Sonde ultrasonique d'imagerie 3-D pour caractériser une zone de terrain autour d'un forage

L'invention concerne la caractérisation d'un terrain autour d'un forage, au moyen d'une sonde ultrasonique.

Le comportement mécanique des ouvrages est souvent difficile à déterminer et encore plus difficile à prévoir.

Dans le cadre de l'auscultation des ouvrages et des stockages souterrains, la méthode par diagraphie ultrasonique a montré sa capacité à caractériser certains paramètres mécaniques de la roche. Elle permet actuellement de donner les paramètres de propagation des ondes le long d'un sondage.

Diverses solutions ont déjà été proposées pour caractériser un terrain autour d'un forage, notamment dans le cadre de la prospection pétrolière. Le plus souvent, cette caractérisation se fait par émission et réception d'ondes acoustiques dont la durée de propagation entre l'émission et la réception permet d'évaluer la vitesse des ondes dans la roche autour du forage. Puisque le forage est généralement noyé dans de la boue, on comprend que la bonne transmission des ondes entre la roche entourant le forage et les capteurs d'émission ou de réception est assurée par ces boues (il est connu d'utiliser des capteurs d'émission coopérant avec plusieurs jeux de capteurs de réception, de manière à caractériser la roche environnante pour plusieurs distances axiales entre émission et réception) ; la caractérisation de la roche tout au long du forage se fait en déplaçant la sonde le long du forage. Diverses ondes peuvent être considérées, à savoir des ondes de compression (ondes P) ou des ondes de cisaillement (ondes S).

Un exemple de caractérisation d'un terrain autour d'un forage est donné par les documents US - 5 544 127, US - 6 510 389 et US - 6 678 389, qui visent à caractériser l'état d'endommagement de la paroi d'un forage par une mesure de vitesse des ondes acoustiques. Ces documents font intervenir des mesures de vitesse des ondes P, dans plusieurs directions autour de l'axe du forage. Cette sonde peut comporter des anneaux d'émission et de réception (fragmentés ou continus) entourant le corps de la sonde en étant décalés axialement ; les émetteurs et les récepteurs peuvent être répartis sur des patins qui sont plaqués contre la paroi du forage ; selon encore un autre mode de réalisation, la sonde, ou au moins une partie de celle-ci contenant les émetteurs et récepteurs, peut être rotative autour de l'axe du forage de manière à permettre, par rotation de cette partie, une mesure de vitesse des ondes P selon plusieurs azimuts.

Par contre, lorsque l'on souhaite caractériser un terrain entourant un forage sec, on comprend qu'une bonne transmission des ondes acoustiques entre la roche environnante et les capteurs ne peut être obtenue que si ces capteurs sont en contact direct et en appui contre la paroi de ce forage, auquel cas le seul type de sonde utilisable est celui mettant en œuvre des patins en appui contre la paroi du forage. Toutefois, il faut comprendre que, puisque les diverses mesures en azimut ne peuvent alors être effectuées que par des capteurs adjacents, l'écart angulaire entre deux azimuts successifs est nécessairement substantiel, typiquement supérieur à 5°, voire 10°.

Par ailleurs, la caractérisation de la roche autour du forage est limitée à la zone traversée par les ondes circulant entre les émetteurs et les jeux de récepteurs ; dans la mesure où les jeux de récepteurs sont classiquement au nombre de deux, on comprend que la précision de la caractérisation en profondeur, c'est-à-dire selon des directions radiales, est très faible. C'est pourquoi on peut dire que les solutions actuelles, telles que celle définie par les documents précités, sont en pratique capables d'effectuer une caractérisation en deux dimensions seulement (en azimut, et à une distance donnée du forage), pour une position axiale donnée de la sonde.

L'invention a pour objet de permettre de caractériser en trois dimensions (on peut donc parler d'imagerie) une zone de terrain autour d'un forage, en déterminant de manière automatique le champ en profondeur (à partir de ce forage) en faisant varier la distance entre les capteurs et l'azimut de mesure avec une précision aussi grande qu'on le souhaite (bien entendu, plus on souhaite une précision importante, plus le nombre de mesures nécessaires est grand).

