Titre de l’invention : Système électromagnétique de prospection géophysique

La présente invention concerne un système électromagnétique de prospection géophysique, notamment un système électromagnétique de prospection géophysique, de type aéroporté ou utilisable au sol.

L’électromagnétisme (EM) à source contrôlée est une méthode permettant d’imager les contrastes de conductivité/résistivité électrique du sous-sol, paramètre particulièrement pertinent pour en obtenir une description détaillée.

La méthode EM présente un intérêt avéré dans des thématiques environnementales variées, telles que la connaissance géologique (aide à la cartographie géologique et à la modélisation 3D du sous-sol), l'hydrogéologie (gestion et vulnérabilité de la ressource en eau), la prospection en matériaux ou minière (exploration et cubage des gisements), les risques naturels (aide à la cartographie de l’aléa mouvement de terrain et de l’aléa sismique), la pollution (vulnérabilité du sous-sol et suivi de pollution) et la géotechnique (information sur la nature du sous-sol pour la construction et l’aménagement du territoire). La méthode EM constitue donc une méthode d'imagerie efficace, exploitée dans de nombreux domaines.

Cette technique peut s’opérer dans le domaine fréquentiel ou temporel, au sol ou en aéroporté (avion ou hélicoptère). Elle consiste en l’injection, dans une boucle d’émission, d’un courant électrique variant dans le temps, afin de créer un champ magnétique, également variable, et en l’écoute de la réponse du sous-sol suite à cette excitation, au niveau d’une ou de plusieurs boucles de réception.

L’importance du signal émis dépend de l’aire de la boucle, du nombre de tour et de l’ampérage du courant injecté. Etant donné que chacun de ces paramètres a des implications en matière d’autonomie et/ou d’aérodynamisme et/ou de mise en œuvre et/ou de résolution, il est nécessaire de trouver le meilleur compromis.

Actuellement, il existe un besoin croissant d’adapter la méthode EM sur un vecteur aérien léger, afin d’être en capacité de la mettre en œuvre sur des surfaces dites intermédiaires (bassins versants, champs, carrières, digues, linéaires, ...), à l’usage des industriels comme des collectivités. L’acquisition de données haute résolution (aussi bien latéralement que verticalement) sur des surfaces dites intermédiaires, de première importance pour une grande majorité de problématiques environnementales à enjeux socio-économiques, reste difficilement envisageable pour le sol et l’aéroporté « classique », dit lourd. De plus, pour ce dernier, l’utilisation de gros dispositifs héliportés par des hélicoptères de type écureuil ne permet pas une mise en œuvre souple et rapide, à coût réduit. Les systèmes temporels aéroportés actuels possèdent généralement une boucle d’émission horizontale de plusieurs centaines de m ² et peuvent peser plus de 500kg, ce qui n’est pas directement transposable sur un vecteur aérien léger. Ceci est donc propice à l’émergence de géométrie inédite, d’envergure limitée.

L’invention a pour but de remédier aux inconvénients de l’art antérieur, en proposant un système électromagnétique de prospection géophysique pouvant s’adapter sur un vecteur aérien léger et s’adaptant au besoin en résolutions latérale et verticale associées.

A cet effet, l’invention concerne un système électromagnétique de prospection géophysique comprenant une antenne d’émission et une antenne de réception, ladite antenne d’émission comprenant au moins un ensemble de boucles électromagnétiques d’émission, ladite antenne de réception étant formée par au moins une boucle électromagnétique de réception, dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission d’un même ensemble sont positionnées dans différents plans parallèles entre eux.

Avantages

Une telle disposition des boucles électromagnétiques d’émission permet de contraindre le champ magnétique émis en matière de géométrie et d’intensité et, dans certaines configurations, d’accroître son intensité, sans augmenter le nombre de tours, l’aire de l’antenne d’émission et donc son encombrement, voire en réduisant son encombrement, et sans augmenter l’ampérage du courant électrique injecté, optimisant ainsi le temps de coupure du courant, comme il sera expliqué ci-après.

Par ailleurs, le système électromagnétique de prospection géophysique selon l’invention (ci-après « système de prospection ») peut être adapté à un emport sur vecteur aérien léger. Par exemple, les boucles d’émission d’un même ensemble peuvent être positionnées à la verticale, permettant de limiter l’encombrement horizontal tout en générant soit un champ magnétique pseudo-vertical, soit un champ magnétique horizontal en fonction du courant injecté ; un champ magnétique pseudo-vertical permet d’obtenir des données proches de celles mesurées avec une boucle horizontale, tout en réduisant l’encombrement. Les boucles d’émission d’un même ensemble peuvent également être positionnées à l’horizontal, permettant d’augmenter l’intensité du champ magnétique tout en limitant l’encombrement. Ces configurations des boucles d’émission du système selon l’invention peuvent aussi être mis en œuvre au sol. Dans le cadre de la présente description, on entend par « vertical », une orientation localement/sensiblement perpendiculaire aux plans d’altitude constante, et on entend par « horizontal », une orientation localement parallèle aux plans d’altitude constante.

Selon un mode de réalisation de l’invention, les boucles électromagnétiques d’émission d’un même ensemble sont centrées sur un axe géométrique orthogonale aux plans parallèles.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système de prospection comprend au moins un ensemble dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission sont positionnées dans des plans sensiblement verticaux, et/ou au moins un ensemble dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission sont positionnées dans des plans sensiblement horizontaux.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, chaque ensemble de boucles électromagnétiques d’émission comprend des paires de boucles d’émission.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système électromagnétique comprend en outre une carte électronique d’émission ou un ensemble de cartes d’émission configuré pour injecter un courant électrique dans le même sens dans les différentes boucles d’émission d’un même ensemble afin de générer un champ magnétique primaire et de créer des zones où le champ magnétique primaire ou l’une de ses composantes est stable et déterminée.

Notamment, l’antenne de réception peut être disposée au moins pour partie dans les zones où le champ magnétique primaire ou l’une de ses composantes est stable et déterminée.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le système électromagnétique comprend en outre une carte électronique d’émission ou un ensemble de cartes d’émission configuré pour injecter un courant électrique dans un certain sens dans une ou plusieurs boucles électromagnétiques d’émission d’un même ensemble, et pour injecter un courant électrique dans le sens opposé dans la ou les autres boucles électromagnétiques d’émission de ce même ensemble afin de générer un champ magnétique primaire et de créer des zones de l’espace où l’intensité du champ magnétique primaire ou d’une de ses composantes est faible. La notion de « faible » est définie plus loin.

Notamment, l’antenne de réception est disposée au moins pour partie dans les zones de l’espace où l’intensité du champ magnétique primaire ou d’une de ses composantes est faible. L’invention concerne également un Procédé de détermination des contrastes de résistivité ou de conductivité électrique d’une zone d’intérêt du sous-sol à l’aide du système électromagnétique tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes suivantes : a) la disposition de l’antenne d’émission au-dessus de la zone d’intérêt du sous-sol, b) la réalisation d’une série de mesure où chaque mesure comprend les sous étapes suivantes :

1) la génération d’un champ magnétique primaire, variable dans le temps et de géométrie contrainte, par l’activation des boucles électromagnétiques d’émission, de façon à exciter le sous-sol et mesurer un champ magnétique secondaire renvoyé par ce dernier,

2) la mesure du champ magnétique secondaire par l’antenne de réception, et c) la détermination des contrastes de résistivité ou de conductivité électrique du sous- sol.

