notamment d'obtenir une bonne densité sismique au-dessus d'un champ à l'étude lors d'une prospection sismique, avec de moindres efforts de motorisation et de moindres contraintes s'exerçant sur le câble.

Description

PROCEDE DE DEPLOIEMENT, PROCEDE ET DISPOSITIF DE PROSPECTION
SISMIQUE EN MILIEU AQUATIQUE
La présente invention concerne le domaine de la prospection sismique en milieu aquatique (marin ou lacustre).
On connaît des procédés consistant à mettre en place une série de câbles sismiques (ou lignes ou « streamer » en anglais) parallèles immergés, maintenus latéralement par des paravanes, sur chacun desquels sont placés espacés des capteurs du type hydrophone et/ou géophone, les câbles étant tractés par un ou plusieurs bateaux.
Un (ou plusieurs) autre bateau dit « source », muni de moyens aptes à créer une onde dans un milieu marin, sous la forme généralement d'un canon à air, se déplace à distance des câbles de capteurs. Les ondes ainsi formées se propagent jusqu'au fond marin, puis sur les différentes couches géologiques pour être réfléchies par ces dernières, et sont enfin recueillies et mesurées par lesdits capteurs immergés. Le bateau source peut être le bateau tractant les câbles sismiques.
L'ensemble des informations est ensuite traité pour réaliser une image en trois dimensions (3D) des différentes couches géologiques du sous-sol sous-marin, généralement utilisée pour déterminer la présence éventuelle de réservoirs pétrolifères.
Cette technique est utilisée depuis de très nombreuses années et est soumise à des exigences de mise en œuvre très contraignantes. Tout d'abord, le bruit dynamique dû au remorquage des câbles perturbe la mesure des ondes que l'on cherche à recueillir. En outre, la traînée hydrodynamique résultant de la traînée des câbles est très élevée, et se compte en dizaines de tonnes, par exemple de l'ordre de 70 tonnes, ce qui conduit à employer des bateaux de traction très puissants. Cela est dû notamment à la vitesse dans l'eau requise pour le procédé et à la présence des paravanes, qui créent une résistance. En outre, le poids et la traînée hydrodynamique induite fait que le câble de traction des paravanes subit un effet de déformation dynamique du type « corde de piano » lors du remorquage. Ceci conduit à une fatigue du câble et peut entraîner sa rupture. Il peut en résulter des coûts extrêmement élevés de remplacement, compte tenu de l'immobilisation de l'ensemble du dispositif. De plus, dans les méthodes classiques, les câbles doivent être faiblement immergés, entre 5 et 10 m, ce qui entraîne un risque d'accident compte tenu de la circulation de navires en surface ayant un fort tirant d'eau (pétroliers ou porte-conteneurs) et une forte sensibilité à l'état de la mer.
Par ailleurs, les dispositifs de prospection sismique connus laissent des zones d'ombre lors de la mesure. En effet, les câbles ont généralement une longueur d'environ 8 km et sont espacés d'environ 100 m, ce qui conduit, pour une dizaine de câbles parallèles, à une zone de mesure 1 x 8 km. Or, l'idéal en termes de mesure est d'utiliser un système isotrope, c'est-à-dire une surface carrée, par exemple 8 x 8 km. Cependant, ces dimensions sont incompatibles avec les moyens de remorquage qui seraient nécessaires eu égard au poids, à la traînée et à la logistique nécessaire pour obtenir une telle surface de mesure.
On a donc tenté de remédier à cette situation de deux manières de façon connue.
La première tentative (dite en anglais « Wide Azimuth ») consiste à suppléer à l'anisotropie, par l'utilisation d'un (ou deux) bateaux tractant un ensemble de câbles formant une zone de mesure de 1 x 8 km, et en utilisant 2 à 8 bateaux source. Ce dispositif présente deux inconvénients majeurs. Tout d'abord, le coût prohibitif résultant de l'investissement en matériels, en maintenance et utilisation (2 à 8 bateaux source, plus un (ou deux) bateaux de remorquage, plus l'ensemble des câbles). L'autre inconvénient réside dans le fait que les bateaux source «tirent» (i.e. émettent des ondes) chacun leur tour, et donc deux à huit fois moins souvent, ce qui conduit à une densité de tir très faible.
La deuxième tentative proposée de manière connue est montrée par la demande de brevet GB n°2 435 931, au nom de Western Geco, qui décrit un procédé et dispositif consistant schématiquement en un réseau de capteurs (géophones) fixés à une structure à deux dimensions (sous la forme d'un maillage ou filet) ou à trois dimensions. La structure présente une périphérie (périmètre ou enveloppe) maintenue en forme par des moyens dynamiques tels que des drones ou des petits bateaux, de façon à maintenir en forme le maillage constituant la structure. Cette dernière est tractée en continu et une ou plusieurs sources sismiques sont prévues.
Malgré l'attrait apparent, sur le plan théorique, du dispositif et procédé ainsi proposés, il n'en reste pas moins que ce dispositif semble difficile à mettre en oeuvre de façon réaliste. En effet, la structure ainsi constituée présenterait un poids et une traînée gigantesques et obligerait à utiliser des moyens pour la maintenir en forme, démesurés et hors normes à la fois sur le plan technique, et sur le plan financier ou budgétaire. De plus, elle n'offre par construction qu'une seule géométrie possible pour le réseau de capteurs.
Selon un autre aspect, de façon générale la prospection sismique marine vise à capter ou récupérer le maximum de signaux pour réaliser une cartographie géologique la plus exacte et fiable possible des zones sous-jacentes du fond sous-marin. Or, les signaux à basse fréquence fournissent des informations sur des réservoirs très profonds et sont donc précieux à cet égard. Cependant, les signaux basse fréquence sont fortement atténués par le phénomène de réflexion de surface, appelé «fantôme» et dû notamment au fait que le câble, selon l'art antérieur, est immergé à quelques mètres de la surface. On cherche ainsi à éliminer ces «fantômes» pour obtenir ce que l'on appelle un « spectre plat ». On a tenté de remédier à cette situation en utilisant une technique connue sous la dénomination « over-under » qui consiste à disposer deux câbles porteurs de capteurs hydrophones, l'un sous l'autre verticalement, à des profondeurs par exemple respectives de 20 m et 26 m. La combinaison traitée des deux signaux reçus par les deux câbles respectifs permet d'atténuer voire éliminer les conséquences des «fantômes ». Cependant, ce procédé connu, outre le traitement additionnel qu'il nécessite, présente l'inconvénient majeur de diminuer très fortement la productivité et d'augmenter les coûts, du fait du doublement des câbles et capteurs.
Une autre technique connue cherchant à éliminer les « fantômes », proposée par la société PGS, consiste à utiliser des lignes ou câbles portant, outre les hydrophones (mesurant la pression), des géophones ou des accéléromètres aptes à mesurer la vitesse ou l'accélération de l'onde. Les coefficients de réflexion pour les mesures respectives de pression (hydrophones) et de vitesse (géophones) étant inverses (-1 et +1), on peut ainsi en théorie annuler les « fantômes ». Cette technique connue présente les inconvénients de nécessiter un investissement élevé en capteurs et engendre un bruit gênant au niveau des géophones ou accéléromètres résultant de la vitesse de traction (d'environ 5 noeuds) génératrice de vibrations parasites.
L'invention propose de remédier au moins en partie aux inconvénients précités.