L'invention propose à cet effet une sonde d'imagerie par ondes acoustiques pour la caractérisation d'un terrain autour d'un forage d'un diamètre donné adapté à recevoir cette sonde, cette sonde comportant : un premier tronçon muni d'un dispositif d'ancrage adapté à ancrer temporairement ce premier tronçon à la paroi du forage et des liaisons pour la communication de la sonde avec l'extérieur du forage, un second tronçon monté dans le prolongement du premier tronçon selon un axe longitudinal de la sonde et contrôlé en rotation par rapport au premier tronçon autour de cet axe tout en étant axialement fixe par rapport à ce premier tronçon, ce second tronçon comportant au moins deux transducteurs acoustiques, respectivement destinés à émettre et à recevoir des ondes acoustiques, montés dans ce second tronçon en sorte d'avoir, suivant l'axe longitudinal, un écartement variable contrôlé par un dispositif de commande en écartement et de pouvoir être pressés de manière temporaire transversalement contre la paroi du forage.

On appréciera que, dès lors que l'on a fixé la sonde en une position axiale au sein du forage, il est possible de faire varier l'écartement axial des transducteurs (et donc faire varier la profondeur d'exploration du terrain à partir du forage) et la position angulaire des transducteurs autour de l'axe ; on peut donc explorer le terrain pour plusieurs valeurs de profondeurs à partir du forage et répéter cette exploration pour plusieurs valeurs d'azimut, et ainsi acquérir, si on le souhaite, une image du terrain en trois dimensions. Puisque les transducteurs sont adaptés à être plaqués contre la paroi du forage, on comprend que cette sonde peut être utilisée dans un forage sec, sans avoir à le

noyer dans de la boue. La sonde peut a fortiori être utilisée dans un forage noyé.

De manière préférée, la sonde comporte en outre, au-delà du second tronçon par rapport au premier tronçon, un tronçon de tête monté en roue libre par rapport à ce second tronçon et muni d'un second dispositif d'ancrage adapté à ancrer temporairement ce premier tronçon à la paroi du forage, en synchronisme avec le dispositif d'ancrage du premier tronçon. Cela permet de garantir un bon ancrage de la sonde à la paroi du forage, en ses deux extrémités, sans pour autant nuire à la liberté de mouvement des transducteurs entre ces extrémités.

De manière préférée, chaque dispositif d'ancrage comporte un ensemble de pieds ayant une configuration rétractée dans laquelle ils sont à une distance minimale de l'axe longitudinal de la sonde et une configuration d'ancrage dans laquelle ils sont sollicités à l'écart de l'axe longitudinal. Le déploiement de pieds est en effet un moyen pratique d'assurer la fonction précitée ; en pratique, les pieds sont répartis régulièrement autour de l'axe pour un bon équilibre des forces autour de l'axe. De manière avantageuse, les pieds sont articulés au corps en sorte de s'étendre le long du premier tronçon en configuration rétractée et à s'incliner vers l'extérieur de la sonde en configuration d'ancrage. De manière encore plus avantageuse, chaque dispositif d'ancrage comporte un dispositif pneumatique adapté à plaquer les pieds contre la paroi du forage lorsque ces pieds sont en configuration d'ancrage, ce qui permet de commander efficacement la pression d'appui contre la paroi du forage. De manière également avantageuse, la sonde comporte pour sa communication avec l'extérieur du forage des liaisons électriques pour recevoir de la puissance électrique et échanger des données, ainsi qu'un train de tiges pour la commande en déplacement de cette sonde le long du forage, lorsque les transducteurs ne sont pas actifs. En variante, si le forage s'étend verticalement vers le bas par exemple, la liaison mécanique peut être assurée par un simple filin n'ayant aucune rigidité transversale.

