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- Méthodes w d'observation et de prospection géomagnétiques, par &$A. Wienert 4 Unesco .

Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

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Page 1: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

l - Méthodes w ~ d'observation et de ~ prospection géomagnétiques,

par &$A. Wienert 4

Unesco .

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Sciences de la terre 5

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Dans cette collection :

1.

2.

3.

4.

5.

The seismicity of the earth, 1953-1965, by J. P. Rothé / La séismicité du globe, 1953-1965, par J. P. Rothé. Gondwana stratigraphy. IUGS Symposium, Buenos Aires, 1-15 October 1967 / La estratigrafia del Gondwana. Coloquio de la UICG, Buenos Aires, 1-15 octubre de 1967. Mineral map of Africa. Explanatory note / Carte minérale de l‘Afrique. Notice explicative. 1/10 O00 000. Carte tectonique internationale de l’Afrique. Notice explicative / International tectonic map of Africa. Explanatory note. 1/5 O00 000. Méthodes d’observation et de prospection géomagnétiques, par K. A. Wienert. Notes on geomagnetic observatory and survey practice, by K. A. Wienert.

Page 4: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Publié en 1970 par l'organisation des Nations Unies pour l'éducation, la science et la culture, place de Fontenoy, 75 Pari~-7~ Imprimé par Van Buggenhoudt, Bruxelles

@ Unesco 1970 SC.68!RVII.5/F

Page 5: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Préface

De I964 à 1968, l’Unesco et le Conseil du levé magnétique mondial ont organisé en commun quatre missions consultatives d’experts en géomagnétisme qui ont visité successivement des observatoires de géomagnétisme et des organisations spécialisées dans les levés magnétiques en Afrique, en Amérique du Sud, au Moyen-Orient et dans l’Asie du Sud-Est. Ces missions avaient pour tâche principale d’étalonner les appareils normalisés utilisés pour les levés magnétiques dans les pays où elles se sont rendues, de rassembler des renseignements sur les levés effectués ou en cours et de donner, au besoin, des instructions concernant l’utilisation de ces appareils. Le levé magnétique mondial a commencé en 1958, sous les auspices du Conseil

international des unions scientifiques (ICSU), dans le cadre du programme de l’Année géophysique internationale. Il s’agit de recueillir les données nécessaires à une description complète du chaGp magnétique terrestre, qui permettra non seulement d’en mieux comprendre l’origine, mais aussi d’établir avec plus de précision les cartes magnétiques destinées à la navigation maritime et aérienne. La connais- sance du champ magnétique général de la terre, et de ses variations dans le temps, est également indispensable à l’interprétation des données magnétiques recueillies au cours de certains travaux de prospection. Les experts gui ont participé aux quatre missions consultatives ont tous insisté

sur la nécessité d’élaborer un manuel pratique exposant les méthodes les plus récentes d’observation et de levé géomagnétiques à l’intention du personnel scientz3que et technique qui travaille dans les observatoires ou sur le terrain. La présente publi- cation s’efforce de répondre à ce besoin, et nous espérons qu’elle sera un auxiliaire utile pour ceux dont la tâche est d’étudier le champ magnétique terrestre et ses variations. La mise au point de méthodes et de techniques nouvelles et le lancement de satellites dans l’espace, loin de diminuer la valeur des observations faites à lu surface de la terre, leur confèrent une importance accrue et exigent une très grande exactitude. L’Organisation adresse ses remerciements à M. Karl Wienert, à qui était dévolue

la tâche ardue de préparer le texte et les illustrations de ce manuel, tâche pour laquelle sa vaste expérience des travaux géomagnétiques dans de nombreuses parties

Page 6: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

du monde le désignait tout particulièrement; elle remercie également le président et les membres du Conseil du levé magnétique mondial de leurs judicieux avis et de leur précieux concours. Les dénominations employées et la présentation adoptée dans cet ouvrage en ce

qui concerne les diférents pays ou territoires n’impliquent aucune prise de position du Secrétariat quant à leur statut juridique, leur régime ou le tracé de leurs frontières.

Page 7: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

l Corrigendum

! 1. Page 41, 9 52, lignes 2 et 7 : au lieu de géomagnétique », lire (( magnétique ».

2. Page 69, avant-dernière ligne : au lieu de (( - 2O03,44' )) lire - 2Oû4,04' ».

3. Page 124, 0 206, lignes 5 et 6 : insérer les mots «le coefficient de N avant les symboles (( AF B et (( AH ».

4. Page 138, 9 234, 4 e ligne : au lieu de ((moins D lire

5. Page 199, ligne 25 : au lieu de <(la même heure locale D lire ((la même heure, qu'elle soit l'heure locale ou GMT ».

6. Page 201, dernière ligne : au lieu de (( 47 349,5 )) lire (< 47 3943 ».

(( aussi ».

Page 8: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Table des matières

Introduction

Choix de l’emplacement d’un observatoire

Bâtiments non magnétiques Matériaux de construction et disposition générale Le bâtiment des variomètres

Construction Contrôle de la température Contrôle de l’humidité

Le bâtiment des mesures absolues Installation électrique

Définitions

Variations dans le temps

Préparatifs techniques Désaimantation de l’observateur et du lieu

Entretien des appareils Amortissement des oscillations d’un aimant Thermomètres Enregistrement des observations

d’observation

Réglage des appareils Niveaux Réglage de la lunette Réglage des lentilles du vernier et des microscopes gradués

11

17

20 20 21 21 24 25 26 29

31

41

43

43 44 46 47 47

50 50 52

53

Page 9: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs Mesure du temps et garde-temps Utilisation du magnétogramme dans les mesures

Détermination de la déclinaison magnétique Détermination de l’intensité horizontale

absolues

Mesure de H avec le théodolite magnétique Méthode Déviations Oscillations Coefficients de température Coefficient d’induction Influence des erreurs d’observation sur le résultat

Mesure de H et de D avec un QHM Mesure de H avec la balance de terrain

Détermination de l’inclinaison Détermination de l’intensité verticale

Mesure de Z avec la BMZ Mesure de Z avec la balance de terrain

Principe du magnétomètre à protons Utilisation du magnétomètre à protons

Le magnétomètre à protons

avec les appareils classiques Magnétomètres à vecteur

La méthode de Nelson Mesure de Z Mesure de H

Mesure de Z Mesure de H

Méthode de Serson

Conditions expérimentales Détermination du méridien géographique

Comparaison des appareils Comparaison au moyen d’appareils étalons de campagne

Contrôle de la stabilité des appareils étalons de l’observatoire par le Data Exchange

Enregistrement des variations horaires Considérations fondamentales Le magnétographe

54 54

57 59 70 70 70 71 74 86 87

87 88 1 O0 102 108 108 116 117 118

123 124 125 127 129 130 132 133 136 141

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152

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Page 10: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

L‘enregistreur Variomètres enregistrant les composantes horizontales

Balances enregistrant l’intensité verticale Compensation de la température Miroirs de ligne de base, diaphragmes et

Lentilles de projection Vieillissement des aimants

filtres

Montage d’un magnétographe d’Eschenhagen Montage du magnétographe La Cour Disposition des traces sur le magnétogramme

Routine d‘observatoire Routine journalière Routine hebdomadaire Routine mensuelle Autres travaux de routine

Dépouillement des données Préparation du graphique des valeurs de lignes de base

Moyennes horaires Microfilms des magnétogrammes et tableaux mensuels

Prospection géomagnétique Buts de la prospection géomagnétique Elimination des variations avec le temps Conditions requises pour une prospection géomagnétique

Communication des résultats d’une prospection géomagnétique aux centres mondiaux de données 203

Choix des appareils 204 Transport et autres parties du matériel 206 Préparation d‘une campagne de prospection géomagnétique 207

Pratique des mesures en campagne 209

158

160 163 165

167 168 169 171 172 175

177 177 179 181 181

183

183 185

193

197 197 198

200

Conclusion 214

Bibliographie 217

Index 219

Page 11: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Introduction

L‘avènement de l’ère spatiale a soulevé un très grand intérêt pour la recherche géomagnétique. En conséquence, le nombre des observatoires s’est considérable- ment accru pendant les dix dernières années. D e nombreuses installations sont tenues par des personnes qui n’ont pas eu l’occasion de recevoir une formation intensive dans des observatoires bien équipés. En fait beaucoup de ceux qui tiennent les nouveaux observatoires ne sont pas

au courant des techniques et n’ont pas l’attitude d’esprit qui convient pour main- tenir un observatoire au niveau que l’on exige actuellement. Bien que certains d’entre eux soient des physiciens qualifiés, possédant de solides connaissances scientifiques en ce qui concerne les techniques d’observation, ce sont souvent des amateurs dans le meilleur sens du terme, ce qui fait que les résultats de leurs efforts ne sont pas aussi parfaits que pourrait le souhaiter l‘Association inter- nationale de géomagnétisme et d’aéronomie (IAGA). D e 1964 à 1968, l’Unesco et le Conseil du levé magnétique mondial ont envoyé

quatre missions en Afrique, en Amérique du Sud, au Moyen-Orient et en Asie du Sud-Est, pour se rendre compte de la situation du travail magnétique. Les rapports relatifs à ces différentes missions ont montré que le fonctionnement d’un observatoire géomagnétique est un art qu’on ne peut pas apprendre entière- ment dans les ouvrages et les manuels récents. Beaucoup d’ouvrages anciens, des rapports d’observatoires et des publications de cartes, qui à beaucoup d’égards constituaient de parfaits manuels de recettes, sont épuisés. Directions for magnetic measurements de Hazard a été réimprimé récemment. Cet ouvrage est en grande partie encore valable, mais on n’y trouve rien sur les progrès des trente dernières années. L‘ouvrage de McComb, Magnetic observatory manual, décrit surtout le travail sur variomètres et suppose que le lecteur est un excellent géomagnéticien. Le manuel de Fanselau (v01.2) traite des différents aspects du travail géomagné- tique, mais il est rédigé en allemand. Les discussions avec de jeunes observateurs ont révélé qu’on a trop peu écrit sur le travail élémentaire. Aussi le débutant doit acquérir péniblement une grande expérience avant d’être capable de donner des résultats utiles et sérieux.

I I

Page 12: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

introduction

Ce petit ouvrage se propose de combler ces lacunes. I1 est ordonné de telle façon qu’avec le (( manuel d’observatoire )) de McComb, il puisse aussi bien renseigner le novice que le technicien confirmé sur les techniques d’observation géomagnétique. I1 essaie d’expliquer en termes simples et dans une langue claire les principes de base des mesures en observatoire ou en campagne et de souligner les faits importants bien connus du géomagnéticien qualifié. Dans certains cas, il nous a semblé nécessaire non seulement de décrire une

opération, mais aussi de dire ce qu’il ne faut pas faire. Le (( manuel d’observatoire )) de McComb a été écrit à la fin de l‘époque de

Gauss et de Lamont et ne fait qu’aborder la période de Lacour qui dure encore. Cependant, il y a treize ans, on a trouvé de nouvelles méthodes dont n’ont pas idée un grand nombre de ceux qui se servent d’aimants et même de courants électriques pour les mesures géomagnétiques. I1 semble qu’à l’époque actuelle la méthodologie en matière de mesures géomagnétiques soit en plein bouleverse- ment. Nous traiterons ces trois périodes pour que le lecteur puisse se faire une opinion personnelle. On montrera comment les vieilles méthodes (classiques) peuvent être efficacement combinées avec les nouvelles, sans frais exagérés. Pour modérer un peu l’enthousiasme en faveur des nouvelles méthodes, on

peut affirmer que les méthodes classiques sont et resteront applicables pendant quelque temps encore pour ceux qui savent les utiliser. La différence qui sépare les méthodes réside dans le fait qu’avec l’équipement classique le (bon) observateur est partie intégrante de l’instrument tandis qu’avec l’équipement moderne un technicien peut le remplacer. Cependant, on ne peut se passer complètement d’un certain esprit critique. Cet ouvrage ne constitue pas la a bible du géomagné- ticien ». I1 n’y a rien de plus contraire au progrès que de prendre quelque chose comme un modèle immuable. Les méthodes décrites ici sont évidemment plus ou moins types et sont en usage dans de nombreux observatoires, mais cela n’exclut pas la possibilité de les améliorer. Le lecteur doit faire appel à son imagi- nation et toutes les fois qu’il trouve une amélioration il doit la vérifier par l’expé- rience (non seulement par le calcul) pendant quelques années et, quand il a prouvé sa valeur d’une façon &re, il doit sans hésitation la présenter après avoir obtenu un recoupement suffisant avec la méthode précédente. Ici nous abordons un sujet qui mérite quelques développements et qui demande

un soin particulier. Une continuité et un recouvrement, quand on change de méthode, sont essentiels pour un travail géomagnétique solide. La pire chose que le lecteur pourrait faire après avoir lu ce texte serait d’oublier tout ce qu’il a fait jusque-là et de tout recommencer. S’il lui arrive de trouver qu’une méthode d’observation ou de calcul ne convient plus, il doit continuer avec cette méthode tout en faisant des observations ou des calculs en suivant la nouvelle méthode. I1 lui faut comparer soigneusement les anciens et les nouveaux résultats sur une période de plusieurs mois, étudier les différences apportées par les méthodes nouvelles, noter et conserver intégralement tous les changements de façon à pouvoir fournir des explications correctes dans ses publications d’observatoire. Un mot d’avertissement est nécessaire. La création d’un observatoire géomagné-

tique est une entreprise ambitieuse qui entraîne des engagements financiers

12

Page 13: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Introduction

considérables. Plus lourds encore sont les frais d’entretien des installations et de dépouillement des données. Le fonctionnement d’un observatoire complet ne peut être assuré ni par un homme seul ni par des chercheurs et des techniciens travaillant à temps partiel. Aidés par un personnel efficace, à l’esprit inventif, un chercheur à plein temps et deux techniciens seront requis pour s’occuper d’un observatoire type (comme l’entend l’Association internationale de géomagné- tisme et d’aéronomie), ce qui comprend la publication de rapports annuels et des rapports au Centre mondial de rassemblement des données. Dans ce cas, on ne pourra guère faire de recherches. Un personnel comprenant deux chercheurs et deux techniciens pourra entreprendre un modeste programme de recherches. L‘expérience a montré que ce n’est pas la peine d’essayer avec un personnel moins nombreux, car les résultrlts ne seront certainement pas ceux que l’on attend et, par conséquent, on sera déçu. U n observatoire géomagnétique ne donnera pas sa pleine mesure immédiate-

ment après l’installation des instruments. Les aimants et les fils de suspension des variomètres vont subir avec le temps une altération rapide au début, qui causera souvent des variations irrégulières des valeurs des lignes de base. Le processus de vieillissement peut durer plusieurs années. En outre, il faudra du temps au personnel pour acquérir la compétence nécessaire au maniement des appareils automatiques ou semi-automatiques. Les réponses à l’invitation du Conseil du levé magnétique mondial pour la

participation à la carte magnétique du globe ont été extrêmement satisfaisantes. Des contributions à cette œuvre proviennent surtout d’instituts anciens, d’obser- vatoires et de services cartographiques qui ont l’expérience et la pratique de cette sorte de travail. Pourtant, malgré ces contributions, de grandes parties du globe n’ont pas été couvertes. On a besoin de beaucoup plus d’informations et le Conseil du levé magnétique mondial a poursuivi ce travail en donnant tous les conseils théoriques et pratiques qui pouvaient être utiles à ceux qui participaient au projet. I1 est déji paru un manuel intitulé Introduction manual on worldmagnetic survey, par E. H. Vestine (« Monographie de I’UGGI », 11, éditions française et anglaise), mais il apparaît clairement qu’en complément à ce manuel général qui traite des aspects scientifiques du projet, on a besoin d’un guide plus élémentaire pour ceux qui voudraient participer à ce travail mais qui ont peu ou pas d’expé- rience pratique d‘un travail d‘observations magnétiques, ou qui ont été formés entièrement dans un observatoire. Le débutant en géodésie est initié au travail sur le terrain par un supérieur.

Il apprend à surmonter les différents obstacles en observant son professeur. Le débutant en levés géomagnétiques ne comptera en général que sur sa propre imagination. Dans le travail d’observatoire, il devra payer très cher son expérience, apprenant à tous moments en tirant la leçon de ses erreurs. Par conséquent, une partie de cet ouvrage traite des difficultés pratiques et a pour but de montrer au débutant comment les surmonter. Une autre difficulté sérieuse vient du fait que le débutant cherchera des exemples

de prospections géomagnétiques dans des livres et essaiera peut-être de copier l’un ou l’autre parce qu’ils lui plaisent. Pourtant, il lui manquera peut-être des

13

Page 14: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Introduction

appareils utilisés dans l’exemple qu’il a choisi de suivre et comme il n’a aucune chance d’acquérir ces instruments, il conclura qu’il ne peut pas faire de prospec- tion. Pour cette raison, un chapitre sera réservé aux appareils et aux combinaisons qu’on peut en faire, des plus intéressants aux moins intéressants et des plus pra- tiques aux moins pratiques. Le lecteur jugera si les appareils dont il dispose

P-tituer une heureuse combinaison ou non. Cette partie sera égale- ment utile à ceux qui ont l’intention d’acheter du matériel. Heureusement, dans de nombreux cas, la prospection peut être faite par un

seul homme. Les appareils modernes, le progrès de la civilisation et les moyens de cornmupication rapides ont supprimé de nombreuses difficultés et les risques dont souffraient autrefois les prospecteurs. Le coût d’une prospection est dérisoire comparé à celui d’un observatoire, si on ne réclame pas le maximum de confort. De plus les résultats d’une prospection seront obtenus dans les deux années qui suivent la fin du travail sur le terrain, ce qui est à considérer comme un motif de satisfaction. Enfin, on peut noter qu’on n’exige une très grande précision que dans les stations de répétition (voir Q 387) et s’efforcer d’être aussi précis que possible n’apportera que des améliorations négligeables, comme l’a montré l’analyse de nombreuses prospections. Pourtant, cela ne doit pas être considéré comme une invitation à un travail bâclé, mais plutôt comme une méthode à adopter pour que les efforts soient rentables. 11 est préférable de prendre contact avec le service de la carte géodésique avant

de commencer une prospection géomagnétique. On en obtiendra généralement de précieux conseils et, dans de nombreux cas, le service de la carte géodésique pourra fournir une tente d’observation, du matériel de camping, un théodolite pour l’observation des azimuts (peut-être pas des plus récents), et même un chrono- mètre précis. I1 se peut que le directeur des prospections, ou le prospecteur en chef, offre d’inclure la campagne de mesures dans son propre programme et, dans certains pays, c’est certainement le meilleur moyen d‘exécuter le travail. I1 est admis que le travail géomagnétique décrit ici n’est pas de la H haute

science D tel que pourrait le souhaiter le jeune homme ambitieux et doué. C’est pourtant un maillon dans la chaîne d’une grande entreprise mondiale. Les résul- tats sont souvent attendus avec impatience par un centre scientifique. U n bon travail, ne serait-ce qu’un rapport annuel publié à temps ou une prospection limitée faite avec conscience, aura certainement droit à des éloges de la part des géomagnéticiens. Le travailleur isolé dans un endroit éloigné pense peut-être souvent que son travail passe inaperçu dans le monde. Pourtant, il peut être assuré que ses efforts et ses soueis sont la principale préoccupation des organisa- teurs d’entreprises scientifiques internationales. Ce texte s’appuie surtout sur le livre de D. L. Hazard, Directionsfor magnetic

measurements, sur celui de R. Bock, Praxis der magnetischen Messungen et sur des publications de l’institut météorologique danois. Dans de nombreux cas, on s’est référé à l’ouvrage de McComb, Magnetic observatory manual, que tout chercheur d’observatoire sérieux devrait posséder. Ce manuel est en projet depuis 1964. C’est le résultat d’observations faites dans nombre de nouveaux observa- toires au cours des missions mentionnées ci-dessus ou recueillies ailleurs. Nous

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Page 15: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Introduction

I remercions le président du Conseil du levé magnétique mondial, le Dr V. Laursen, le Dr J. M. Stagg et M. G. Krig Lauridsen, qui non seulement ont suivi avec intérêt la préparation de ce texte, mais encore ont relu le manuscrit et aidé à éviter des erreurs et des contradictions. Dans de nombreux cas, ils ont suggéré de meilleures façons de traiter des sujets insuffisamment développés. Le Dr J. C. Cain, du Goddard Space Flight Center (Greenbelt, Maryland, États-Unis d’Amérique) a fourni cinq cartes géomagnétiques mondiales de son modèle Pogo (3/68) [fig. 6-10]. La figure 25 a été reproduite avec l’aimable permission du Dr P. H. Ser- son, Dominion Observatory d’Ot-a.

15

Page 16: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Choix de l’emplacement d’un observatoire

1 U n observatoire géomagnétique a pour but d’enregistrer les variations de courtes et longues périodes du champ géomagnétique de telle sorte que l’infor- mation obtenue soit représentative d’une grande région. A l’emplacement de l’observatoire il est donc nécessaire que : a) les composantes géomagnétiques soient {{ normales », ce qui signifie que le champ géomagnétique à l’observatoire n’est pas déformé par des anomalies provoquées par des structures géologiques magnétiquement anormales ; b) le sous-sol des environs ait une conductivité électrique assez homogène. Une stratification quasi horizontale du sous-sol satisfera à cette condition. Pour la même raison, l’observatoire sera installé au moins à quelques dizaines de kilomètres d’une côte. 2 La première condition pourra être vérifiée par une prospection géomagnétique simple. I1 suffit de s’assurer qu’un élément au moins a une répartition assez normale dans la région entourant l’observatoire. Si aucune prospection détaillée de la région n’a été faite antérieurement, un profil, s’étendant sur 30 km, du nord au sud de l’emplacement projeté, devra être exécuté avec un espacement de 3 km entre les stations. Habituellement, on mesurera l’intensité verticale ou totale. Les valeurs observées relevées sur un graphique en fonction des distances correspondantes donneront approximativement une droite, toutefois inclinée. Si un deuxième appareil de mesure de la variation diurne à l’emplacement fixé n’est pas disponible et si les observations ne peuvent être corrigées, la courbe montrera une modulation due à la variation diurne. Une certaine correction peut être retirée de la figure 11 qui montre la variation diurne de X, Y, Z et I à diffé- rentes latitudes. De même, un profil transversal est-ouest pourra être effectué. Le graphique des

résultats, relevé en fonction des distances, donnera, pour l’intensité verticale et l’intensité totale, une courbe horizontale ou légèrement inclinée. L’emplacement sera excellent si les anomalies (écarts à partir d’une ligne droite) sont inférieures à 50 gammas. Les anomalies de plus de 200 gammas seront évitées. On peut réaliser en outre deux petits profils nord-ouest - sud-est et nord-est - sud-est s’étendant à 10 k m de part et d’autre de l’observatoire.

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Page 17: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Choix de l’emplacement d’un observatoire

I 3 Le travail se poursuit par une prospection détaillée de l’emplacement propre de l’observatoire. On jalonne de 10 en 10 mètres une zone de 100 mètres sur 100 mètres qui est prospectée. On pourra observer la variation diurne en un point central toutes les trente minutes. On choisit la zone qui a les gradients les plus faibles pour le bâtiment de mesures absolues. Si les quatre angles de ce bâtiment diffèrent d’une quantité inférieure à 5 gammas, l’emplacement peut être considéré comme parfait. Parfois le site idéal ne peut être trouvé en dépit d‘une vaste recher- che. Des gradients plus grands peuvent être tolérés dans des conditions excep- tionnelles. Avec des gradients de plus de 10 gammas par mètre le magnétomètre à protons n’arrivera pas à donner des résultats sérieux. S’il y a des gradients importants, les appareils de mesures absolues devront toujours occuper exactement le même endroit. Si des appareils convenables ne sont pas disponibles à l’époque de l’installation,

on pourra demander au service géologique de faire un levé-reconnaissance avec une balance de mesure d’intensité du champ vertical ou, de préférence, avec un magnétomètre à protons. Pour les prospections à grande échelle, le magnéto- mètre à protons sera très utile. 4 de développement, de déterminer la seconde condition, c’est-à-dire si l’homogé- néité de la conductivité électrique du sous-sol est réalisée ou non. La recherche sur la conductivité électrique exigerait l’utilisation simultanée de plusieurs magné- tographes portatifs afin de rechercher si les phénomènes transitoires tels que baies

phase dans une zone appréciable. On pourrait remplacer cette recherche par une étude soignée de tous les renseignements géologiques relatifs aux déformations possibles des couches par des plissements ou des failles. 5 Les origines des perturbations artificielles du champ géomagnétique sont les

être ressentis jusqu’à 20 k m de la voie ferrée. Dans des conditions défavorables,

ciation internationale de géomagnétisme et d’aéronomie (AIGA) recommande

fondément perturbés par des centrales électriques génératrices de courants alter- natifs voisines de l’observatoire, car les courants vagabonds entre les divers points de mise à la terre sont modifiés en partie dans le sol. Quand on utilise le magnétomètre à protons tout près d’émetteurs de radio-

diffusion, de sondeurs ionosphériques et de relais UHF, on peut avoir de grandes interférences. 6 Dans le choix de l’emplacement d’un observatoire, les aspects pratiques seront réglés au mieux. Une route assez bonne menant à l’emplacement et un approvi- sionnement en eau sont les conditions minimales. L’électricité n’est pas indis- pensable, mais néanmoins très utile. Un transport public, un arrêt d’autobus ou une gare proche de l’observatoire rendront des services au personnel résidant.

déplacés par suite du développement des villes voisines. I1 est par conséquent

I

I

l

I En général, il n’est pas dans les moyens de l’observatoire, dans sa phase initiale

I

I ou orages magnétiques sont enregistrés avec la même amplitude et la même

I

I

I

I

I

voies ferrées électriques et les tramways. Les départs et arrêts des trains peuvent

la zone d’agitation peut être beaucoup plus grande. Une résolution de l’Asso-

un éloignement minimal de 30 km. Les courants telluriques peuvent être pro-

~

I 7 Dans le passé, un certain nombre d’observatoires géomagnétiques ont été

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Page 18: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Choix de l’emplacement d’un observatoire

souhaitable de prendre contact avec les autorités avant le choix de l’emplacement. Après avoir trouvé un site convenable, il est souhaitable d’obtenir une protection légale pour le domaine de l’observatoire. En outre, il est opportun de surveiller les activités de développement dans le voisinage de l’observatoire, car elles peuvent entraîner des perturbations magnétiques. Une protestation faite pendant la phase d’élaboration d’un projet peut être couronnée de succès mais, à un stade avancé du développement, les négociations seront sans effet.