A cette fin, la présente invention propose, selon un premier aspect, un procédé de prospection sismique en milieu aquatique à l'aide d'un dispositif comprenant au moins un câble sismique muni de capteurs et d'au moins une source sismique mobile. Le procédé comprend les étapes consistant à déplacer le câble dans l'eau, et, simultanément, déplacer la source sismique dans un référentiel lié au câble, émettre des ondes par la source sismique, et capter des réflexions des ondes par le câble. Le déplacement du câble minimise l'écart du câble par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre. Le déplacement du câble est en outre contraint par une valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau. En d'autres termes, le déplacement du câble dans l'eau est défini par un programme de minimisation de l'écart du câble par rapport à la route souhaitée, avec pour contrainte la valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau.
Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de déploiement (i.e. déplacement) en milieu aquatique d'un dispositif comprenant au moins un câble sismique muni de capteurs. Le procédé comprend une étape consistant à déplacer le câble dans l'eau. Comme dans le procédé de prospection sismique, le déplacement du câble minimise l'écart du câble par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre et est en outre contraint par une valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau.
L'invention propose également un dispositif de prospection sismique, par exemple tel que celui mis en œuvre dans le procédé de prospection sismique ou le procédé de déploiement. Le dispositif comprend au moins un câble muni de capteurs, et une unité de calcul pour déterminer le déplacement du câble dans l'eau. L'unité de calcul calcule le déplacement du câble qui minimise l'écart du câble par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre, le déplacement du câble étant en outre contraint par une valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau. En d'autres termes, l'unité de calcul peut résoudre un programme de minimisation de l'écart du câble par rapport à la route souhaitée, avec pour contrainte la valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau.
Le câble peut en outre, de manière appropriée, être muni de deux drones chacun relié à une extrémité du câble. Dans ce cas, les drones peuvent mettre le câble sous tension et le mettre en déplacement dans le milieu aquatique, en exerçant une force de tension sur le câble. On peut alors employer l'expression drone « moteur » pour désigner le drone exerçant la force de tension dominante. En d'autres termes, le drone moteur met le câble en déplacement en le « tractant ». D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés qui montrent :
La figure 1 représente un schéma de dispositif de prospection ;
Les figure 2-4 représentent des trajectoires de parcours pour une route fixe ;
La figures 5 représente le parcours théorique d'un câble soumis au courant de la figure 4 pour une route fixe ;
- Les figures 6-7 représentent le déplacement d'un câble avec une route souhaitée fixe ;
Les figures 8-13 représentent l'évolution d'un câble avec une route souhaitée fixe dans le cas où l'on dispose de prédictions du courant ;
Les figures 14-17 représentent le déplacement d'un câble avec une route souhaitée fixe en temps réel ;
La figure 18, représente une vue de dessus des câbles du dispositif de la figure 1 et une ligne suivie par une source sismique ; et
La figure 19 présente un exemple d'une boucle d'asservissement du déplacement du câble.
Un procédé de prospection sismique en milieu aquatique, par exemple marin ou lacustre, peut être réalisé à l'aide d'un dispositif comprenant au moins un câble sismique muni de capteurs et au moins une source sismique mobile, positionnés dans l'eau de façon à permettre la prospection d'une zone déterminée du sous-sol. Le procédé comprend le déplacement du câble dans l'eau, et, simultanément, l'émission d'ondes par la source sismique, préférablement immergée, ce qui permet de diminuer les bruits. Les ondes, par exemples des ondes acoustiques, sont réfléchies dans le sous-sol par les interfaces entre les couches géologiques de la zone précitée ainsi que par le fond du milieu aquatique et captées par le câble.
La figure 1 montre un exemple d'un tel dispositif de prospection sismique 100. La source sismique mobile n'est pas représentée sur la figure. La source sismique est apte à créer une perturbation transmise par le milieu aquatique sous forme d'ondes. Le dispositif 100 comprend au moins un câble 110, et de préférence plusieurs, muni d'une pluralité de capteurs 106 sismiques (par exemple des hydrophones) aptes à recueillir lesdites ondes réfléchies. Un tel câble peut être appelé « câble sismique », ou encore « flûte sismique ». Le câble 1 10 évolue en une station de mesure adaptée à la prospection d'une partie de la zone du sous-sol précitée. Typiquement, pour réaliser le procédé, on déclenche ladite source sismique. On capte à l'aide desdits capteurs 106 lesdites ondes réfléchies. On déplace jusqu'à une autre station de mesure adaptée à la prospection d'une autre partie de la zone précitée, d'une part le câble 1 10 et d'autre part la source sismique, et ainsi de suite.
Le câble 1 10 évolue dans l'eau. D'une manière générale, il peut être immobile, c'est-à- dire à la dérive, ou il peut se déplacer dans l'eau. La source sismique se déplace, pendant le procédé de prospection, dans un référentiel lié au câble. On entend par là que la source sismique se déplace globalement par rapport au câble. Cela permet d'augmenter le nombre de mesures en un temps moindre. On peut prendre, par exemple, un référentiel dont l'origine est une extrémité du câble, ou le milieu du câble, et dont les axes sont orthogonaux, l'un des axes étant dans la direction tangente au câble en cette origine. La source sismique se trouve à une distance du câble permettant la capture par le câble des ondes émises puis réfléchies par les couches géologiques du sous-sol et le fond du milieu aquatique.
L'évolution (le terme « évolution » peut désigner « déplacement » dans toute la suite) du câble 1 10 est contrainte par une valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau et par une valeur maximale d'écart par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre. De façon appropriée, la route est soumise à une valeur maximale de vitesse par rapport au référentiel terrestre.
Par « parcours » on entend un ensemble de couples (u, t) où u représente une position dans le référentiel eau et t un instant, les positions successives suivant une courbe continue correspondant à un arc paramétré dont le paramètre est le temps. L'ensemble peut être discret en temps, un pas de temps séparant alors deux positions successives, ou continu en temps (le parcours est alors l' arc paramétré susmentionné). Le câble 1 10 peut éventuellement se déplacer dans le référentiel eau. Lorsque cela n'est pas précisé, le parcours se réfère à des positions données dans le référentiel eau. Dans le cas présent, le parcours du câble 1 10 s'entend par rapport au référentiel eau.
Le parcours ainsi défini correspond au déplacement d'un point. On dit cependant par extension que le câble 1 10 évolue dans l'eau suivant le parcours car si l'une de ses extrémités A ou B est en déplacement, on considère que le reste du câble 1 10 est traîné dans le sillon et suit donc le même parcours dans le référentiel eau. Le câble 1 10 est donc déplacé suivant son axe. Si le câble est au contraire à la dérive, on peut parler de parcours nul, puisque le parcours est réduit à un point fixe dans le référentiel eau. La courbure du parcours est la courbure de l'arc paramétré susmentionné correspondant au parcours, en prenant la définition classique de la courbure d'un arc paramétré. Par « contraindre » on entend que le procédé assure que le câble ne peut pas suivre un parcours présentant une courbure supérieure à la valeur de courbure maximale, et que le câble ne s'écarte pas de la route souhaitée au-delà de la valeur maximale d'écart. Eventuellement, le procédé peut donc comprendre une étape de vérification assurant que ces contraintes sont respectées et une étape de correction si nécessaire.