De manière également préférée, le contrôle en rotation du second tronçon par rapport au premier tronçon est un moteur pas-à-pas présentant un pas d'au plus 5°, de préférence au plus égal à 1°, ce qui permet une exploration acoustique du terrain avec une précision très importante. De manière également avantageuse, les deux transducteurs sont montés sur deux patins respectifs ayant une configuration rétractée et une configuration de travail dans laquelle ils sont déployés vers l'extérieur de la sonde par des dispositifs de commande, ces patins et leurs dispositifs de commande en déploiement faisant partie de blocs respectifs commandés en écartement axial par le dispositif de commande en écartement.

De manière encore plus avantageuse, chaque bloc comporte au moins un autre patin d'appui adapté à être déployé en synchronisme avec le patin portant le transducteur en sorte d'équilibrer les forces appliquées par le bloc à la paroi du forage transversalement à l'axe. De préférence, chaque bloc comporte deux patins de géométries symétriques par rapport à l'axe longitudinal de la sonde. Comme les dispositifs d'ancrage, les dispositifs de commande en déploiement sont avantageusement pneumatiques, ce qui permet un bon contrôle de la pression avec laquelle les transducteurs sont appliqués contre la paroi, et donc un bon contrôle du franchissement de cette paroi par les ondes acoustiques.

De manière encore préférée, chaque patin a une courbure, dans un plan transversal à l'axe longitudinal de la sonde, qui est inférieur au diamètre donné d'un forage dans lequel la sonde est adaptée à être reçue. Cela permet que l'appui soit bien localisé, même en cas d'irrégularité de surface de la paroi du forage.

De manière encore avantageuse, les transducteurs sont montés dans le second tronçon en sorte d'avoir des positions axiales symétriques par rapport à un emplacement de référence au sein de ce second tronçon, ce qui constitue un axe fixe des mesures et contribue à une bonne répartition des efforts au sein du second tronçon et plus généralement au sein de la sonde.

De manière également avantageuse, les transducteurs sont portés par des portions formant écrou, montées en sorte d'avoir une position angulaire

constante par rapport à l'axe longitudinal et coopérant avec une vis longitudinale à double pas inverse de même amplitude. Cela correspond à un moyen pratique de contrôler efficacement les déplacements synchronisés, même au sein d'un environnement difficile. De manière également avantageuse, les transducteurs acoustiques sont destinés à émettre et recevoir des ondes acoustiques dans une gamme de fréquence d'au moins 100 kHz, de préférence centrée au moins approximativement sur 150 kHz. Cela permet d'obtenir une très grande précision de mesure. Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de caractérisation d'un terrain à partir d'un forage prévu au sein de celui-ci avec un diamètre donné, selon lequel on introduit dans le forage une sonde du type précité, en au moins une position de la sonde dans ce forage on active le dispositif d'ancrage en sorte de fixer le premier tronçon dans le forage, et on déclenche un cycle selon lequel on définit une position angulaire du second tronçon par rapport au premier tronçon, on commande les transducteurs en sorte qu'ils aient un premier écartement donné et on en commande le placage contre la paroi du forage, on déclenche une mesure par excitation du transducteur d'émission et on saisit l'onde détectée par le transducteur de réception, puis on ramène les transducteurs vers l'axe longitudinal de la sonde, et on déclenche au moins un autre cycle pour un second écartement entre les transducteurs et au moins un autre cycle pour une autre position angulaire du second tronçon par rapport au premier.

De manière préférée, l'on traite les mesures en sorte d'estimer, à partir de celles-ci, le champ de vitesse et indirectement le champ d'endommagement mécanique du terrain autour du forage.

Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre illustratif non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une sonde conforme à l'invention,

la figure 2 en est une vue en coupe transversale, à l'emplacement d'un transducteur, dans une première position angulaire vis-à-vis du terrain environnant, la figure 3 en est une autre vue en coupe transversale, après une rotation relative entre les deux tronçons de la sonde et un déploiement des capteurs ultrasoniques, la figure 4 est une vue partielle de la sonde de la figure 1 , montrant plus en détail les transducteurs au sein du second tronçon, dans une configuration de rapprochement maximum et de repliement des capteurs, la figure 5 en est une vue similaire, dans une configuration d'éloignement et de déploiement des capteurs, la figure 6 est un diagramme représentant, dans un plan transversal à l'axe du forage, les orientations et les dimensions transversales des traces des zones axiales explorées, dans un exemple de mise en œuvre de la sonde, et la figure 7 est un diagramme représentant un exemple d'image de vitesse des ondes acoustiques, obtenu lors de la mise en œuvre de l'invention.

La figure 1 représente schématiquement une sonde d'imagerie par ondes acoustiques conforme à l'invention, notée 1 dans son ensemble, destinée à la caractérisation d'un terrain autour d'un forage (voir les figures 2 à 7) d'un diamètre donné connu, adapté à recevoir cette sonde. Cette sonde 1 comporte principalement : un premier tronçon A, de corps 1A, muni d'un dispositif d'ancrage 11 adapté à ancrer temporairement ce premier tronçon à la paroi du forage et des liaisons 12 pour la communication de la sonde avec l'extérieur du forage, et - un second tronçon B, de corps 1 B, monté dans le prolongement du premier tronçon selon un axe longitudinal Z-Z de la sonde (ici horizontal) et contrôlé en rotation par rapport au premier tronçon autour de cet axe tout en

étant axialement fixe par rapport à ce premier tronçon, ce second tronçon comportant au moins deux transducteurs acoustiques 13 et 14, respectivement destinés à émettre et à recevoir des ondes acoustiques, montés dans ce second tronçon en sorte d'avoir suivant l'axe longitudinal un écartement variable (cela ressort des figures 4 et 5), contrôlé par un dispositif de commande en écartement 15 et de pouvoir être plaqués de manière temporaire transversalement contre la paroi du forage. L'ensemble des deux transducteurs est ici schématisé par une référence commune C.

On peut tout de suite préciser que les rôles des transducteurs 13 et 14 peuvent être échangés.

Dans l'exemple représenté, la sonde 1 comporte en outre, au-delà du second tronçon B par rapport au premier tronçon A, un tronçon de tête D monté en roue libre par rapport à ce second tronçon B et muni d'un second dispositif d'ancrage 16 adapté à ancrer temporairement et centrer ce tronçon de tête à la paroi du forage, en synchronisme avec le dispositif d'ancrage 11 du premier tronçon, c'est-à-dire que ces deux dispositifs d'ancrage sont activés pendant les mêmes périodes au cours d'une opération de mise en oeuvre.

Dans l'exemple représenté, chaque dispositif d'ancrage 11 ou 16 comporte un ensemble de pieds 11A ou 16A ayant une configuration rétractée dans laquelle ils sont à une distance minimale de l'axe longitudinal de la sonde (c'est dans cette configuration que ces pieds sont représentés sur la figure 1 ) et une configuration d'ancrage dans laquelle ils sont sollicités à l'écart de l'axe longitudinal.

Plus précisément, on voit sur la figure 1 que les pieds sont articulés au corps (à droite) en sorte de s'étendre le long du premier tronçon en configuration rétractée et à s'incliner vers l'extérieur de la sonde, vers la gauche en haut ou en bas) en configuration d'ancrage.

De manière préférée, chaque dispositif d'ancrage comporte un dispositif pneumatique adapté à plaquer les pieds contre la paroi du forage lorsque ces pieds sont en configuration d'ancrage. Bien évidemment, en variante, on peut prévoir d'utiliser de l'huile au lieu de l'air, notamment.

Les liaisons 12 que la sonde comporte pour sa communication avec l'extérieur du forage comportent en pratique des liaisons électriques pour recevoir de la puissance électrique et échanger des données, ainsi qu'un éventuel train de tiges pour la commande en déplacement de cette sonde le long du forage, lorsque les transducteurs ne sont pas actifs. Toutefois, on peut aussi prévoir que le déplacement de la sonde dans le forage soit effectué par télécommande, par exemple au moyen de chenilles.