Page 19: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Bâtiments non magnétiques

Matériaux de construction et disposition générale

8 Quand on fait les plans du bâtiment de mesures absolues et de celui qui abrite les variomètres, il faut apporter une grande attention au choix des matériaux de construction. Les briques cuites ne sont pas utilisables, car elles sont magné- tiques. On peut employer du bois d’œuvre, de la pierre ou du sable. 11 est bon de tester des échantillons de matériaux au moyen d’une balance ou d’un QHM en position aimant dévié. Quand on utilise du béton, on fera des cubes d’épreuves. Des matériaux modernes, bons isolants thermiques qui sont très utilisés actuelle- ment dans les constructions d’immeubles d’habitation et qui existent sur le marché sous des appellations commerciales très variées, peuvent, si possible, être utilisés non seulement pour doubler les parois intérieures des murs mais aussi pour les plafonds. Les ferrures des portes, fenêtres et volets seront en cuivre ou en alu- minium. Les paumelles des charnières seront ordinairement en acier, tout comme les serrures, et peuvent être agréées pour la construction. 9 Quand on utilise un appareil tel qu’un QHM, un théodolite magnétique et une BMZ, on peut grouper en un seul le bâtiment de mesures absolues et celui des variomètres. Cependant, la tendance actuelle à utiliser des magnétomètres à vecteur daris les mesures absolues exige deux bâtiments séparés pour que les champs polarisants relativement élevés de ces appareils n’aient pas d’influence sur les variomètres. Une autre question à régler lors de l’élaboration des plans est de savoir si le bâtiment de mesures absolues sera construit en une grande unité, abritant plusieurs instruments, ou s’il sera partagé en un certain nombre de petits pavillons. Des exemples de ces deux types d’installations sont disponibles. Le système des pavillons est plus souple et permet le fonctionnement simultané de plusieurs appareils. On peut commencer avec une seule unité et ajouter ulté- rieurement plusieurs unités selon les circonstances.

Page 20: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

, Bâtiments non magnétiques

Le bâtiment des variomètres

CONSTRUCTION

10 Le bâtiment des variomètres sera construit de telle manière que le plus haut degré de stabilité de la température soit réalisé. L‘argument habituel selon lequel une température stable n’est pas nécessaire, parce que les variations de tempéra- ture dans le variomètre sont compensées, est faible. Il peut être difficile, même pour des observateurs expérimentés, d’obtenir une température parfaitement compensée. Les coefficients résiduels de température entraînent un travail de réduction considérable si une variation diurne de la température se produit dans la pièce où se trouvent les variomètres. I1 se peut aussi qu’on ne trouve pas les coefficients de température résiduels et, par conséquent, la variation diurne des composantes de l’intensité du champ peut être altérée de façon importante par la variation diurne de la température de la piece. Cette cause d’erreur semble exister dans un assez grand nombre d’installations. 11 La pièce idéale pour le variomètre est celle où règne une température absolu- ment constante. Cela peut être réalisé par un chauffage et un contrôle de tempéra- ture dont on parlera plus loin. Une autre solution consiste en une pièce dans laquelle la variation diurne de la température est négligeable. II y aura une variation saisonnière lente de la température, de légères augmentations et des baisses dépendant des conditions météorologiques. Les coefficients résiduels de tempéra- ture entraînent un changement léger et lent des valeurs de la ligne de base. Dans ce qui suit, on décrira quelques installations pour en terminer avec ce problème. 12 La façon la plus simple d’envisager la construction d’une salle à variomètres est de faire une excavation à flanc de coteau du côté à l’ombre, comme le montre la figure 1. Les murs pourront être en pierre ou en béton. Le toit pourra être une voûte circulaire de 60 degrés ou un demi-cercle. La largeur moyenne d’une salle à variomètres, en général de 2 à 23 mètres, permet de construire sans arma- ture. Dans les régions OU les tremblements de terre sont fréquents, le toit peut être fait de traverses de chemin de fer. I1 est nécessaire de protéger les poutres contre la pourriture et, dans certaines régions, contre les termites. Une bonne couche d’asphalte mélangée à du sable ou du gravier rendra le toit imperméable. On redonnera à la pente sa forme primitive en recouvrant la cave de pierre ou de terre. Une couche de béton la protégera des eaux de pluie. Un fossé bétonné au sommet de la pente sera un complément utile. Des caniveaux sous le plancher garderont les murs secs. Si l’on ne peut construire la salle sur une pente, on pourra la construire sur le sol ou à moitié enterrée. Dans ce dernier cas l’écoulement des eaux pose un problème (fig. 2). Des constructions de ce genre permettront de n’avoir aucune variation diurne de la température dans la salle des variomètres.

6 à 8 “C dans la cave, avec un déphasage considérable par rapport à la tempéra- ture extérieure. 13 Cette méthode de construction convient particulièrement aux pays OU l’on trouve de la main-d’œuvre bon marché. La maçonnerie de pierre séchera en

I U n écart saisonnier de 40 “C de la température extérieure causera un écart de I

21

Page 21: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Bâtiments non magnétiques

Fossé /

Chem ¡née d'aération A

/ Couche de béton

Terrain stable

lrn

Tuyau d'écou

20 m - I V

Cheminée d'aération v+ 0

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I

I I

l I I

A

Fig. 1. Salle du variomktre construite sous terre à flanc de coteau.

22

Page 22: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Bâtiments non magnétiques

0 .-

Fig. 2. Salle du variomètre construite en surface.

23

Page 23: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Bâtiments non magnétiques

quelques semaines sj les murs ne sont pas recouverts de plâtre. Cependant, les caves à variomètres en béton resteront humides pendant dix ans au moins même en climat sec si on les recouvre immédiatement après les avoir construites. I1 est préférable de laisser une construction en béton à l’air libre pendant deux ans de façon à accélérer le séchage. Même dans ce cas, un système de chauffage et de ventilation est nécessaire. Le plus efficace est un petit climatiseur qui peut sécher le bâtiment en moins de deux ans. 14 Les salles à variomètres construites entièrement en bois sont décrites par McComb dans son Magnetic observatory manual et par FIeming (1939). Au lieu de sciure, on peut utiliser de la laine de verre. O n peut en partie protéger du soleil ce type de constructions en les peignant en blanc, en les construisant dans une forêt ou en plantant autour des arbres à pousse rapide.

CONTROLE DE LA TEMPERATURE

15 Si l’on dispose de l’électricité, la température de la salle à variomètres peut être régularisée. Une régulation manuelle des radiateurs permet un certain contrôle. La meilleure solution du problème de la stabilité de température est l’installation d’un thermostat. 16 Le thermomètre à contact est simple et fiable. Le contact peut supporter 15 milliampères au plus et enclencher un relais à mercure à courant alternatif que l’on peut mettre à proximité des variomètres, car il ne crée pas de champ perturbateur. Les interrupteurs transistorisés qui chargent moins le contact conviennent également mais comme ils nécessitent des relais à courant continu, on doit les tenir à bonne distance des variomètres. Les thermomètres à contact doivent être faits sur mesure. Ils sont équipés de

plusieurs contacts pour différentes températures ou bien alors on doit utiliser un thermomètre différent pour chaque température de régulation. 17 Les ponts de mesure à thermistances sont moins chers que les thermomètres à contact. Ils peuvent être adaptés à une grande gamme de températures. De temps en temps le circuit des ponts de mesure devra être équilibré car, par suite du vieillissement des composantes du pont, la température de régulation dérive lentement. 18 Le meilleur endroit pour le capteur de température est au niveau des aimants du variomètre et assez près de ceux-ci. Le capteur doit réagir rapidement aux changements de température de façon à éviter des fluctuations gênantes. 19 Le choix de la température à laquelle la salle des variomètres doit être main- tenue pose des problèmes complexes. Si l’on utilise la salle des variomètres depuis plusieurs années sans contrôle de température, on connaít la température maximale de la cave. Toutefois, quand la pièce sera chauffée, il y aura une variation ther- mique et l’on devra fixer la température de régulation plusieurs degrés Celsius au-dessus de la température maximale observée, sinon la température de la pièce peut s’élever au-dessus de la température de régulation. S’il faut faire des écono- mies de courant, la température fixée peut être ajustée par paliers de 2 ou 3 “C selon les changements de la température extérieure. Les paliers ne doivent pas

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I Bâtiments non magnétiques

être trop nombreux, car chaque changement de température peut s’accompagner d’une rupture dans les valeurs de base des variomètres, avec des conséquences souvent ennuyeuses. Trois paliers est la limite supérieure. 20 Les appareils de chauffage doivent être espacés régulièrement le long des murs et légèrement au-dessus du sol de la salle des variomètres. Les spirales de radiateurs enroulées autour de cylindres de céramique avec des douilles d’ampoules électriques sont très pratiques. D e longs fils de résistance convenable posent quelques problèmes d’isolement et de sécurité pour le personnel qui les manipule. Les ampoules à filaments de carbone incandescent sont également utilisées, mais ne durent pas longtemps quand on les allume et les éteint souvent. 21 Le contrôle de température idéal serait un système capable de distribuer le

troniques compliqués et n’est pas absolument nécessaire. C’est avec un circuit à thermostat qu’on obtiendra les meilleurs résultats si les températures minimales et maximales sont très voisines. O n peut obtenir ce résultat en réalisant un deuxième circuit à contrôle manuel, de façon à placer le circuit automatique dans la plage de régulation prévue. On doit faire remarquer qu’un contrôle automatique de la température ne sera

utile que si l’on est alimenté en électricité d’une façon régulière. D e fréquentes coupures de courant seront plus nuisibles qu’une température non contrôlée.

I courant dans le circuit par paliers très faibles. Cela demande des appareils élec-

CONTROLE DE L’HUMIDITE

22 Le contrôle de l’humidité pose presque autant de problèmes que celui de la température, surtout dans les constructions souterraines. L’humidité est le pire ennemi des balances d‘enregistrement, à l’exception de la balance de Godhavn que l‘on peut rendre parfaitement étanche. Les fils de quartz des variomètres D et H sont moins sensibles à une grande humidité. L’humidité affecte aussi la sensibilité des papiers photographiques. Quand on apporte le papier sec dans la cave, l’intensité des traces va diminuer considérablement jusqu’à la fib de l’enregistre- ment. L‘humidité relative de la cave des variomètres est certainement trop forte si le papier photographique qu’on a mis sec à craquer sur le tambour de l’enre- gistreur est mou quand on l’enlève 24 heures après. On ne doit pas garder un stock de papier photographique dans une cave humide. Cependant, il faut laisser le papier dans la cave pendant plusieurs jours avant l’emploi, de façon à éviter l’effacement progressif des traces et des changements regrettables de dimensions. 23 Une condition préalable pour un contrôle d’humidité efficace par des moyens simples est un système de ventilation comme le montrent les figures 1 et 2. En saison froide, la température de la pièce sera plus élevée que la température extérieure. D e cette façon, l’air sortira par la cheminée d’aération située au plafond et drainera l’humidité. L’air extérieur entrera dans la conduite de ventilation où il se réchauffera. Son humidité relative diminuera. I1 pénétrera dans la cave relativement sec et, par conséquent, absorbera l’humidité et la drainera à l’exté- rieur par la cheminée du plancher. Si la pièce est chauffée, la ventilation se fera

25

Page 25: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Bâtiments non magnétiques

mieux. La circulation d’air cessera quand la température extérieure et celle de la cave seront au même niveau. I1 est alors préférable de fermer tous les conduits de ventilation. Dans un climat tempéré où les différences de température entre l’été et l’hiver sont sensibles, ce système fonctionnera bien. Dans un climat tropical où les différences de température entre les saisons sont presque nulles, on peut maintenir la ventilation en chauffant. 24 Dans un climat humide, un système de ventilation pour conserver l’humidité relative de la pièce à un niveau convenable peut ne donner aucun résultat. Dans ce cas, on devra poser un climatiseur. Si l’installation est à 4 ou 5 mètres du variomètre le plus proche et n’est pas déplacée, elle n’aura pas d’influence sur les observations. L’efficacité du climatiseur dépend de la température ambiante. D e simples blocs réfrigérants réduiront l’humidité relative de moitié à des tempéra- tures au-dessus de 16 OC. A des températures inférieures, le niveau de l’humidité relative s’élèvera. A 12 OC, le bloc de réfrigération gèlera et n’absorbera pas l’humidité de l’air. Une ampoule de 25 watts installée près du système de refroi- dissement empêchera la formation de glace, mais n’améliorera pas considérable- ment l’efficacité du système. Un petit climatiseur absorbera environ 4 ou 5 litres d’eau par jour.

Le bâtiment des mesures absolues 25 Pour des raisons exposées au paragraphe 9, le bâtiment des mesures absolues doit être au moins à 50 mètres de la cave des variomètres. Si la cave des vario- mètres est une nécessité, le bâtiment de mesures absolues n’est pas indispensable dans la phase initiale du développement d’un observatoire. Dans un climat favorable, un piquet planté dans le sol à l’ombre d’un arbre peut matérialiser la position d’observatoire. L‘étape suivante pourra être un toit de roseaux monté sur une charpente de bois légère. Dans un climat froid et avec des appareils plus compliqués, l’observateur et les instruments auront besoin d’une meilleure protec- tion, ce qui veut dire qu’il.faudra une construction en dur. 26 Le bâtiment des mesures absolues ou le pavillon doit être construit de telle façon qu’il laisse entrer le plus possible de lumière du jour. D e grandes et nom- breuses fenêtres seront nécessaires. I1 faudra prévoir des stores ou des volets pour que les appareils soient abrités du soleil. I1 sera utile de peindre les murs en blanc. Si l’on utilise des QHM et des BMZ, une lucarne serait commode mais cela complique la construction du toit. La solution normale est d’installer au plafond des lumières électriques protégées par des filtres thermiques. Si l’on ne peut se procurer des filtres, il faudra attendre vingt à trente minutes après avoir allumé les lampes de façon à laisser les appareils atteindre leur équilibre thermique. Dans les bâtiments à mesures absolues, la stabilité de la température n’est pas nécessaire, bien que souhaitable. Tout se passera bien si la maison est convenable- ment protégée contre les changements rapides de la température extérieure. La figure 3 montre un petit pavillon comportant un pilier. 27 Les piliers qui supportent les instruments doivent avoir des bases solides.

26

Page 26: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Bâtiments non magnétiques

Fig. 3. Pavillon pour les mesures absolues.

La meilleure des bases est une assise rocheuse. En cas d’impossibilité, il faut creuser un trou d’un mètre carré de section et d’un mètre de profondeur, dans. un terrain non perturbé, fixer le pilier verticalement au milieu du trou et remplir la fosse de béton. I1 faut que le plancher de la pièce ne touche pas les piliers ni le sol qui l’entoure, de façon à éviter d’ébranler les piliers quand l’observateur marche dans la pièce. O n y parvient en plaçant les lattes du plancher sur des poutres dont les extrémités reposent sur les fondations des murs. Pour les instruments qui doivent être utilisés sur des trépieds, il faut prévoir un pilier de 1,20 x 1,20 mètre, dont la surface est au niveau du plancher mais pas en contact avec lui. 28 Si l’on utilise une BMZ à l’observatoire, le haut du pilier peut avoir la forme dessinée sur la figure 4. Cimentez 4 barres non magnétiques en cuivre ou en alu- minium verticalement aux quatre coins du pilier et placez sur les 4 barres une plaque de marbre avec un trou de 8 cm de diamètre au centre. La plaque est maintenue en place par des écrous. Évidemment on peut utiliser ce pilier pour d’autres appareils. 29 Les piliers qui doivent être parfaitement amagnétiques peuvent avoir’ une section circulaire ou carrée. U n diamètre de 30 c m ou un carré de 30 x 30 c m supportera n’importe quel appareil géomagnétique ordinaire. U n théodolite de Schmidt ou un inclinomètre exige une section carrée de 40 x 40 cm. La hauteur du pilier est une question de goût. Si l’observateur préfère être assis pour faire ses observations, 90 cm au-dessus du plancher sera très bien. S’il travaille debout, une hauteur de 1,lO mètre ou 1,20 mètre conviendra à un homme de taille moyenne. ,

27

Page 27: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Bâtiments non magnétiques

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Fig. 4. Pilier pour les observations avec la BMZ.

28-

Page 28: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Bfitiments non magnétiques

I 30 Le pavillon qu’on voit à la figure 3 sera suffisant pour un petit observatoire. Le lecteur trouvera des descriptions de bâtiments à mesures absolues dans les livres qu’on a mentionnés. Dans le Manuel d’observatoire de McComb, on trouvera la description d’un petit pavillon à mesures absolues comportant deux piliers. 31 En construisant le bâtiment des mesures absolues on veillera à ce que, du pilier de l’appareil à déclinaison, on puisse voir deux repères d’azimut, l’un à plus d’un kilomètre, l’autre à environ 150 mètres, ce dernier servant pour les observations en cas de mauvaise visibilité. L’un des repères devrait se trouver dans le plan horizontal du sommet du pilier, de sorte que les observations de déclinaison puissent se faire avec des QHM. 32 Les matériaux magnétiques, surtout les aimants, les BMZ, les boussoles des inclinomètres et les galvanomètres, sauf ceux du type astatique, ne devraient se trouver dans le pavillon des mesures absolues que pendant les observations. Pendant le reste du temps, il faut les entreposer dans une cabane de 2,5 x 2,5 mètres, à environ 20 ou 30 mètres du pavillon. Cette cabane peut aussi abriter le chronographe qui enregistre les oscillations d’un aimant et l’électronique d’un magnétomètre à protons. Des fenêtres ne sont pas nécessaires. I1 faut une porte solide de façon à interdire l’accès à d’éventuels voleurs. La construction devrait comprendre des trous d’aération (recouverts de toile métallique) près du plancher et du plafond, de façon que la température intérieure ne s’élève pas trop au-dessus de la température extérieure. Pour les mêmes raisons, il faut que le toit ait une bonne isolation thermique.

Installation électrique

33 Normalement, l’observatoire doit avoir l’électricité. Le courant peut être amené aux bâtiments par des fils ordinaires aériens. O n peut aussi utiliser des câbles comprenant deux lignes souterraines, l’une pour le courant, l’autre pour les signaux. 11 est utile aussi de pouvoir disposer de basses tensions alternatives (4, 6 et 12 volts) en divers endroits, surtout près des piliers OU l’on peut brancher des lampes pour éclairer les cercles d’appareils ou les oculaires des lunettes sans danger pour le personnel. Le transformateur - abaisseur de tension peut être abrité dans le bâtiment administratif. 34 Il faut enterrer une ligne de courant en un seul endroit, de préférence loin des bâtiments à variomètres ou des mesures absolues, pour empêcher les pertur- bations dues aux courants vagabonds. Les précautions à prendre dans ce cas se trouvent dans les règles de sécurité, qui varient d’un pays à un autre. 35 une batterie de 6 à 8 volts et d’une capacité de 40 à 60 ampères-heures est néces- saire, et peut être placée dans la cave des variomètres. La batterie utilisée en tampon est toujours connectée au circuit de la lampe du magnétographe. Entre la batterie et la lampe de l’enregistreur, on peut mettre un régulateur de tension transistorisé. La même batterie peut servir à d’autres fonctions, par exemple à

I Pour assurer la continuité des enregistrements pendant les pannes de courant,

29

Page 29: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Bâtiments non magnétiques

l’alimentation du relais des marques de temps du chronographe quand on observe les oscillations d’un aimant. 36 Si l’on ne dispose pas du secteur, il faut un petit groupe électrogène pour charger les batteries. Deux batteries seront nécessaires. Les accumulateurs au plomb ordinaires sont plus efficaces que les batteries alcalines mais se détériorent plus vite. Les batteries alcalines dureront plusieurs années et demanderont peu d’entretien. Leurs caractéristiques de décharge défavorables nécessitent l’emploi d’un régulateur de tension ou bien un contrôle et un réglage fréquents, par l’opéra- teur, de la tension de la lampe.

30

Page 30: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

~ Définitions

37 Le champ magnétique terrestre ou, en langage moderne, le champ géomagné- tique ressemble, en première approximation, au champ produit par un dipole magnétique placé au centre de la terre. L‘axe de ce dipole magnétique fait un angle de 11’ avec l’axe de rotation de la terre et perce la surface de la terre aux pôles géomagnétiques. Ce modèle simple fournit les bases pour les termes (( coor- données géomagnétiques », (( équateur géomagnétique )) et (( méridien géomagné- tique », qui seront utilisés plus loin. 38 Le champ magnétique réel de la terre diffère du modèle ci-dessus. Les pôles magnétiques réels sont situés à l’endroit où les lignes de force sont perpendicu- laires à la surface de la terre qu’on observe à la boussole d’inclinaison. Par consé- quent, les pôles magnétiques sont aussi appelés pôles d’inclinaison. L’équateur d’inclinaison ou équateur magnétique est situé à l’endroit OU les lignes de force sont horizontales, ce qu’on observe à la boussole d’inclinaison. Le méridien magnétique est la projection de la ligne de force réelle sur le plan horizontal. 39 Les positions géographiques des pôles sont :

Lat. Long. Pôle nord géomagnétique 78,5O N 690 W Pôle sud géomagnétique 78,5O S 1110E

Pôle magnétique sud 66,6O S 1400 E Pôle magnétique nord 7530 N 1Ooow

Les pôles géomagnétiques sont antipodaux, les positions des pôles magnétiques sont indiquées pour 1965.0 sur les cartes magnétiques mondiales du U.S. Hydro- graphic Office. (( Nord )) et (( Sud )) indiquent la position géographique des pôles, non leur polarité. 40 La position d’un lieu d’observation est donnée par la latitude et la longitude géographiques. Les coordonnées géographiques d’un point d‘observation devront être connues au dixième de minute d’arc près. Un troisième paramètre souhaitable est la hauteur, au-dessus du niveau de la mer, du point d’observation. 41 Les coordonnées géomagnétiques indiquent la position d’un point d’obser- vation par rapport au dipole magnétique. La latitude ‘p et la longitude A géomagné-

l

31

Page 31: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Définitions

Z

Nord géographique I / _Nord mognétique

Est

Fig. 5. Composantes du vecteur champ géomagnhtique.

tiques sont déduites des coordonnées géographiques du point d’observation et du pôle nord géomagnétique, au moyen d’une simple transformation (McNish, 1936). Le méridien géomagnétique est le grand cercle passant par les pôles géo- magnétiques et le lieu d’observation et faisant l’angle + avec le méridien vrai (géographique). 42 L’angle entre la ligne de force au point d’observation et le plan horizontal est l’inclinaison I; 1 est positive quand le vecteur champ géomagnétique est dirigé vers le bas (c’est-à-dire dans l’hémisphère nord) et varie entre + 90° au pôle nord magnétique et - 90” au pôle sud magnétique (fig. 7). 43 Le module scalaire du vecteur champ magnétique est appelé l’intensité totale F, qui est toujours positive et varie entre 0,25 gauss (symbole I’; 1 gamma = Iy = 0,00001 gauss) en Amérique du Sud et 0,80 gauss près du pôle magnétique nord (fig. IO). 44 La projection du vecteur champ géomagnétique sur le plan horizontal est l’intensité horizontale H, qui est toujours positive et peut avoir des valeurs com- prises entre O aux pôles magnétiques et 0,40 gauss à l’équateur magnétique (fig. 8). 45 La projection du vecteur champ géomagnétique sur la verticale est l’intensité verticale Z, qui est nulle à l’équateur magnétique, égale à + 0,60 gauss au pôle nord magnétique et à - 0,70 gauss au pôle magnétique sud (fig. 9). 46 Le plan vertical contenant H est le méridien magnétique. Le plan perpendi- culaire à H est le plan vertical magnétique. L’angle entre le méridien magnétique et le méridien géographique nord est la déclinaison magnétique D, qui est positive

32

Page 32: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Fig. 6. Déclinaison magnétique en degrés. Époque 1965.0. Modèle Pogo de Cain (3/68).