Selon un mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape 1) le courant électrique injecté dans au moins une des boucles électromagnétiques d’émission d’un ensemble est en sens opposé à celui injecté dans les autres boucles électromagnétiques de cet ensemble.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape 1) le courant électrique injecté dans les boucles électromagnétiques d’émission d’un même ensemble est dans le même sens.

Notamment, l’étape 1) comprend : une sous étape 1 A) dans laquelle le courant électrique injecté dans au moins une des boucles électromagnétiques d’émission d’un ensemble est en sens opposé à celui injecté dans les autres boucles électromagnétiques de l’ensemble, et une sous étape 1 B) dans laquelle le courant électrique injecté dans les boucles électromagnétiques d’émission d’un même ensemble est dans le même sens.

Brève description des figures

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels

[Fig. 1] La figure 1 illustre un exemple de système électromagnétique de prospection géophysique selon l’invention. [Fig. 2] La figure 2 illustre différents modes de réalisation (2a à 2e) d’une antenne d’émission d’un système électromagnétique de prospection géophysique selon l’invention

[Fig. 3] La figure 3 illustre différents modes de génération d’un champ magnétique primaire (3a et 3c: courants dans le même sens ; 3b et 3d : courants en sens opposé) par une paire de boucles d’émission d’un système électromagnétique selon l’invention.

[Fig. 4] La figure 4 illustre la génération d’un champ magnétique secondaire depuis un sous-sol à l’aide du système électromagnétique de prospection géophysique de la figure 1.

Description détaillée

On se réfère à la figure 1 qui illustre un exemple de système électromagnétique 10 de prospection géophysique selon l’invention. Le système électromagnétique 10 de prospection comprend une antenne d’émission 20 et une antenne de réception 30.

L’antenne d’émission 20 comprend au moins un ensemble 40 de boucles électromagnétiques d’émission, les boucles électromagnétiques d’émission 50 (ci-après « boucles d’émission ») d’un même ensemble 40 étant positionnées dans différents plans parallèles entre eux.

Selon un mode de réalisation préféré, les boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un même ensemble 40 sont centrées sur un axe géométrique 40A orthogonale aux plans parallèles. Ainsi, deux boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un même ensemble 40 sont en regard l’une de l’autre.

Par la suite, on appelle axe de rotation 20A de l’antenne d’émission 20, l’axe géométrique central autours duquel sont positionnées les boucles d’émission 50. Cet axe de rotation 20A est présent lorsque l’ensemble des boucles d’émission 50 sont dans des plans ayant une direction parallèle, notamment verticale ou horizontale.

On dit que l’antenne d’émission 20 est verticale lorsque toutes les boucles d’émissions 50 des ensembles 40 sont disposées dans les plans verticaux. Dans ce mode de réalisation, l’antenne d’émission 20 comprend un axe de rotation 20A vertical autour duquel sont positionnées les boucles d’émission 50.

On dit que l’antenne d’émission 20 est horizontale lorsque toutes les boucles d’émissions 50 des ensembles 40 sont disposées dans des plans horizontaux. Dans ce mode de réalisation, l’antenne d’émission 20 comprend un axe de rotation 20A horizontal autour duquel sont positionnées les boucles d’émission 50.

L’antenne de réception 30 est formée par au moins une boucle électromagnétique de réception 60 (ci-après « boucles de réception), qui peut elle aussi être disposée à l’horizontale ou à la verticale.

Les boucles d’émission 50 et de réception 60 peuvent prendre n’importe quelle forme. Elles peuvent notamment être de forme circulaire, ovale, carré, rectangulaire, solénoïdale ou encore polygonale.

Les boucles d’émission 50 sont des boucles dites « actives ». Elles génèrent chacune un champ magnétique variable dans le temps afin d’exciter le sous-sol 200. Ces champs magnétiques sont générés à l’aide d’un courant électrique variant dans le temps (ci- après simplement « courant électrique ») et passant dans des câbles électriques formant les boucles d’émission 50. Pour chaque boucle d’émission 50 le câble électrique peut faire un ou plusieurs tours. Un plus grand nombre de tours augmente l’aire effective d’une boucle d’émission 50 et donc l’intensité du champ magnétique généré. Chaque boucle d’émission 50 comprend un câble électrique indépendant, de sorte qu’il est possible de modifier les caractéristiques du courant électrique (sens, intensité, fréquence etc...) parcourant chaque boucle d’émission 50 indépendamment les unes des autres, comme il sera décrit ci-après.

Le champ magnétique correspondant à la somme de tous ces champs magnétiques est appelé « champ magnétique primaire ».

Grâce à sa variabilité au cours du temps, le champ magnétique primaire excite le sous-sol 200, se traduisant par l’induction de courants de Foucault. Ces courants de Foucault génèrent à leur tour un champ magnétique (dit « secondaire »). Ce champ magnétique secondaire est mesuré au niveau des boucles de réception 60. Les boucles de réception 60 sont dites « passives ». Elles ne génèrent pas de champ magnétique. Elles comprennent, tout comme les boucles d’émission 50, un câble électrique, qui peut faire plusieurs tours, dans lequel il n’est injecté aucun courant électrique. C’est l’interaction entre les boucles de réception 60 et le champ magnétique secondaire qui induit un courant électrique qui est ensuite analysé. Dans l’invention, la ou les boucles de réception 60, permettant une mesure indirecte du champ magnétique secondaire, peuvent être remplacées par un ou plusieurs dispositifs permettant une mesure directe du champ magnétique tels que des magnétomètres. Tout ce qui se rapporte ci-après à la position de la ou des boucles de réception s’applique également au ou aux dispositifs permettant une mesure directe du champ magnétique.

Le champ magnétique secondaire, et donc le courant électrique induit dans les boucles de réception 60, informe sur la conductivité/résistivité du sous-sol 200. Sa mesure et l’analyse du courant électrique induit permettent donc d’établir un modèle de résistivité/conductivité de la zone analysée du sous-sol 200, et de déduire les éléments présents dans le sous-sol 200, leurs localisations et leurs géométries. Ce modèle (représentation du sous-sol 200 telle qu’une carte) peut être en une, deux, trois ou quatre dimensions.

Description d’un ensemble 40 de boucles d’émission

Au sein d’un même ensemble, les boucles d’émission 50 sont traversées par un axe géométrique 40A, orthogonal aux plans contenant les boucles d’émission 50, et sont de préférence centrées sur cet axe géométrique 40A. Au sein d’un même ensemble 40, la géométrie de positionnement des boucles d’émission 50 peut être définie par rapport à cet axe géométrique 40A, et notamment par rapport aux distances 40D séparant les différentes boucles d’émission 50 le long de cet axe géométrique 40A ; cette distance peut varier entre deux boucles d’émission 50 d’un même ensemble 40.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la distance 40D entre les différentes boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un même ensemble 40 peut aller de 0,01m à 20m. Les distances de séparation les moins importantes permettent une optimisation de l’envergure de l’antenne d’émission pour son utilisation au sol ou sur vecteur aérien léger.