Contraindre l'évolution du câble 1 10 par une valeur maximale de courbure permet de diminuer les dépenses d'énergie et les contraintes mécaniques subies par le câble. Par ailleurs, le courant aquatique (par exemple le courant marin si l'on est en milieu marin) peut être considéré comme homogène sur la longueur du câble 1 10 à un instant donné de l'évolution. Contraindre le parcours par une valeur maximale de courbure permet alors d'imposer un rayon minimal au câble 1 10. Cela permet d'éviter de trop perturber la géométrie du câble 1 10 et de conserver une longueur d'utilisation efficace du câble 1 10 au cours des mesures et d'obtenir ainsi une meilleure densité sismique (i.e. répartition des points de réflexion des ondes sur le câble 1 10).
L'évolution du câble 1 10 est en outre contrainte par une valeur maximale d'écart par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre. Une route est un ensemble de positions dans lesquelles on vise à positionner le câble par rapport au référentiel terrestre. Par exemple, si le câble 1 10 est discrétisé en N points P\ ... PN, la route peut être donnée par N arcs paramétrés (Pj, t) correspondant chacun à la position d'un point Pj du câble 1 10, dans le référentiel terrestre, en fonction du temps. On peut également par approximation représenter une route par un seul arc paramétré, correspondant alors aux positions dans le référentiel terrestre d'un point du câble en fonction du temps, par exemple le milieu du câble. De manière générale, il existe une route dont le câble ne s'éloigne pas au cours de son évolution dans l'eau. De façon appropriée, la route est soumise à une valeur maximale de vitesse par rapport au référentiel terrestre. Ainsi, il existe une référence de faible vitesse dans le référentiel terrestre dont le câble ne s'éloigne jamais au-delà de la valeur maximale d'écart. La contrainte de valeur maximale d'écart combinée au fait que la route est soumise à une vitesse maximale permet de contrôler le positionnement du dispositif par rapport à la partie de la zone du sous-sol à prospecter, et ainsi d'obtenir une meilleure densité sismique. On parle de route « souhaitée » car il s'agit d'une route que le câble devrait idéalement suivre, mais par rapport à laquelle on autorise des écarts (dans les limites autorisées par la valeur maximale d'écart), ce qui permet de diminuer les contraintes mécaniques subies par le câble et la consommation en carburant.
Le procédé va maintenant être décrit selon un premier exemple de mise en oeuvre. Dans ce premier exemple, le câble évolue en milieu marin. La route souhaitée comprend une position du référentiel terrestre fixe pendant une période de temps. En d'autres termes, sur cette période de temps, la route se confond avec un point qui ne bouge pas dans le référentiel terrestre. On dit alors que le câble est maintenu pendant la période de temps en position quasi- stationnaire voire stationnaire (« sensiblement stationnaire »)), car le câble ne s'écarte jamais au-delà de la valeur maximale d'écart de la position fixe en question.
En effet, un câble évoluant dans un milieu aquatique, est dit « maintenu en position quasi- stationnaire » (respectivement « stationnaire ») s'il évolue dans l'eau (par exemple selon un « parcours » tel que défini plus haut) de manière à rester quasi- stationnaire (respectivement parfaitement stationnaire) dans le référentiel terrestre (i.e. le référentiel « absolu »). En d'autres termes, la projection du câble sur le fond marin ne s'écarte jamais au- delà d'une valeur prédéterminée (i.e. valeur maximale d'écart) d'une position du référentiel terrestre fixe pendant une période de temps donnée. La valeur maximale d'écart peut être liée aux dimensions du câble. Dans un exemple, l'écart du câble par rapport au point fixe est calculé comme la distance entre le milieu du câble (ou tout autre point du câble) et le point fixe. La quasi- stationnarité est alors traduite par un écart de préférence inférieur à dix fois la longueur de câble, encore de préférence inférieure à deux fois la longueur du câble, et encore plus de préférence inférieure à la longueur du câble, voire à la demi-longueur du câble (ces valeurs sont également applicables aux autres exemples du procédé). De manière générale, plus l'écart est contraint par une valeur maximale basse, plus la densité de tirs réalisée à la station de mesure est répartie de manière homogène sur le champ. Cela permet de récolter les données permettant une bonne analyse de la partie de la zone du sous-sol à prospecter en dessous de la station de mesure en un temps moindre, le cas extrême étant celui de la parfaite stationnarité.
Le câble 1 10 (ou les câbles) étant maintenu en position quasi-stationnaire, sa durée de vie est augmentée car il subit moins de contraintes qu'un câble qui est sans cesse tracté à une vitesse importante. En outre, le câble 110, s'il est doté d'hydrophones et de géophones, ou de couples verticaux d'hydrophones, peut être immergé plus profondément que les câbles traînés, ce qui le prémunit des risques d'accident avec d'autres navires et ce qui limite la génération de bruits, notamment par les vagues. Ainsi, le câble est d'autant plus protégé qu'il est immergé à une profondeur 108 (i.e. la distance par rapport à la surface 112 de l'eau) plus importante. En outre, le dispositif permet de procéder à une prospection sismique plus efficace et rapide, car les mesures peuvent être corrigées de l'effet néfaste des fantômes. Le câble est de préférence immergé, entre deux eaux (i.e. le câble n'est ni à la surface 1 12 ni gisant au fond de la mer - où le sol peut être accidenté ce qui génère du bruit dans la réception du signal) à une profondeur qui peut se situer entre 5 et 1000 mètres, de préférence entre 5 et 500 mètres, de préférence entre 10 et 300 mètres, de préférence entre 20 et 200 mètres, et encore plus de préférence entre 50 et 100 m. Le câble 1 10 est de façon appropriée muni d'éléments formant ballast 104 destinés à maintenir immergé le câble. Les ballasts permettent au câble de maintenir sa profondeur sensiblement constante et de la faire varier de manière contrôlée.
Le câble 110 est de façon appropriée muni de moyens de traction (i.e. exerçant une force de tension) symétriques en ses deux extrémités, par exemple des drones 102 comme sur l'exemple de la figure 1. Les drones 102 sont du type connu en soi, par exemple flottant, ou semi- submersible à propulsion Diesel ou du type électrique alimenté par un câble relié à une source d'énergie sur un bateau principal. Les drones 102 peuvent comporter des moyens de propulsion (hélice) de manière à tracter et à maintenir en tension le câble 1 10, et plus précisément de façon que la partie centrale porteuse des capteurs 106, soit sensiblement horizontale, comme c'est le cas sur la figure 1 , et disposée à une profondeur 108 constante susmentionnée. Le dispositif 100 peut être conçu pour avoir une flottabilité nulle ou légèrement positive. De façon appropriée, les drones comportent en outre des moyens de liaison électrique avec les câbles respectifs pour les communications de données et l'alimentation, et des moyens d'enregistrement de données sismiques.
Le maintien en position quasi-stationnaire nécessite moins d'énergie que le remorquage, d'autant plus que le nombre de câbles 106, leur taille et leur masse sont importants. De manière préférentielle, le dispositif 100 comprend entre 10 et 50 câbles 1 10, ou entre 15 et 30 câbles 106, ou encore 20 câbles 106. Les câbles ont une longueur comprise entre 1 et 20 km, de préférence entre 2 et 6 km (de préférence environ 4 km) ou entre 6 et 14 km (de préférence environ 8 km). De manière générale, la configuration qui permet une bonne étude de la zone du sous-sol à prospecter avec le moins de moyens possibles, donc les plus faibles coûts, est une configuration comprenant entre 15 et 25 câbles, de préférence entre 18 et 22 câbles, encore de préférence 20 câbles, les câbles ayant une longueur L telle que L=k*d où d est la profondeur de l'objectif, c'est-à-dire de la région du sous-sol la plus intéressante pour la prospection, et k est un facteur de préférence compris entre 0.8 et 1.5 et encore plus de préférence sensiblement égal à 1.