33

Page 33: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Fig. 7. Inclinaison en degrés. Gpoque 1965.0. Modèle Pogo de Cain í3/68).

34

Page 34: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Fig. 8. Intensité horizontale en gammas. fipoque 1965.0. Modèle Pogo de Gain (3/68). I l 35 I

Page 35: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Fig. 9. Intensité verticale en gammas. Époque 1965.0. Modèle Pogo de Cain (3/68).

36

Page 36: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Fig. 10. Intensité totale en gammas. Époque 1965.0. Modèle Pogo de Cain (3/68).

37

Page 37: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

l Définitions

ou ((est )> quand le méridien magnétique est à l'est du nord géographique. Au voisinage des pôles magnétiques, D peut varier de O à + 180° et - 180". Aux latitudes plus basses, D varie de f 30" (fig. 6). 47 La projection de H sur le méridien vrai est la composante nord géomagné- tique Y. La composante est géomagnétique est positive quand elle est dirigée vers des pôles magnétiques. 48 La projection de H sur l'est géographique est la composante est géomagné- tique Y. La composante est géomagnétique est positive quand elle est dirigée vers l'est et donc du même signe algébrique que la déclinaison magnétique. 49 Ce qui suit est un résumé des symboles et des relations mathématiques entre les diverses grandeurs :

D = déclinaison 1 = inclinaison Z = intensité verticale H = intensité horizontale F = intensit8 totale X = composante géomagnétique nord

Y = composante géomagnétique est

Y X Y H H x sinD=-; cosD=-; tanD=-; H2=Xa+Ya;

Fa = X2 -t Ya + Za.

Au moyen des formules ci-dessus, il est possible de passer du système des gran- deurs D, H, I au système X, Y, Z et vice versa; par exemple, X = H cos D; Y = H sin D; Z = H tan I; etc. D e ces simples considérations il résulte que, pour la détermination complète du vecteur champ magnétique, il faut mesurer trois éléments ou composantes indépendantes. Les combinaisons des compo- santes, mesurées sur le terrain, leurs avantages et inconvénients, seront discutés plus loin. 50 Des formules ci-dessus, on peut tirer par différenciation une grande famille de formules concernant les petites variations. Au lieu de l'opérateur d, qui indique des accroissements infinitésimaux, on utilise A, qui signifie que les accroissements peuvent être importants, de l'ordre de 50 à 100 gammas. Pour appliquer les formules, la conversion des petites variations angulaires de D et I en gammas et vice versa est faite comme suit :

Dans les formules suivantes, qu'on retrouve dans toutes les combinaisons, les grandeurs doivent être exprimées en gammas :

38

Page 38: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

1 sin D

1 cos D

= cot D A H - -AX

= - tan D A H + - A Y

- - sin D A X + cos D A Y

AD'Y) i 1 -

1 - A X + tan DAD'Y)

1 sin D

= -AY + cot DAD'Y'

= COSDAX + sin D A Y = cos IAF - sin IAW)

1 sin I = cot IAZ - YAI'Y)

AF - tan IAZ 1

= cos D A H - sin DAD'Y)

= cot D A Y - A X

1 A H - tan D A Y

/ = sin D A H + cos DAD'Y) 1

= tan D A H + -AD(') A Y cos D

i = 1 sin D -AH - cot D A X

1 1 = c - A Z - tan IAF AS") 1 A H - cot IAF

sin I

= sin IAF + COSIAII'~'

AZ 1

cos I = tan IAH 4- - AI'Y)

Definitions

[31

[41

[51

[61

171

[SI 1

sin I = - cot IAH + -AF

39

Page 39: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Définitions

à partir de deux autres. I

1 sin I

= -AZ - Cot IAVY'

= COSIAH + Sin Ihz

191

40

Page 40: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Variations dans le temps ~

Le changement est attribué au courant annulaire qui circule autour du globe

41

Page 41: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Variations dans le temps

10"

EOU..

IO*

zoo.

O 6 Midi 18 24 V I i

-40

.30

-20

-10

o

Composante nord X

O 6 Midi 18 24

Composante est y

O 6 Midi 18 24

_ _

Intensité Yerticole z

Fig. 11. Variation diurne de X, Y, Z et i, avec la latitude, à une époque de minimum de taches solaires. D'après Chapman (1919). Pour de faibles valeurs de D :

de l'est vers l'ouest, à une distance de plusieurs rayons terrestres. Les orages géomagnétiques sont plus fréquents et plus violents au maximum du cycle solaire. 55 La partie permanente du champ géomagnétique change aussi lentement avec le temps. Ce genre de variation est appelé variation séculaire et diffère d'un lieu à un autre. Pour de vastes zones de la taille d'un continent, cette variation est plus ou moins uniforme. Dans certaines régions du globe, la variation séculaire d'un élément ou d'un autre change plus rapidement que dans d'autres. Ces zones de changement sont appelées foyers de variation rapide. Les foyers dérivent vers l'ouest de 0,250 par an environ. La variation séculaire est mesurée en gammas par an. Elle peut être observée facilement dans les observatoires. Dans lee autres zones, on la calcule à partir des observations nombreuses faites aux stations de répétition,

42

Page 42: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

1 Préparatifs techniques

Désaimantation de l’observateur et du lieu d’observation 56 Beaucoup d’observations sont faussées par des objets magnétiques que porte l’observateur pendant la mesure. Avant de vous approcher d’un instrument, retirez de votre poche tout ce qui peut être magnétique, tels porte-monnaie, stylo, crayon à bille, canif, clés, cure-pipe et carnet à reliure métallique. Vérifiez que vos habits n’ont pas de boucles, fermetures et boutons magnétiques. Parfois des boutons de manchettes peuvent être magnétiques. Enlevez les bretelles, si vous en portez, et la ceinture. Certaines chaussures ont des plaques d’acier sous les semelles qui peuvent provoquer des perturbations considérables. Des dentiers peuvent être aussi magnétiques. N’oubliez pas d’enlever votre montre. Faites attention aussi aux lunettes. Si les verres sont peu correctifs, vous pouvez observer sans lunettes et corriger votre vue par la mise au point des lunettes et des micros- copes. Dans ce cas, on ne se servira de lunettes que pour écrire et on ne les gardera qu’à une certaine distance de l’appareil. Lorsque vous êtes obligé de les garder pour faire une bonne observation, vérifiez si la monture est magnétique ou non. Demandez à votre opticien une monture non magnétique. Sur le terrain, il est recommandé d’avoir une paire de lunettes de secours de façon à pouvoir faire vos observations même en cas de perte ou de casse. 57 Vous ferez ensuite une reconnaissance autour du lieu d’observation dans un rayon de 15 mètres. Posez les boîtes des appareils et les aimants à cette distance de l‘appareil. Les voitures seront laissées au moins à 75 mètres du lieu d’obser- vation. Sur le terrain, tournez autour de la tente et regardez si rien de gênant n’a été laissé près de l’appareil. Si des objets magnétiques tels que galvanomètres et aimants sont indispensables pour les observations, gardez-les toujours exacte- ment dans la même position.

43

Page 43: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Préparatifs techniques

Entretien des appareils

58 Les appareils géomagnétiques sont fabriqués avec des métaux mous tels que cuivre, laiton, aluminium ou bronze. Par conséquent, ils seront manipulés avec grand soin. I1 peut être désastreux de laisser tomber un appareil ou l’un de ses éléments. Le matériel peut être déformé et l’appareil rendu inutilisable. I1 est sage de n’avoir à la main qu’un seul objet à la fois; ainsi votre attention n’est concentrée que sur cette pièce de l’appareil. 59 Gardez vos appareils toujours propres. Les éléments qui vont ensemble seront nettoyés avant d’être assemblés; ainsi la liaison sera parfaite et les éléments ne seront pas coincés. Cela s’applique en particulier aux surfaces où l’aimant tournant et l’aimant compensateur de la BMZ sont appliqués au corps de l’appa- reil et à l’endroit de l’aimant déviateur d’un théodolite magnétique qui repose sur le support. Les lentilles seront nettoyées avec une brosse douce, une toile propre ou un papier de soie spécial. Prenez soin de ne pas endommager le revête- ment anti-reflet ; évitez donc d’appuyer en frottant. 60 On serrera les vis modérément. Lors du vissage, veillez à ce que la partie mâle entre facilement dans la partie femelle. N’employez jamais la force quand vous engagez les filets. Le filet de l’aimant de compensation de la BMZ demande un soin spécial, la précision de l’appareil dépendant du maintien du filet dans sa forme originale. Quand vous fixez l’ensemble de l’aimant tournant, n’utilisez pas le plateau comme levier. 11 est recommandé de garder une main au-dessous de l’ensemble afin de le saisir au cas où le filet ne s’engagerait pas. On procédera de même pour démonter l’aimant tournant. 61 Les filets des vis micrométriques et de nivellement exigent une goutte d’huile de temps en temps afin de réduire l’usure. Parfois le mouvement du vernier de l’aimant tournant de la BMZ ne fera pas tourner le plateau. Dans ce cas, mettez de l’huile dans les paliers. Prenez garde que l’huile ne coule pas dans le mécanisme de mouvement, car l’huile réduirait le frottement et il en résulterait un défaut dans la commande du mouvement. 62 Le blocage et le déblocage des appareils sans précaution peuvent endommager les fils de suspension, les pivots et les coupelles d’agate des déclinomètres et des boussoles, les roulements et les couteaux des appareils du type balance. La sus- pension par ruban des balances Fanselau exige le meine soin, car un déblocage rapide peut étirer la suspension et entraîner une dispersion excessive des observa- tions. Pendant le blocage et le déblocage, observez le mouvement de l’aimant avec une lunette ou, si possible, de l’extérieur, de façon à voir quand la phase critique du blocage se termine. Vous pouvez alors manipuler plus rapidement le mécanisme du blocage. Un déblocage lent empêchera les fortes oscillations et le mouvement pendulaire fâcheux des aimants suspendus des QHM et des déclino- mètres. 63 Si, dans des circonstances exceptionnelles et pour une raison très spéciale, un appareil doit être démonté, étudiez-le avec soin avant de commencer et préparez la manipulation correctement. Utilisez strictement les tournevis appropriés pour les têtes de vis à rainure (longueur du tranchant = diamètre de la tête de vis) et

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Préparatifs techniques

des chevilles de serrage pour les vis à tête percée; il ne faut pas utiliser des pinces. Il faut avoir un jeu complet de tournevis et un stock de chevilles de serrage dans votre trousse d’outils. Quand le tranchant d’un tournevis est émoussé, vous le remettrez en état à la première occasion. Dans la salle des variomètres, on peut garder un jeu d’outils non magnétiques en bronze ou en alliage de cuivre et béryllium. Pour un long travail, posez l’appareil au centre de la table pour éviter que les petites pièces ne puissent rouler sur le sol et se perdre. Mettez sur la table les vis que vous enlevez, dans le même ordre que sur l’appareil; ainsi chaque vis pourra être remise à sa place d’origine lorsqu’on remontera l’appareil. Cette précaution est nécessaire, car les appareils géomagnétiques sont fabriqués à la main et une vis peut, dans certains cas, n’aller qu’à sa place d’origine. Parfois il sera nécessaire de marquer les pièces avec un crayon pour être sûr que l’appareil est monté correctement. Sur le terrain, il se peut qu’on n’ait pas de table. Une toile posée sur le sol évitera de perdre des petites pièces. 64 On ne laissera pas tomber les aimants et l’on évitera qu’ils ne se touchent, car cela affecterait leur moment magnétique. L’aimant de compensation de la BMZ sera placé à une certaine distance de celui du QHM. Pour la même raison, les aimants des théodolites magnétiques et les aimants auxiliaires des balances de terrain seront mis dans des étuis de fer doux ou dans une même enveloppe pour les protéger des champs extérieurs pendant le transport. Après avoir sorti un aimant d’une enveloppe ou d’un tube, on le laissera au mojns une heure au repos avant de l’utiliser. 65 Avant de commencer les mesures d’intensité avec des appareils classiques, assurez-vous que la température de l’appareil et de l’aimant ou des aimants est voisine de la température ambiante, c’est-à-dire ne varie que lentement. Pour transporter un QHM, enveloppez-le d’un morceau de tissu pour éviter qu’il ne se réchauffe trop au contact de la main. Les aimants tubulaires d’un théodolite magnétique sont traités de la même façon. Lors du calcul des résultats, la tolérance admise pour la température ne sera plus valable dans le cas où celle-ci varie rapidement parce que alors la valeur lue sur le thermomètre peut être très différente de la température de l’aimant. Au cours des observations, la température de l’aimant d’un QHM ou d’un théodolite magnétique ne devra pas varier de plus de 0,2 degré Celsius par minute. Avec la BMZ, une variation de 0,1 degré Celsius par minute est le maximum toléré pour de grandes valeurs de Z. Pour les valeurs voisines de f 20 O00 gammas, on tolère de plus grandes variations. Sur le terrain, on ne peut pas toujours éviter une grande variation de température. Dans ce cas, poursuivez du mieux que vous pouvez et,. si possible, refaites des observations dans de meilleures conditions. 66 Quand vous manipulez un appareil, surtout sur trépied, ne laissez pas votre main peser sur l’appareil pendant le réglage des vis micrométriques ou lorsque vous tournez l’alidade. Un trépied, bien qu’il paraisse solide, est un support très fragile, compte tenu de la précision exigée. Les erreurs provoquées par le poids des mains apparaîtront dans les déterminations de l’azimut et les mesures de déclinaison quand vous comparerez les lectures d’azimut faites avant et après les observations.

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Préparatifs techniques

Amortissement des oscillations d’un aimant

67 11 y a plus d’observateurs qu’on ne croit, qui attendent qu’un aimant sus- pendu se stabilise de lui-même. Un aimant de QHM ne se stabilise qu’au bout de quinze minutes et, dans ces conditions, un ensemble d’observations avec un QHM durera une heure. Par conséquent, la technique la plus importante que doit maîtriser un observateur est de faire cesser les oscillations de l’aimant au moyen d’un petit aimant auxiliaire. En guise d’aimant amortisseur, un petit morceau de clou dans un bout de bois ou de liège fait l’affaire. Faites une marque à une extrémité, de préférence le pôle nord, en la peignant en rouge ou en lui donnant une forme spéciale. D’habitude, l’aimantation naturelle du clou suffira. Sinon, augmentez l’aimantation au moyen d’un aimant (pas un des aimants de votre appareil). Le moment magnétique de l’aimant amortisseur est en grande partie question d’appréciation. A cet égard, quelques observateurs préfèrent utiliser un tournevis. Pour retrouver l’aimant amortisseur sur le plancher, ou sur le sol, en campagne, peignez-le en blanc. Vous pouvez attacher l’aimant à une ficelle de longueur convenable dont l’autre extrémité est attachée au sommet du pilier ou du trépied. Quand vous abandonnez l’aimant, il doit pendre verticalement le long de l’appareil et ne doit pas exercer d’influence quand on mesure une des composantes horizontales. Prenez garde de ne pas vous emmêler dans la ficelle. 68 Observez les oscillations de l’aimant à travers la lunette. Supposons que l’image réfléchie de la graduation du réticule se déplace vers la droite; approchez alors de l’aimant une extrémité de l’aimant amortisseur depuis la droite. Si le mouvement de l’aimant suspendu se ralentit, vous tenez l‘aimant correctement; si le mouvement est accéléré, utilisez l’autre extrémité de l’aimant amortisseur. Quand l’aimant oscillant arrive à l’extrême droite, tournez rapidement l’aimant amortisseur, de telle façon que l’autre extrémité soit dirigée vers l’aimant oscillant. Quand l’aimant oscillant arrive à l’extrême gauche, tournez de nouveau l’aimant

amortisseur, et ainsi de suite, jusqu’à ce que l’aimant oscillant ne bouge plus. Au début de l’opération d’amortissement, vous pouvez tenir l’aimant très près de l’aimant de l’appareil, à une distance de 10 cm environ. A mesure que les oscilla- tions diminuent d’amplitude, éloignez l’aimant amortisseur lentement. Une fois l’aimant suspendu stabilisé, on n’a plus besoin d’aimant amortisseur. Avec un peu d’expérience, vous amortirez les oscillations en vingt ou trente secondes. 69 Si vous observez les oscillations d’un aimant avec un théodolite de campagne, il faudra procéder d’une manière inverse, en amenant l’aimant à une certaine amplitude. Dans ce cas, l’aimant amortisseur devra être tenu à une bonne distance de l’aimant oscillant, de façon à éviter un mouvement pendulaire qui créerait une courte période superposée à la période de l’aimant et diminuerait la précision de la mesure de cette période. 70 On amortit l’aimant de la balance BMZ en tournant l’aimant mobile d’un petit angle avec un mouvement de va-et-vient, de. manière à contrarier les oscilla- tions de l’aimant de la balance. 71 II va sans dire que le travail d’amortissement peut être réduit en débloquant lentement l’aimant et en utilisant judicieusement le mécanisme de blocage. Les

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Préparatifs techniques

cages d’aimant de certains théodolites de terrain permettent de grandes oscillations I de l’aimant, ce qui est gênant quand on observe les déviations. Dans du bois

tendre, découpez un morceau qui aille dans la cage d’aimant afin de limiter I I I stabilisé.

l’amplitude des oscillations de l’aimant suspendu sans le toucher quand il est

I Thermomètres 72 On verra plus tard que les indications obtenues avec les appareils les plus classiques varient avec la température. Certains appareils exigent une connaissance très précise de la température, car une erreur de 0,l OC peut entraîner une variation de plus d’un gamma dans le résultat final. Pour cette raison les thermomètres doivent être étalonnés avant d’être utilisés dans les mesures géomagnétiques. Habituellement les fabricants fournissent des thermomètres avec une table de correction. Quand un thermomètre d’origine inconnue est acheté sur place, ses corrections doivent être déterminées par comparaison avec un thermomètre étalon dans un laboratoire de physique ou de chimie. 73 Quand un thermomètre se réchauffe au-delà de sa limite, une goutte de mercure peut rester dans la partie supérieure du tube, ou la colonne de mercure peut se fragmenter après contraction du mercure. Parfois la cause de ce défaut vient d’un transport brutal. C’est la raison pour laquelle il faut vérifier un ther- momètre avant usage. En général, la colonne de mercure se reforme quand on frappe le renflement du thermomètre avec la paume de la main. O n peut aussi suspendre le thermomètre. Si ces procédés simples ne réussissent pas, on peut réchauffer le thermomètre jusqu’à ce qu’une quantité assez grande de mercure ait pénétré dans la partie supérieure du tube capillaire et ensuite on le refroidit. Dans la plupart des cas, la colonne de mercure se reforme. On ne doit pas trop chauffer, car le thermomètre peut se briser sous la pression du mercure qui se dilate. Si le réchauffement n’apporte pas de résultats, le refroidissement dans un mélange de glace et de sel pourra être couronné de succès. Quelquefois, la gra- duation d’un thermomètre peut s’effacer. U n tel appareil doit être abandonné.

Enregistrement des observations

74 On doit noter les observations de telle manière que non seulement l’observa- teur, mais n’importe quelle autre personne, puisse calculer les résultats, peut-etre même après plusieurs années. Pour cette raison, il est nécessaire d’avoir une écriture lisible, on écrira avec un crayon sans appuyer. Les notes écrites avec un crayon tendre peuvent s’estomper. Les façons de noter les observations vont des notes suivies dans un cahier de papier quadrillé, en passant par des formulaires imprimés sur des feuilles volantes, jusqu’aux livres reliés contenant de 50 à 100 for- mulaires. La façon de noter les résultats importe peu si elle est appliquée correc- tement.

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Prkparatifs techniques

75 Pour un travail de terrain, un cahier de notes de 15 x 10 cm offre quelques avantages. I1 peut être mis dans la poche de la veste de l’observateur et est par conséquent toujours à portée de la main. Les notes seront disposées dans un ordre chronologique de telle façon que les erreurs sur les heures et les dates puissent être corrigées quand on calcule les résultats. Noter des observations sur un cahier demande une certaine discipline. Les notes seront toujours disposées dans le même ordre, par exemple : date, température de l’appareil, lectures d’angles, etc. Notez sur la première page de chaque cahier si vous utilisez l’heure légale de votre région ou l’heure GMT et citez si nécessaire la relation entre l’heure légale et l’heure GMT par l’équation GMT = heure légale + n heures. Commencez le travail quotidien en inscrivant la date et le jour de la semaine (toujours mieux connu que la date). Vérifiez si la date inscrite est compatible avec la date notée la veille. Enregistrez toujours les types et les numéros des séries des appareils et thermomètres utilisés. Le cahier de notes aura une couverture rigide et sera bien relié, de telle sorte qu’il ne s’abîme pas à l’usage. Notez votre adresse en lettres d’imprimerie sur le côté intérieur de la couverture et offrez une récompense à l’honnête homme qui le trouverait. 76 Un carnet de notes peut convenir aussi pour noter les observations faites dans un observatoire. Dans ce cas, il peut avoir 20 x 15 cm. Cependant, le formulaire imprimé de 30 x 20 cm est préférable, car on est sûr alors qu’aucun détail important n’a été oublié. Pour réaliser de tels formulaires, les exemples du texte peuvent être utiles. I1 est recommandé de tracer un formulaire au crayon et d’essayer plusieurs fois d’y inscrire les observations et les calculs. Parfois des modifications peuvent être nécessaires avant de le donner à imprimer ou à poly- copier. Quand vous utilisez des feuilles volantes, elles seront maintenues à une planche lisse, par un élastique, un cadre ou des trombones non magnétiques, par les coins pour pouvoir écrire facilement. Quand les formulaires sont bien remplis, on les perce et on les met dans un classeur, un pour chaque type d’obser- vation. Les formulaires peuvent être aussi classés dans des livres pouvant contenir 50 ou 100 feuilles. Le papier utilisé pour ces formulaires devra être de bonne qualité. 77 Quand on utilisera les formulaires sur le terrain, il est recommandé de faire des copies au moyen de papier carbone. Cela est seulement utile quand les copies sont mises dans une autre boîte que les originaux. On doit envoyer des exem- plaires au centre chaque semaine ou chaque mois. 78 I1 est difficile de dire jusqu’à quel point les calculs seront exécutés sur un formulaire. Quand on utilise des petits cahiers de terrain, il n’y a pas de place pour les calculs. Dans les formulaires d’observatoire, les calculs peuvent être effectués jusqu’à un certain point. Cependant, pour des calculs complexes, il vaut mieux utiliser les formulaires indépendants, de telle façon qu’on puisse comparer les résultats des observations faites à différentes dates. Cela offre une bonne occasion de déceler les erreurs. 79 Si vous avez inscrit des nombres faux pendant l’exécution du travail, barrez-les de façon qu’ils sojent encore lisibles et inscrivez les nombres corrects. Si vous trouvez des erreurs en arrivant au bureau, opérez de même. Vous écrirez les

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Préparatifs techniques

nombres corrects, ou ceux que vous croyez être tels, au crayon de couleur ou au crayon à bille de telle sorte qu’on puisse se rendre compte que ces nombres ont été inscrits au bureau. En aucune circonstance, il ne faut rien effacer dans vos cahiers de terrain ou formulaires d’observatoire, parce que vous pourriez le regretter plus tard.