Selon un mode de réalisation de l’invention, les boucles électromagnétiques d’émission 50 présentent les mêmes dimensions. Notamment, les boucles d’émission 50 présentent une envergure (dimension la plus longue) allant de 0,01 à 20m. Les envergures les moins importantes permettent une utilisation au sol ou sur vecteur aérien léger. Les boucles d’émission 50 d’un même ensemble 40 peuvent présenter les mêmes dimensions ou des dimensions différentes. De préférence, elles ont les mêmes dimensions.

Par ailleurs, le système électromagnétique 10 est configuré pour que la position de chaque boucle d’émission 50 par rapport à la verticale et à l’horizontale (relativement aux plans d’altitude constante) soit contrôlée lors de l’utilisation du système électromagnétique 10, par un système autoporteur 130 (au sol ou de type aéroporté).

Ainsi, l’axe géométrique 40A orthogonale aux plans contenant les boucles d’émission 50, peut avoir toute inclinaison entre une position verticale (relativement aux plans d’altitude constante) et une position horizontale (relativement aux plans d’altitude constante). Lorsque l’axe géométrique 40A est horizontale, alors les boucles d’émission 50 sont verticales. A l’inverse, lorsque l’axe géométrique 40A est verticale, alors les boucles d’émission 50 sont horizontales.

Enfin, l’axe géométrique 40A orthogonale aux plans contenant les boucles d’émission 50, peut constituer un axe géométrique autour duquel les boucles d’émission 50 peuvent tourner, chacune dans leur plan respectif.

En somme, le système électromagnétique 10 est configuré pour que les boucles d’émission 50 puissent avoir n’importe quelle orientation dans l’espace, l’unique contrainte étant que les boucles d’émission 50 d’un même ensemble 40 soient positionnées en regard dans différents plans parallèles entre eux. Selon un mode de réalisation avantageux, les boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un même ensemble 40 sont positionnées dans des plans sensiblement verticaux (de 70° à 110°), ou dans des plans sensiblement horizontaux (de -20° à 20°) par rapport à un plan d’altitude constante lors de l’utilisation du système électromagnétique 10. Les boucles électromagnétiques d’émission 50 positionnées dans des plans sensiblement verticaux, permettent de générer un champ magnétique pseudo-vertical ou horizontal, au besoin, comme il sera décrit en détail ci-après. Un champ magnétique pseudo-vertical permet d’obtenir des données proches de celles mesurées avec une boucle horizontale. Les boucles électromagnétiques d’émission 50 positionnées dans des plans sensiblement horizontaux permettent d’augmenter l’intensité du champ magnétique tout en limitant l’encombrement et le temps de coupure.

L’antenne d’émission du système de prospection 10 selon l’invention présente avantageusement un ou plusieurs ensembles 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50.

Selon une variante de réalisation, le système de prospection 10 comprend au moins un ensemble 40 dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission 50 sont positionnées dans des plans sensiblement verticaux, et/ou au moins un ensemble 40 dans lequel les boucles électromagnétiques d’émission 50 sont positionnées dans des plans sensiblement horizontaux.

Chaque ensemble de boucles électromagnétiques d’émission 50 peut comprendre des paires de boucles d’émission : paire, quadruplet, etc.

De manière générale, les différents ensembles de boucles permettent :

(1) de contraindre la géométrie et l’intensité du champ magnétique primaire et ainsi de contraindre les caractéristiques de la mesure en fonction de l’objectif ; et

(2) de créer, et ce de manière active, des zones dans l’espace, déterminables par des méthodes connues de l’homme du métier, où au moins l’une des composantes du champ primaire émis est

- faible, c’est-à-dire avec une valeur égale ou inférieure à la composante correspondante du champ magnétique secondaire renvoyé par le sous-sol 200, avantageusement avec une valeur égale ou inférieure à 10% de la composante correspondante du champ magnétique secondaire renvoyé par le sous-sol 200, et/ou

- stable.

La/les boucles réceptrices peuvent être placées préférentiellement dans ces zones. Ces aspects seront développés ci-après. Avantageusement, comparé à l’utilisation d’une boucle d’émission unique notamment disposée à l’horizontale ou à la verticale, les zones créées à proximité du centre du système électromagnétique (c’est-à-dire dans les quelques mètres aux alentours), et qui sont donc facilement accessibles pour y disposer la ou les boucles réceptrices, possèdent des volumes bien plus importants et exploitables car l’intensité du champ primaire y est stable et/ou faible.

Bien entendu, lorsque tous les ensembles de boucles d’émission de l’antenne ne sont pas activés en même temps, comme décrit plus bas, les zones créées successivement peuvent être situées à des endroits différents et l’homme du métier saura où disposer le plus judicieusement possible la ou les boucles réceptrices en tenant compte de ce fait.

Gestion du courant dans les boucles d’émission

Le système électromagnétique 10 selon l’invention peut comprendre en outre une carte électronique d’émission 70 (ci-après « carte d’émission ») ou un ensemble de cartes d’émission configuré pour activer les boucles d’émission 50 par l’injection d’un courant électrique dans chacune d’elles. Les caractéristiques de ce courant peuvent différer entre chaque ensemble 40 mais également entre chaque boucle 50 d’un même ensemble 40. L’injection du courant est notamment réalisée de manière synchronisée entre les différentes boucles 50 d’un même ensemble 40 et entre les différents ensembles 40 de boucles, afin d’assurer l’obtention d’un champ magnétique primaire cohérent.

La carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour injecter un courant électrique dans un certain sens dans une ou plusieurs boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un même ensemble 40, et pour injecter un courant électrique dans le sens opposé dans la ou les autres boucles électromagnétiques d’émission 50 de ce même ensemble 40. Une telle configuration permet par exemple d’obtenir la génération d’un champ magnétique primaire 25 pseudo-vertical lorsque l’axe géométrique 40A de l’ensemble 40 est disposé à l’horizontal. Ce mode de réalisation permet en outre de créer de manière active des zones bien définies où l’intensité du champ magnétique primaire, ou d’une de ses composantes, est faible (comme défini ci- dessus), limitant ainsi l’effet de ce champ magnétique primaire sur les données mesurées par des boucles de réception 60 qui seraient disposées dans ces dites zones, comme il sera décrit en détail ci-après.

De manière alternative ou complémentaire, la carte électronique d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour injecter un courant électrique dans le même sens dans les différentes boucles d’émission 50 d’un même ensemble 40. Également, la carte d’émission 70 peut être configurée pour injecter de manière alternée deux cycles d’induction : le premier cycle d’induction consiste en l’injection d’un courant électrique dans un certain sens dans certaines boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un ensemble 40, et un courant électrique dans le sens opposé dans les autres boucles électromagnétiques d’émission 50 de ce même ensemble 40 ; et le second cycle consiste en l’injection d’un courant électrique dans le même sens dans toutes les boucles d’émission 50 d’un même ensemble 40.