Typiquement, en une station de mesure, le dispositif 100 est formé de plusieurs câbles 1 10 qui évoluent dans l'eau de manière à être maintenus en position quasi-stationnaire sensiblement parallèles les uns par rapport aux autres de manière à former une grille au dessus du champ à explorer. Les câbles 1 10 peuvent alors être disposés au sein du dispositif 100 de sorte que, s'ils sont rectilignes, ils forment sensiblement un carré. La source mobile se déplace au dessus dudit champ et émet par intermittence des ondes. Les ondes réfléchies permettent de récolter des données utilisables par les géologues. Ces opérations en une seule station de mesure durent typiquement plusieurs jours, par exemple une semaine.
Dans un premier cas de figure, le déplacement de la source sismique comprend le suivi de plusieurs lignes sensiblement perpendiculaires au câble, la période de temps pendant laquelle le câble évolue de manière quasi-stationnaire (voire stationnaire dans les cas particuliers) étant sensiblement égale à la durée du suivi des lignes. En d'autres termes, pendant que le câble est maintenu en une position sensiblement fixe par rapport au référentiel terrestre, la source tire des ondes le long de lignes perpendiculaires au câble. Les points à partir desquels la source émet une onde constituent ainsi une grille de points au dessus de la partie de la zone à prospecter. Cela permet une couverture optimale de la partie en question.
Dans un autre cas de figure, le déplacement de la source sismique comprend le suivi d'une ligne sensiblement perpendiculaire au câble et passant de préférence sensiblement au niveau d'un milieu du câble, la période de temps étant sensiblement égale à la durée du suivi de la ligne. Dans ce cas de figure, pendant la période où le câble est maintenu quasi- stationnaire, une seule ligne est donc suivie.
La route peut alors comprendre d'autres positions du référentiel terrestre correspondant à d'autres parties de la zone à prospecter, chaque autre position étant fixe pendant une période de temps respective et le déplacement de la source sismique peut comprendre le suivi de la ligne pendant la période de temps respective, chaque période de temps respective étant sensiblement égale à la durée du suivi de la ligne. En d'autres termes, le câble est maintenu en une première position quasi-stationnaire. Pendant la durée du maintien en cette première position, une première ligne de tir est suivie par la source. Le câble est ensuite emmené en une deuxième position quasi-stationnaire où il y est maintenu pendant une deuxième période de temps. Pendant cette deuxième période de temps, une deuxième ligne de tir est suivie par la source. Et l'on répète cela, de sorte que l'on obtient de même que pour le premier cas de figure une grille de points au dessus du champ à l'étude avec les mêmes avantages. Il est à noter que la ligne est à chaque fois celle qui est perpendiculaire au câble et passant de préférence en son milieu. Ainsi, le mouvement de la source dans le référentiel lié au câble, en dehors des périodes où le câble n'est pas maintenu en position quasi-stationnaire, consiste en des va-et-vient le long de cette ligne.
La route peut comprendre en outre des déplacements longitudinaux du câble entre les positions fixes du référentiel terrestre. Ces déplacements permettent de déplacer le câble d'une position quasi-stationnaire à une autre à moindre effort.
Pour maintenir en position stationnaire par rapport au fond de la mer un objet classique tel un bateau ou une plate-forme pétrolière en dépit des courants, on peut modéliser sa position par un point et la contrôler par rapport à une position de référence (i.e. position absolue). Tout écart par rapport à la position absolue souhaitée, donné par exemple par des capteurs GPS, initie une réaction des propulseurs de l'objet pour le ramener à sa position souhaitée, ce que les dimensions de l'objet permettent de faire sans efforts démesurés.
On peut considérer deux référentiels : le référentiel « eau » (ou marin) dans lequel navigue l'objet, et le référentiel « absolu », lié au fond de la mer ou au référentiel terrestre. En présence d'un courant marin qui est la superposition d'un courant constant Vc et d'un courant circulaire de marée le repère eau se déplace par rapport au repère absolu avec pour vecteur vitesse : — ^c + Vm * co«(£» î), ω désignant la pulsation caractéristique du courant de marée et t le temps.
Si l'on note ^oe le vecteur vitesse avec lequel l'objet se déplace par rapport au repère eau, l'objet se déplace dans le repère absolu avec le vecteur vitesse qui est la somme des deux vecteurs vitesse précédents, à savoir :
V&a = Voe + Ve = Voe -î- Vc + Vm * cos(cot) .
Pour que l'objet soit parfaitement stationnaire dans le référentiel terrestre, il faut que sa vitesse absolue soit nulle, i.e. Voa = 0 _ Cela implique :
Voe = — Vea, =— Vc— V * CO≤(&JÎ ) _
Autrement dit, l'objet doit se déplacer dans l'eau à une vitesse inverse de la vitesse du courant marin à l'instant t considéré. Mais ce faisant, son parcours dans le repère eau est donnée par l'intégrale de * &e et la trajectoire du parcours est une courbe complexe illustrée aux figures 2-4. Si l/c > ^m , la courbe a la forme représentée par la figure 2. Si c = Vm , la courbe a la forme représentée par la figure 3. Si < ¥m , la courbe a la forme représentée par la figure 4. On voit sur ces figures que, selon le courant, le parcours de l'objet dans l'eau peut présenter des boucles et même des points d'inflexion.
Dans le cadre du procédé, pour maintenir en position quasi-stationnaire par rapport au référentiel terrestre le câble 1 10 ou tout autre câble sismique, on fait évoluer le câble 1 10 dans l' eau, selon un parcours quasi-stationnaire (i.e. on fait évoluer le câble 1 10 avec une contrainte d' écart maximal par rapport à une route souhaitée qui est un point fixe du référentiel terrestre), le parcours quasi-stationnaire étant contraint par une valeur maximale de courbure.
La longueur du câble 1 10 peut être au moins cent fois supérieure à ses dimensions transversales. La traînée transversale du câble 1 10 est alors considérablement plus importante que sa traînée longitudinale. Déplacer le câble 1 10 dans l'eau selon son axe est relativement facile. Au contraire, le faire naviguer dans l ' eau perpendiculairement à son axe est extrêmement difficile. Typiquement dans ce dernier cas pour un câble de quelques kilomètres de long et 10 cm de diamètre, la traînée serait de plusieurs dizaines de tonnes à une vitesse dans l'eau de 1 nœud, ce qui est trop élevé. De plus les efforts résultants sur le câble 1 10 produiraient des contraintes l'amenant à la rupture.
Maintenir le câble 1 10 en position parfaitement stationnaire avec les procédés connus imposerait une motorisation et des contraintes exercées sur le câble 1 10 trop importantes pour certains types de courant marin. Par exemple, si l'on considère que le courant est tel que celui auquel la figure 4 fait référence, il faudrait que chacun des points du câble suive un parcours dans l'eau tel que celui de la figure 4. En particulier, et comme cela est représenté par les flèches sur la figure 5, les extrémités A et B (et donc également tous les autres points) du câble 110 suivraient par moments dans le repère eau un parcours à forte composante transversale (i.e. perpendiculaire à l'axe du câble 110). Cela entraînerait les inconvénients précités.
Le procédé de maintien en position quasi-stationnaire proposé permet donc d'obtenir les avantages du maintien en position quasi-stationnaire, à savoir la diminution des bruits, la diminution des coûts énergétiques par rapport au remorquage, l'autorisation d'immerger le câble plus profondément que lorsqu'il est remorqué, tout en diminuant les dépenses d'énergie et les contraintes mécaniques exercées sur le câble 110.