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Réglage des appareils

Nive a u x 80 En général, les fabricants délivrent les appareils dans un état de réglage parfait. Cependant, il peut arriver qu’après plusieurs années d’utilisation et de transport brutal un appareil exige au moins un contrôle de son réglage. L’obser- vateur doit savoir régler les niveaux. Pour les réglages plus compliqués, il peut, s’il n’est pas sûr de lui, prendre contact avec l’atelier du département de la carte géodésique, OU il peut aussi faire faire des petites réparations. Beaucoup de théodolites magnétiques modernes utilisés pour les observations d’azimut sont recouverts entièrement d’enveloppes proíectrices. Seuls les niveaux sont accessibles. Des appareils de ce type peuvent être réglés à l’usine, à l’atelier du représentant mandaté, ou à l’atelier géodésique. L’utilisateur n’essayera pas de fairs des réglages sauf ceux décrits dans le mode d’emploi. 81 Un théodolite consiste en une base comportant trois vis calantes. Sur la base se trouve l’alidade, qui peut tourner autour d’un axe vertical. Souvent l’alidade porte un niveau circulaire de faible précision pour le nivellement approxi- matif et au moins un niveau sensible tubulaire pour le réglage précis. II peut aussi y avoir deux niveaux tubulaires, formant entre eux un angle droit. Des appareils avec lunettes, en particulier ceux d’un type plus ancien, sont souvent équipés d’un niveau mobile à la place d’un niveau tubulaire fixe. Pour niveler, le niveau mobile, qui peut être retiré de l’appareil pour le transport, est fixé sur l‘axe (horizontal) de la lunette. 82 Posez l’appareil sur le pilier ou le trépied afin que les vis calantes soient dans les rainures du pilier ou du trépied. Après avoir réglé les vis calantes jusqu’à ce que la bulle du niveau circulaire soit au centre du liquide, qui est indiqué par un cercle, tournez l’alidade jusqu’à ce que le niveau tubulaire ou le niveau mobile soit parallèle à la ligne joignant les deux vis calantes. Amenez la bulle du niveau tubulaire ou du niveau mobile au centre du tube en tournant les deux vis de niveau, l’une vers la droite et l’autre vers la gauche, pour accélérer le réglage. Tournez alors l’alidade de 90” en azimut et régler la bulle du niveau tubulaire

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Réglage des appareils

au centre du tube au moyen de la troisième vis calante sans toucher aux deux autres. Ramenez l’alidade à sa première position et, si nécessaire, corrigez le réglage en amenant à nouveau la bulle au centre du tube. Tournez alors l’alidade de 180”. En général, la bulle sera distante du centre de quelques divisions de la graduation. Régler la bulle à mi-chemin entre la nouvelle position et la précédente. Faites de même pour la troisième vis de niveau. Si vous avez réussi parfaitement le réglage, l’axe de rotation du théodolite est vertical et vous pouvez placer l’alidade dans n’importe quel azimut : la bulle reste dans la même position, à un quart de division près. Quand on nivelle un théodolite, il est recommandé à un débutant de tourner autour de l’appareil de telle sorte qu’il voit le niveau toujours du même côté. Une faute courante consiste à tourner l’alidade de 120” au lieu de 180” quand on a nivelé au moyen des deux premières vis calantes : le niveau est alors placé parallèlement aux deux vis suivantes, et ainsi de suite. Ce procédé n’aboutira jamais à un nivellement parfait de l’appareil, à moins que le niveau soit bien réglé au départ. 83 Après avoir réglé la bulle au centre du tube et tourné l’alidade de 180°, une extrémité de la bulle peut disparaître sous le capuchon de métal recouvrant l’extrémité de la fiole. Cela indique qu’il est nécessaire de régler le niveau au moyen d’une ou de plusieurs vis (habituellement des vis à tête percée), à une de ses extrémités. S’il n’y a qu’une vis, la butée est assurée par un ressort. Avec deux vis, le réglage est fait en desserrant une vis et en serrant l’autre. Pour cette opération, utilisez une clé de réglage. On trouve parfois des vis simples avec une fente pour tournevis. Amenez la bulle vers le centre du tube au moyen des vis de réglage. Puis réglez la bulle au centre du liquide en utilisant les vis calantes. Tournez l’alidade de 1 80”, c’est-à-dire revenez à la position d’origine. Maintenant toute la bulle doit être visible, mais pas encore tout à fait au centre du liquide. Corrigez ce défaut, en partie au moyen des vis de réglage du niveau et en partie au moyen des vis calantes. Le procédé de réglage demandera habituellement plusieurs rotations de l’alidade et des réglages successifs des vis de réglage du niveau et des vis calantes. 84 Quand l’alidade est équipée de deux niveaux tubulaires formant un angle droit, commencez avec un niveau parallèle à la ligne joignant deux vis calantes et réglez la bulle de ce niveau ali centre de son tube au moyen des vis calantes. Réglez le deuxième niveau au moyen de la troisième vis. Tournez l’alidade de 180” en azimut et poursuivez le nivellement, si nécessaire, en réglant les deux niveaux comme il est décrit plus haut. 85 Dans les anciens niveaux, la bulle peut ne pas se déplacer uniformément le long du tube quand on tourne les vis calantes. La bulle peut se fixer un moment dans une position et ensuite sauter de plusieurs divisions de la graduation ou, dans le cas le plus défavorable, se fixer à l’extrémité du tube. Ce défaut est causé par la cristallisation à la surface interne du tube et peut être supprimé en tapant doucement avec un ongle sur l’alidade pendant le réglage des vis calantes. Si cela ne réussit pas, il faut changer le niveau. 86 L’axe horizontal autour duquel tourne la bobine de l’inclinomètre dans un plan vertical doit former un angle droit avec l’axe de rotation du théodolite

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Réglage des appareils

ou, si l’axe de rotation du théodolite coïncide avec la verticale, l’axe de la lunette doit être horizontal. Cela peut être contrôlé au moyen d’un niveau mobile. On commence le réglage par un nivellement soigné du théodolite, comme précédem- ment décrit. Supposons la bulle du niveau mobile au centre de son tube. Enlevez le niveau mobile des ergots du tourillon de la lunette et remettez-le après l’avoir tourné de 180’. Si l’axe de la lunette est horizontal, la bulle doit rester au centre du liquide. Sinon corrigez en partie ce défaut en levant ou en abaissant le palier réglable de l’axe de la lunette et en partie en réglant le niveau. Si le réglage de l’axe est très défectueux, il sera nécessaire de procéder à plusieurs

réglages successifs du palier et du niveau. Si l’on n’a pas de niveau mobile, il faut suspendre une longue ficelle devant un mur blanchi en fixant l’extrémité supérieure au faîte du mur ou en un point élevé du bâtiment. L‘erreur de collimation de la lunette doit être préalable supprimée (voir 4 89). Attachez l’autre extrémité de la ficelle à un plomb ou une pierre, que vous plongez dans un seau d’eau pour amortir le mouvement pendulaire. Mettez le théodolite en station à une distance telle qu’on puisse mettre au point sur le fil. Nivelez le théodolite. Mettez au point la lunette exactement sur la partie la plus basse de la ficelle. Déplacez la lunette vers le haut jusqu’à la partie supérieure de la ficelle. Si la croisée verticale du réticule ne coïncide plus avec la ficelle, on doit régler l’axe de la lunette. Corrigez ce défaut en élevant ou en abaissant le palier ajustable de l’axe de la lunette. Vérifiez le résultat de vos corrections en visant à nouveau le bas et le haut de la ficelle. Plus la différence est grande dans l’angle d’élévation de la lunette, plus la précision sera grande dans le réglage. Le réglage de l’axe de la lunette n’est pas très important parce que le théodolite magnétique est utilisé pour viser des objets situés près de l’horizon où l’inclinaison de l’axe de la lunette a une influence négligeable sur l’angle horizontal. Les observations du soleil sont faites de telle manière qu’on élimine l’inclinaison de l’axe par le procédé suivant : on fait une visée une fois dans une position, puis une seconde en tournant l’alidade de 180°, en retournant la lunette, etc. La moyenne des azimuts obtenue par ces deux séries d’observations sera exempte des erreurs dues à l’inclinaison de l’axe de la lunette et à d’autres réglages défectueux.

Réglage de la lunette

87 Dirigez la lunette vers le ciel. Réglez les lentilles de l’oculaire en le rentrant ou en le sortant jusqu’à ce qu’on voit distinctement la graduation ou les fils croisés du réticule. Parfois l’oculaire est bloqué par une vis qu’on doit d’abord desserrer et bloquer de nouveau après le réglage. Mettez au point la lunette sur un objet très net placé à une certaine distance au moyen d’un engrenage à cré- maillère, ou, dans les lunettes modernes, au moyen de la bague qui glisse une lentille à l’intérieur de la lunette. Réglez le fil vertical du réticule exactement sur l’objet et déplacez l’œil de droite à gauche devant l’oculaire. Le réglage est parfait quand on n’observe aucun mouvement apparent entre le fil vertical du réticule et l’objet. Si l’on observe un mouvement (parallaxe), changez le foyer jusqu’à

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I Réglage des appareils

ce que la parallaxe ait disparu. A cet égard, une optique médiocre peut être gênante et souvent on devra se contenter d‘un compromis entre la netteté avec laquelle on voit un objet et la plus petite parallaxe. On peut réduire l’influence de la parallaxe en regardant dans l’oculaire avec un certain recul. Quand vous réglez les oculaires des lunettes du QHM et de la BMZ, veillez à ce que le prisme éclairant le diaphragme reste dans la section rectangulaire du tube de la lunette. On règle la convergence de ces lunettes en desserrant une vis située près de l’objectif de la lunette et en tirant ou en rentrant l’objectif. 88 Pour le réglage du réticule, visez, avec l’extrémité inférieure du fil vertical de la croisée, un repère bien défini. Déplacez la lunette verticalement au moyen de la vis micrométrique jusqu’à ce que la partie supérieure de la croisée soit confondue avec le repère. Si la croisée ne coïncide plus avec le repère, elle n’est pas verticale. Tournez le réticule jusqu’à ce que la croisée soit verticale après avoir débloqué les vis correspondantes. Le fil horizontal du réticule est alors automatiquement horizontal. 89 L‘axe optique de la lunette devra former un angle droit avec l’axe autour duquel tourne la lunette dans le plan vertical. Visez un objet éloigné et faites une lecture sur le cercle horizontal. Tournez l’alidade de 180” en azimut, retournez la lunette, visez à nouveau l’objet et faites une autre lecture sur le cercle. La lunette est bien réglée quand les deux lectures diffèrent exactement de 180”. Si ce n’est pas le cas, réglez le cercle sur

lecture I + 180 + lecture II

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2 et déplacez le réticule latéralement au moyen de la vis à cabestan jusqu’à ce que le fil vertical coïncide avec l’objet. Si la lunette est montée sur un côté du théodo- lite, choisissez un objet à une distance de 10 km. Si aucun objet convenable n’est à portée, faites deux repères sur un morceau de papier, aussi éloignés l’un de l’autre que l’axe optique de la lunette l’est du centre du théodolite, et utilisez-les pour le réglage du réticule. Tant qu’on utilise le théodolite pour viser des objets à l’horizon, l’erreur de collimation n’aura pratiquement pas d’influence sur l’angle horizontal. Pour la visée d’objets célestes, l’erreur est éliminée en utilisant l’appareil dans les deux positions de la lunette, comme il sera décrit plus loin.

Réglage des lentilles du vernier et des microscopes gradués 90 Les lentilles du vernier sont réglées en déplaçant l’oculaire dans son étui jusqu’à ce que le cercle et le vernier soient vus parfaitement. Les oculaires des microscopes gradués sont entrés ou sortis jusqu’à ce que la graduation et le cercle soient visibles nettement tous les deux à la fois et s’il n’y a aucune parallaxe.

de la graduation recouvrent exactement ou non deux divisions adjacentes du cercle. On ne peut donner des règles rigoureuses pour ce réglage, car il existe une grande variété de microscopes. Le principe général est de déplacer tout le microscope sur son support de bas en haut en même temps qu’on règle l’oculaire jusqu’à ce qu’on ait obtenu le résultat désiré.

I De plus, c’est un contrôle qui en vaut la peine pour s’assurer si les repères extrêmes l

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

Mesure du temps et garde-temps

91 Dans un observatoire, le garde-temps le plus commode est une horloge munie d’un balancier pour les secondes et des contacts pour la seconde, la minute et l‘heure. L’horloge sera fixée sur un mur solide de la cave, où il régnera une température assez stable. Réglez la pendule en l’inclinant d’un côté ou de l’autre de sorte que les déclics des secondes produits par l’échappement soient équidistants en durée. Cette condition est habituellement réalisée quand le balancier au repos est devant la division centrale de la graduation près de l’extrémité inférieure du balancier. 92 La marche (avance ou retard en vingt-quatre heures) est réglée en déplaçant vers le haut ou vers le bas les lentilles du balancier le long de Ia verge au moyen d’une vis située au-dessous des lentilles. La plupart des horloges sont équipées d’une petite plate-forme se trouvant au tiers de la verge du pendule à partir de l’extrémité supérieure. Si elle n’est pas fournie par le fabricant, on peut facilement fixer une plate-forme à la verge. En plaçant de faibles poids sur la plate-forme, on relèvera le centre de gravité du pendule, qui est à l’intérieur des lentilles, et la pendule avancera. Quand des poids seront enlevés, la pendule retardera. Avec les poids, il est possible de faire un réglage très précis de la marche de la pendule. Faites avec un fil de cuivre un bon stock de poids de différentes longueurs. On peut ajouter ou retirer un poids avec des pinces sans arrêter ni perturber le mou- vement du pendule. En général, il n’est pas possible de rendre nuls l’avance ou le retard. Laissez la pendule dériver de quelques secondes. Puis inverser la marche en ajoutant ou en ôtant un poids. Quand I’horloge a dérivé de quelques secondes dans le sens opposé, inverser à nouveau la marche. 93 Contrôler l’horloge tous les jours au moyen d’un signal horaire radio et notez les résultats de ces comparaisons dans un journal selon l’exemple suivant :

Date Heure de référence (GMT) HorIoge (GMT) Température

1966, 5 janv. 08h00mnOOs 07h59mn58,5s + 16,8 “C

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I Appareils, mkthodes d’observation et calculs

d’être inscrit de façon inexacte. 94 Seul, le contact horaire sera utilisé pour indiquer les heures sur le magnéto- gramme. Si l’horloge est à une certaine distance de la cave des variomètres ou si le contact ne peut supporter un courant important, on peut utiliser un relais pour mettre en circuit la lampe qui sert à marquer le temps. Placez le relais de telle sorte qu’il ne perturbe pas les variomètres soit en le fixant à une certaine distance des instruments, soit en l’orientant jusqu’à ce qu’on ne décèle aucune perturbation sur le magnétogramme. Vérifiez que le contact horaire, qui dure

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

criera : (( Stop! ». L’assistant notera l‘heure à la demi-seconde près pour l’obser- vation d’un azimut ou au dixième de seconde près quand il s’agit d’observer le passage d’un aimant oscillant devant l’observateur. 97 Quand l’observateur inexpérimenté travaille seul, il lui est difficile de noter le temps. Pour l’application de la méthode audio-visuelle, un chronomètre battant la demi-seconde est indispensable. L’observateur placera le chronomètre près de l’appareil de telle sorte qu’il puisse entendre le chronomètre pendant qu’il effectue sa manipulation. Par un coup d’œil sur le cadran, il relève les secondes puis il les compte, guidé par les battements, tout en regardant à travers la lunette; il estime l’heure du phénomène à la demi-seconde ou au dixième de seconde près et note le résultat. Cette méthode exige beaucoup de pratique, en particulier quand on doit chronométrer les oscillations d’un aimant. Sur le terrain, un vent violent empêche souvent d’entendre les battements du chronomètre. Une meilleure solution pour le chronométrage des phénomènes est un chronographe et une montre avec deux aiguilles des secondes dont on peut arrêter l’une en pressant un bouton pendant que l’autre continue à se déplacer. Après avoir lu et noté le temps, on presse le bouton à nouveau, et l’aiguille des secondes, que l’on a arrêtée, rattrape la première, ainsi la montre est prête pour d’autres observations. Les chronographes permettent la lecture soit au cinquième, soit au dixième de seconde, cette dernière précision étant nécessaire pour l’observation des oscilla- tions d’un aimant. Si les signaux horaires sont disponibles à chaque heure ronde, on pourra faire démarrer le chronographe exactement à l’heure ronde et le contrôler à l’heure suivante. En général, l’erreur n’excédera pas quelques dixièmes de seconde par heure et il faudra en tenir compte lors du calcul en corrigeant les heures définitives des phénomènes. Si les signaux horaires ne sont pas fréquents, on fait démarrer le chronographe à une minute ronde lue sur l’horloge ou le chro- nomètre et on l’arrête après avoir fait les observations, à une nouvelle minute ronde. Quand on utilisera cette méthode, on tiendra compte de la marche du chronomètre ou de l’horloge ainsi que de celle du chronographe. 98 Si l’on ne doit faire que des observations astronomiques, on peut utiliser un compte-secondes ordinaire. O n lance le compte-secondes au moment du phénomène et on l’arrête quand le chronomètre indique un multiple de cinq ou de dix secondes. A u lieu de soustraire mentalement le temps lu sur le compte- secondes du temps lu sur le chronomètre, il vaut mieux inscrire les deux lectures et faire la soustraction au bureau. Cette méthode n’est pas assez précise pour chronométrer les oscillations d’un aimant. 99 On obtient l’enregistrement du temps’le plus parfait au moyen d’un chrono- graphe inscripteur régulé par une horloge à contacts ou un chronomètre. U n stylet du chronographe enregistre les secondes, un second stylet à commande manuelle enregistre les phénomènes. A u lieu d’une commande manuelle, on peut utiliser une cellule photo-électrique et un amplificateur pour déclencher à l’instant de passage d‘un aimant oscillant. Sur le terrain, un chronographe inscripteur est moins approprié, car son installation prend du temps. 100 A l’observatoire, le contrôle du temps est une tâche simple. Avec un bon récepteur radio et une grande antenne, on pourra capter de nombreux signaux

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Appareils, méthodes d’observation et calcuis

des signaux horaires consistant en 6 tops dont le dernier est l’heure ronde ou la demi-heure. La plupart de ces signaux horaires sont contrôlés par des horloges de haute précision. Les signaux horaires sur ondes moyennes peuvent être reçus

Utilisation du magnétogramme dans les mesures absolues

102 Le but d’une mesure géomagnétique dans un observatoire est de déterminer les valeurs de la ligne de base Do, Ho et Z, sur un magnétogramme, de façon que les valeurs des trois éléments enregistrés puissent être déterminées pour n’importe quelle heure (fig. 12). Les lignes de base sont enregistrées par des miroirs fixés sur les variomètres correspondants. Si la température de la cave des variomètres

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

Trace de H

Ligne de base de H et T

Trace de T

Trace de D

Ligne de base de D

Trace de Z

Ligne de base de Z

Fig. 12. Le magnétogramme courant.

est variable et si les variomètres n’ont pas une compensation thermique parfaite, la valeur To de la ligne de base du thermomètre enregistreur doit aussi être déter- minée. La valeur de la ligne de base d’un élément est la valeur qu’il prendra quand la trace enregistrée par le miroir de l’aimant du variomètre est exactement sur la ligne de base (sur la figure 12 la trace du variomètre D à loh00 GMT). Si, à cette heure-là7 on a fait une mesure absolue de déclinaison, la valeur observée aura été la valeur de la ligne de base de D. Quand on fait une mesure absolue à une autre heure, par exemple à 10h30 sur H, la valeur de la ligne de base peut être calculée en mesurant l’ordonnée en millimètres, en la convertissant en gammas par multiplication par la valeur d’échelle SH du variomètre H supposée connue, et en retranchant le résultat de la valeur observée de H ou :

et : AH(y) =z H m m . SH

Ho = Hobs - AHmm . SH DO1

Ce procédé est appelé détermination de la valeur de la ligne de base ou encore réduction d’une observation à la ligne de base. Les flèches situées sur le côté gauche de la figure 12 indiquent le signe algébrique du changement de D, H, I, et T. O n utilisera les symboles suivants :

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

I :zeve pd: Ordonnées en mm Valeurs d’échelle

I A D m m OU ID A H m m OU ~ I X A Zmm OU nz ATmm QUnT ST en “C/mm

SD en minutes d’arc / mm SH en gammas/mm SZ en gammas/mm

1 1

O n peut aussi obtenir les valeurs de la ligne de base pour l’intensité totale F et l’inclinaison I en réduisant les valeurs observées par les formules utilisables pour

car AF et AI sont des fonctions de AH et AZ. Les valeurs de la ligne de base doivent satisfaire aux relations

Dans quelques observatoires, une seule ligne de base est enregistrée au bas du magnétogramme. Dans ce cas il est recommandé, quand on réduit F et I, d’utiliser non pas les ordonnées brutes nri, TZH, nz et n ~ , mais de leur retrancher des multiples de 10 millimètres, afin d’obtenir des valeurs plus petites et de demeurer à l’intérieur des limites de validité des formules pour les petites variations. Ainsi, des lignes de base fictives sont introduites, parallèles à la ligne de base enregistrée. Si, par exemple, une valeur de 100 millimètres est retranchée de TZH, nous écrirons la valeur de la ligne de base : H,,,. Dans ce cas, la ligne de base fictive est à 100 milli- mètres au-dessus de la ligne de base enregistrée.

I de petites variations. F, et I, sont alors établis sur les lignes de base de H et Z

2 2 2 Fo = Ho + Z, et Z, = Ho tan I,

Détermination de la déclinaison magnétique

103 En principe, la détermination de la déclinaison magnétique comprend deux parties : la détermination du méridien magnétique et celle du méridien géogra- phique nord. Le travail est terminé quand on dispose des deux valeurs sur le même cercle de l’appareil. La figure 13 illustre ce cas. La déclinaison magnétique est l’angle entre le nord géographique et le méridien magnétique. AZ est l’azimut du repère d’azimut et est toujours compté positivement dans le sens des aiguilles d’une montre. I1 peut prendre des valeurs comprises entre O et 360’. Alors :

ti11 où :

D 2 A - (B - AZ)

D = déclinaison magnétique A = lecture du méridien magnétique B = lecture du repère

AZ = azimut du repère B - AZ = méridien nord géogra-

Nous rappelons que D est positive ou E quand le méridien magnétique est à l’est du méridien géographique. 104 La déclinaison magnétique est mesurée avec un théodolite magnétique de campagne ou un théodolite de station appelé souvent magnétomètre-théodolite parce que l’appareil est aussi utilisé pour la détermination de l’intensité hori- zontale. I1 consiste en une base de théodolite munie de trois vis calantes et un cercle horizontal. Au sommet de la base est fixée une cage à aimant avec un

phique

l 59

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

Méridien nord géographique

Fig. 13. Méridien nord géographique, / méridien magnétique et repère d’azimut.

Méridien magnétique

Repère d’azimut

tube de suspension. Le tube, avec une tete de torsion à la partie supérieure et un mécanisme de blocage à la partie inférieure, renferme le fil de suspension fait d’une fil de bronze phosphoreux ou de tungstène de 0,02 à 0,04 mm de diamètre, selon le poids de l’aimant et de l’étrier. Parfois, on utilise un ruban de bronze phosphoreux dont le rapport longueur/épaisseur est de 10. L‘avantage d’un ruban est que sa rigidité par rapport à la rigidité d‘un fil d’égale section est beau- coup plus petite. Par conséquent, le ruban est plus facile à remplacer, car il ne se tord pas quand une extrémité est libre. Dans quelques types plus anciens de magnétomètres-théodolites, particulièrement ceux qui ont un petit tube de sus- pension, on utilise des fils de soie. La partie supérieure du fil de suspension est fixée à la partie centrale de la tête de torsion et peut être levée ou abaissée par une vis et un écrou ou un engrenage à crémaillkre. Ce dispositif permet de régler la hauteur de l’aimant dans la cage. L‘extrémité inférieure du fil de suspension est fixée à l’étrier, auquel l’aimant peut être fixé par ses crochets. La lunette, dont l’angle d’élévation peut être réglé par une vis micrométrique, est munie habituelle- ment d’une graduation pour faciliter les observations de déclinaison. Certains théodolites magnétiques de campagne ont des appuis pour un miroir d’azimut. 105 Les aimants des déclinomètres portent des miroirs sur les deux extrémités, les normales à ces miroirs étant approximativement alignées avec les axes magné- tiques de ces aimants. Parfois, les théodolites magnétiques sont munis d’aimants tubulaires qui ont une lentille à une extrémité et une graduation transparente à l’autre. On doit suspendre l’aimant de teile sorte que la lentille soit dirigée vers la lunette du théodolite. L‘aimant peut être fixé à l’étrier dans la position (( debout )) et, après l’avoir retourné autour de son axe de 180°, dans la position (( renversée », au moyen de deux crochets qui sont fixés diamétralement au milieu de l’aimant, permettant ainsi de corriger n’importe quel petit écart angulaire entre l’axe magnétique de l’aimant et la normale au miroir.