Comme il sera décrit ci-après, (1) dans le cas d’un ensemble 40 disposé à la verticale (toutes les boucles 50 de l’ensemble 40 sont à la verticale), cela peut permettre d’alterner entre une configuration verticale et une configuration pseudo-horizontale afin d’investiguer le sous-sol 200 de manière différente et ainsi de mieux le caractériser, et (2) dans le cas d’un ensemble 40 disposé à l’horizontale (toutes les boucles 50 de l’ensemble 40 sont à l’horizontal), il est possible d’alterner entre une mesure dédiée à l’imagerie de la très proche surface, en plaçant par exemple au moins une boucle réceptrice 60 dans une zone où le champ magnétique primaire, ou l’une de ses composantes, est activement faible, et une mesure investiguant de plus fortes profondeurs. Dans le cas où aucune zone où un champ magnétique primaire, ou l’une de ses composantes, activement faible serait facilement accessible, il reste possible d’obtenir une mesure dédiée à l’imagerie de la très proche surface, en plaçant par exemple au moins une boucle réceptrice 60 autour du centre de la géométrie de l’antenne d’émission 20. En effet le champ magnétique primaire est relativement stable et ses composantes sont déterminables autour du centre de la géométrie. Ainsi, ceci permet de prédire l’effet du champ primaire sur la mesure, et donc de le corriger ou de le compenser.

En outre, la carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour injecter différentes formes d’onde (/.e. intensité en fonction du temps) (wo, wi, w ₂ , etc.) dans chaque ensemble 40 de boucles ou dans chaque boucle d’émission 50. Il est également possible d’injecter, de manière alternée, différentes formes d’onde afin par exemple d’investiguer différentes gammes de profondeurs, comme il sera décrit en détail ci-après.

Ainsi, la carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour générer différentes fréquences de courant électrique. Cet aspect de l’invention est notamment utile dans le cas d’une prospection en domaine fréquentiel.

Également, la carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour couper le courant électrique dans les boucles d’émission 50 durant un temps t _c . Cet aspect de l’invention est notamment utile pour une prospection dans le domaine temporel. En outre, la carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission peut être configuré pour couper le courant électrique dans certaines des boucles d’émission 50, en laissant les autres actives.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la ou les boucles électromagnétiques de réception 60 sont placées à des positions avantageuses où la composante associée du champ magnétique primaire créé est faible et/ou stable et déterminée. Ces positions, créées activement par le système électromagnétique 10, dépendent de la géométrie et du nombre d’ensembles 40 utilisés, ainsi que des caractéristiques et du sens du courant parcourant les boucles d’émission 50. Ce mode de réalisation présente l’avantage de permettre la diminution de l’effet du champ magnétique primaire généré par la ou les boucles d’émission 50 au niveau de la/des boucles de réception 60. Le signal de réception obtenu, c’est-à-dire le courant électrique induit dans la ou les boucles de réception 60, nécessite ainsi moins de traitement subséquent (e.g. compensation, déconvolution) pour être exploité.

L’intérêt de créer activement des zones où le champ primaire, ou l’une de ses composantes, est faible et/ou stable et déterminé est de mieux les connaitre/contraindre et d’en optimiser la largeur ; le placement de la/des boucles électromagnétiques de réception 60 est ainsi facilité et la diminution de l’effet champ primaire peut être optimale. Par exemple, dans le cas d’une paire de boucles 50 de même dimension, placées à la verticale ou à l’horizontale et dans lesquelles les courants les parcourant sont de sens opposés, il est possible de placer avantageusement au moins une boucle électromagnétique de réception 60 horizontale dans le plan horizontal passant par le centre de la géométrie de l’ensemble 40. En effet, la composante verticale du champ magnétique primaire y est théoriquement nulle. Notons également, que dans les ensembles suscités, le champ magnétique primaire est théoriquement nulle au centre de la géométrie, entre les deux boucles d’émission 50.

De manière complémentaire, ladite ou au moins une boucle de réception 60 peut être associée à une bobine de compensation. Une telle bobine de compensation permet de diminuer l’effet du champ primaire sur le signal mesuré au niveau des boucles de réception 60.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’antenne de réception 30 comprend plusieurs boucles électromagnétiques de réception 60, placées à différents endroits où la composante associée du champ magnétique primaire est faible et/ou stable et déterminée. Cela permet d’améliorer le ratio signal sur bruit de la mesure globale d’une même composante du champ magnétique secondaire. Plusieurs boucles électromagnétiques de réception 60 peuvent également permettre une mesure du gradient local afin de mieux caractériser les contrastes locaux. Ce gradient peut être horizontal comme vertical suivant la position des boucles de réception 60.

Les boucles de réception 60 peuvent être disposées selon n’importe quelle direction.

Selon un mode de réalisation de l’invention, ladite ou au moins une boucle électromagnétique de réception 60 est disposée parallèlement ou perpendiculairement à l’axe de rotation 20A de l’antenne d’émission 20 ou parallèlement ou perpendiculairement à au moins un axe 40A. Lorsque plusieurs boucles de réception 60 sont présentes, elles peuvent, indépendamment les unes des autres, être disposées parallèlement ou perpendiculairement à l’axe de rotation 20A de l’antenne d’émission 20 ou parallèlement ou perpendiculairement à au moins un axe 40A. Particulièrement, l’antenne de réception 30 comprend au moins une boucle de réception 60 disposée parallèlement à l’axe de rotation 20A de l’antenne d’émission 20 ou à au moins un axe 40A et au moins une boucle de réception 60 disposée perpendiculairement à l’axe de rotation 20A de l’antenne d’émission 20 ou à au moins un axe 40A. En effet, suivant les ensembles 40 utilisés, un champ magnétique primaire horizontal ou vertical, voire pseudo-vertical, peut être créé, et ce, possiblement de manière alternée. Ceci est par exemple le cas lorsque l’on place une paire de boucles d’émission 50 à la verticale. En jouant sur le sens du courant. Il est alors possible de générer un champ magnétique primaire horizontal et pseudo- vertical. Ainsi, les boucles de réception 60 mesurent la réponse du sous-sol suite à son excitation par les deux types de champs magnétiques primaires générés. En outre, une telle disposition permet d’obtenir différentes données qui, une fois compilée, permettent de mieux caractériser les contrastes de résistivité/conductivité du sous-sol 200. Cet aspect sera décrit plus en détail ci-après, en relation avec la méthode de prospection selon l’invention.

Le système électromagnétique 10 selon l’invention peut comprendre une carte de réception 80 ou un ensemble 80 de cartes de réception configurées pour traiter les données mesurées par l’antenne de réception 30, notamment par échantillonnage, et déterminer les contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200, et notamment, construire un modèle en une, deux, trois ou quatre dimensions des contrastes de résistivité/conductivité.

Alternativement, le système électromagnétique 10 selon l’invention peut également comprendre un module de communication afin d’envoyer les données mesurées par l’antenne de réception 30 à un module de traitement externe au système électromagnétique 10 qui traitera l’information et déterminera les contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200. Dans ce cas, le module de traitement peut être disposé au niveau du système autoporteur 130 tel que décrit ci-après, ou bien au niveau du sol. Dans les deux cas, le système électromagnétique 10 peut également comprendre un module de stockage des données mesurées par l’antenne de réception 30. La carte de réception 80 ou l’ensemble de cartes de réception et, si présent, le module de traitement externe 92 sont synchronisés avec la carte d’émission 70 ou l’ensemble de cartes d’émission.