Le contrôle en rotation du second tronçon par rapport au premier tronçon est avantageusement réalisé par un moteur pas-à-pas 17 présentant un pas d'au plus 5°, de préférence au plus égal à 1°. Cet ensemble moteur est ici constitué d'un moteur 17A coopérant ici avec un réducteur, et d'un engrenage 17C coopérant avec le second tronçon. A cet ensemble moteur est avantageusement associé un codeur qui suit la rotation.

Les deux transducteurs 13 et 14 sont ici montés sur deux patins respectifs 18A et 19A ayant une configuration rétractée et une configuration de travail dans laquelle ils sont pressés vers l'extérieur de la sonde par des dispositifs de commande en déploiement repérés par la référence 20 ou 21 , ces patins et leurs dispositifs de commande en déploiement faisant partie de blocs respectifs 22 et 23 commandés en écartement axial par le dispositif de commande en écartement (voir ci-dessous).

Dans l'exemple représenté, chaque bloc comporte au moins un autre patin d'appui 18B ou 19B adapté à être déployé en synchronisme avec le patin 18A ou 18B portant le transducteur en sorte d'équilibrer les forces appliquées par le bloc à la paroi du forage transversalement à l'axe. Ces couples de patins sont donc ici de géométries symétriques par rapport à l'axe longitudinal de la sonde (c'est-à-dire qu'ils sont diamétralement opposés dans le cas représenté où la sonde est de section globalement cylindrique). Toutefois, en variante non représentée, il peut y avoir un plus grand nombre de patins régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal de la sonde. De manière avantageuse, ainsi que cela ressort des figures 2 et 3, chaque patin a une courbure, dans un plan transversal à l'axe longitudinal de la sonde, qui est inférieure au diamètre donné d'un forage dans lequel la sonde

est adaptée à être reçue. A titre d'exemple, si ce diamètre donné est de 86 mm, la courbure des patins est par exemple de 76 mm, ce qui assure un bon écrasement de la rugosité de surface de la paroi du forage et contribue donc à une bonne transmission des ondes dans la roche (de préférence des ondes acoustiques de compression). Cet écrasement de la rugosité est, sur ces figures 2 et 3, symbolisé par la pénétration des patins dans la roche au-delà du diamètre.

De manière avantageuse, les transducteurs sont montés dans le second tronçon B en sorte d'avoir des positions axiales symétriques par rapport à un emplacement de référence, ici noté E au sein de ce second tronçon.

A titre d'exemple, ainsi que cela est représenté plus en détail aux figures 4 et 5, les blocs 22 et 23 qui portent les transducteurs sont des portions formant écrou montées en sorte d'avoir une position angulaire autour de l'axe longitudinal qui est constante par rapport au second tronçon (ces blocs comportent par exemple des saillies engagées dans une rainure axiale du corps de ce second tronçon B) et coopérant avec une vis longitudinale 30 à double pas inverse de même amplitude.

On comprend qu'en faisant tourner cette vis 30 dans un sens ou dans un autre, on provoque le rapprochement des blocs 22 et 23, ou au contraire l'éloignement de ceux-ci ; dans la figure 4, les blocs sont en configuration rapprochée, avec un écartement entre ces blocs d'à peine quelques millimètres ; par contre en configuration d'éloignement maximum (la figure 5 n'est pas à l'échelle, pour des raisons de lisibilité) l'écartement peut être de l'ordre de 600 mm. Comme dans le cas de la commande en rotation du second tronçon par rapport au premier, la rotation de la vis 30 est ici assurée par un moteur 15A, coopérant avec un réducteur 15B et des engrenages 15C et à ces éléments sont associés un codeur 15D.