60

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

106 Souvent les fenêtres de la cage de l‘aimant ne sont pas dans des plans parallèles. On obtiendra des résultats corrects quand on observera le repère d’azimut à travers la fenêtre placée entre la lunette et l’aimant, en gardant ouverte la fenêtre de l’autre extrémité de la cage. Si on le désire, le défaut dû à des fenêtres circulaires peut être corrigé en tournant le verre dans son cadre et en comparant la visée du repère d’azimut à travers le verre avec la visée faite sans verre. 11 y aura une seule position, pour laquelle il n’y aura aucun déplacement horizontal du repère d’azimut. 107 La graduation de l’oculaire de la lunette s’étend sur 30 ou 40 divisions des deux côtés de la croisée verticale. La valeur d’échelle est soit une minute d’arc, soit une unité arbitraire voisine de la minute. La valeur d’échelle est vérifiée ou déterminée sur le cercle horizontal du théodolite. Dirigez une extrémité de la graduation vers un repère visible distinctement et faites une lecture sur le cercle. Dirigez l’autre extrémité de la graduation vers le même repère et faites une autre lecture. La valeur d’échelle d’une division est :

lecture I - lecture II 2 x nombre de divisions

Au dénominateur, on doit prendre deux fois le nombre de divisions de la gradua- tion entière, car la sensibilité de la graduation est doublée par la réflection sur le miroir de l’aimant. Voici un exemple :

Repère sur la division - 30 258”37,2’ 1 Repère sur la division + 30 257”05,9’ I moyenne de visées

Différence 60 1”31,3’ ou 91,3’

91,3 2.60

valeur de l’échelle = __ = 0,76‘

Si la graduation est divisée en unités arbitraires, comme dans le cas ci-dessus, calculez un tableau de conversion des divisions de la graduation en minutes d’arc. 108 Le fil de suspension doit être réglé avec la tête de torsion de façon qu’il ne dévie pas l’aimant du méridien magnétique. Dans ce but, suspendez à l’étrier un poids non magnétique. II existe diverses formes de poids allant d’un disque gradué en degrés, en passant par des barres, à des poids ayant la forme d’un aimant de déclinaison et munis de miroirs aux deux extrémités. La position de torsion nulle du fil de suspension coïncide avec le zéro de la graduation du disque ou avec l’axe de la barre. O n doit régler les poids au moyen de la tête de torsion, de façon que la ligne de torsion nulle coïncide avec la direction de l’axe optique de la lunette. Le réglage est fait par visée avec les disques et les barres. Quand on utilise des poids munis de miroirs, on peut faire le réglage avec une grande précision au moyen de la lunette. Pour le réglage du fil, débloquez le décli- nomètre et laissez le poids s’immobiliser. O n peut réduire l’amplitude initiale des oscillations en utilisant le mécanisme de blocage. Même ainsi, il peut s’écouler des heures avant que le poids s’immobilise, ou avant que l’amplitude des oscilla-

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

tions soit suffisamment réduite pour pouvoir faire une lecture en estimant la position de torsion nulle d’après les positions extrêmes du barreau oscillant. Réglez la tête de torsion jusqu’à ce que le zéro du disque gradué ou que l’axe de la barre soit dirigé vers la lunette. Quand le poids porte des miroirs, réglez la tête de torsion jusqu’à ce que la graduation du réticule soit en coïncidence avec son image réfléchie. Ce réglage n’est pas d’une importance extrême, car un défaut d’un degré dans la position de torsion nulle écartera l’aimant de déclinaison du méridien magnétique d’un angle inférieur à 0,l’. Dans un observatoire, la position de torsion nulle doit être contrôlée en introduisant le poids après avoir achevé l’observation de la déclinaison. Avant de commencer une nouvelle obser- vation une semaine plus tard, on vérifie la position de torsion nulle et, si nécessaire, on la corrige. On remarquera qu’un nouveau fil modifiera considérablement la position de torsion nulle d’une observation à une autre mais quelques mois plus tard, la modification deviendra plus petite et après une année, la position ne bougera plus. Quand après quelques années, la position de torsion nulle se remettra à bouger, le fil cassera en général peu de temps après.

Méridien magnét ¡que

Aimant I t I I

Fig. 14. Mesure absolue de la déclinaison magnétique avec deux aimants.

109 Si, pour la mesure de la déclinaison, on ne dispose que d’un aimant, l’appa- reil est prêt à être utilisé. On peut tolérer un réglage défectueux de la position de torsion nulle en utilisant deux aimants de moments magnétiques différents, le rapport de leurs moments variant entre 2 et 3. Si la position de torsion nulle dévie par rapport à l’axe optique de la lunette, le plus faible des deux aimants (aimant II) s’écartera davantage du méridien magnétique que le plus fort (aimant I, voir fig. 14). Les lectures sur le cercle, obtenues avec l’aimant I et l’aimant II, sont déterminées par des observations. Pour le calcul de dc, qui est la correction de la lecture sur le cercle, obtenue avec l’aimant I, on doit connaître le rapport des moments magnétiques des deux aimants de déclinaison. O n trouve le rapport des moments magnétiques en tordant le fil de torsion d’un angle considérable,

62

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~~~~~

Appareils, méthodes d'observation et calculs

1 1

par exemple, de 90". L'aimant I peut être dévié de c1 divisions de la graduation pendant que l'aimant II est dévié de divisions. On peut montrer que :

[I21

où 6 = lecture sur le cercle de l'aimant I moins la lecture sur le cercle de l'aimant IT.

El D I = 8-

E* - El

est appelée le facteur de torsion T.F. Pour la détermination de E, €1

€1 - €2 suspendez l'aimant II (aimant faible) à l'étrier. Rtglez l'alidade du théodolite en azimut jusquqà ce que vous lisiez zéro sur la graduation du diaphragme. Notez la position de la tête de torsion. Tordez le fil jusqu'à ce que l'aimant soit dévié de 20 ou 30 divisions sur la graduation. Augmentez ou diminuez l'angle de torsion jusqu'à ce que vous ayez une valeur ronde, par exemple, 90° et lisez la graduation du réticule. Tordez le fil de - 90" et lisez à nouveau la graduation. Répétez l'opération plusieurs fois. Refaites toute cette opération avec l'aimant 1. L'exemple suivant explique les opérations à suivre. Cinq observations ont fourni les résultats suivants :

~

'

Lecture de la Différence des Aimant Torsion du fil ~ ~ ~ ~ ~ & , graduation du lectures de la

diaphragme graduation

II O0 + 90 - 90

O I O

i- 90 - 90 O

79"30' 08 169'30' +I83

79"30' - 0,l 79'30' 090 169'30' + 6,3 79'30' - 0,2

37,3 349"30' - 183

12,5 349'30' - 6,2

Le facteur de torsion est approximativement égal à :

Si l'oculaire de la lunette n'a pas de graduation, le premier réglage est fait comme ci-dessus. Faites une lecture sur le cercle horizontal du théodolite. Après avoir tordu le fil de + 90°, réglez l'alidade jusqu'à ce que la croisée verticale coïncide avec son image réfléchie. Faites à nouveau une lecture sur le cercle. Tordez le fil de - go", réglez I'alidade et faites une lecture sur le cercle, etc., jusqu'à ce que vous ayez obtenu un nonibre suffi-sant de lectures. Au lieu d'utiliser les divisions de la graduation de l'échelle du rtticule, prenez les différences des lectures pour les positions de + 90" et - 90° du fil et traitez les résultats comme auparavant. Le facteur de torsion dépend seulement du rapport des moments magnétiques des deux aimants. Par conséquent, on ne fera pas de nouvelles déterminations quand on remplace le fil. Cependant, on doit contrôler le facteur de torsion de temps à autre tant que l'appareil sera neuf et que le moment magnétique des aimants changera par suite du vieillissement.

I

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

110 L’exemple suivant explique la façon d’observer et de calculer la déclinaison magnétique. Les observations ont été faites avec un théodolite de campagne Askania, dont le cercle est lu à l’aide de microscopes dont l‘échelle donne les degrés et les minutes doubles. Les minutes sont obtenues en ajoutant les lectures des minutes doubles des microscopes A et B. Par exemple, la première lecture sur le cercle de l’exemple correspondant au repère d’azimut est 337”04,9‘ pour le microscope A, et 157”05,0’ pour le microscope B. Les minutes des lectures seront 04,9‘ + 05,O’ = 09,9’. Après avoir nivelé le théodolite, 011 fait une visée sur le repère d’azimut. On tourne l’alidade de telle façon que la lunette soit au sud de l’appareil (l’observateur étant alors face au nord quand il regarde dans la lunette). Suspendez l’aimant I à l’étrier dans la position renversée ». Réglez I’alidade au zéro de la graduation du diaphragme. Tournez l’aimant dans la position a debout )) et faites une lecture sur la graduation. Si la lecture est - 22, alors le méridien magnétique approximatif sera à - 11 sur la graduation. Amenez l’image réfléchie de la ligne centrale à cette valeur en tournant l’alidade. Réglez alors l’alidade, en regardant à travers le microscope, à la minute double ronde, qui, dans notre exemple, est 26,O. A partir de maintenant, ne touchez plus à la vis micrométrique du cercle. Lisez seulement la graduation du réticule. Amortissez l’aimant, lisez la graduation du diaphragme et l’heure, et notez les lectures. Lisez à nouveau la graduation du diaphragme et notez la lecture. Renversez l’aimant et faites deux lectures de la graduation comme auparavant. Après avoir obtenu suffisamment de lectures avec l’aimant I, mettez l’aimant II dans la position N debout )) sans toucher à la vis micrométrique du cercle. Continuez comme auparavant. A la fin, vérifiez la lecture du cercle, retirez l’aimant et visez le repère d’azimut avec la lunette. Quand la lunette n’a pas de graduation sur le diaphragme, les réglages sont faits en amenant en coïncidence la croisée verticale et son image réfléchie, et en lisant le cercle pour chaque position de l’aimant. 111 On commence le calcul en ajoutant les lectures de la graduation à la lecture du cercle. La valeur d’échelle de la graduation était exactement 1,0’ / division d’échelle. Pour réduire les observations à la ligne de base, on doit mesurer les ordonnées sur le magnétogramme. Puisque la ligne de base est au bas du magnéto- gramme, on retranche 40 mm des ordonnées avant de les convertir en minutes d’arc en se servant de la valeur d’échelle SD, qui est, dans ce cas, égale à 0,484’lmm. Sur le magnétogramme, D est décroissante quand l’ordonnée est croissante. Par conséquent nD positif entraîne D’ négatif. Si D’ est positif, la ligne de base est à l’ouest de la trace et comme les lectures sur le cercle augmentent du nord vers l’est, D’ doit être retranché des lectures du cercle comme il a été fait sur la première ligne de l’exemple de l’aimant I. En bas des colonnes (( Cercle )) et (( D’ », on a inscrit les moyennes des lectures brutes pour le contrôle du résultat final (pour l’aimant I : 192”52,12’ - 0,19’ = 192”51,93’ au lieu de 192”51,94’ au bas de la dernière colonne). Le calcul du méridien géographique et du méridien magnétique peut être déduit de cet exemple. Nous obtenons finalement :

Dans l’exemple, le méridien magnétique est à l’ouest du méridien géographique. Par conséquent, la déclinaison est négative ou occidentale. On obtient de la même

,

I

,

D,, = méridien magnétique - méridien géographique

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I Appareils, méthodes d'observation et calculs

Mesure de déflinaison avec déciinomètre à fil.

Observatoire de Fiirstenfeldbruck : pilier d'étalonnage. Déclinomètre à fil Askania no 661057.

1 Dimanche, 6 novembre 1966.

~ I

Repère d'azimut : poteau en béton. Début 337 Fin

A B Moyenne

"04,9' 157"05,0' 337"09,9' 04,9' 05,l' 10,O'

Moyenne

Télescope sud. I 337'09,95'

Heure Lecture Position Cercle r6duit GMT du cercle I,aimmt

I de helle Ei:': :F AD(') la ligne debase Moyenne

I l h m n

O8 30 A 192"26,O' B 12'26,O'

O8 31 192'52,O'

O8 33

O8 35

Moyenne

O8 37

O8 38

08 40

O8 41

Moyenne

- 10,6 -10,6

+ll,l + 11,l -11,o -11,o + ll,o +11,0

+ 9,3 + 9,3 - 9,5 - 9,5 + 9,4 + 9,4 - 9,7 - 9,7

Aimant I 41,40 39,5

63,lO 39,6

41,OO 39,6

63,OO 39,7

- 52,12

Aimant II 61,30 40,2

42,50 40,2

61,40 40,4

42,30 40,4

- 51,88

+ 0,24

+0,19

+0,19

- t o 3 - +0,19

-0,lO

-0,lO

-0,19

-0,19

- -0,14

Repère d'azimut (moyenne) 337"09,95' Aimant I Azimut du repère 142'19,OO' Aimant II

Méridien nord géographique 194"50,95' 6 = 1-11 Méridien magnétique OL = T.F. x I(-II)

n

192'41,16'

62,91'

40,81'

62,85'

192'61 $0'

42,60'

61,59'

42,49'

192"51,94' 192"52,02'

- 0,053' - 0,W'

192"51,90' Méridien nord géographique 194'5495'

D40 - 1"59,05'

192'52,W

51,83'

192"5 1,94'

52,OO'

52,W'

192"52,02'

T.F. 0,50

SO = 0,484'/mm no positif - AD('> n6gatiï

65

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

manière des mesures avec un seul aimant. Dans ce cas, le méridien magnétique est déterminé par la moyenne de toutes les visées de l’aimant. Dans l’exemple cité, la différence par la moyenne entre les deux méthodes aurait été de 0,04‘ en utilisant l’aimant I. Avec un théodolite de station, l’erreur sur une mesure sera de O,l‘, alors qu’avec un théodolite de campagne, elle aurait été de 0,2’ ou davantage. 112 Bien que la méthode décrite ci-dessus soit appelée (( mesure absolue de la déclinaison », on ne peut attendre des résultats parfaits qu’avec un théodolite de station comprenant un cercle précis et fabriqué avec un matériel choisi rigou- reusement amagnétique. U n contrôle sérieux du théodolite consiste à faire une mesure de déclinaison lunette au sud », qui est la position normale, et une autre (( lunette au nord ». Si les résultats obtenus dans les deux positions ne sont pas en accord parfait, on peut supposer qu’une piece située près de l’aimant est aimantée d’une manière permanente. Cependant, la moyenne des valeurs observées pour les deux positions de l’alidade sera exempte de l’erreur due à cette aimanta- tion. O n trouve fréquemment cette erreur dans le dispositif de déclinaison des théodolites de campagne quand la cage de l’himant est étroite. Le siège de l’aiman- tation est habituellement dans les lames d’amortisseur et les vis qui tiennent les lames en place. Les lames d’amortisseur peuvent être retirées sans diminuer la qualité de l’appareil, car elles sont sans effet à cause de la lenteur du mouvement de l’aimant. Une autre erreur peut provenir de l’aimantation induite par l’aimant dans les parties de la cage qui ne sont pas rigoureusement amagnétiques. On ne peut trouver cette erreur qu’en comparant l’appareil avec un appareil étalon. Avec une cage d’aimant en bois ou en fibre, dans un climat très sec, des erreurs peuvent provenir de l’attraction électrostatique. Quand on nettoie l’appareil avant le début des observations, on peut faire apparaître des charges électriques. Quel- ques taches de peinture radio-active, comme celle utilisée par les horlogers pour rénover des cadrans lumineux, peuvent être déposées sur les fenêtres en verre et sur d’autres parties de la cage de l’aimant pour dissiper les charges électriques. 113 Sur le terrain, le déclinomètre à fil peut être un élément peu pratique de l’équipement, en particulier quand il est utilisé avec un seul aimant, car le réglage fréquent et long de la ligne de torsion nulle met à l’épreuve la patience de I’obser- vateur. Pour cette raison, certains constructeurs d’instruments géomagnétiques équipent leurs théodolites de campagne d’un déclinomètre à pivot qui, non seule- ment se met vite en station, mais n’est pas non plus sensible au vent. L’aimant s’immobilise rapidement grâce au frottement du pivot sur la coupelle d’agate de l’aimant sans qu’il soit besoin d’un aimant amortisseur. Ce type de déclino- mètre convient spécialement pour des zones oii existent de grandes valeurs de l’intensité horizontale. L’aimant porte des miroirs à ses extrémités. Au milieu de l’aimant, une do.uble coupelle d’agate peut glisser de haut en bas Te long d’un tube, si bien que le centre de gravité de l’aimant reste au-dessous du point de sup- port quand l’aimant est renversé. Quand on utilise l’instrument pour la première fois, il faut équilibrer l’aimant. Mettez l’appareil en station et niveIez-Ie. Tournez l’alidade de telle façon que la lunette soit au sud de l’appareil. Nettoyez le pivot avec de la moelle et vérifiez que la coupelle d’agate glisse de haut en bas dans son

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

tube par son propre poids. S’il ne glisse pas, poussez la coupelle en avant et en arrière au moyen d’une allumette (pas avec un tournevis) jusqu’à ce qu’il bouge facilement. Amenez le levier de blocage à la position (( bloqué N et introduisez l’aimant avec soin, de telle façon que le pivot et la coupelle d’agate ne soient pas endommagés. Des pinces spéciales sont quelquefois fournies à cet effet. Débloquez doucement et vérifiez l’horizontalité de l’aimant. Si l’aimant n’est pas horizontal, déplacez le poids (qui, dans l’hémisphère nord, est habituellement au pôle sud) vers l’extrémité ou vers le centre selon le cas, jusqu’à ce que l’aimant soit hori- zontal. Il se peut qu’on ait à rééquilibrer l’aimant quand on a couvert une grande distance dans la direction nord-sud. Contrôlez la qualité du pivot et de la coupelle d’agate en faisant dévier l’aimant du méridien magnétique au moyen d’un aimant amortisseur ou d’un tournevis. Quand ces deux éléments seront en bon état, l’aimant oscillera sans secousse et se stabilisera au bout de dix à quinze secondes sur la méme division de la graduation qu’auparavant. Si le mouvement est saccadé, l’aimant se stabilisera rapidement, et des déviations successives donneront des positions d’équilibre fort différentes. Dans .ce cas, on doit remplacer le pivot. Si ce changement n’apporte pas d’améliorations, la coupelle est probablement endommagée. Les pivots sont, ou bien adaptés spécialement à l’appareil, ou bien (le plus souvent) ce sont les extrémités pointues d’aiguilles de bonne qualité. O n règle la hauteur du pivot au moyen d’une cale étalon. 114 Des observations avec un déclinomètre à pivot diffèrent assez peu de celles faites avec un déclinomètre à fil. Après avoir installé l’appareil, nettoyez avec de la moelle le pivot et la cage de l’aimant, vérifiez la mobilité de la coupelle d‘agate, et visez le repère d’azimut. Tournez la lunette vers le sud de l’appareil. Introduisez l’aimant dans la position c debout ». Débloquez l’aimant et réglez-le sur une division de la graduation du réticule de telle façon qu’il se stabilise, quand il est renversé, approximativement à la même division symétrique de la précédente par rapport au point central. Faites une lecture sur le cercle après avoir réglé celui-ci à la minute ronde la plus proche. Après avoir débloqué l’aimant, tapez doucement avec un doigt sur le théodolite de façon que le pivot se place correcte- ment dans la coupelle d’agate. Pendant que l’aimant oscille, grattez avec l’ongle le bord non poli d’une des vis calantes. Cela permettra de vaincre le frottement de la coupelle d’agate sur le pivot. Quand l’aimant se stabilisera, lisez la gra- duation et notez la valeur. Bloquez et débloquez l’aimant lentement et faites une autre lecture. Poursuivez jusqu’à ce que vous ayez obtenu six à huit lectures avec une dispersion au plus égale à une minute d’arc. Après avoir bloqué l’aimant, renversez-le et faites à nouveau six ou huit lectures. Enfin, faites un nouveau cycle d‘observations d’azimut. Comme les visées de l’aimant se suivent rapidement, on note l’heure uniquement au début et à la fin des observations. L’exemple proposé dispense d’explications. La réduction des observations à la ligne de base est simplifiée, si, au lieu de mesurer l’ordonnée de la trace de la déclinaison pour chaque position, on mesure l’ordonnée moyenne pour l’intervalle de temps nécessaire à une série (dans l’exemple pour 10h14-10h17 et 10h18-10h20). 115 La cage d’aimant d’un déclinomètre à pivot est généralement très étroite et les erreurs provenant des parties magnétiques sont par conséquent plus impor-

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

tantes qu’avec un déclinomètre à fil. Les principales causes d’erreur sont encore une fois les lames d‘amortisseur que l’on peut enlever parce que les frottements constituent un amortissement suffisant. Même après avoir retiré les lames d’amor- tisseur, on peut observer une digérence appréciable entre la lunette nord et la lunette sud. Dans ce cas, il est nécessaire d’observer l’appareil toujours dans les deux positions de la lunette, car la différence peut être variable. Le déclinomètre à pivot est un instrument relatif et doit par conséquent être souvent comparé à un appareil étalon d’observatoire quand on l’utilise en prospection. 116 I1 peut arriver que le miroir joue dans son cadre. Alors la différence entre les lectures pour les positions debout et renversée de l’aimant variera. Si le cadre est serré par un écrou, on peut corriger le défaut en resserrant l’écrou. Cependant, si l’écrou est trop serré, le miroir s’incurvera et la graduation réfléchie du réticule sera de travers. On trouve par des tâtonnements la position correcte de l’écrou. Avec un cadre fixe, une goutte de cire à cacheter ou de piscéine (qu’on peut trouver dans un laboratoire) déposée sur le cadre et le bord du miroir empêchera le miroir de bouger. 117 Alors que le déclinomètre à fil et, dans une certaine mesure, le déclinomètre à pivot conviennent aux mesures d’observatoire, les appareils décrits dans les paragraphes suivants sont uniquement réservés au travail sur le terrain. Ils sont caractérisés par le fait que l’aimant ne peut pas être renversé. Une correction appréciable sera par conséquent nécessaire et doit être déterminée par comparaison avec un appareil étalon d’observatoire. 118 La boussole tubulaire, qui est un accessoire fourni avec différents types de théodolites géodésiques, est un appareil utile sur le terrain. La boussole est posée habituellement sur le sabot du théodolite. On fait les observations de la même façon qu’avec un déclinomètre à pivot. L‘appareil donnera la déclinaison à une ou deux minutes près. 119 Les théodolites à boussole sont des appareils OU un aimant est solidaire d’un cercle gradué ou bien oscille au-dessus d‘un cercle gradué. A la première catégorie, appartient le théodolite type TO de Wild, qui est fabriqué avec du matériel amagnétique choisi avec soin. La lunette est d’abord dirigée vers le repère d’azimut. L’aimant est alors débloqué, et, après avoir été amené au repos en grat- tant une des vis de niveau, on fait une lecture sur le cercle grâce à un micromètre. O n répète plusieurs fois les opérations de blocage et de déblocage de telle manière qu’on obtienne une valeur moyenne précise à la minute près. Dans les vieux théodolites, on lit sur le cercle la position de l’aiguille aimantée, soit à l’aide d’un prisme, soit d’une lentille. 120 De même, des observations de déclinaison peuvent être faites avec une bonne boussole à prisme. Cependant, le résultat n’aura une précision que d’un dixième ou d’un vingtième de degré. Bien que la précision soit médiocre, les résultats obtenus avec une boussole à prisme sont meilleurs que l’absence de résultats. Naturellement la précision du résultat est améliorée par des blocages, déblocages et lectures répétés. Certains observateurs croient qu’on peut obtenir une certaine précision avec un appareil en augmentant le nombre des observations. Malheureusement ce n’est pas vrai. I1 existe un théorème selon lequel le résultat

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I I l

Appareils, méthodes d'observation et calculs

I Mesure de déclinaison au moyen d'un déclinonètre à pivot.

Mardi 2 février 1965. Observatoire de Fürstenfeldbruck : pilier d'étalonnage DéclinomEtre à pivot Askania no 580141.

A B Moyenne Repères d'azimut : église d'Alling. Début 78"18,7' 258'18,8' 78O37,5'

Fin 18,6' 18,7' 37,3'

Moyenne 78"37,40' Télescope sud.

Heure GMT

Lecture du cercle

Position

l'aimant de fichelle Cercle

2910 + nD 40 ADC') Cercle rbduit

à la ligne de base Moyenne

h m n

10 14 A 291"09,8' d +10,6 B 111"10,2' 11,o

291'20,O' 10,8 ll,o 10,8 ll,o 11,o

10 17 11,l

10 18 r -8,O 8,O 7,8 7,8 8,O 8 ,O 7,8

10 20 8 2

Repère d'azimut (moyenne) 78"37,40' Azimut du repère 145"08,40'

Méridien nord géographique 293'29,OO'

Moyenne 291'20,O' + 10,91

Moyenne 291 "20,O' - 7,95

30,91' 46,3 - 3,05' 291"33,96'

12,05' 46,4 - 3,lO' 291'15,15' 291'24,56'

Aimant I 291"24,56' T.F. - Aimant II

6 = 1-11 CL = T.F. x (1-11) Méridien magnétique 291 '2436' Méridien nord géographique 293'29,OO'

D4Ll

SD = 0,484lmm no posirif = AD(') négatif - 2'03.44'

ne peut pas avoir une précision supérieure à la moitié du plus petit intervalle qu'on peut lire. Quand, par exemple, le plus petit intervalle qu'on peut lire sur un cercle est I', la meilleure précision qu'on peut obtenir par de nombreuses

121 Pendant ces dernières années, le QHM a été utilisé avec succès pour des mesures de déclinaison. La déclinaison est dérivée de la mesure de H. Avec

I

I répétitions est 0,5'. I

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Page 69: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Appareils, méthodes d’observation et calculs

quelques précautions, la précision des résultats approchera celle des résultats obtenus avec un déclinomètre convenable. On décrira la méthode quand on parlera du QHM et de son utilisation (4 159).