Le système électromagnétique 10 selon l’invention peut également comprendre des capteurs afin de mesurer la position dans l’espace des antennes d’émission 20 et de réception 30, et notamment l’inclinaison, par rapport à la verticale ou l’horizontale, la garde au sol et la position par rapport au sol. De manière complémentaire, le système électromagnétique 10 peut comprendre des éléments de compensation ou de réajustement configurés pour compenser ou réajuster la position de l’antenne 20/30 lorsque les capteurs 96 détectent un écart. Également, le système électromagnétique 10 peut être équipé d’éléments lui permettant de se déplacer et suivre une trajectoire 3D de manière autonome, comme par exemple dans le cadre de dronisation du système 10, c’est-à-dire d’une transformation en drone du système 10, ou bien la fixation du système 10 à un drone.

Ensemble d’un système électromagnétique 10 et d’un système support 110

L’invention concerne également un ensemble d’un système électromagnétique 10 selon l’invention et d’un système support 110.

Le système support 110 est composé d’une structure porteuse 120, d’un vecteur 140, notamment aérien, et d’un système de traction 130 (câbles, cordes, etc...) reliant la structure porteuse 120 au vecteur 140.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le système support 110 ou le système électromagnétique 10 comprend en outre une carte d’émission 70 telle que définie plus haut. Notamment, le système support 110 ou le système électromagnétique 10 peut comprendre en outre la carte de réception 80 telle que définie plus haut.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le vecteur 140 du système support 110 peut être un avion, un planeur, un ballon, un ULM, un hélicoptère ou encore un ou plusieurs drones. En particulier, le vecteur 140 appartient de préférence au secteur aérien léger. Dans le cas d’une prospection au sol, ce vecteur 140 peut être par exemple un quad ou un individu.

Méthode de prospection

L’invention concerne en outre un procédé d’utilisation d’un système électromagnétique 10 tel que décrit précédemment pour imager les contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200.

Le procédé de détermination des contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200, comprend les étapes suivantes : a) on dispose l’antenne d’émission 20 au-dessus de la zone d’intérêt du sous-sol 200, b) on réalise une série de mesures où chaque mesure comprend les sous étapes suivantes :

1) la génération d’un champ magnétique primaire, variable dans le temps et de géométrie contrainte, par l’activation des boucles électromagnétiques d’émission 50, de façon à exciter le sous-sol 200 et mesurer le champ magnétique secondaire renvoyé par ce dernier,

2) la mesure du champ magnétique secondaire au niveau de ladite ou au moins une boucle électromagnétique de réception 60, placée généralement à la verticale ou à l’horizontale, de préférence à un endroit où au moins une des composantes associées du champ magnétique primaire est faible et/ou stable et déterminée et c) on détermine des contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200.

Les différentes étapes sont décrites en détails ci-après.

Etape a)

La première étape consiste, dans le cas général, à disposer l’antenne d’émission 20 au-dessus de la zone d’intérêt du sous-sol 200. La disposition de plusieurs boucles 50 à la verticale et/ou à l’horizontale permet de limiter l’encombrement de l’antenne d’émission 20, et offre donc la possibilité de son utilisation sur un vecteur aérien léger 130.

Une disposition à la verticale présente l’avantage de pouvoir alterner une configuration verticale (champ magnétique primaire horizontal), inédite dans le domaine temporel, et une configuration pseudo-horizontale (champ magnétique primaire pseudovertical), inédite également dans le domaine temporel, sans augmenter l’encombrement de l’antenne d’émission 20, et même en le limitant, grâce à la position verticale des boucles d’émission 50. La configuration pseudo-horizontale, grâce à l’injection d’un courant de sens opposé, permet également de limiter l’effet du champ magnétique primaire généré sur la réception et donc de garantir une bonne résolution en proche surface.

La configuration verticale pourrait permettre d’obtenir des mesures exploitables pour l’analyse des falaises ou des fortes pentes ; ces objets sont très compliqués à étudier avec une configuration horizontale classique. En outre, les falaises ou les zones montagneuses (permafrost, ...) bénéficient d’un intérêt croissant car elles s’inscrivent dans un enjeu grandissant avec le changement climatique.

L’alternance des configurations verticale et pseudo-horizontale permet d’obtenir une rupture majeure dans le type de données récoltées jusqu’alors. Cette alternance permet d’améliorer les rendus dans les environnements complexes, et souvent à enjeux, où des contrastes à la fois horizontaux et verticaux sont attendus, tels que les environnements volcaniques, orogéniques, les zones taillées ou encore la présence de géométries lenticulaires dans les bassins sédimentaires.

Une disposition horizontale présente l’avantage de pouvoir alterner, d’une manière inédite, entre une configuration permettant de limiter l’effet du champ primaire sur la réception, de par l’injection d’un courant de sens opposé, et ainsi de garantir une bonne résolution en proche surface et une configuration générant un champ magnétique primaire relativement important, en injectant le courant dans le même sens. Et ceci, tout en limitant, grâce à l’utilisation de plusieurs boucles d’émission 50 bien distinctes et espacées verticalement de plus de 0,01 m, l’envergure du système électromagnétique 10 de prospection géophysique ainsi que le temps de coupure du courant injecté (en domaine temporel). Dans le cas d’un sens de courant identique, il est obtenu un champ magnétique primaire relativement stable et déterminé dans une zone autour du centre de la géométrie. L’envergure de cette zone dépend de l’espacement et du nombre et des dimensions des boucles d’émission 50.

Lors de cette étape, la ou les boucles de réception 60 sont disposées dans un plan vertical et/ou horizontal.

Etape b)

Cette étape correspond à l’obtention des données permettant de déterminer les contrastes de résistivité/conductivité électrique du sous-sol 200.

Etape 1) Cette étape correspond à la génération d’un champ magnétique primaire par l’activation des boucles électromagnétique d’émission 50. Notamment, cette étape est réalisée par l’injection d’un courant électrique de manière synchronisée dans chacune des boucles d’émission 50, en particulier grâce à une carte électronique 70 d’émission électrique telle que définie précédemment. Notamment, le courant électrique dans chaque boucle d’émission 50 a, par exemple, une même intensité.

Il est alors possible de contraindre la géométrie et l’intensité du champ magnétique primaire généré en jouant sur la configuration de l’antenne d’émission 20 et les paramètres du courant injecté dans chacune des boucles d’émission 50.

Selon un mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape 1) le courant électrique injecté dans au moins une des boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un ensemble 40 est en sens opposé à celui injecté dans les autres boucles électromagnétiques 50 de cet ensemble 40. Cela permet, entre autres :

(1) de créer, et ce de manière active, des zones dans l’espace, déterminables par des méthodes connues de l’homme du métier, où au moins l’une des composantes du champ primaire émis est faible, et ce aussi bien pour les configurations horizontales que verticales. Ceci permet de limiter l’effet dudit champ magnétique primaire sur la réception et ainsi de garantir une bonne résolution en proche surface ;

(2) de générer un champ magnétique primaire pseudo-vertical (avec une configuration pseudo-horizontale du système) en disposant les boucles d’émission 50 à la verticale. Notons que dans cette configuration, la composante du champ magnétique secondaire qui nous intéresse en premier lieu est la composante verticale, qui sera mesurée grâce à au moins une boucle de réception 60 disposée à l’horizontale, c’est-à- dire à la perpendiculaire des boucles d’émission 50. Ceci permet de bénéficier de zones où la composante verticale du champ primaire est faible sur le plan passant au centre desdites boucles d’émission 50.