On explique maintenant plus en détails comment un câble peut être maintenu en position quasi-stationnaire pendant une période de temps donnée.
Par exemple, comme illustré sur la figure 6, dans le cas d'un courant ^c variable en intensité mais constant en direction, le câble 110 se trouve dans la direction du courant et est déplacé face au courant selon la flèche 160 avec une vitesse opposée à tout instant à celle du courant. Dans ce cas, le câble 110 est parfaitement stationnaire dans le repère absolu. Le câble 1 10 évoluant dans l'eau le long de son axe, il ne subit ni traînée ni contraintes trop importantes. Si le courant s'inverse tout en gardant la même direction, comme représenté sur la figure 7, le câble 110 reste dans la même direction mais se déplace dans le sens inverse représenté par la flèche 170.
La courbure maximale peut dépendre de la longueur L du câble 110. Ainsi, la courbure maximale peut être une fonction décroissante de la longueur du câble 1 10. Par exemple, on peut avoir une courbure maximale égale à q/L avec q typiquement entre ¼ et 1. Une telle dépendance permet une meilleure densité sismique.
Le câble 1 10 est de façon appropriée mis en déplacement par l'un ou l'autre de deux drones, tels les drones 102 de la figures 1, placés chacun à une extrémité A ou B du câble 110. Cela permet une inversion rapide et simple du sens de déplacement du câble 110. A un instant du déplacement, par exemple, l'un des deux drones tracte en dirigeant en cap le câble 1 10 tandis que l'autre drone aide à maintenir une tension minimale dans le câble 1 10. En particulier, le drone à l'avant du sens de déplacement dirige le câble 1 10 en s'orientant et exerce une traction/tension plus importante que le drone arrière. Cela évite que le câble 110 ne sorte du parcours suivi par l'extrémité avant du câble 1 10 par des déplacements latéraux. Le drone arrière tire dans le sens opposé dans l'axe du câble 1 10 de manière à exercer une tension minimale typiquement supérieure à 50 kg et inférieure à 500 kg, ce qui évite les compressions du câble 1 10. Les deux drones peuvent tracter en alternance. Typiquement, le passage de la traction d'un drone à l'autre peut être asservi à la tension du câble. Il se produit par exemple dès que la tension mesurée est inférieure à une valeur prédéfinie. Les drones peuvent être orientables dans des limites étroites. D'une manière appropriée, le procédé comprend, avant l'étape d'évolution du câble, les étapes de : fourniture de valeurs de prédiction du courant marin ; de détermination d'un parcours théorique du câble dans l'eau correspondant exactement à la route souhaitée, en fonction des valeurs de prédiction du courant marin (on détermine un parcours dans l'eau assurant le suivi exact de la route souhaitée) ; de détermination d'un parcours réel du câble dans l'eau par approximation du parcours théorique en minimisant un écart entre le parcours réel et le parcours théorique, la minimisation étant contrainte par la courbure maximale ; de l'évolution du câble comprenant le déplacement du câble dans l'eau selon le parcours réel. Cela permet une gestion de la consommation énergétique et une gestion des contraintes mécaniques sur le câble qui soient optimales.
Dans une application au premier exemple, qui peut être généralisée à tous les exemples décrits du procédé, le procédé de maintien en position quasi-stationnaire du câble 1 10 comprend une étape de fourniture de valeurs de prédiction du courant marin. Ces valeurs peuvent être fournies par exemple par des instituts spécialisés, ou obtenues en temps réel par des moyens de mesure du courant. Dans cet exemple, le procédé comprend également la détermination d'un parcours stationnaire par rapport au référentiel terrestre dans le milieu marin en fonction des valeurs de prédiction du courant marin. Pour cela, le courant prédit peut être intégré dans le temps pour fournir le parcours stationnaire d'une référence ponctuelle. Le procédé comprend ensuite une étape de détermination du parcours quasi-stationnaire par approximation du parcours stationnaire en minimisant un écart entre le parcours quasi- stationnaire et le parcours stationnaire. La minimisation est contrainte par la valeur maximale de courbure. Cela peut être fait en filtrant (i.e. en lissant) le parcours stationnaire, avec pour contrainte que le parcours filtré (i.e. lissé), c'est-à-dire le parcours quasi-stationnaire, doit avoir à chaque instant une courbure inférieure à la valeur maximale de courbure. Ce lissage peut comprendre une interpolation, par exemple polynomiale, du parcours stationnaire, ou encore une régression du parcours stationnaire. Le câble est ensuite déplacé dans le milieu marin selon le parcours quasi-stationnaire ainsi déterminé.
Cet exemple peut être mis en application par des consignes en temps réel, lesdites consignes pouvant être déduites des courants et transmises aux drones. Le cap des drones est donné par le parcours quasi-stationnaire.
Comme il a déjà été expliqué, on peut par intégration calculer le parcours dans l'eau d'un objet ponctuel virtuel (appelé dans la suite la référence (ou cible) R) et qui serait maintenu en position absolue stationnaire par exemple par des moyens conventionnels. On ne peut pas faire suivre le parcours stationnaire correspondant à tous les points du câble 110, s'il est trop complexe, pour les raisons évoquées précédemment. Mais le câble 1 10 peut suivre sans contraintes importantes un parcours lissé, qui notamment évite les boucles et les points d'inflexion. Le lissage peut se faire sur une longueur comprise entre 0.5 fois et 3 fois la longueur du câble 1 10. Le résultat d'un tel lissage est présenté sur la figure 8, où le trait plein indique la trajectoire (i.e. l'ensemble des positions P) du parcours stationnaire de R, et le trait mixte indique la trajectoire du parcours quasi- stationnaire déterminé par approximation du parcours stationnaire.
Le câble 1 10 aux extrémités A et B suit donc le parcours quasi-stationnaire, et on le voit en deux positions ul et u2 différentes sur la figure 8. Comme c'est le cas sur la figure 8, au cours du temps, l'orientation du câble 1 10 peut changer car la trajectoire du parcours quasi- stationnaire peut elle-même être courbe sur le long terme. Pour laisser au câble 1 10 la possibilité de tourner sur lui-même sur ce long terme, on peut modéliser l'écart entre le parcours quasi-stationnaire et le parcours stationnaire par l'écart entre un point M du câble et sa position de référence RM (la position qu'il aurait eue s'il avait suivi un parcours parfaitement stationnaire). Ce point M peut être tout point du câble 1 10, par exemple son milieu. Le choix du milieu est celui qui donne la meilleure densité sismique. La minimisation de l'écart entre le parcours quasi-stationnaire et le parcours stationnaire peut alors consister à intégrer, pour le déplacement global, la distance entre M et RM.
Dans la configuration de la figure 9, qui présente la trajectoire du parcours quasi- stationnaire en mixte et la trajectoire du parcours stationnaire en trait plein, de manière décalée par souci de clarté, le point de référence RM avance dans l'eau à la vitesse (inverse du courant réel). Le drone de l'extrémité B tracte le câble 1 10 avec la vitesse dans l'eau qui est la projection du vecteur VRMe sur le parcours filtré. Le drone est donc asservi en vitesse de manière que M reste au plus près de RM. Le drone est également asservi en cap par la définition du parcours filtré. Le propulseur en A peut être inactif ou assurer une tension minimale, comme indiqué plus haut.