Détermination de l’intensité horizontale

MESURE DE H AVEC LE TH~ODOLITE MAGNBTIQUE

122 Le théodolite magnétique ou magnétomètre théodolite a tenu une place importante, car c’était presque le seul appareil étalon de mesure d’intensité géo- magnétique depuis que Lamont lui a donné sa forme actuelle. La méthode d’obser- vation est bien au point et les constantes d’un instrument dont les aimants sont vieillis montreront un haut degré de stabilité. La méthode décrite ici suppose que la forme de l’appareil et des aimants est conservée. Les distances de déviation, généralement au nombre de deux, le moment d’inertie des aimants de déviation, et la distribution de l’aimantation des aimants sont réunis dans la constante instrumentale C, qui est obtenue en comparant l’appareil avec un appareil étalon. 123 L‘appareil de base est le même que celui utilisé pour la mesure de la déclinai- son magnétique. Le théodolite de station est muni d’une tige fixe de déviation et d’une boîte d’oscillations. Sur le théodolite de campagne, la barre de déviation, parfois divisée en deux morceaux distincts en vue d’un transport facile, est un accessoire qui est attaché à la base du théodolite, en cas de besoin. La barre de déviation porte les supports pour l’aimant déviant, deux à chaque extrémité. Les distances du milieu des supports de l’aimant au centre du théodolite (distances de déviation) sont habituellement de 40 et 30 cm. Quelquefois on utilise des distances de 30 et 22,5 cm. Sur certains types de tiges, qui sont graduées en centi- mètres, le support de l’aimant peut être déplacé et mis à la distance désirée. La tige doit faire un angle droit avec l’axe optique de la lunette. Pour observer les déviations, on suspend un petit aimant dans la cage à la place du grand aimant de déclinaison. L‘aimant suspendu et. l’aimant déviant doivent être au même niveau. Un autre accessoire, la boîte d’oscillations, remplace le dispositif de déclinaison lors des observations de déviation. La boîte d’oscillations est faite habituellement de matériel non métallique pour diminuer l’amortissement de l’aimant oscillant. Quand on utilise la boîte d’oscillations, il faut parfois ajouter une lentille à l’objectif de la lunette de telle manière qu’une mise au point sur la graduation extérieure de la boîte d’oscillations soit possible. Certains types de théodolites magnétiques ont une large cage de déclinaison en fibre ou en bois, qui peut être utilisée pour observer les oscillations de l’aimant. Pour obtenir des résultats corrects, l’aimant doit être toujours au même niveau dans la boîte d’oscillations.

Méthode

124 L‘intensité horizontale est donnée par

70

Page 70: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Appareils, méthodes d’observation et calculs

C Ho = i-

sin pa . To ou

log Ho = log C - 1/2 log sin ‘pa - log To Ho = intensité horizontale ramenée à la ligne de base C = constante instrumentale va = angIe de déviation corrigée de l’asymétrie des déviations, de l‘effet de

température, et de la variation de D et H To = demi-période d’une oscillation de l’aimant déviant corrigée de la rigidité

du fil de suspension, de l’amplitude d’oscillation, de l’effet de tempéra- ture et de la variation de H.

Quand on utilise l‘appareil sur le terrain, on n’observe parfois que des déviations. Alors :

1131 où :

I Ca

sjn ‘po Ho = ~

ou log Ho = log Cd - log sin <pa t141 où c d est la constante de déviation, qui est, soit obtenue par comparaison avec un appareil étalon d’observatoire, soit, quand le même appareil est utilisé sur le terrain et à l’observatoire, tirée des observations complètes de ‘po et To avant et après les campagnes de mesures. Alors que C reste constant pendant longtemps, Cd varie avec le moment magnétique de l’aimant de déviation. Un contrôle sérieux des calculs est obtenu en calculant le moment magnétique de l’aimant de déviation. O n a :

où : M = moment magnétique de l’aimant de déviation C’ = constante comprenant la distance de déviation, le moment d‘inertie de

l’aimant déviant, et les coefficients de distribution de l’aimantation de l’aimant déviant et de l’aimant suspendu.

Une valeur approchée de C’ peut être obtenue en utilisant la distance nominale de déviation, une valeur approximative du moment d’inertie de l’aimant déviant et des coefficients de distribution tirés des dimensions des aimants. Cependant,

comme ‘O est directement proportionnel à M, on peut trouver M en calculant 1/2 log sin (po - log To et en portant sur un graphique cette quantité en fonction du temps. 1/2 log sin ‘po - log To pourra décroître lentement avec le temps d’une manière linéaire, et des valeurs exceptionnelles d’une observation ou d’une autre peuvent indiquer des erreurs dans le calcul.

___

TO

I Déviations

125 Le fil de suspension est réglé à la position de torsion nulle, comme il a été décrit au paragraphe 108,’ l’appareil est bien nivelé et la lunette placée du côté

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Page 71: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calcuis

sud de l’appareil. De plus, on suspend le petit aimant dans la cage de l’aimant. Observez la position vo de l’aimant suspendu, lisez l’heure et le cercle, et notez les lectures. Lisez la graduation de l’oculaire sans toucher à la vis micrométrique et notez la lecture. Maintenant, l’aimant déviant, qui avait été mis à une distance de 10 à 15 mètres du théodolite, est introduit dans son support, côté est, position debout, pôle nord de l’aimant vers l’est. Introduisez le thermomètre de telle sorte que sa partie renflée soit à l’intérieur de l’aimant tubulaire, ou, si l’aimant est plein, touche l’aimant. Veillez à ce que l’aimant soit posé correctement sur son support et que son équilibre ne soit pas perturbé par le thermomètre. Suivez l’aimant suspendu avec la lunette et observez sa position vl. Continuez comme il est indiqué dans le schéma suivant :

YO

y4 )>

v1 aimant de déviation E, pôle nord E VZ y3

v4 )) )) E, n 1) W vs ))

VZ Y1 1) E, )) )) E VO

)) 1) W, )) N E aimant déviant )) D W, N N W debout

)> E, )) n W i 1) i n W, )> )) W aimant déviant )> 1) W, )) )) E renversé

Les deux lectures vo servent de contrôle. Elles seront presque égales après correc- tion de la variation de D si le théodolite n’a pas tourné en azimut au cours des observations. 126 Corrigez toutes les lectures, faites sur le cercle, de la variation de déclinaison (voir l’exemple). Les réductions sont faites à une base fictive, près du niveau de nn, qui est, dans l’exemple, égal à 11,6 mm. Calculez l’angle de déviation pour l’aimant debout et l’aimant renversé par :

1 V I + vz Va + v4 P’ = 1/2 (- - ~

2 2 i161

Avec un appareil parfaitement nivelé, une tige de déviation symétrique et un aimant dont l’aimantation est symétrique, on doit avoir :

Pour la plupart des appareils, ces angles présentent des différences qui parfois sont importantes, en particulier pour une distance de déviation petite, qui entraîne un angle de déviation trop grand. La correction en radians est :

Y, = vz et va = v4

1 1 a 2 Av = (- tan <p + - cot 9) A, + AZ

8 6 2

où : A, = I v1 - v a I et AZ = I va - v4 I

Quand les différences entre les angles sont exprimées en fractions décimales de degré, la correction de l’angle de déviation en minutes d’arc est :

A~(‘) = AA: + AA:

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Page 72: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

où : 1 1 8 6

A = 0,52365 (- - tan cp + - cot cp) Dans le tableau 1, AA2 est calculé pour A de 5' à 90' et pour les angles de déviation variant de 5" à 80". En outre, le facteur A est établi de telle sorte que les corrections puissent être calculées dans le cas où A dépasse les limites du tableau. L'angle de déviation, corrigé de l'asymétrie des déviations, est toujours :

Al et A2 varient à l'intérieur de limites étroites et fournissent un bon contrôle de la stabilité mécanique du théodolite. Dans l'exemple, les valeurs suivantes ont été trouvées pour l'aimant II, en position debout :

dans le tableau nous trouvons :

d'où :

et :

127 Dans ce qui suit, on traite de la réduction de log sin rp, car elle offre des avantages considérables pour le calcul numérique. La température affecte le moment magnétique de l'aimant déviant et la longueur

de la tige de déviation, une hausse de température entraînant une diminution de l'angle de déviation. Les deux influences sont introduites dans le coefficient de température pour les déviations, qd, qui se trouve habituellement dans la notice fournie par le constructeur ou qui peut être déterminée expérimentalement en chauffant et en refroidissant l'appareil avec un écart de température de 30 à 40 "C et en observant les angles de déviation (voir 4 140). Pour cette expérience, l'aimant déviant peut rester dans la même position. La correction du logarithme de l'angle de déviation est :

A (log sin cp) = module . qa (t - to) = 0,4343 q d (I - to) 11 81 où :

cp 1 p' - Acp

cp' = 13"47,29'; Al = 15,75'; AZ = 7,70';

AA: = O,OY; AA: = o,oi'

Acp = 0,02' + 0,Ol' = 0,03'

9 = 13"47,29' - 0,03' 13'47,26'

qa = coefficient de température pour les déviations I = température observée corrigée des erreurs des thermomètres to = température de référence pour laquelle la constante de déviation C est

applicable. to peut être O, 5, 10 ... 25, 30 OC. Pour le théodolite et l'aimant II utilisés dans l'exemple, nous avons :

qa = 0,ooO 2282 et to = 15,O "C module . qd = 0,4343 . 0,000 2282 = 0,000 0991.

La moyenne des températures lues pour l'aimant II, en position debout, corrigée des erreurs de température, est + 5,78 OC et la correction appliquée à log sin 'p est 0,0000991 (+ 5,78 - IS) = 0,0000991 (- 9,22) = - 0,000 914. D'où : A(1og sin rp) = - 0,000914. Notez que le module du facteur de réduction 4 d sera applicable en n'importe quel endroit du globe et pour les deux distances de déviation.

73

Page 73: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

128 Si H augmente, l’angle de déviation diminue. La correction est :

0,4343 0.204 Dans notre exemple, H = 0,204 et le facteur de réduction - = 2,129. Pour

l‘aimant II, en position debout, nous trouvons que l’ordonnée moyenne nH = + 11,4 mm. Avec la valeur d’échelle du variomètre H, SH = 2,81 gammas/mm, nous obtenons : AH = 32,O gammas ou 0,000 320 gauss. La ligne de base du variomètre H était située à cette distance, sous la courbe, quand on a fait les observations. Comme le but de cette réduction est de trouver log sin ‘p pour la valeur de la ligne de base, nous devrons ajouter au log sin ‘p observé :

A (log sin p) = 3,129 . 0,OOO 320 = 0,000 681 module H Le facteur de réduction ~ est constant dans un observatoire mais doit être

recalculé quand H a varié de façon appréciable par suite de la variation séculaire. I1 est applicable pour les deux distances de déviation. Naturellement, le facteur de réduction doit être recalculé pour un lieu donné avec un H différent. 129 Pour résumer, les corrections du logarithme de l’angle de déviation réduit à la température de référence du théodolite et à la ligne de base du magnétographe sont données, pour le théodolite et l’aimant II de l’exemple cité, par l’expression :

I1 est intéressant de calculer les tables des multiples des facteurs de correction, pour une gamme de valeurs déterminées, de façon à faciliter la réduction et à éviter des erreurs.

log sin po = log sin (9 - Ap) + 0,000 0991 (t - 15) + 2,129 AH(r)

Oscillations

130 Avant de commencer les observations, on doit régler dans la position de torsion nulle le fil de suspension de la boîte d’oscillations avec un poids amagné- tiqbe, selon la méthode décrite au paragraphe 108. I1 faut en outre nettoyer l’intérieur et l’extérieur des aimants de déviation, généralement recouverts d’une légère couche d’huile ou de graisse qui empêche la corrosion. O n doit sortir de leurs étuis en plastique les aimants du théodolite de campagne Askania. Il faut manipuler avec grand soin l’étrier, qui peut être de forme compliquée, et s’assurer qu’il n’est pas tordu. Une simple flexion modifiera le moment d’inertie de l’ensem- ble aimant-étrier et, par suite, la constante instrumentale C. 11 faut opérer de même pour les crochets ou les ergots par lesquels on fixe les aimants de déviation à l’étrier dans certains types de théodolite. 131 On détermine le facteur de torsion du fil de suspension selon la méthode indiquée au paragraphe 109. A cet effet, on peut se servir en général de la gra- duation de l’oculaire de la lunette. Avec certains théodolites, il peut être néces- saire d’utiliser la graduation extérieure de la boîte d’oscillations. Pour le théodolite et l’aimant II de l’exemple cité, on a tordu le fil de + 90” et - 90°. Cette opération

I

74

Page 74: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

entraîne des déviations lues sur la graduation de l'oculaire, de - 17,5 et + 173 (moyenne des 3 déviations). Le facteur de torsion est : 1

E

6 - E ri=-

où : = facteur de torsion (à ne pas confondre avec le facteur de torsion T.F.

utilisé pour la déclinaison) E = différence des lectures de la graduation de l'oculaire 6 = différence des positions de la tête de torsion

On a trouvé dans ce cas les chiffres suivants :

Alors : E = 17,5 + 17,5 = 0,584' et 6 = 180"

0,584 = 0,00326 180 - 0,584 r l =

132 Quand on observe des oscillations, on utilise la graduation extérieure de la boîte d'oscillations à la place de la graduation de l'oculaire qui est trop courte pour cette opération. Pour mettre au point la lunette sur l'échelle extérieure, dans certains types de théodolites, on doit mettre une lentille d'appoint devant l'objectif de la lunette. Parfois les aimants tubulaires de déviation portent une lentille à une extrémité, et une graduation transparente à l'autre. La valeur d'échelle de la graduation extérieure ou de celle de l'aimant est déterminée en introduisant l'aimant dans la boîte d'oscillations et en réglant la lunette sur les 20e ou 30e divisions de la graduation, de part et d'autre de la division centrale. Pour les deux réglages, on lit le cercle horizontal du théodolite. La valeur d'échelle d'une division de la graduation est :

U P =

n (1 + rl) où :

p = valeur d'échelle en degrés de la graduation extérieure ou de celle de

OL = différence des deux lectures sur le cercle exprimée en degrés et fractions

n = nombre de divisions de la graduation extérieure ou de celle de l'aimant

r] = facteur de torsion (voir

l'aimant

décimales

comprises entre les deux lectures sur le cercle 131)

Pour le théodolite de notre exemple, on a trouvé les chiffres suivants :

Division de la Lecture du Moyenne des graduation extkrieure cercle 4 observations

~~ ~ ~~ ~ ~

- 20,o 298"16,4' + 20,o 285'07,5'

Différence 40,O - - 13"08,9' - - 13,15" r] = 0,00326 (déterminé au 5 131)

13,15 40 . 1,00326

= 0,327"/division d'échelle P =

Page 75: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

Quand vous devez utiliser une graduation de valeur d’échelle inconnue pour la détermination du facteur de torsion, calculez une valeur d’échelle approximative qui, dans notre exemple, serait :

13 15 40

p = = O,329”/valeur d‘échelle

Calculez le facteur de torsion u) avec cette valeur. Puis utilisez y1 pour corriger la valeur d’échelle. Enfin calculez u) avec la valeur d’échelle améliorée. O n peut voir, par cet exemple, que la valeur d’échelle approximative est en fait assez bonne pour ce qu’on cherche. Cependant, la correction peut être appréciable avec un aimant faible et un fil de suspension rigide. 133 Pour observer des oscillations, on amortit l’aimant et l’on met au point la lunette sur la division centrale de la graduation extérieure. On provoque ensuite des oscillations, au moyen de l’aimant amortisseur (voir Q 69). L‘amplitude des oscillations devra être suffisamment grande pour qu’au bout de 160 à 200 oscilla- tions, le mouvement de l’aimant soit encore assez rapide pour noter avec précision les temps de passage. L’observateur trouvera l’amplitude des oscillations qui convient le mieux après quelques essais. Quand les instants de passage d’un aimant qui oscille sont notés par un assistant

ou à l’aide d’un compte-secondes, il faut chronométrer tous les trois ou cinq passages afin de laisser un intervalle suffisant pour inscrire les lectures. Quand on utilise un chronographe inscripteur, on note tous les passages. Sur le tableau suivant, on a inscrit les passages, qui doivent être chronométrés selon la méthode choisie.

Numéros des passages

Assistant Chronographe à Chronographe à inscription mécanique pointage

lre série 28 série lre série 2e série ire série 28 série

o 100 1 101 2 102 3 103 .. ... .. ... 18 118 19 119 20 -

O 100 3 103 6 106 9 109 .. ... .. ... 54 154 51 157 60 -

O 100 5 105 10 110 15 115 .. ... .. ,..

90 190 95 195 - -

Avant de commencer les observations proprement dites, déterminez la durée de dix demi-périodes avec un compte-secondes, pour prévoir l’instant de passage. Dans un observatoire, c’est pratiquement une constante. Sur le terrain, on devra refaire la détermination pour chaque station. Amenez l’aimant à une amplitude d’oscilla- tion convenable. Notez la température et repérez les limites d’oscillation. Si vous utilisez un chronographe à inscription mécanique, faites démarrer le papier et notez le temps de 25 passages environ, ce qui est amplement suffisant. Arrêtez

76

Page 76: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Appareils, méthodes d’observation et calculs

1 l’appareil pour économiser le papier. Au passage no O, vous avez aussi déclenché le compte-secondes. Connaissant la durée de dix demi-périodes, prévoyez l’instant du 100e passage. Faites démarrer le papier assez tôt pour enregistrer un passage proche du passage no 95. Enregistrez une trentaine de passages et arrêtez le papier du chronographe. O n mesure les temps de passage au l/lOO de seconde près (au bureau). A partir de la différence de temps des passages no O et no 20, on prévoit avec précision l’instant du passage no 100. Vous trouverez l’instant du 100e passage proche du temps prévu sur le graphique (voyez, sur l’exemple ci-dessous, le passage no 20). Si la demi-période est supérieure à 43 secondes et si vous avez un assistant ou un compte-secondes, vous notez tous les 3 passages. Chronométrez le passage no O. Prévoyez le passage no 3 à partir de la durée de 10 demi-périodes. Si l’aimant, au passage no O, venait de la droite, au passage no 3, il viendra de la gauche. Quelques secondes avant le temps prévu, regardez dans la lunette et attendez le passage no 3 que vous notez. Continuez jusqu’à ce que vous arriviez au passage no 60. Prévoyez le passage no 100 à partir des passages no O et no 60. Quelques secondes avant le passage no 100, regardez dans la lunette et notez le temps de ce passage. Si l’aimant venait de la droite au passage no O, au passage no 100 il devra aussi venir de la droite. Continuez jusqu’au passage no 157. Si la demi-période d’oscillation est inférieure à 4,5 secondes, chronométrez tous les 5 passages. Chronométrez du passage no O au passage no 195. Quand vous avez fini de noter les temps des passages, lisez de nouveau les limites de l’amplitude d’oscillation et la température.

1

I Fig. 15.

Passage No

........ 100

........ 101

........ 102

........ 103

........ 104

........ 105

........

........ 117

- h a Observations des oscillations d’un aimant (h = amplitude d‘oscillation; T = demi- période d’oscillation).

77

Page 77: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

Quand on observe des déviations, le thermomètre est en contact étroit avec l’aimant ; quand on observe des oscillations, le thermomètre indique la tempéra- ture de l’air ambiant dans la boîte d’oscillations. Cela implique que les tempéra- tures de l’air et de l’aimant soient égales. Après avoir introduit l’aimant et le thermomètre dans la boîte d’oscillations, on doit attendre que l’équilibre .ther- mique soit atteint dans la boîte. Cela peut prendre un bon moment. Pour cette raison, certains observateurs préfèrent mesurer la température de l’aimant bloqué, ce qui ne prend que quelques minutes. O n répétera la même opération quand on .aura fini d’observer les oscillations. 134 Calculez la durée de 160 demi-périodes d’oscillation à partir des différences de temps de passage pour no 100 et no O, 101 et 1, . . . , 119 et 19. On obtient ainsi 20 valeurs pour 100 T. La moyenne, divisée par 100, est la demi-période T recher- chée. O n calcule la demi-période de la même façon quand on a chronométré tous les 3 ou 5 passages. On doit corriger la demi-période T de la marche As de la pendule, qui est la

variation de la ‘correction exprimée en secondes par jour. Comme un jour a 86 400 secondes, la correction est :

As 86 400

A T = ~ T

où As = variation de la correction de pendule en vingt-quatre heures. La correc- tion de log T est alors :

As = O,OOOOO5 As module 86 400 86 400

A (log T) = ~ AS = ~

As est positif pour une horloge qui retarde, négatif pour une horloge qui avance. Puisqu’on observe la demi-période T avec une amplitude d’oscillation importante, il faut la réduire à une amplitude infinitésimale, la valeur corrigée étant toujours plus petite que la colonne observée. La correction (qui est bien connue) est :

1 64

A T = - sin2 1” h2 T

ou, sous forme logarithmique : 1 64

A (log T) = module __ sin2 1” h2 = 0,OOO 00207 h2 1231

où h = amplitude d’oscillation exprimée en degré et fractions décimales de degré. On trouve dans le tableau 2 la correction pour des amplitudes d’oscillation allant de 1” à 10’. L‘exemple a fourni les chiffres suivants :

78

Lectures des limites de la graduation extérieure de la boite d’oscillations en divisions d’tchelle

~~ ~~ ~

Amplitude au début de I‘observation + 9,8 - 9,9 Amplitude à la fin de l’observation + 5,9 - 5,s

__ - Moyenne + 7,85 ‘ - 7,85 Amplitude d‘oscillation h = 15,7 p

Page 78: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

l

l Appareils, méthodes d’observation et calculs

1 ou, avec la valeur d’échelle de la graduation extérieure de la boîte d’oscillations : p = 0,327” (voir 5 132) h = 0,327’ . 15,7 = 5,13”

D u tableau 2, nous tirons A (log T) = 0,000 055. Ceux qui aiment faire leurs calculs plus facilement peuvent dresser un tableau des divisions de la graduation de la boîte d’oscillations, en divisant les valeurs de h par la valeur d’échelle p de la boîte d’oscillations. 135 La rigidité du fil de suspension augmente la vitesse angulaire de l’aimant oscillant. Pour cette raison, la demi-période observée sera trop petite. La correc- tion que l’on doit toujours ajouter à log T est :

I

I

1 2 I A (log T) = - module = 0,2171 1 . i241

Dans notre exemple, avec q = 0,00326, nous trouvons A (log T) = 0,000 708. ’q dépend de l’intensité horizontale, du moment magnétique de l’aimant et de la constante de torsion du fil de suspension. Pour la précision exigée, on peut consi- dérer comme constants la constante de torsion du fil et le moment magnétique de l’aimant, tant qu’on utilise le même fil. Alors on peut montrer que, quand qo et To ont été déterminés à un endroit, par exemple à l’observatoire, on peut calculer q, à un autre endroit, par exemple à une station en campagne, en utilisant T, observée à cette station, par la formule :

TO ~251

?o 2 ’11 = 7 T,

où : To = demi-période d’oscillation observée à l’observatoire qo = facteur de torsion observé à l’observatoire T, = demi-période d’oscillation observée à la station en campagne qi = facteur de torsion calculé à la station en campagne.

Pour T,, on peut utiliser la valeur brute obtenue à partir de 100 T. On doit redéter- miner q quand on a changé de fil de suspension. 136 Quand la température de l’aimant d’oscillation croît, la demi-période d’oscil- lation T augmentera, la correction appliquée à log T étant :

1 2

A (log T) = - - module qop (t - to) = - 0,2171 qoa (I - ro) 1261

ou : qos = coefficient de la température de l’aimant pour les oscillations

i = moyenne des températures observées au début et à la fin d’une série

io = température de référence pour laquelle la constante du théodolite a été d‘oscillations, corrigée des erreurs du thermomètre

déterminée.

Dans notre exemple : qos = 0,OOO 1922. Facteur de réduction : 0,2171 . 0,000 1922 = 0,000 0417.

compte de la forme spéciale de l’étrier. Ainsi le facteur de réduction définitif de notre exemple sera 0.0000482. Pour la série d’oscillations, la température

I

1 Dans ce cas, on doit augmenter le facteur de réduction de 65 . IO-’ pour tenir

I

79

Page 79: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

moyenne corrigée des erreurs du thermomètre est + 4,lO OC. Avec la température de référence to = + 15,O OC, on a :

137 Quand H augmente, la demi-période T diminue. La correction que l’on doit appliquer à log T est :

A (log T) = - 0,000 0487 (4,14 - 15,O) = + 0,OOO 525

1 AH(r) 0,2171 A (log T) = + - module - = + ~ AH(r) 2 HW Hír) 1271

Dans notre exemple H = 0,204 gauss Alors :

0,2171 0,204

A (log T) = + - AH(r) = + 1,064 AH(r) Par ailleurs, IZH = 11,s m m . Avec la valeur d’échelle du variomètre H, SH = 2,81 gammas/mm, on a : AH = 33,2 gammas = 0,000 332 gauss et A (log T) = + 1,064 . 0,000 332 = + 0,000 353. 138 Pour le théodolite que nous avons utilisé, la réduction du logarithme de la demi-période à la température de référence et à la ligne de base peut être résumée par : log To = log T + 0,000 0054 AS - 0,000 00207 h2 + 0,2171 - 0,000 0482 (t - 15,O) + 1,064 AH(’) Les propriétés des termes correctifs sont résumées dans ce qui suit : Le coefficient de As est applicable pour n’importe quel appareil et en n’importe

As est positif pour une horloge qui retarde, négatif pour une horloge qui avance. Le coefficient de h2 est applicable pour n’importe quel appareil, n’importe quel

Le coefficient de 3 est applicable pour n’importe quel appareil, n’importe quel

Le coefficient de (t - to) est applicable pour un aimant en n’importe quel lieu

Le coefficient de AH est déterminé par la valeur de H et est par conséquent

quel lieu d’observation.

lieu d’observation et est toujours négatif.

lieu d’observation et est toujours positif.

d’observation.

constant pour un lieu d’observation donné.

80

Page 80: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

O

m VI

50

o ?

O

I.

