Un géophone est un capteur de mouvements du sol très sensible qui convertit les vibrations du sol en signaux électriques. Ses principaux composants sont :
- Noyau et bobine magnétiques – Une bobine électrique entoure un noyau magnétique suspendu.
- Aimant permanent – Un aimant monté sur le boîtier crée le champ magnétique.
- Induction électromagnétique Lorsque le sol bouge, le boîtier se déplace avec lui, tandis que la bobine tend à rester immobile. Le mouvement relatif entre la bobine et l'aimant induit une tension proportionnelle à la vitesse de vibration.
Ce signal induit est appelé le réponse sismique, que les sismologues et les géophysiciens analysent pour étudier les structures souterraines.
Caractéristiques de fréquence des géophones
- Fréquence naturelle – La fréquence à laquelle le géophone oscille naturellement (généralement ~10 Hz).
- Fréquence parasite – Une limite supérieure au-delà de laquelle le géophone ne peut pas mesurer de manière fiable (généralement ~ 250 Hz).
Les géophones ne peuvent détecter que les fréquences supérieures à leur fréquence naturelle. Par exemple :
- Études des ondes de surface → nécessitent géophones basse fréquence (<5 Hz).
- Études de réfraction → utilisent généralement Géophones 10–28 Hz.
- Enquêtes de réflexion → utilisation fréquente Géophones 10–40 Hz.
👉 Compromis:Les géophones basse fréquence capturent des signaux plus profonds mais avec moins de résolution, tandis que les géophones haute fréquence capturent plus de détails mais à des profondeurs plus faibles.
Types de géophones
Géophones verticaux
- Idéal pour les études de réfraction et d'ondes de surface.
- Sensible aux mouvements verticaux du sol.
Géophones horizontaux
- Idéal pour les levés de réflexion près de la surface.
- Avantages :
- Réduire les interférences des ondes réfractées
- Mesurer les vitesses des ondes de cisaillement pour une meilleure résolution
Géophones multi-composants (3C)
- Contient trois capteurs : un vertical, deux horizontaux (à 90° d'intervalle).
- Capturez le mouvement complet du sol en 3D.
- Commun dans HVSR (rapport spectral horizontal/vertical) et des projets de surveillance avancés.
Géophones omnidirectionnels
- Fonctionne quelle que soit l'orientation.
- Utile dans les environnements où l'alignement des capteurs est difficile.
Sélection d'aimants géophones
Les aimants permanents sont essentiels aux performances du géophone, influençant directement sensibilité, stabilité et précisionLes types d’aimants courants comprennent :
| Type d'aimant | Avantages | Limites | Utilisation dans les géophones |
|---|---|---|---|
| AlNiCo | Haute précision, stabilité thermique, rentable | Produit énergétique maximal inférieur | Toujours considéré comme le plus adapté en raison de sa stabilité et de sa précision |
| Samarium-cobalt (SmCo) | Résistance aux hautes températures, résistant à la corrosion | Plus cher | Utilisé dans les géophones spécialisés |
| Néodyme (NdFeB) | Champ magnétique très puissant, conception compacte | Sensible à la corrosion, moins stable à haute température | Parfois utilisé mais pas idéal pour une précision à long terme |
👉 Malgré les progrès réalisés dans le domaine des aimants en terres rares, AlNiCo reste le choix préféré en raison de son excellente précision, de sa stabilité et de sa rentabilité pour les applications sismiques.
Points clés à retenir
- Les géophones reposent sur l’induction électromagnétique entre des bobines et des aimants permanents.
- La sélection de la fréquence dépend du type d'enquête : basse fréquence pour les investigations approfondies, fréquence plus élevée pour la résolution.
- Différentes orientations de géophones (verticale, horizontale, 3C, omnidirectionnelle) répondent à des objectifs spécialisés.
- Bien que NdFeB et SmCo offrent des avantages, Aimants AlNiCo sont toujours la référence absolue pour les géophones.
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