Ainsi, le point M reste toujours à distance minimale de RM. Dans le repère absolu, cette distance est la même puisque les deux points RM et M subissent le même courant. Ainsi selon ce principe, le point choisi M du câble 1 10 reste à distance minimale de la position absolue visée. Par ailleurs, le propulseur B, naviguant sur un parcours lissé, n'impose pas de contraintes importantes au câble 1 10.
Le drone en B peut s' arrêter de tracter. Les drones A et B peuvent échanger leurs fonctions, le drone en A assurant dès lors le commandement avec le même principe d'asservissement en vitesse et B étant inactif ou assurant une tension minimale. Cela permet, si la projection de VRMe sur [e parcours quasi-stationnaire s'annule et change de signe, d'inverser le sens de traction, comme cela est représenté sur les figures 10 et 1 1.
Avec un tel procédé, le vecteur vitesse des extrémités A ou B a toujours une direction lisse : il n'y a pas de changements de cap importants avec comme conséquence l'absence de contraintes sur le câble 1 10 ainsi déplacé. Le module de la vitesse est donné par la projection de la vitesse de la référence (inverse du courant vrai) sur la trajectoire du parcours filtré : le câble 110 reste donc à distance minimale de cette référence.
Comme illustré par les figures 12 et 13, cela est également vrai dans le référentiel absolu (terrestre). La figure 12 présente dans le référentiel eau trois positions successives (ul, u2, u3) du câble lors du déplacement. La figure 13 présente ces trois positions successives (ul , u2, u3) dans le référentiel absolu. Le point M choisi (par exemple le milieu) reste à distance minimale du point fixe RM. La position absolue de M donnée par le vecteur M - RM peut fluctuer mais seulement selon la composante haute fréquence du courant (composante de marée par exemple). Elle décrit donc dans le temps une petite courbe fermée. L'orientation du câble 1 10 change, quant à elle, selon la composante très basse fréquence (non filtrée) du courant.
En référence aux figures 14 à 17, le procédé peut alternativement, par exemple en l'absence de prédiction des courants, comprendre une étape de fourniture en temps réel d'une position cible (la position cible étant la position de stationnarité qui correspond à la position fixe de la route dans le cas présent, et une position cible souhaitée déduite à partir de la route souhaitée selon l'instant t dans le cas général de tous les exemples décrits) et une étape de déplacement en direction de la position cible, le déplacement étant contraint par la valeur maximale de courbure. Les deux étapes de fourniture et de déplacement sont alors répétées. Cela permet de maintenir en position de quasi-stationnarité le câble 110 malgré l'absence de prédictions. Typiquement les répétitions surviennent à pas réguliers. Alternativement, les pas peuvent être variables et dépendre du courant. A chaque pas, on observe l'écart par rapport à la position de stationnarité, et on le réduit tout en tenant compte de la valeur maximale de courbure, ce qui permet d' éviter une motorisation ou des contraintes exercées trop importantes. L'intervalle entre deux pas dure typiquement de quelques secondes à quelques dizaines de minutes, de préférence entre 1 et 10 minutes.
Les extrémités A et B du câble 1 10 peuvent être équipées d'un positionnement absolu (GPS par exemple), ainsi que de capteurs classiques de vitesse relative à l'eau, de cap, de tension sur l'objet. Le point M du câble peut être aussi équipé d'une mesure de vitesse relative à l'eau et de cap (compas magnétique flux gâte par exemple). Par ailleurs l'ensemble est positionné par des moyens relatifs connus (acoustique, compas magnétiques) éventuellement calés sur la position GPS des propulseurs (méthodes connues en soi).
La position cible de stationnarité peut être la position dans le référentiel absolu de la référence RM de M. Pour un point M du câble 1 10 quelconque, par exemple le milieu, c'est donc la position dans le référentiel eau qu'il devrait avoir pour être stationnaire.
Comme illustré sur la figure 14, le déplacement en direction de la position cible RM peut comprendre une étape de projection de la position cible RM sur le câble 110 en un point P et une étape de calcul d'un cap maximal contraint par la valeur maximale de courbure et la vitesse du câble dans l'eau. L'étape de projection peut comprendre la détermination d'une droite 130 perpendiculaire au câble 110 passant par RM. Cette perpendiculaire est appelée ligne de référence et coupe le câble 110 au point P.
La ligne de référence 130 sert à l'asservissement de la vitesse que peut comprendre le procédé. Par exemple, comme c'est le cas sur la figure 14, si M est en retard par rapport à la ligne de référence 130 et le point P, le drone placé en B accélère pour ramener M sur P aux instants suivants. La boucle d'asservissement fait appel à des techniques classiques connues en soi. Succinctement, la boucle d'asservissement peut tenir compte de l'écart observé entre deux pas et adapter la vitesse en fonction.
Le procédé peut également comprendre l'asservissement du cap du drone placé en B.
Cet asservissement peut ne faire intervenir que la position cible RM. Le vecteur représente la direction de traction par le drone B du câble. Pour se rapprocher du point cible RM dans le cas des figures 14 et 15, le drone B peut donner de la barre à gauche. Les changements de cap par unité de temps étant contraints par la courbure maximale, il n'est pas imposé de traînée ou contraintes trop fortes au câble 1 10. La valeur maximale de ce changement de cap pendant un intervalle de temps déterminé permettant par exemple de limiter la courbure de la trajectoire peut être déduite de la formule connue suivante :
da V„
— dt <— i?m—in ,
où Ve est la vitesse dans l'eau du câble, Rmin le rayon de courbure minimal (inverse de la courbure maximale) et dt l'intervalle de temps considéré.
La vitesse dans l'eau du câble peut être connue par les moyens déjà décrits, par exemple un loch ou un sonar doppler placés sur chaque drone et en un certain nombre d'autres points du câble dont le point M choisi. On peut aussi utiliser la mesure de la force de traction, ou de la vitesse de rotation et le pas de l'hélice du drone le cas échéant, à travers un modèle hydrodynamique de l'ensemble du système.
Les incréments de vitesse et de cap du propulseur peuvent être donnés par une boucle d'asservissement où l'objectif est de rapprocher le point M de la ligne de référence en priorité (pour la vitesse) et du point fixe RM en respectant les contraintes précitées de changements de cap. La figure 15 montre l'ancienne vitesse ^?sl et la nouvelle vitesse incrémentée Ve2 respectant ces conditions.
Pour un état où le point M a dépassé la ligne de référence tel que représenté sur la figure 16, le drone en B ralentit tout en donnant de la barre à gauche vers la position cible avec les mêmes contraintes que précédemment.
En diminuant sa vitesse dans l'eau, il peut se trouver un moment où la vitesse devient nulle (plus aucun effort de traction) et on ne peut admettre qu'elle devienne négative, c'est-à- dire que le propulseur B se mette à pousser vers l'arrière le câble. A ce moment l'ordre est donné aux propulseurs A et B d'échanger leurs fonctions, B devenant alors inactif et A assurant une traction de sens opposé avec une liberté de manœuvre en cap selon les mêmes contraintes. Dans le cas où le drone assure une tension minimale, le transfert des fonctions a lieu plus tôt dès que l'effort de traction de B devient inférieur à la tension minimale requise dans l'objet.
Le maintien en position quasi-stationnaire du câble 110 peut comprendre une première phase de maintien du câble selon le procédé de l'exemple où l'on dispose d'une bonne prédiction du courant, et une deuxième phase de maintien du câble selon le procédé en temps réel ou l'on ne dispose pas d'une bonne prédiction du courant. Un tel procédé permet d'adapter le maintien aux données de prédiction.