On appréciera que les moteurs 15 et 17 sont avantageusement des moteurs pas à pas dont le pas, à la sortie de l'éventuel réducteur et des engrenages, peut être aussi petit qu'on le souhaite ; à titre d'exemple, le pas radial de l'ensemble moteur 17 est de l'ordre de 0,1 ° à 1 °, par exemple 0,5 °, ce

qui permet d'obtenir à peu près n'importe quelle valeur que l'on souhaite, et le pas axial de l'ensemble moteur 15 est de l'ordre de 0,5 mm, ce qui permet également d'atteindre à peu près n'importe quelle valeur souhaitée par l'opérateur. De manière avantageuse, les transducteurs acoustiques sont destinés à émettre et recevoir des ondes acoustiques dans une gamme de fréquence d'au moins 100 kHz, de préférence centrée au moins approximativement sur 150 kHz. Ils sont de tout type connu approprié.

La génération des ondes est avantageusement arbitraire, ce qui permet de définir la nature des signaux émis avec en particulier la durée, la fréquence et l'amplitude. Ceci permet d'optimiser et d'adapter le signal source aux types de matériaux traversés et aux types de capteurs pour que l'énergie transmise soit la plus forte et que l'atténuation des ondes soit la plus faible.

Ces transducteurs acoustiques sont de préférence intégrés aux patins qui les portent, de manière à ne pas être en contact direct avec la paroi et de ne pas risquer d'être dégradés par celle-ci. A titre d'exemple, ces transducteurs sont situés à l'intérieur d'une coiffe en laiton à l'intérieur de laquelle ils sont reliés par une colle silicone, ce qui permet une bonne transmission des ondes acoustiques. A titre d'exemple, la sonde destinée à être engagée dans le forage dont il a été dit que le diamètre connu est de 86 mm, a une longueur de l'ordre de 2,10 m pour un diamètre de l'ordre 76 mm, et la course radiale des transducteurs vers l'extérieur est de l'ordre du centimètre (ici de 0,5 cm).

La longueur du corps de la sonde provient notamment de la course axiale que l'on souhaite obtenir en ce qui concerne les transducteurs (ici 600 mm) et des divers éléments qu'il faut intégrer à la sonde, notamment un bloc électrique de contrôle et d'amplification, noté 40 dans son ensemble, ou un bloc de magnétomètre, noté 50 dans son ensemble, destiné à une bonne caractérisation de la position et de l'orientation de la sonde. La mise en oeuvre de cette sonde peut se définir comme suit, pour la caractérisation d'un terrain à partir d'un forage prévu au sein de celui-ci avec un diamètre donné :

on introduit la sonde dans le forage, et en au moins une position de la sonde dans ce forage, on active les dispositifs d'ancrage 11 et 16 en sorte de fixer le premier tronçon dans le forage, et on déclenche un cycle selon lequel on définit une position angulaire du second tronçon par rapport au premier tronçon, on commande les transducteurs de sorte qu'ils aient un premier écartement donné et on en commande le placage contre la paroi du forage, on déclenche une mesure par excitation du transducteur d'émission et on saisit l'onde détectée par le transducteur de réception, puis on ramène les transducteurs vers l'axe longitudinal de la sonde, et on déclenche au moins un autre cycle pour un second écartement entre les transducteurs et au moins un autre cycle pour une autre position angulaire du second tronçon par rapport au premier (pour des raisons pratiques, il est plus facile de collecter toutes les mesures correspondant à plusieurs écartements dans une même position angulaire du second tronçon par rapport au premier tronçon ; toutefois, on peut aussi prévoir de faire varier la position angulaire pour un écartement donné).

De manière avantageuse, on traite les mesures en sorte d'estimer, à partir de celles-ci, l'endommagement mécanique du terrain autour du forage. On parle parfois de méthodes de tomographie.

On appréciera qu'il est aisé d'automatiser un tel procédé, de sorte qu'il est possible d'obtenir, de manière automatique, un très grand nombre de mesures, et donc une très bonne exploration du terrain autour du forage.