VI v>

s in v1

O

in

P O P

VI m

4 In- ri Fi VI 3

'0 3

I;> 4 a

Appareils, méthodes d'observation et calculs

wwm~wmmmmo ~W

OW

~N

-N

~~

N

m" -,mew CI w

w vi in

in 3 m m m N N N N N N m in

6-0

I P

.* ?. 5 - IQ + 81

Page 81: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

TABLEAU 2. Correction d'amplitude de la demi-période d'oscillation d'un aimant,

h Correction h Correction h Correction ~~~ ~

1,O" o,OoO002 4,6" O,OOOO44

2,o O08 5,o 052 2,25 o1 1 5 2 056 23 O1 3 5,4 060 2,75 016 5,6 065 3,o o19 5,8 069 392 02 1 60 074 3,4 024 6 2 079 3,6 027 6 4 084 3,8 030 6,6 O90 4,o 033 6,8 096 4,2 036 7,o 101 4,4 O40 72 107

1 s 005 4,8 o48

log T = log T - correction T = demi-période pour une amplitude d'oscillation infinitesimale T' = demi-période observée pour une amplitude d'oscillation h h = amplitude d'oscillation. en degres et fractions décimales de degré

1 64 Valeurs du tableau : correction = module de - sinslo . hs

0,000113 119 126 132 139 146 153 160 167 175 183 190 198 207

82

Page 82: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

oo I- VI

$1 O El

(++ +

oo y o 0 0-&4

rn o rn o

-"o g o

Z 0"

o+fl o

+ 4

VI 4

m N

1

w

O :-

O

....,

m 0 0- o

VI& 3-0 oo o

4 o rn-o m

-o-

.-rooc.lo+

!2

83

Page 83: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

Observation des oscillations avec un théodolite magnétique

Dimanche 24 janvier 1965 Observatoire de Fürstenfeldbruck, pilier d'étalonnage Thédolite de campagne Askania no 580141. Thermomètre no 12578 p = O,327"/division de la graduation Aimant II, position debout

Température "C + 4,O +4,2 +4,1 +4,1 Amplitude d'oscillation +9,8 - 9,8 +5,9 -5,9 15,7 (xp) 5,13"

Débuf Fin Moyenne Valeur corr$ée

100 T nn AH(Y1 Numéro du Heure de Numéro du Heure de passage passage TU passage passage TU

h m n s

O 12 34 13,55 1 17,85 2 22,22 3 26,53 4 30,78 5 35,05 6 39,32 7 43,62 8 47,89 9 52,16 10 56,38 11 35 00,67 12 04,94 13 09,24 14 13,55 15 .17,84 16 22,14 17 26,32 18 30,64 19 35,m 20 35 39,24 O 12 34 13,55

20 T 1 25,69 20 T 85,69 100 T 4 28,45 100 T 7 08,45 O 12 34 13,55

100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119

h m n s

12 41 21,OO 25,31 29,70 33,91 38,24 42,45 46,78 51,04 55,38 59,61

42 03,85 08,07 12,35 12,64 16,96 21,28 25,57 29,19 34,02 38,38

m n s

7 07,45 46 48 38 46 40 46 42 49 45 47 40 41 40 41 44 43 47 38 38

+11,8 +33,2

Moyenne : 7 07,432 T 4,27423

100 e 12 41 22,Oû (prkvu) passage

SH = 2.81 gammas/mm Une seconde série d'oscillations a été observk avec l'aimant II inversé, après deux séries d'observations de déviations. entre 14h55 et 15h03. Résultats : T = 4,27440s h = 16,50 p = 5,400 I = +6,2 O C nn = +15.5 AHtn = +43.6

nn positif = AHtT) positif n = 0.00326

84

Page 84: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

+ R d I .5

85

Page 85: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

139 Les observations décrites dans l’exemple, et que nous avons détaillées dans les paragraphes pour expliquer les différentes réductions, ont été réalisées avec un théodolite de terrain qui permet de lire les minutes doubles, comme il a été mentionné au paragraphe 110. Il suffira dans la pratique de calculer les angles au dixième de minute près et d’utiliser des tables de logarithmes à cinq décimales. Sous la colonne (( Cercle réduit », on n’a pas répété les degrés entiers (on peut les trouver sous A). O n a fait le calcul définitif en utilisant un tableau qui sert à trouver des erreurs de calcul par comparaison avec des résultats antérieurs.

Coeficients de température

140 Dans la relation de la réduction de l’angle de déviation et de la demi-période d’oscillation, nous avons utilisé le coefficient de température q d relatif aux dévia- tions et le coefficient de température qos relatif aux oscillations. O n peut trouver ces deux coefficients dans les notices d’emploi des théodolites. Sinon, on peut déterminer les coefficients de température par des observations d’angles de dévia- tion et d’oscillation, en faisant varier la température sur un grand intervalle, par exemple, de 25 à 40 “C. En général, on réalise l’expérience dans une petite pièce chauffée par un radiateur électrique. Si l’on utilise un poêle à kérosène, on doit prévoir une ventilation suffisante pour que les gaz toxiques ne puissent s’accu- muler. O n refroidit d’abord la pièce à la température extérieure. Puis on la réchauffe lentement pour être sûr qu’une différence de température ne s’établisse pas entre l’aimant et la barre de déviation. Enfin on refroidit à nouveau la pièce à la température extérieure. Avant d’utiliser les observations pour calculer des coefficients de température, on doit les corriger des variations en fonction du temps et d’autres variables. Parfois on peut connaître une autre quantité : le coefficient de température q du moment magnétique. O n tire alors qd et qos de q, en utilisant le coefficient de dilatation du laiton qlaiton et le coefficient de dilata- tion de l’acier, qaCier. Dans ce qui suit, on n’a considéré que les valeurs absolues des coefficients. Cela entraîne moins d’erreurs dans les signes algébriques. O n a :

qd = f 34 laiton = + 0570 i281 40s = q + 29 acjer = q + O,O00 0210 ~ 9 1

et par conséquent : 40s = qd - 0,OOo 036

O n utilise couramment la dernière équation pour tirer qos de qd, car on peut observer facilement qd. Pour le théodolite de terrain utilisé dans l’exemple, q d était tiré, pour l’aimant II, des observations de déviation, avec l’aimant dans la position v1 (5 125) avec une faible distance de déviation (20 cm), et pour des températures allant de - 5 O à + 42 OC. O n a trouvé :

Le coefficient de température relatif aux oscillations est égal à :

Le manuel de McComb fournit une autre méthode pour déterminer le coefficient de température.

qd = 0,000 2282

qos = 0,000 2282 - 0,OOO 0360 = 0,000 1922

86

Page 86: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

l I

Appareils, méthodes d’observation et calculs

HW)

l CoeBcient d’induction

~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Erreur sur H en,gammas due A<p = 0,l

Erreur sur H en gammas due i AT = 0,OOO 1 seconde

<p T ~.

5’ IOo 20° 300 40’ 50’ 2s 3s 4s 5s 6s Is 8s

141 Le moment magnétique d’un aimant varie légèrement selon la composante du champ le long de son axe. Quand l’aimant est suspendu librement, cette com- posante est l’intensité horizontale. Pour des observations de déviation, la compo- sante du champ dans la direction de l’axe de l’aimant déviant est - H sin y, c’est-à-dire que le moment magnétique de l’aimant de déviation est plus faible. Cependant, comme H sin ‘p peut être considéré comme constant à moins que le moment magnétique de l’aimant de déviation change de façon importante, il n’est pas nécessaire de corriger de l’induction l’angle de déviation. O n calcule la correction d’induction sur log T par :

I 2

A (log T) = + - module p H t311

où p = coefficient d’induction. O n peut montrer que, si, au lieu d’étalonnage où l’intensité horizontale est HI, on ne corrige pas pour l’induction la demi- période d’oscillation, à un autre lieu d’observation OU l’intensité est H,, la correc- tion à appliquer à log C est :

1 2

A (log C) = - - module F (H, - H,) = - 0,2171 p (Hl(r) - H2cr)) 1321

Pour le théodolite utilisé, on a :

O n a fait les observations à un lieu où H, = 0,300 gauss. Alors,

Si on n’appliquait pas cette correction, l’intensité horizontale observée serait dans ce cas inférieure de 3,5 gammas à la valeur correcte.

p = 0,00251; H, = 0,204 gauss

A (log C) = - 0,2171 . 0,00251 (0,204 - 0,300) =- 0,000 052

o, 1 02 0,3 0,4

Influence des erreurs d’observation SUI le résultat

1,5 0,8 0,4 0,3 0,2 0,l 0,5 0,3 0,2 0,2 0,2 0,l 0,l 3,O 1,5 0,8 0,5 0,4 0,2 1,0 0,6 0,5 0,4 0,3 0,3 0,2 4,5 2,2 1,2 0,8 0,5 0,3 1,5 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4 0,4 6,O 3,O 1,6 1,0 0,7 0,5 2,O 1,2 1,0 0,8 0,7 0,6 0,5

142 La différenciation de la formule 13, formule de base pour l’intensité hori- zontale, donne :

1 2 - H(Y) cot cp sin 1‘Ap - H(Y) -. AT T

Le tableau ci-après renferme les erreurs sur H en gammas dues à une erreur de 0,l’ sur l’angle de déviation et une erreur de 0,0001 seconde sur la demi-période.

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Page 87: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

Si l’on observe seulement les angles de déviation, comme cela se fait pour un travail de prospection, et si l’on calcule à partir de la formule 14 l’intensité hori- zontale, les erreurs qui se trouvent dans la partie gauche du tableau seront doublées.

Les erreurs calculées précédemment sont celles qu’on peut obtenir dans les meilleures conditions. Quand l’angle de déviation augmente, la force résultante qui porte l’aimant suspendu décroît et les erreurs augmenteront considérablement pour de grands angles de déviation. Malheureusement, les erreurs commises en mesurant les angles de déviation et les demi-périodes d‘oscillation ne sont pas les seules qui contribuent à réduire la précision de la mesure de H. La précision avec laquelle l’aimant déviant est placé sur les supports de la barre de déviation, en particulier quand on utilise la petite distance de déviation ou dans l’étrier de la boite d’oscillations, est d‘une importance primordiale. Dans les observations d’oscillations, la cause d’erreur la plus importante est la différence entre la tem- pérature indiquée par le thermomètre et la température réelle de l’aimant. On obtiendra les meilleurs résultats avec un théodolite d’observatoire et, dans ce cas, l’erreur sur une observation sera comprise entre 1 et 2 gammas. Avec un théodolite de terrain, un bon observateur peut atteindre une précision moyenne de f 3 gam- mas. Dans des régions de latitudes moyennes et basses, le théodolite magnétique est encore un bon appareil étalon pour la mesure de l’intensité et l’on ne l’abandon- nera pas volontiers, à moins de pouvoir le remplacer par un magnétomètre à protons. Dans des régions de latitude élevée, la combinaison théodolite magné- tique - magnétomètre à protons sera avantageuse (voir § 206). MESURE D E H ET DE D AVEC U N Q H M

143 Le QHM est un des appareils les plus simples pour la détermination précise de l’intensité horizontale. I1 a été construit par D. La Cour, principalement pour surmonter les difficultés rencontrées dans la mesure de la demi-période des oscillations. A l’inverse du théodolite magnétique, l’observation et le calcul des résultats prennent peu de temps et un observateur d’une habilité moyenne obtien- dra de bons résultats, pourvu que l’angle de déviation ne soit pas trop petit. 144 Le corps tubulaire de l’appareil renferme le fil de suspension avec l’ensemble aimant-miroir et le mécanisme de blocage qu’on manipule de l’extérieur à l’aide d’une vis. La lunette est fixée sur une des fenêtres par un écrou. U n contrepoids est attaché sur le côté opposé de l‘appareil. Au-dessus de la fenêtre de la lunette, l’appareil porte un thermomètre. 145 Pour l’observation, on peut monter le QHM sur une base spéciale fabriquée par l’Institut météorologique danois. On peut lire la demi-minute sur le cercle grâce à des verniers. On peut également monter l’appareil sur la base d’un théodo- lite de campagne. Posez trois petits morceaux de plasticine sur la partie plate de la base du théodolite. Posez le QHM dessus et tournez-le légèrement dans un sens et dans l’autre de façon à étaler la plasticine. Si l’on réchauffe et amollit la plas- ticine dans sa main avant de l’appliquer, la liaison entre la base et le QHM sera assez solide. Une solution plus durable consiste à faire un socle en aluminium

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I Appareils, mdthodes d’observation et calculs

ou en laiton qui s’emboîte dans la base à la place des accessoires. Le QHM est relié au socle par deux vis. A la demande, Askania fournira un socle comme accessoire au théodolite de campagne. En général, on observe le QHM au moyen d’une petite lunette que l’on ne doit pas toucher pendant la durée des observations. Cependant, si le socle est assez haut, on peut placer la lunette du théodolite du côté opposé à la fenêtre de la visée du QHM et l’on peut alors observer le QHM avec la lunette du théodolite. Cette disposition offre des avantages considérables, en particulier pour observer la déclinaison avec le QHM, car on peut régler la lunette de la base du théodolite en hauteur pour viser des repères d’azimut. De plus on peut éclairer la graduation du réticule de la lunette sous n’importe quel angle. Quand on utilise le QHM de cette façon, il est préférable de laisser le socle fixé au QHM, après avoir réglé le fil à la position de torsion nulle en tournant le QHM sur son socle en azimut, mais non pas en retirant le capuchon au sommet de l’appareil ni en tournant la mollette qui supporte la partie supérieure du$l de suspension. Une telle tentative provoquerait la rupture du fil. Quand on utilise la lunette du théodolite, on n’a pas besoin de contrepoids. Quand on utilise la lunette du QHM, bloquer les vis des deux côtés du support de la lunette (qui représente l’axe horizontal de la lunette), de telle sorte que la lunette ne joue pas dans son support. En dépit de cette précaution, on ne doit pas toucher la lunette ni mod$er son inclinaison pendant les observations, y compris les vise‘es d’azimut. Les erreurs qu’on introduit en touchant la lunette peuvent être évitées en cherchant une inclinaison pour laquelle on voit l’image réfléchie de la gra- duation du réticule. Introduisez doucement des cales de bois tendre entre la lunette et le support; entourez d’une bande de scotch l’ensemble, qui est ainsi rigidement lié. 146 Le prisme éclairant la graduation du réticule doit recevoir la lumière d’en haut. Quand ils opèrent dans une pièce, certains observateurs se servent de papier d‘aluminium comme celui qu’on trouve dans les paquets de cigarettes, pour diriger la lumière sur le prisme. On fait un trou du même diamètre que celui de la lunette dans le papier, qui est alors appliqué sur l’extrémité de l’oculaire. On courbe le papier jusqu’à ce que le prisme reçoive assez de lumière. Une petite lampe construite par l’Institut danois de météorologje offre une meilleure solution. U n fil très souple accroché au plafond de la pièce est attaché au QHM et relié à une petite lampe fixée à la lunette au-dessus du prisme. Pour éviter toute influence sur les positions de l’aimant, on alimente la lampe avec du courant alternatif venant d’un transformateur abaisseur de tension. Quand on ne dispose pas de courant alternatif, on peut utiliser un convertisseur à transistors pour transformer le courant continu d’une batterie en courant alternatif. Quand on dirige le QHM sur un objet lumineux, notamment au cours d’une observation en campagne, il faut couvrir la fenêtre arrière du QHM d‘un mouchoir, d‘une boîte d’allumettes, ou d’un cache spécial. 147 Quand vous posez le QHM sur la base, veillez à ce que l’appareil repose correctement sur sa plate-forme. Si l’appareil est incliné, il se peut que le mécanisme de blocage ne coince pas la tige conique de l’ensemble aimant-miroir et le fil peut se casser. Après avoir nivelé la base du théodolite et dirigé la lunette vers

l 89

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

le sud, débloquez le QHM eil tournant à fond la vis de blocage dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Pendant le déblocage, observez le miroir de l’aimant par la fenêtre arrière et vérifiez que l’ensemble miroir-aimant se libère en douceur. Si le système mobile s’est collé à l’une des mâchoires de blocage, ce qui se voit clairement quand on a desserré la vis de blocage de quelques tours, tapotez doucement avec un doigt la base jusqu’à ce que l’aimant se libère. Si l’aimant prend un mouvement pendulaire, rapprochez les mâchoires, ce qui aura pour résultat d’amortir les oscillations de l’aimant. Si l’appareil est neuf, la vis de blocage est verrouillée. Tournez plusieurs fois la vis à filets interrompus. Essayez de trouver l’image réfléchie de la graduation du réticule, qui, au début, apparaîtra comme une tache lumineuse dans le champ de la lunette. Si vous ne voyez rien, regardez par la fenêtre de l’autre côté de la lunette et tournez l’alidade en azimut jusqu’à ce que vous voyiez l’image de votre œil réfléchie par le miroir de l’aimant au milieu de la fenêtre. Regardez à nouveau dans la lunette; si vous ne voyez encore rien, réglez la hauteur de la lunette jusqu’à ce que vous voyiez une tache lumineuse traversant le champ. I1 est recommandé de faire les premiers essais avec un QHM, à l’extérieur, de façon à bénéficier d’une lumière suffisante. 148 Une fois que vous avez obtenu l’image réfléchie de la graduation du diaphragme, amortissez les oscillations de l’aimant. C’est la dernière occasion de régler la lunette et la lumière sur le prisme, quand vous utilisez la lunette du QHM sans prendre les précautions décrites au paragraphe 145. Visez l’image réfléchie du réticule. Lisez le thermomètre (avec une loupe s’il le faut), l’heure,

N

t

Fig. 16. Angles mesurés dans les observations faites avec le QHM.

90

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

I le cercle et notez les lectures (visée I). Tournez l’alidade lentement dans le sens des aiguilles d’une montre, de plus de 360”, trouvez le trait central du réticule (s’il le faut en regardant à nouveau par la fenêtre arrière) et visez-le. Faites les lectures et notez les valeurs comme auparavant (visée II). Maintenant, tournez l‘alidade dans le sens inverse des aiguilles d‘une montre de deux fois 360” et continuez jusqu’à ce que vous trouviez à nouveau l’image réfléchie du réticule et visez-la (visée III). On obtiendra la dernière visée en tournant l’alidade de plus de 360” dans le sens des aiguilles d’une montre (visée IV). Cette visée donnera le même résultat que la première à une minute d’arc près. Vous trouverez rapide- ment la position du cercle en l’amenant à la valeur de la première lecture. Ainsi vous obtiendrez quatre observations. 149 La figure 16 indique les angles mesurés (La Cour, Comm. mug., no 15). N indique le méridien magnétique, tandis que m est la position de l’aimant pour les visées I et IV. L’aimant s’écarte du méridien magnétique d’un angle cc à cause d’une erreur de réglage ß de la ligne de torsion nulle du fil de suspension. L’axe optique de la lunette est confondu avec la normale au miroir T qui fait un angle c (collimation) avec l’axe magnétique de l’aimant, rn. Pour la visée II, l’aimant sera en m, et l’axe optique de la lunette en T,; on tord maintenant le fil d’un angle ß + 2x. Pour la visée III, l’aimant occupe la position m,, tandis que la normale au miroir et l’axe optique de la lunette sont en T,. On tord le fil d’un angle ß - 2x. On calcule les angles u, et u2 à partir des angles observés dans les positions I à IV. On a :

a,=T,-T = I I - I i341 02 == T - Tz = IV - III

Pour les trois positions de l’aimant, on peut écrire : M H sin U = ûß M H sin (u + ai) = û (p + 2 4 M H sin (F - aJ = û (p - 2x)

ou : M = moment magnétique de l’aimant H = intensité horizontale U = kart angulaire de l’axe magnétique de l’aimant avec le méridien magné-

ß = torsion résiduelle du fil de suspension (mauvais réglage de la position

û = constante de torsion du fil de suspension.

tique

de torsion nulle)

En ajoutant la 2e et la 3e équation, et en utilisant la l’e équation, on obtient : sin al - sin a,

tan u = 2 - (cos a, i- cos az)

ou, avec cp = ‘1 + ‘2 et tl petit, 2

91

Page 91: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

20” 40 60 80

cos y Pour la détermination de o! le facteur

En outre, en retranchant la 3e équation de la seconde, on obtient :

est donné dans le tableau 3. 2 (1 - cos y)

2,9’ 2,l‘ 1,7‘ 1,5‘ 11,4 8,O 66 5,7 24,3 17,2 14,O 12,1 40,3 28,4 23,2 20,l

En général, tc étant petit, on peut alors remplacer le dénominateur de la seconde

fraction par sin a, + sin a2, qui, pratiquement, est égal à 2 sin ‘1 - + ‘2 ou 2 sin ‘p.

Cette simplifìcation entraîne : 2xe i

2

H-- - M sin p

2 ne M

ou, sous forme logarithmique, en posant log - = C : log H = C - log sin p i381

On détermine la constante C en comparant l’appareil avec un appareil étalon d’observatoire. 150 Dans le cas où la différence entre a, et a2 est grande, on peut introduire une correction pour H au lieu d’utiliser la formule 37 (Howe, 1938).

et H = H’ + AH, où H’ = intensité horizontale calculée a, - a2 Posons E = ~ 2

avec y = ~ “ + a2 et H = intensité horizontale corrigée de la torsion résiduelle, d’où :

2

H sin21’d’)z - _ , H c2 AH = -

2 (i - cos p)Z 2 (i - cos p)Z Quand on utilise une valeur approchée de H en gauss et E en minutes d’arc, on obtient :

AH est toujours positif, c’est-à-dire que l’intensité horizontale H’ déterminée par la formule 38 est trop petite quand a, et a2 sont différents. Le tableau suivant calculé par Wiese (Fanselau, 1960) donne la limite supérieure de l’angle E quand on tolère sur H une erreur maximale de 1 gamma.

9 1 H 0,1 0,2 O, 3 0,4 gauss

92

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I l Appareils, méthodes d’observation et calculs

correction. L’exemple suivant illustre le calcul de la correction. On a utilisé le QHM no 82 le 16 mai 1966 à l’observatoire de Fürstenfeldbruck. On a trouvé les valeurs suivantes :

a, = 64“07,5’

H’ = 20 556,5 gammas q = 64,4”

A H = = 0,7 gamma

(1 - COS Q ) ~ = 0,323 a2 = 64”39,9’ E z= -16,3’

c2 = 266

0,00424 . 0,206 . 266 0,323

H’ = 20 556,5 gammas

H = 20 557,2 gammas A H = 0,7

I O n obtiendra les mêmes résultats en utilisant la formule 37 complète. Cependant, on doit faire attention aux signes algébriques. 151 On peut grouper l’effet de la température sur le fil de suspension et sur le moment magnétique de l’aimant dans un facteur, qu’on désignera par c1. Pour cela, on détermine expérimentalement le facteur c1, en utilisant l’appareil dans une gamme étendue de températures; c1 est en général voisin de 0,00016. 152 Le moment magnétique de l’aimant est légèrement modifié par l’induction provoquée par la composante de l’intensité horizontale dans la direction de l’axe magnétique de l’aimant. La constante c2, qui varie d’un appareil à un autre, représente cet effet; elle peut avoir des valeurs comprises entre 0,0002 et 0,0008. 153 La formule complète pour le QHM est :

FOI où :

log H = C - log sin <p + cI I - c2 H cos q H = intensité horizontale C = constante du QHM pour un angle de torsion de 27t p = angle de déviation c1 = coefficient de température c2 = coefficient d‘induction t = température, corrigée des erreurs du thermomètre.