Notamment, pendant la deuxième phase, des données de courant peuvent être enregistrées et servir de base à la prédiction du courant. On peut alors entrer dans la première phase. En outre, lors de la première phase, on peut contrôler, par exemple par GPS, l'écart par rapport à la position de stationnarité théorique (avec le courant marin réel). En effet, les prédictions du courant ne sont pas nécessairement parfaitement exactes, et il peut y avoir un écart sur le long terme entre le parcours stationnaire déterminé et le parcours stationnaire théorique. Dès qu'un seuil d'écart est atteint, on peut alors entrer dans la première phase. Ainsi, de manière générale, on peut commuter entre la première phase et la deuxième phase en fonction des valeurs de prédiction à disposition et/ou d'un écart par rapport à la position de stationnarité.
Encore une fois, toutes les données nécessaires aux différents asservissements peuvent provenir, pour A et B (et même des points intermédiaires) des positions GPS, de la tension appliquée par les propulseurs, des lochs ou sonar-dopplers, des angles de barre, etc. Ces données nourrissent un programme informatique qui en fonction du point cible donné va communiquer aux propulseurs les ordres de vitesse et de barre nécessaires.
Le procédé peut également être mis en œuvre suivant un deuxième exemple auquel les enseignements du premier exemple s'appliquent. Ce deuxième exemple diffère du premier exemple en ce que la route souhaitée est une droite continue. Ainsi, on souhaite que le câble se déplace suivant une droite par rapport au référentiel terrestre. Le procédé du deuxième exemple permet le balayage longitudinal d'une zone du sous-sol à prospecter. Dans cet exemple, le déplacement de la source sismique peut comprendre plusieurs portions suivant une ligne sensiblement perpendiculaire au câble et passant de préférence sensiblement au niveau d'un milieu du câble. Dans le référentiel lié au câble, la source sismique fait ainsi des mouvements de va-et-vient suivant cette ligne. On établit ainsi une grille de points d'émission d'ondes qui s'étend suivant la longueur du câble.
Le procédé peut également être mis en œuvre suivant un troisième exemple auquel les enseignements du premier exemple s'appliquent. Ce troisième exemple diffère du premier exemple en ce que la route souhaitée comprend le déplacement latéral du câble par rapport au référentiel terrestre. Dans cet exemple, le déplacement de la source sismique peut comprendre le parcours de lignes sensiblement parallèles au câble, les lignes étant entre deux câbles centraux du dispositif. On établit ainsi une grille de points d'émission d'ondes qui s'étend suivant une direction transversale à la longueur du câble. Ce cas peut correspondre à une situation de dérive du câble suivant la composante constante du courant.
Les deuxième et troisième exemples du procédé présentent des avantages similaires au premier exemple. Comme la route souhaitée est soumise à une valeur maximale de vitesse par rapport au référentiel terrestre, la source sismique a le temps de balayer la zone pour produire les ondes et la densité sismique n'est donc que peu affectée. La valeur maximale de vitesse est inférieure à 1 nœud, de préférence inférieure à 0,5 nœud, de préférence inférieure à 0,2 nœud. Par contre, une zone plus grande peut être balayée et on évite la discontinuité de mesures ponctuelles en même temps qu'on profite de la composante constante du courant pour 1 que les câbles se déplacent par rapport au référentiel terrestre, pour peu que la route ait la direction de cette composante.
Le procédé peut de manière générale comprendre une étape de mesure de la vitesse dans l'eau. Cette mesure peut servir de base à d'autres étapes du procédé. Par exemple, la vitesse mesurée peut contraindre la courbure maximale et/ou les changements de cap. La vitesse mesurée peut être acquise à l'aide de moyens de mesure. Il peut s'agir de la vitesse soit au niveau des drones, soit de préférence aux extrémités du câble immergé, soit le long du câble ou en son milieu. Les courants de surface peuvent être différents des courants à 100m de profondeur par exemple. Ainsi, dans le cas où l'on dispose d'une prédiction des courants de surface, mais que le câble est immergé, la vitesse mesurée peut servir à adapter les prédictions à la profondeur à laquelle le câble se trouve.
Ainsi, un programme d'ordinateur peut contenir des instructions pour la mise en œuvre du procédé décrit ci-dessus. Ce programme d'ordinateur peut être inscrit sur un un support classique, tel qu'un CD rom, un disque dur, ou autres type de mémoire, éventuellement fractionnée.
Le dispositif de prospection sismique peut comprendre un ou plusieurs câbles muni de capteurs, tel que le câble 110 et une unité de calcul pour l'évolution du câble 110 dans l'eau, contrainte par une valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau et par une valeur maximale d'écart par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre, la route étant de façon appropriée soumise à une valeur maximale de vitesse par rapport au référentiel terrestre. En particulier, le dispositif est spécialement adapté à la mise en œuvre du procédé décrit précédemment.
Un tel dispositif présente une durée de vie plus longue que les systèmes de prospection sismique de l'art antérieur puisque moins de contraintes sont infligées au câble. En outre, le dispositif consomme moins d'énergie. Le câble peut en outre être muni de deux drones chacun relié à une extrémité du câble. Le câble peut également être muni de ballasts.
Le dispositif peut comprendre plusieurs câbles adaptés à être maintenus en position quasi- stationnaire de manière sensiblement parallèle les uns aux autres, chacun de la manière décrite plus haut. Les câbles sont cependant de préférence aptes à évoluer les uns librement par rapport aux autres, de sorte qu'aucun moyen de rattachement tel que des paravanes, ne vient entraver le déplacement longitudinal du dispositif.
La figure 18, montre une vue de dessus du dispositif 100 comportant une pluralité de câbles 110, qui sont sensiblement parallèles. Egalement, la figure 18 montre le suivi par une source sismique 212 d'une ligne 200 sensiblement perpendiculaire aux câbles 1 10 et passant de préférence sensiblement au niveau d'un milieu M des câbles. La ligne 200 comporte des points 210 à partir desquels la source sismique 212 effectue des tirs pendant le suivi de la ligne 200. Les points 215 représentent (dans le référentiel terrestre) des tirs précédents lors du suivi de ligne 200, le sens du déplacement des câbles étant selon la flèche 216 dans le référentiel terrestre. La figure 19 présente un exemple d'une boucle d'asservissement du déplacement du câble. Dans cet exemple le câble est soumis à un courant marin et le déplacement du câble dans l'eau compense le courant. Selon l'exemple, le déplacement du câble est asservi au courant. Dans l'exemple, le câble est en outre muni de deux drones, chacun relié à une extrémité du câble, notés « drone 1 » et « drone 2 » sur la figure 19. Le déplacement du câble suit une boucle d'asservissement comprenant un algorithme 199 prenant comme entrées les paramètres suivant :
• la position (190 et 191) de chaque drone, obtenues par GPS,
• la position cible souhaitée 192 obtenue à partir de la route souhaitée,
• une position calculée 193 du milieu du câble M, obtenue par GPS, acoustique, capteurs de profondeurs et boussoles,
• une vitesse dans l'eau 194 du câble mesurée par sonde Doppler,
• une prédiction 195 du courant marin,
• un cap actuel 196 de chaque drone, et
• une tension actuelle 197 exercée par chaque drone sur le câble.