Alternativement ou de manière complémentaire, lors de l’étape 1) le courant électrique injecté dans les boucles électromagnétiques d’émission 50 est dans le même sens. Dans le cas de boucles d’émission 50 disposées à la verticale, il est alors possible de générer un champ magnétique horizontale (configuration verticale), utile pour la caractérisation de corps 2D/3D limités dans l’espace, de contrastes verticaux et des environnements de fort relief (falaises, zones montagneuses) où l’utilisation d’une configuration horizontale classique atteint ses limites. Dans le cas de boucles d’émission 50 disposées à l’horizontale, cela permet d’augmenter l’intensité du champ magnétique primaire généré tout en limitant l’encombrement et le temps de coupure du courant injecté. De plus, cela permet de créer un champ magnétique primaire relativement stable et déterminé au centre de la géométrie.

Une association de ces deux modes de réalisation (injection du courant en sens opposé et dans le même sens) est avantageuse en ce qu’elle permet de bénéficier des avantages de ces deux modes et ainsi d’améliorer les capacités du système électromagnétique 10 en matière de résolution (horizontale et verticale), de profondeur d’investigation et/ou de caractérisation d’objets complexes, tout en limitant l’encombrement dudit dispositif.

Ainsi, en particulier, l’étape 1) peut comprendre : une sous étape 1 A) dans laquelle le courant électrique injecté dans au moins une des boucles électromagnétiques d’émission 50 d’un ensemble 40 est en sens opposé à celui injecté dans les autres boucles électromagnétiques 50 de l’ensemble 40, et une sous étape 1 B) dans laquelle le courant électrique injecté dans les boucles électromagnétiques d’émission 50 est dans le même sens.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’étape 1) peut comprendre : une sous étape i) dans laquelle le courant électrique injecté dans chaque boucle électromagnétique d’émission 50 activée présente une intensité lo, et une sous étape ii) dans laquelle le courant électrique injecté dans chaque boucle électromagnétique d’émission 50 activée présente une intensité h, où h est supérieur à lo-

L’intensité du courant injecté dans chaque boucle d’émission 50 peut être la même pour toute les boucles 50 ou bien être différente pour chaque boucle d’émission 50 ou pour chaque ensemble 40 de boucle d’émission 50.

Dans le domaine temporel, l’alternance d’intensité du courant injecté dans les boucles d’émission 50 permet en général d’obtenir des informations à différentes profondeurs. Ainsi, une forte intensité informera sur des profondeurs plus importantes qu’une intensité plus faible mais s’accompagnera d’une diminution de la résolution en plus proche surface, en raison d’un temps de coupure accru.

Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, les sous étapes 1 A) et 1 B) peuvent comprendre chacune les sous étapes i) et ii) ou inversement.

Selon un mode de réalisation de l’invention, où le système électromagnétique 10 comprend plusieurs ensembles 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50, l’étape b) est réalisée par une activation successive dans le temps de certains ensembles 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50, de sorte que lorsque certaines boucles électromagnétiques d’émission 50 sont activées les autres ne le sont pas.

Notamment, les ensembles 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50 sont réparties dans plusieurs groupes d’émission, chaque groupe d’émission correspondant à un ou plusieurs ensemble 40 de boucles électromagnétiques d’émission, chaque groupe d’émission étant successivement activé dans le temps lors de l’étape b) de sorte que lorsqu’un groupe d’émission est activé l’autre ou les autres ne le sont pas.

En particulier, l’activation d’un groupe d’émission peut comprendre les sous étapes 1A) et/ou 1B) et/ou les sous étapes i) et/ou ii).

Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, dans le domaine temporel, la durée d’activation d’une boucle électromagnétique d’émission 50, c’est-à-dire la durée durant laquelle un courant électrique y est injecté avant d’être coupé, va généralement de 0,1 à 20 millisecondes.

Etape 2)

Cette étape consiste à mesurer un champ magnétique secondaire suite à l’excitation du sous-sol à l’aide du champ magnétique primaire généré et de sa variation dans le temps. La variation temporelle de ce champ va induire des courants de Foucault dans le sous-sol. Ces courants de Foucault créent à leur tour un champ magnétique dit secondaire. Les caractéristiques du champ magnétique secondaire dépendent, au premier ordre, de la résistivité/conductivité des roches et/ou des fluides traversés. Ainsi, la mesure du champ magnétique secondaire renseigne sur la résistivité/conductivité du volume investigué, ce dernier étant de plus en plus important, latéralement et verticalement, avec le temps ou la diminution de la fréquence.

La mesure du champ magnétique secondaire peut être réalisée selon deux domaines différents, un domaine fréquentiel ou un domaine temporel.

Dans le domaine fréquentiel, le courant électrique traversant les boucles d’émission 50 est injecté à des fréquences spécifiques et le champ magnétique secondaire (composante en phase et en quadrature) est mesuré de manière simultanée au niveau des boucles de réception 60. Dans ce domaine, la fréquence, la nature du bruit et la conductivité du sous-sol 200 contrôle la profondeur d’investigation. Ainsi, plus la fréquence est basse et plus on investiguera des couches profondes.

Notamment, lors de l’étape 2), plusieurs fréquences peuvent être émises par le même ensemble 40 suivant une séquence ou simultanément par les différents ensembles. Le champ magnétique secondaire pour chaque fréquence est alors mesuré au niveau de ladite ou au moins une boucle électromagnétique de réception 60.

En domaine temporel, le signal est émis durant un temps tj, puis coupé durant un temps t _c , et la réponse du sous-sol est échantillonnée sur un intervalle de temps défini t _m . La profondeur investiguée dépend du temps écoulé entre le début de la coupure et la mesure, du niveau de bruit et de la conductivité du sous-sol 200. Ainsi, la mesure du champ magnétique secondaire à un temps proche de la coupure (appelé temps courts) informe sur le proche sous-sol et inversement. En outre, le fait de couper le champ magnétique primaire (durant ou avant la mesure) permet de limiter son effet sur la réception. Plus la coupure est rapide et plus il est possible de mesurer à des temps courts un champ magnétique secondaire non perturbé par le champ primaire et donc d’imager le proche sous-sol, sans que des traitements/méthodologies particulières soient nécessaires. On préférera le domaine temporel dans ce qui suit. Un parallèle avec le domaine fréquentiel peut être réalisé à l’aide de méthodes connues de l’homme du métier.

Selon un mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape 2) la mesure du champ magnétique secondaire au niveau de ladite ou au moins une boucle électromagnétique de réception 60 est synchronisée avec les boucles électromagnétiques d’émission 50. L’intervalle de temps t _m peut inclure tj et t _c , ou seulement t _c ou commencer après t _c .