Diverses méthodes d'inversion (consistant à estimer le champ de contraintes ou d'endommagement à partir du champ de vitesse) ont déjà été proposées, principalement pour le traitement de champs déterminés en deux dimensions. On peut citer la méthode d'inversion par minimisation des moindres carrés, l'inversion par calcul de la vitesse dans des colonnes disposées tout autour du forage en analysant les ondes une par une pour des valeurs croissantes de l'écartement entre les transducteurs et la méthode d'inversion connue sous le nom de « méthode de Monte-Carlo ».

La méthode qui s'est avérée la plus efficace en termes de rapidité et de qualité de l'inversion est la méthode de minimisation des moindres carrés.

Cette méthode permet de traiter une grande quantité de données et d'apprécier qualitativement les variations de profils de vitesse selon l'orientation. Elle s'appuie sur : le calcul de la vitesse apparente en fonction de la profondeur, la transformation du profil de vitesse apparente en fonction de la distance intercapteurs en un profil de vitesse en fonction de la distance radiale au forage, - le tracé des rais selon l'algorithme de Um et Thurber optimisé, l'inversion des vitesses selon le tracé de rais. La figure 6 montre une répartition grossière de zones qu'il est possible d'explorer à l'aide d'une sonde selon l'invention, avec un écart angulaire de 5°, mais on comprend qu'il est facile en choisissant des ensembles moteur de pas suffisamment petits d'obtenir une exploration beaucoup plus fine.

Les données enregistrées donnent une image de la vitesse apparente. Ces données sont ensuite inversées suivant des algorithmes de tomographie et de tracé des rais courbes spécifiquement développés pour ce procédé. L'image finale correspond alors au champ de vitesse vrai. La figure 7 présente l'image du champ de vitesse autour d'un sondage à 7m depuis la surface d'une galerie à -490m correspondant à des mesures faites tous les 2 mm et tous les 5° sur un tour complet de l'horizon.

L'invention est fondée sur l'idée qu'il est possible de caractériser le champ de vitesse complet autour d'un sondage unique grâce à un outil instrumental ayant une grande plage de mesures et une haute résolution avantageusement accompagnée d'une méthodologie d'inversion permettant de remonter aux grandeurs physiques. II est ainsi proposé ci-dessus une sonde 3-D composée de capteurs à génération arbitraire d'ondes ultrasoniques ; la variation de la distance et de

l'orientation des capteurs est assurée par une automatisation des déplacements et des mesures pour augmenter la résolution et la couverture 3-D des mesures.

Elle est avantageusement combinée à une méthode d'inversion permettant de remonter à la fracturation mécanique du matériau à partir des données de vitesse. En effet, les hétérogénéités, l'anisotropie des modules ou du comportement ou l'endommagement d'un matériau provoquent des perturbations dans la distribution du champ de vitesse autour du sondage. La forme et l'amplitude de ces perturbations peuvent être mises en évidence en inversant les mesures ultrasoniques permettant ainsi de caractériser leurs origines.

On appréciera que la sonde décrite ci-dessus permet de reconstruire une image en volume du champ de vitesse ultrasonique, très proche de la réalité, autour d'un sondage, grâce en particulier aux dispositions avantageuses suivantes : - un système pneumatique qui exerce un couplage mécanique des capteurs contre la paroi du sondage permettant une utilisation de la sonde dans des forages secs (alors que les sondes actuelles, utilisées surtout pour la prospection pétrolière ne peuvent fonctionner que dans des forages noyés), - la bande de fréquence des capteurs utilisés est centrée sur 150 kHz pour une sensibilité aux hétérogénéités du massif rocheux de l'ordre du centimètre (alors que les sondes classiques fonctionnent dans des domaines de fréquence beaucoup plus bas, typiquement de l'ordre de 10 kHz, avec une sensibilité 10 fois plus faible), une acquisition automatique des données sur un même plan qui est réalisée sans intervention de l'opérateur, l'automatisation des déplacements des capteurs en rotation et en translation avec des précisions respectives de 0,5° et 0,2 mm qui permet de concevoir des images avec une résolution théorique de 1 ,16 mégapixels par plan.