L'algorithme 199 fournit comme sorties 200 un nouveau cap de chaque drone et une nouvelle tension à exercer par chaque drone sur le câble. L'algorithme peut être choisi parmi les algorithmes connus de l'homme du métier.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de prospection sismique en milieu aquatique à l'aide d'un dispositif comprenant au moins un câble (110) sismique muni de capteurs (106) et d'au moins une source sismique mobile, comprenant les étapes consistant à :
- déplacer le câble dans l'eau, le déplacement du câble minimisant l'écart du câble par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre, le déplacement du câble étant en outre contraint par une valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau, et, simultanément,
- déplacer la source sismique dans un référentiel lié au câble, émettre des ondes par la source sismique, et capter des réflexions des ondes par le câble.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le câble est soumis à un courant marin et le déplacement du câble dans l'eau compense le courant.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la route est soumise à une valeur maximale de vitesse par rapport au référentiel terrestre, et la valeur maximale de vitesse est inférieure à 1 nœud, de préférence inférieure à 0,5 nœud, de préférence inférieure à 0,2 nœud.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif comprend plusieurs câbles sensiblement parallèles les uns aux autres au cours du procédé.
5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel le dispositif comprend entre 15 et 25 câbles, de préférence 20 câbles, les câbles ayant une longueur de préférence entre 1 et 20 km, de préférence entre 2 et 6 km, de préférence environ 4 km, ou entre 6 et 14 km, de préférence environ 8 km, les câbles étant séparés l'un de l'autre par une distance comprise entre 100 et 1000 m, de préférence entre 200 et 800 m, de préférence entre 350 et 450 m.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la route souhaitée comprend une position du référentiel terrestre fixe pendant une période de temps.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel le déplacement de la source sismique comprend le suivi d'une ligne sensiblement perpendiculaire au câble et passant de préférence sensiblement au niveau d'un milieu du câble, la période de temps étant sensiblement égale à la durée du suivi de la ligne.
8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel la route comprend d'autres positions du référentiel terrestre, chaque autre position étant fixe pendant une période de temps respective et le déplacement de la source sismique comprend le suivi de la ligne pendant la période de temps respective, chaque période de temps respective étant sensiblement égale à la durée du suivi de la ligne.
9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel la route comprend en outre des déplacements longitudinaux du câble entre les positions fixes du référentiel terrestre.
10. Procédé selon la revendication 6 dans lequel le déplacement de la source sismique comprend le suivi de plusieurs lignes sensiblement perpendiculaires au câble, la période de temps étant sensiblement égale à la durée du suivi des lignes.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la route souhaitée est une droite.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le déplacement de la source sismique comprend plusieurs suivis d'une ligne sensiblement perpendiculaire au câble et passant de préférence sensiblement au niveau d'un milieu du câble.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la route comprend le déplacement latéral du câble par rapport au référentiel terrestre.
14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel le déplacement de la source sismique comprend le parcours de lignes sensiblement parallèles au câble, les lignes étant entre deux câbles centraux du dispositif.
15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel la courbure maximale dépend de la longueur du câble et de la vitesse dans l'eau.
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, comprenant la mesure de la vitesse dans l'eau.
17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, dans lequel le câble est mis en déplacement par deux drones (102) placés chacun à une extrémité du câble et qui
maintiennent le câble en tension.
18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel à un instant de l'évolution, l'un des deux drones met le câble en déplacement en dirigeant en cap tandis que l'autre drone maintient une tension minimale dans le câble.
19. Procédé selon la revendication 17 ou 18, dans lequel les deux drones mettent le câble en déplacement en alternance.
20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19 comprenant avant l'étape de
déplacement du câble les étapes de :
- fourniture de valeurs de prédiction du courant marin ;
- détermination d'un parcours théorique du câble dans l'eau correspondant exactement à la route souhaitée, en fonction des valeurs de prédiction du courant marin ;
- détermination d'un parcours réel du câble dans l'eau par approximation du parcours théorique en minimisant un écart entre le parcours réel et le parcours théorique, la
minimisation étant contrainte par la courbure maximale ;
le déplacement du câble dans l'eau étant selon le parcours réel.
21. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19 dans lequel l'étape de déplacement du câble dans l'eau comprend les sous-étapes de :
- fourniture en temps réel d'une position cible souhaitée à partir de la route souhaitée ;
- déplacement en direction de la position cible, le déplacement étant contraint par la courbure maximale ;
les deux sous-étapes de fourniture et de déplacement étant répétées.
22. Procédé selon la revendication 21, dans lequel le déplacement en direction de la position cible comprend une étape de projection de la position cible sur le câble et une étape de calcul d'un cap maximal contraint par la valeur de courbure maximale et la vitesse du câble dans l'eau.
23. Procédé selon l'une des revendications 20 à 22, comprenant :
- une première phase de prospection sismique selon la revendication 20, et
- une deuxième phase de prospection sismique selon la revendication 21 ou 22.
24. Procédé selon la revendication 23, comprenant une commutation entre la première phase et la deuxième phase en fonction des valeurs de prédiction à disposition et/ou d'un écart par rapport à la position cible.
25. Un dispositif de prospection sismique comprenant :
- au moins un câble (110) muni de capteurs (106) ;
- une unité de calcul pour déterminer le déplacement du câble dans l'eau, le déplacement du câble minimisant l'écart du câble par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre, le déplacement du câble étant en outre contraint par une valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau.
26. Le dispositif selon la revendication 25 dans lequel le câble est en outre muni de deux drones (102), chacun relié à une extrémité du câble, et des ballasts (104).
27. Le dispositif selon la revendication 26, dans lequel à un instant du déplacement, l'un des deux drones met le câble en déplacement en dirigeant en cap tandis que l'autre drone maintient une tension minimale dans le câble, les deux drones étant aptes à mettre le câble en déplacement en alternance.
28. Le dispositif selon l'une des revendications 25 à 27, comprenant en outre des moyens de mesure de la vitesse dans l'eau du câble.
29. Le dispositif selon l'une des 25 à 28, dans lequel le câble a une longueur de préférence entre 1 et 20 km, de préférence entre 2 et 6 km, de préférence environ 4 km, ou entre 6 et 14 km, de préférence environ 8 km.
30. Le dispositif selon l'une des revendications 25 à 29 comprenant plusieurs câbles aptes à être mis en déplacement les uns librement par rapport aux autres.
31. Procédé de déploiement en milieu aquatique d'un dispositif comprenant au moins un câble (110) sismique muni de capteurs (106), comprenant une étape consistant à déplacer le câble dans l'eau, le déplacement du câble minimisant l'écart du câble par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre, le déplacement du câble étant en outre contraint par une valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau.
32. Procédé selon la revendication 31 , dans lequel la route souhaitée comprend une position du référentiel terrestre fixe pendant une période de temps.
33. Procédé selon l'une quelconque des revendications 31 ou 32, dans lequel le câble est soumis à un courant marin et le déplacement du câble dans l'eau compense le courant.
34. Procédé selon la revendication 33, dans lequel le déplacement du câble est asservi au courant.
35. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 24 ou 31 à 34, dans lequel le câble est en outre muni de deux drones (102), chacun relié à une extrémité du câble, et le déplacement du câble suit une boucle d'asservissement comprenant un algorithme prenant comme entrées une position de chaque drone, une position cible souhaitée à partir de la route souhaitée, une position calculée du milieu du câble, une vitesse dans l'eau du câble mesurée, une prédiction du courant marin, un cap actuel de chaque drone et/ou une tension actuelle exercée par chaque drone sur le câble, et l'algorithme fournissant comme sortie un nouveau cap de chaque drone et/ou une nouvelle tension à exercer par chaque drone sur le câble.
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