Comme précisé ci-avant, la mesure durant t _c ou très rapidement après t _c permet de caractériser le très proche sous-sol. Toutefois, celle-ci est affectée par le champ magnétique primaire. Après t _c , bien que le courant soit coupé, un champ magnétique primaire résiduel peut persister quelques instants dans la/les boucles de réception 60. Aussi, pour la caractérisation de la proche surface, on pourra privilégier l’injection d’un courant en sens contraire dans les boucles d’émission 50 et le placement d’au moins une boucle de réception 60 dans une zone où la composante associée du champ magnétique primaire est faible.

A l’inverse, plus le temps passe et plus la mesure du champ magnétique secondaire renseigne sur des profondeurs importantes. Un paramètre limitant de la profondeur d’investigation est le niveau de bruit ambiant. Le ratio signal sur bruit peut être amélioré en augmentant l’intensité du courant électrique injecté dans les boucles d’émission 50 et donc l’intensité du champ magnétique primaire. De manière intéressante, en configuration horizontale ou verticale du système, un courant de même sens dans les différentes boucles d’émission 50 permet d’augmenter l’intensité du champ magnétique primaire et d’obtenir un meilleur ratio signal/bruit, sans qu’il n’y ait besoin d’augmenter la valeur de l’intensité du courant électrique injecté, le nombre de tours ou l’aire des boucles d’émission 50. Cela préserve le temps de coupure, de plus, cet aspect de l’invention peut être important pour une exploitation sur vecteur aérien léger 130, où il est difficile de disposer d’un ampérage élevé et/ou de boucles d’aire importante. Il peut également être envisagé d’utiliser plus de boucles 50 par ensemble 40 et/ou d’ensemble 40 afin d’augmenter l’intensité du champ magnétique primaire, sans nuire à l’encombrement et au temps de coupure et sans avoir besoin d’augmenter l’ampérage du courant.

Etape c)

L’étape c) concerne le traitement des données mesurées, afin de déterminer les contrastes de résistivité/conductivité électrique présents dans le sous-sol 200 et de construire un modèle, en une, deux, trois ou quatre dimensions.

Dans un premier temps, il est nécessaire de rejeter le bruit présent sur les données afin d’éviter tout artefact sur le modèle obtenu. Pour cela, des méthodes dites de « stack » et des filtres, notamment passe-bas, sont appliqués durant la mesure et en post-traitement. Des procédures permettant de réduire l’effet du champ primaire sur les temps courts peuvent ensuite être utilisées. Enfin, le bruit restant est généralement rejeté avec des techniques de type seuillage ou équivalent ou en utilisant des traitements statistiques classiques.

Une fois les mesures débruitées, des procédures d’inversion connues de l’homme du métier et sont appliquées afin d’imager les contrastes de résistivité/conductivité à l’origine des signaux acquis. Ces procédures peuvent être déterministes ou stochastiques et considérer un sous-sol en une, deux, trois ou quatre dimensions.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le système électromagnétique 10 est déplacé, notamment à vitesse constante, en particulier selon un plan de vol, lors de la réalisation des étapes a) à c).

Selon un mode de réalisation de l’invention, dans le cas d’une configuration verticale (les boucles d’émission 50 sont verticales), au moins un ensemble 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50 est disposé dans la direction du déplacement du système électromagnétique 10 et au moins un ensemble 40 de boucles électromagnétiques d’émission 50 est disposée selon la perpendiculaire à la direction du déplacement du système électromagnétique 10. Par « dans la direction du déplacement », il est entendu dans l’invention que les boucles 50 d’un ensemble 40 sont en regard les unes par rapport aux autres selon la direction du déplacement. Cet aspect de l’invention est intéressant en ce qu’il permet d’obtenir des données à la fois dans la direction du déplacement et dans sa perpendiculaire, ce qui n’est pas possible avec les configurations où les boucles d’émission sont à l’horizontale. Ceci peut permettre d’améliorer la caractérisation du sous-sol 200 en ce qu’il permet son investigation de manière différente ; les volumes investigués et leurs orientations diffèrent. Pour exemple, la réponse et la caractérisation d’un contraste vertical va dépendre de la différence d’orientation entre ce contraste et l’émission.

Exemples de réalisation

On se réfère à la figure 1 qui représente un ensemble 100 selon l’invention comprenant un système électromagnétique 10 et un système support 110. Dans le mode de réalisation représenté, le système support 110 est composé d’un petit hélicoptère 140 relié, au moyen du système de traction 130 (câbles/cordes), à une structure porteuse 120 sur laquelle est fixé le système électromagnétique 10.

Le système électromagnétique 10 représenté comprend une antenne d’émission 20 formée ici de deux paires 40 de boucles d’émission 50 verticales. Les boucles d’émission 50 ont ici une forme rectangulaire, mais elles pourraient prendre n’importe quelle forme. Les boucles 50 d’une paire 40 sont disposées en regard l’une de l’autre, parallèlement entre elles, et associées à un axe de rotation 20A et à au moins un axe géométrique 40A.

L’hélicoptère 140 a une direction de vol 142 au-dessus du sol 300. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , une des paires 40 de boucles d’émission 50 est disposée selon la direction de vol 142, et l’autre boucle 50 est disposée selon la perpendiculaire à cette direction de vol 142. Cette disposition permet de récolter des données selon la direction du vol et sa perpendiculaire, notamment en alternant l’injection ou en injectant simultanément le courant dans les paires 40 de boucles.

Le système électromagnétique 10 présente également une antenne de réception 30 comprenant une ou plusieurs boucles de réception 60. Ces boucles de réception 60 sont ici disposées soit à la verticale soit à l’horizontale à des positions avantageuses comme il sera décrit ci-dessous. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , une boucle unique de réception 60 est présente et disposée au centre du système électromagnétique 10. Les boucles de réception 60 représentées ont une forme circulaire, mais elles pourraient avoir toute autre forme. L’utilisation de plusieurs boucles de réception 60 pour la mesure d’une même composante du champ magnétique secondaire permet un plus grand moyennage de la donnée ou le calcul du gradient en fonction de leurs positions et leurs espacements.

Les figures 2a à 2f représentent d’autres modes de réalisation du système électromagnétique 10 selon l’invention.

A la figure 2a, on peut voir une antenne d’émission 20 comprenant une paire 40 de boucles d’émission 50 et trois boucles de réception 60. Deux boucles des trois de réceptions 60 sont disposées horizontalement de part et d’autre de la paire 40 de boucles d’émission et la dernière boucle de réception 60 est disposée verticalement entre deux boucles d’émission 50 au centre du système électromagnétique 10. Sur la figure 2b, l’antenne d’émission 20 comprend une paire 40 de boucles d’émission 50 horizontales et deux boucles de réception 60 disposées également à l’horizontal. Dans ce mode de réalisation, les boucles de réception 60 ne sont pas disposées en regard des boucles d’émission 50.

Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2c, l’antenne d’émission 20 comprend une paire 40 de boucles d’émission 50 verticales, une boucle d’émission 50 horizontale et trois boucles de réception 60 disposées comme sur la figure 2a.

Sur la figure 2d, l’antenne d’émission 20 comprend une paire 40 de boucles d’émission 50 horizontales et une boucle de réception 60 horizontale disposée au centre du système électromagnétique 10.

Sur la figure 2e, l’antenne d’émission 20 comprend une paire 40 de boucles d’émission 50 verticales et une boucle de réception 60 verticale disposée au centre du système électromagnétique 10.

En revenant à la figure 1 , on peut voir que les boucles d’émission 50 et les boucles de réception 60 sont maintenues en position grâce à la structure porteuse 120. Cette structure porteuse 120 peut porter également un boîtier renfermant une carte d’émission 70 et une carte de réception 80, ce boitier peut également être disposé directement au niveau du système de traction 130(câbles/cordes). Ladite carte d’émission 70 est configurée pour injecter un courant électrique dans chacune des boucles d’émission 50. La carte de réception 80 est configurée pour traiter les données reçues par la boucle de réception 60.

On se réfère à présent aux figures 3a à 3d qui présentent le champ magnétique (25 ; 25’) émis par une paire 40 de boucles d’émission 50 d’un système électromagnétique 10 associées à un axe géométrique 40A, selon différentes injections de courant dans ces boucles 50 ; cette paire 40 de boucles 50 est disposée soit à la verticale (figures 3a et 3b) soit à l’horizontale (figures 3c et 3d) par rapport au sol 240. Sur les figures 3a et 3c, un courant électrique dans le même sens est injecté dans les deux boucles 50 de la paire 40. Ainsi, le champ magnétique 25 émis par chacune des boucles 50 a la même allure et tourne dans le même sens. Cela permet d’augmenter l’intensité du champ magnétique émis, orienté à la perpendiculaire des boucles d’émission 50. Sur les figures 3b et 3d, le courant électrique injecté dans chacune des boucles 50 est en sens contraire. Ainsi, le champ magnétique primaire (25) généré par chacune de ces boucles 50 tourne en sens contraire. On remarque ici que les champs tournant en sens contraire se « repoussent ». Pour la configuration verticale (figure 3b), il en découle que l’allure générale du champ magnétique généré par ces boucles 50 s’approche d’un champ magnétique vertical généré par une boucle horizontale. Cette configuration du système 10, appelée pseudo-horizontale, permet donc d’obtenir des données proches d’une configuration classique horizontale. Grâce à ce mode d’injection, il est possible de générer, de manière active, des zones où le champ magnétique primaire 25, ou au moins une de ses composantes, est faible. En l’occurrence ici, une zone où la composante verticale du champ magnétique primaire 25 est faible est située au niveau du plan horizontal passant par le centre du système électromagnétique 10. C’est au niveau de ces zones que sont disposées de manière avantageuse les boucles de réception 60 afin que les mesures ne soient biaisées que faiblement par le champ magnétique primaire émis par les boucles d’émission 50. Notons que des zones caractérisées par une composante du champ magnétique primaire faible existent également lorsque l’on injecte des courants dans le même sens, toutefois celles-ci sont bien plus limitées dans l’espace.

La disposition des boucles de réception 60 peut également être adaptée en fonction de la composante du champ magnétique secondaire 230 que l’on souhaite mesurer. Sur les figures 3b et 3d ont été représentés les axes géométriques 20A et 40A ainsi qu’un troisième axe géométrique 400A perpendiculaire aux axes 20A et 40A. Dans le cas où l’on souhaiterait mesurer la composante du champ magnétique secondaire 230 perpendiculaire à l’axe de rotation de l’antenne d’émission 20A, on privilégiera la disposition des boucles de réception 60 dans le plan formé par les axes 40A et 400A. Dans le cas où l’on souhaiterait mesurer la composante du champ magnétique secondaire 230 perpendiculaire à l’axe géométrique 40A, on privilégiera la disposition des boucles de réception 60 dans le plan formé par les axes 20A et 400A. Enfin, dans le cas où l’on souhaiterait mesurer la composante du champ magnétique secondaire 230 perpendiculaire à l’axe 400A, on privilégiera la disposition des boucles de réception 60 dans le plan formé par les axes 40A et 20A.

On se tournera enfin vers la figure 4 qui représente une cinématique de détermination des contrastes de conductivité/résistivité du sous-sol 200 par le système électromagnétique 10 selon l’invention tel que présentée à la figure 1. Dans ce sous-sol 200 est présent une couche particulière 210, caractérisée par une résistivité/conductivité électrique différente de celle de son encaissant 220 ; cela peut être dû à un changement de lithologie, à un niveau d’altération différent, à une saturation en fluide différente, etc.... Le but du système électromagnétique 10 est de détecter le contraste entre cette couche particulière 210 et rencaissant 220, sa position et sa géométrie dans le sous-sol 200. Pour cela l’antenne d’émission 20 émet un champ magnétique primaire 25, variable dans le temps et représenté ici par un signal. Cette variation temporelle du champ magnétique 25 excite le sous-sol 200 ainsi que la couche 210, qui émettent à leur tour un champ magnétique secondaire 230, représenté ici aussi par un signal. Le champ magnétique secondaire est mesuré au niveau de la boucle de réception 60. L’analyse du champ magnétique secondaire 230 est réalisée de manière synchronisée avec l’injection d’un/de courant(s) caractérisé(s) par une forme d’onde. Ici, le sous-sol 200 est étudié par une succession d’émission (génération d’un champ magnétique primaire 25) et de réception (mesure du champ magnétique secondaire au niveau de la boucle de réception 60) lors du déplacement du système électromagnétique 10 suivant la direction de vol 142 et le plan de vol. Chaque mesure est analysée par la carte de réception 80 afin de restituer un modèle des contrastes de la résistivité/conductivité du sous-sol 200.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.

On a décrit l’invention selon un exemple où le champ magnétique secondaire était déterminé en mesurant le courant électrique induit dans les boucles de réception 60. Toutefois, on ne sortirait pas du cadre de l’invention si le système 10 comportait, alternativement ou en complément aux boucles de réception 60, un dispositif de mesure directe du champ magnétique.

Liste des références

10 : système électromagnétique de prospection géophysique

20 : antenne d’émission du système électromagnétique 10

20A : l’axe de rotation de l’antenne d’émission 20

25 : champ magnétique primaire généré par chacune de les boucles 50

30 : antenne de réception du système électromagnétique 10

40 : ensemble de boucles électromagnétiques d’émission

40A : axe géométrique sécant aux plans parallèles contenant les boucles électromagnétiques d’émission 50

40D : distance séparant deux boucles d’émission 50 dans un même ensemble 40

50 : boucles électromagnétiques d’émission de l’ensemble 40

60 : boucle électromagnétique de réception de l’antenne de réception 30

70 : carte électronique d’émission du système électromagnétique 10

80 : carte de réception de données à traiter

100 : ensemble d’un système électromagnétique 10 et d’une structure porteuse 110

110 : système support

120 : structure porteuse

130 : système de traction (câbles/cordes) reliant la structure porteuse 120 au vecteur

140 : vecteur (système autoporteur) tel qu’un hélicoptère

142 : direction de vol du vecteur

200 : sous-sol

210 : couche particulière du sous-sol 200

220 : encaissant du sous-sol 200

230 : champ magnétique secondaire émis par couche particulière du sous-sol 200

240 : sol

300 : boucle d’émission unique, perpendiculaire aux autres boucles d’émission 50 400A : axe géométrique perpendiculaire à l’axe de rotation 20A et à l’axe géométrique 40A