Les constantes C, c1 et c2 se trouvent dans la notice d’étalonnage qui est fournie avec l’appareil. On peut considérer c1 et c2 comme constantes pendant dix ans ou plus, alors que C varie en moyenne de 0,00004 par an. Par conséquent, on doit comparer le QHM avec un appareil étalon tous les deux ans. A cet effet, l’IAGA a acquis plusieurs jeux de QHM qui sont confiés au Reporter on the Comparison of Observatory Standards, Dr V. Launen, Danish Meteorological Institute, Charlottenlund (Danemark). Un jeu de 3 instruments sera fourni sur demande. 154 On peut trouver la sensibilité du QHM en différenciant la formule fonda- mentale, ce qui donne :

I AH= -Hcotrp. A<p

I où, si Acp est exprimé en minutes d’arc : I H(7) = - H cot <p sin l‘Ap(’) = -29,l Her) cot PAP(’) I411

Le tableau ci-après donne AH en gammas correspondant à une variation d’une minute de l’angle de déviation, pour différentes valeurs de H et cp. i

93

Page 93: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

cp

20" 25 30 40 50 60 70 80 85

H O,] 0,4 gauss

16,O Y 15,2 10,o 69 4,9 3,4 2,1 1 ,o 0,5

Le tableau montre qu'on obtiendra les meilleurs résultats pour de grands angles de déviation et de faibles valeurs de H. Cependant, pour des angles de déviation supérieurs à 75", il deviendra difficile d'amortir l'aimant. Les observateurs peu expérimentés obtiendront de meilleurs résultats avec des angles de déviation compris entre 55 et 70". Pour des mesures en campagne, on pourra se contenter d'angles de déviation plus petits. 155 Quand, par exemple, au cours d'une tournée de mesures en campagne, l'observateur se déplace vers des latitudes moins élevées, les valeurs de H augmen- teront et l'angle de déviation diminuera. O n peut augmenter la sensibilité de l'appareil en amenant l'angle de torsion de 2x à 3x. Au lieu de tourner l'alidade de 360" + cp, après la première visée au zéro, tournez l'alidade de 540" et continuez jusqu'à ce que vous trouviez l'image du réticule. La lunette sera alors au nord- est de l'appareil, et l'on observera la face arrière du miroir. On observera la dévia- tion de l'autre côté de la même façon. Pour le calcul de a, et a2, on doit diminuer de 180" les lectures sur le cercle quand l'aimant est dévié. On peut augmenter l'angle de torsion de 27t à 3x quand l'angle de déviation pour 2x est inférieur à 41". Pour 3x l'angle de déviation sera d'environ 78". Quand l'observateur se déplace vers des latitudes plus élevées (c'est-à-dire à

des endroits OU l'intensité horizontale est plus petite) et que l'angle de déviation augmente, il peut ne tordre le fil que de E, en tournant l'alidade de 180" en azimut et en continuant jusqu'à ce qu'il trouve l'image du réticule. On observe de nouveau la face arrière du miroir et il faut diminuer de 180"' pour le calcul de a, et a2, les lectures sur le cercle correspondant aux déviations de l'aimant. Quand, pour un angle de torsion de 2x, l'angle de déviation est voisin de 90°, l'angle de déviation pour x sera environ de 30". Dans les cas extrêmes, par exemple quand on utilise l'appareil pour des com-

paraisons dans d'autres observatoires, on peut avoir à augmenter l'angle de torsion jusqu'à 4x pour obtenir un angle de déviation assez grand. 156 La constante C du QHM correspond toujours à un angle de torsion de 2x. Les formules modifiées pour les quatre cas d'intérêt pratiques sont :

Angle de torsion x : log H = C + log 1/2 - log sin p + c1 l - c, H cos p 3n : log H = C + log 3/2 - log sin p + c1 I - c2 H cos cp 4x : log H = C + log 2 - log sin p + c1 t - c2 H cos p 2x : lüg H = C - log sin cp + cI t - c2 H cos p 1421

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

157 O n a expliqué au paragraphe 148 que l’observation complète du QHM comprend quatre lectures, à savoir :

Visée 111, angle de torsion - 2x Visée IV, angle de torsion O

Cela constitue le schéma d’observation le plus simple. Pour un travail plus précis, telle une intercomparaison d’étalons d’observatoire, on utilise un autre schéma qui comprend les six lectures suivantes :

Visée Visée IV, angle de torsion - 2x Visée II, angle de torsion + 2x Visée V, angle de torsion + 2s Visée III, angle de torsion - 2x Visée VI, angle de torsion O

Ce schéma est appelé schéma international. Pour l’observation de la déclinaison avec le QHM, Van Wijk et Gotsman (1951) ajoutent le schéma international inverse. U n autre schéma, décrit par Thiessen (1953) est très utile quand la décli- naison magnétique est tirée des mesures du QHM, car il contient 3 observations en position de torsion nulle. Les lectures sont :

Visée I, angle de torsion O Visée V, angle de torsion - 2s Visée II, angle de torsion + 2x Visée VI, angle de torsion + 2x Visée III, angle de torsion - 2x Visée IV, angle de torsion O

Visée I, angle de torsion O Visée II, angle de torsion + 2x

I, angle de torsion O

Visée VII, angle de torsion O

158 On a choisi pour exemple une observation faite selon le schéma de Thiessen. Comme pour les observations de déviation avec le théodolite magnétique, on a corrigé les lectures sur le cercle de la variation de D, avant de calculer l’angle de déviation plutôt qu’au moment de la première visée (Q 102 et 126). Dans l’exemple, on a calculé l’angle de déviation au moyen des angles de torsion + 2x et - 2x. O n tire l’angle de déviation des visées II et III et V et VI. On corrige les tempéra- tures des erreurs du thermomètre (dans l’exemple O) avant de les utiliser dans le calcul de la correction de température. Enfin on calcule la valeur de la ligne de base du variomètre H en retranchant la moyenne des ordonnées nH converties en gammas (8 102), correspondant aux lectures du cercle II, III, V et VI. Au lieu de faire le calcul sur le formulaire utilisé pour noter les observations,

on peut dresser une table de réduction logarithmique de l’angle de déviation, comme pour l’angle de déviation observé avec le théodolite magnétique (Q 139). Notez qu’on devra inverser le signe algébrique de la correction de température lors de la correction de l’angle de déviation. La réduction logarithmique de l’angle de déviation à la ligne de base est la même que celle décrite au paragraphe 128. Pour un travail de routine, dans un observatoire ou pour la cartographie

magnétique d’une zone peu étendue, on peut modifier la constante C par la correction d’induction, qui pour la précision demandée peut être considérée comme constante. Pour le calcul de la correction, utilisez des valeurs moyennes de H et ‘p. Cela évitera de retrancher la correction pour chaque observation et supprimera ainsi une source d’erreur. O n peut désigner par C’ ou C” la constante modifiée. 159 Quand on veut déduire la déclinaison magnétique des observations de H faites avec le QHM, on doit examiner deux procédés différents. Quand vous utilisez le QHM avec sa lunette, débloquez l’aimant et réglez la hauteur de la

95

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Appareils, méthodes d’observation et calculs ~

lunette de façon à voir l’image du diaphragme. Tournez l’alidade en azimut jusqu’à ce que le plan du miroir de l’aimant soit parallèle à l’axe optique de la lunette et bloquez l’aimant. A partir de ce moment-là, il ne faut plus toucher à la lunette ni régler sa hauteur. Visez les repères d’azimut. Si aucun repère d’azimut n’est visible dans le champ de la lunette, visez un objet bien net ou plantez un jalon à une distance de 100 ou 200 mètres de l’appareil, de sorte qu’il soit visible dans la lunette, et vérifiez sa verticalité avec un fil à plomb. Après avoir observé les repères d’azimut, tournez l’alidade de façon que la lunette soit au sud de l’appareil. Quand l’aimant sera débloqué, il reviendra à sa position normale, le plan du miroir étant perpendiculaire à l’axe optique de la lunette. Observez H en utilisant un des schémas décrits au paragraphe 157. Bloquez à nouveau l’aimant, le plan du miroir étant parallèle à l’axe optique de la lunette, et faites une autre série de visées du repère d‘azimut. Enfin, débloquez l’aimant, ramenez-le à sa position normale (plan du miroir perpendiculaire à l’axe optique de la lunette) et bloquez-le à nouveau. Veillez à ne pas bloquer l’aimant avec son pôle nord dirigé vers la lunette, car cela pourrait affecter le réglage du zéro. Si 1’011 a utilisé un repère d’azimut auxiliaire, il ne faut pas oublier de relier ce repère d’azimut aux repères d’azimut principaux au moyen d’un théodolite. Quand vous utilisez la lunette de la base du théodolite, observez d’abord les

repères d’azimut sans le QHM puis mettez le QHM sur sa base et observez H. Enlevez le QHM de sa base et visez à nouveau les repères d’azimut. Quand la lentille de l’objectif de la lunette du théodolite est loin de la fenêtre du QHM, la lumière diffuse peut être gênante. Pour la supprimer, emboîtez un tube en carton sur l’extrémité de l’objectif de la lunette et sur la fenêtre du QHM. 160 Quand on tire la déclinaison magnétique des observations du QHM, on doit corriger la moyenne des lectures du cercle en position de torsion nulle (dans l’exemple, les lectures I, IV, VlI) de la collimation c et de l’angle u. La lecture sur le cercle du méridien magnétique est : méridien magnétique = A + c - u (voir fig. 16) où A est la moyenne des lectures du cercle, en position de torsion nulle. En outre. la lecture sur le cercle du méridien géographique est :

où B est la lecture sur le cercle du repère d’azimut, et AZ son azimut. Comme la déclinaison magnétique :

D = méridien magnétique - méridien nord géographique la formule complète est :

ou :

méridien géographique = B - AZ (fig. 13)

D = A + c - m - ( B - A z ) i431

D = déclinaison magnétique A = moyenne des lectures du cercle en position de torsion nulle corrigée

c = angle de l’axe magnétique de l’aimant et de la normale au miroir OL = déviation de l’axe magnétique de l’aimant du méridien magnétique

B = lecture sur le cercle du repère d’azimut

de la variation de D

résultant de la torsion résiduelle du fìi de suspension

AZ = azimut du repère d’azimut.

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Page 96: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I l Appareils, mkthodes d'observatiofi et calculs

I TABLEAU 3. Déclinaison magnétique pour les observations avec un QHM.

35" 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79

I

2,265 2,118 1,983 1,859 1,744 1,637 1,538 1,446 1,361 1,282 1,208 1,138 1,072 1,011 0,954 0,900 0,849 0,801 0,756 0,713 0,672 0,634 0,598 0,564 0,531 0,500 0,470 0,442 0,415 0,390 0,366 0,343 0,321 0,300 0,280 0,260 0,241 0,224 0,207 0,191 0,175 0,160 0,145 0,131 0,118

250 104

1,971 848 733 627 529 438 353 275 201 131 066 O05

0,949 895 844 796 752 709 668 630 595 561 528 497 467 439 412 388 364 341 319 298 278 258 239 222 205 189 174 158 144 130 117

236 09 1

1,958 836 723 617 520 429 345 267 194 125 060 O00

0,943 890 839 792 747 705 664 627 591 557 525 494 464 437 410 385 361 339 317 296 276 256 238 221 204 188 172 157 142 128 115

22 1 078

1,946 824 71 2 607 510 420 337 260 187 118 054

0,994 938 885 835 788 743 701 661 623 588 554 522 491 462 434 408 383 3 59 336 315 294 274 254 236 219 202 186 170 156 141 127 114

206 064

1,933 813 701 597 501 412 329 252 180 112 048

0,988 932 880 830 783 739 697 657 620 584 551 519 488 459 43 1 405 380 3 57 334 313 292 272 252 234 217 201 185 169 154 139 126 113

192 050

1,921 802 690 588 492 404 322 245 173 105 042

0,982 927 874 825 778 734 692 653 61 6 581 548 516 485 456 428 402 378 3 54 332 310 290 270 250 232 216 199 183 168 152 138 1 24 112

177 037

1,909 790 680 578 483 395 314 238 166 098 035

0,977 922 8 69 820 774 730 68 8 649 612 578 544 512 482 453 426 400 376 352 330 308 288 268 249 231 214 197 181 166 151 137 123 110

162 024

1,896 778 669 568 474 386 306 230 159 092 029

0,971 916 864 815 770 726 684 645 609 574 541 509 479 450 423 398 373 3 50 328 306 286 266 247 229 212 196 180 164 150 135 122 109

147 O10

1,884 767 658 558 464 378 298 223 152 085 023

0,965 911 859 811 765 722 680 642 605 571 538 506 476 448 420 395 371 348 325 304 284 264 245 227 210 194 178 163 148 134 121 108

133 1,996 87 1 756 648 548 455 370 290 215 145 079 017

0,960 905 854 806 760 717 676 638 602 567 534 503 473 445 41 8 392 368 345 323 302 282 262 243 226 209 193 177 162 146 132 119 106

97

I i

(a, - a*)(.) cos 0 aï> = 2 (1 - cos 'p)

Valeurs de cas ' I 2 (i - cos ro)

Page 97: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

es*

N

mo

mo

o -

0- -.

ò~

~o

oo

o

II

++

KK

K

e

ONNONNO

+I

I

+

woN*wWo

3-----N 3

19

h

c

9

+

k +

98

Page 98: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Appareils, méthodes d’observation et calculs

On trouve les quantités c et u dans le certificat d’étalonnage du QHM. I1 faut contrôler c de temps en temps en comparant le QHM à un déclinomètre, mais on calcule u pour chaque observation. Le tableau 3, qui contient l’expression

correspondant à des angles de déviation compris entre 35O et 80°, cos ‘p

2 (1 - cos ‘p) facilite le calcul de M. Dans l’exemple mentionné, on a fait les calculs avec plus de précision que néces-

saire, pour permettre au lecteur de suivre facilement les différentes opérations. Dans la pratique, il suffit de calculer les angles à 0,l’ près. Les tables de logarithme à 5 décimales sont assez précises pour obtenir le gamma entier le plus voisin pour de grandes valeurs de H et le demi-gamma le plus proche pour de faibles valeurs de H, bien que quelquefois on s’écarte davantage du résultat exact en arrondissant. 161

de la méthode d’observation. Le temps nécessaire à tordre le fil, à amortir l’aimant et à régler la lunette sur l’image du réticule devrait être toujours le même. En outre, on ne laissera pas le fil dans une position tordue plus longtemps que néces- saire. Si, à de grands angles de déviation, l’aimant se retourne, bloquez l’appareil et recommencez depuis le début. 162 Quand on dispose de trois QHM, on devrait toujours utiliser tous les instru- ments bien que les résultats obtenus avec chacun d’eux puissent être différents les uns des autres. I1 vaut mieux prendre la moyenne des trois appareils plutôt que de se fier à un seul QHM, à moins que l’un des appareils s’écarte trop de la moyenne. On peut connaître chaque instrument en traçant non seulement la moyenne des valeurs de la ligne de base obtenue avec les 3 appareils mais aussi les valeurs de la ligne de base de chacun d’eux. 163 Alors que la constante C d’appareils anciens a tendance à décroître, celle des QHM fabriqués plus récemment augmente en moyenne de 0,00004 par an. Cependant, il y a des appareils dont la constante n’a pas varié pendant de nom- breuses années, alors que la constante d’autres appareils a changé de 0,0001 par an. Quelquefois, C peut rester constante pendant plusieurs années, puis se mettre à varier. 11 semble donc qu’on ne puisse pas prévoir le comportement de la constante. La collimation c semble varier au hasard. Elle restera à peu près constante pendant quelques mois puis sautera à une autre valeur. Normalement la dispersion de c atteint 2’ crête à crête. Certains appareils auront une amplitude de dispersion allant jusqu’à dix minutes d’arc, bien qu’ils puissent donner des valeurs sûres de H. 164 Il ne faut jamais exposer un QHM au soleil, ni dans sa boite, ni directement. L’ensemble aimant-miroir est collé. Les températures élevées amolliront la colle, le miroir de l’aimant changera de position et l’on ne pourra plus l’observer. L’Institut météorologique danois a reçu en réparation plusieurs appareils, ces dernières années, pour cette raison.

’ I Comme le fil de suspension du QHM est soumis aux contre-coupsélastiques,

la précision des résultats est dans une certaine mesure influencée par l’uniformité I

1 1 1

99

Page 99: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

MESURE D E H AVEC L A BALANCE D E TERRAIN

165 Alors que l’étalonnage d’un théodolite magnétique ou d’un QHM reste valable des années, on ne peut être sûr de celui d‘une balance de terrain que pendant un temps assez court. Pour cette raison, la balance de terrain ne convient pas pour contrôler la valeur de la ligne de base d’un variomètre H. On doit utiliser une technique spéciale pour réussir une cartographie magnétique, avec une balance de terrain. L‘avantage de cet appareil est de permettre une observation en quelques minutes; le fonctionnement de l’appareil et le calcul des résultats sont extrêmement simples ; de plus, l’appareil est thermiquement compensé, ce qui supprime le travail pénible de réduction. On peut calculer et relever les résul- tats sur le terrain. 166 En principe, une balance de terrain pour la mesure de l’intensité horizontale comprend un aimant se déplaçant dans le plan (vertical) du méridien magnétique, soit sur les arêtes du couteau, soit suspendu au moyen d’une suspension raide, l’axe magnétique de l’aimant étant vertical. On mesure la variation de l’intensité horizontale d’un lieu à un autre en notant la variation de l’angle entre la verticale et l’axe magnétique de l’aimant, et en utilisant pour cela la graduation du réticule de la lunette et son image réfléchie par le miroir de l’aimant. Ainsi la ligne de référence est l’axe optique de la lunette, qui doit donc toujours occuper la même position par rapport à la verticale, ce qui est possible grâce à un nivellement précis de l’appareil. La balance est étalonnée en gammas par division d’échelle, au moyen d’une bobine de Helmholtz-Gaugain et d’un milliampèremètre de préci- sion. La valeur d’échelle peut varier entre 10 et 30 gammas par division d’échelle et être exécutée sur mesure (sauf pour les balances Fanselau). Puisque l’aimant de la balance reste vertical, la valeur d’échelle variera légèrement avec l’intensité verticale. Par conséquent, un nouvel étalonnage est nécessaire, après un déplace- ment vers le nord ou le sud. 167 Pour l’observation, on pose le trépied de la balance avec l’un des pieds au nord (de préférence toujours le même) pour faciliter le nivellement. On nivelle la tête du trépied au moyen des trois vis calantes et du niveau circulaire. On pose ensuite la boussole sur le trépied, en suivant les instructions données par le cons- tructeur, et l’on tourne la tête du trépied en azimut jusqu’à ce qu’on lise sur la boussole la valeur voulue, en général O”. On doit faire ce réglage avec soin pour être sûr que l’aimant de la balance se déplacera dans le plan du méridien magné- tique. Si l’aimant se déplace dans un autre plan vertical, on mesure seulement une composante de l’intensité horizontale. Après ce réglage, bloquez la tête du trépied, enlevez la boussole et posez la balance sur le trépied. Regardez si les ergots du plateau inférieur de la balance sont bien engagés dans les trous corres- pondants de la tête du trépied et si leurs extrémités inférieures sont coincées par l’anneau de blocage, qui, lorsqu’on le tourne de 20 ou 30”, fixe rigidement la balance au trépied. On nivelle l’appareil de façon précise au moyen de deux niveaux tubulaires perpendiculaires placés au sommet de la balance. Assurez-vous que la partie supérieure de la balance, qui peut tourner indépendamment autour de l’axe vertical de la tête du trépied, a été amenée en butée et que le côté convenable

1 O0

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

Fig. 17. Graduation de l’oculaire d’une balance de terrain.

de l’appareil est dirigé vers le nord. Débloquez maintenant l’aimant lentement et lisez la division de la graduation qui coïncide avec l’image du réticule. La figure 17 montre ce que l’observateur doit voir en regardant dans la lunette. I1 y a trois traits réfléchis, la position du trait central étant lisible tant que celui-ci est à l’intérieur de la graduation (sur la figure 17, 333 divisions d’échelle). Quand, dans une tournée de cartographie magnétique, l’observateur se déplace vers le sud, c’est-à-dire dans des régions OU les valeurs de H augmentent, le trait central réfléchi ira tôt ou tard au-delà de 65. On lit alors la position du trait marqué + sur le côté gauche et l’on ajoute 30 à la lecture. O n utilise le trait marqué - sur le côté du trait central quand celui-ci va au-delà de - 5. Dans ce cas, on doit retrancher 30 à la lecture. Quand on ne voit aucun trait réfléchi, on doit changer la zone de mesures de la balance en introduisant un aimant auxiliaire (balance à couteaux) dans un support situé sous la tête du trépied, ou en modifiant l’angle de torsion du fil de suspension. Depuis queIques années, on voit apparaître de nouvelles balances à torsion avec un système différent. Le réticule comprend un double trait alors que le trait réfléchi est unique. On fait la lecture en réglant la tête de torsion de la suspension jusqu’à l’apparition du trait unique entre le double trait. Le cercle gradué de la tête de torsion apparaît dans le champ de la lunette à côté du réticule et on le lit à l’aide d’un micromètre. Dans ce cas, l’aimant occupe toujours la même position par rapport à la verticale. La balance est étalonnée en gammas par degré de torsion du fil de suspension, au moyen d’une bobine de Helmholtz-Gaugain. I1 existe une grande variété d’instruments de ce type : les observateurs les trouvent beaucoup plus pratiques que n’importe quel autre type. Pour obtenir un meilleur résultat, on peut faire plusieurs lectures en bloquant et débloquant l’aimant entre chaque lecture. 168 On doit bloquer et débloquer avec grand soin tous les types de balance, à moins que l’aimant soit très petit. On endommagerait à coup sûr les balances à couteaux et les balances Fanselau en les transportant sans les avoir bloquées au préalable. O n doit éviter les chocs pendant le trafisport. 169 Quand on utilise une balance pour la première fois, il faut vérifier que l’aimant se déplace dans le plan du méridien magnétique en desserrant le système du blocage du trépied et en tournant la tête en azimut. Le réglage d’azimut donné par la boussole doit correspondre à la valeur la plus élevée de l’intensité horizontale. 170 Le maniement de la balance est d’une simplicité qui peut tromper. La préci- sion des balances peut varier grandement d’un appareil à l’autre sans qu’on puisse rejeter la faute sur les constructeurs. Naturellement, l’observateur expéri- menté qui prend la peine de connaître les particularités d’un appareil obtiendra

Page 101: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

de meilleurs résultats que le débutant qui se contente de suivre les instructions données par les fabricants. Voir le paragraphe 195 pour un exemple d’observation.

Détermination de l’inclinaison

171 L’inclhomètre a à peine changé de forme depuis qu’il a été introduit par H. Wild à la fin du siècle dernier. I1 comprend un lourd anneau de 25 cm de dia- mètre et trois vis calantes. L‘alidade se trouve au centre de l’anneau et porte les supports de l’axe horizontal. Ce dernier porte une armature dans laquelle est montée la bobine de l’inducteur qui peut tourner sur deux supports de haute précision. A une extrémité de l’axe de la bobine, se trouve le commutateur; l’autre extrémité est prolongée de façon à pouvoir adapter une transmission flexible qui relie la bobine de l’inclinomètre à un engrenage. Les modèles récents d’inclinomètres de terrain sont montés avec une manivelle à une extrémité de l’axe horizontal. L‘autre extrémité de l’axe horizontal porte le cercle vertical. Pour le nivellement, une monture en forme de U, surmontée d’un niveau tubulaire très sensible, est posée sur les ergots de l’axe horizontal. On règle la bobine de l’inclinomètre dans le plan du méridien magnétique au moyen d’une boussole mise à la place du niveau tubulaire. 172 L’inclinomètre ressemble en tous points à un théodolite géodésique, l’axe de la bobine correspondant à la lunette. Alors qu’on règle l’axe horizontal de l’inclinomètre comme il est décrit au paragraphe 86, on utilise le niveau de la bobine pour le réglage de l’axe de celle-ci. Nivelez l’inclinomètre avec soin, amenez l’axe de la bobine à la verticale et son plan à la perpendiculaire de l’axe horizontal. Utilisez le niveau de la bobine pour terminer le réglage et, s’il le faut, ajustez ce niveau. Tournez la bobine de 90” en azimut de façon que son plan soit parallèle à l’axe horizontal de l’inducteur. Vérifiez, au moyen du niveau de la bobine, si l’axe de la bobine est encore vertical, et par conséquent perpendi- culaire à l’axe horizontal. Sinon, utilisez les quatre (ou deux) vis à tête percée d’un des paliers de la bobine et réglez l’axe de la bobine exactement à la verticale. La mise en station d’un inclinomètre sera valable longtemps. La précision de la mesure d’inclinaison dépend essentiellement du réglage des paliers de la bobine, qui ne doit avoir aucun jeu. En général le palier placé à l‘extrémité du commu- tateur est réglable. 173 Pour les observations de routine, nivelez l’inclinomètre. Remplacez le niveau tubulaire par la boussole et tournez l’alidade jusqu’à ce que le pôle nord de l’aiguille de la boussole soit exactement sur le repère. Retirez la monture du niveau et mettez la boussole à une dizaine de mètres de l’appareil. Lisez le cercle horizontal de l’inclinomètre et tournez l’alidade de 90” en azimut de façon que le cercle vertical soit à l’est de l’appareil. L‘axe de la bobine de l’inclinomètre se déplacera alors dans le plan (vertical) du méridien magnétique quand on tournera la monture de la bobine autour de l’axe horizontal de l’inducteur. Amenez l’axe de la bobine à la verticale, le commutateur étant en position basse, et tournez la bobine de l’inducteur de façon que son plan soit parallèle au méridien

102

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Appareils, ,méthodes d’observation et calculs

magnétique. Réglez l’axe de la bobine à la verticale, en utilisant le niveau de la bobine. Lisez le cercle vertical. Tournez la bobine de l’inducteur de 180” autour de son axe et amenez à nouveau la bulle du niveau de la bobine au centre. Lisez à nouveau le cercle vertical. Pour obtenir une plus grande précision, on peut répéter les deux opérations comme il a été fait dans l’exemple. La moyenne des lectures indique le zénith. Mettez maintenant le cercle vertical à la Co-inclinaison. L’axe de la bobine de l’inducteur sera alors aligné avec le vecteur du champ géomagnétique (ou la ligne de force). 174 Réglez ensuite le galvanomètre astatique, qu’il faut placer à deux ou trois mètres de I’inclinomètre. Quand l’aimant du galvanomètre est hautement astatique, c’est-à-dire quand le moment magnétique résultant est nul, la force directrice de l’aimant sera donnée seulement par le fil de suspension, et le galvanomètre peut être réglé dans n’importe quelle direction. Normalement, il y aura une petite résultante et le galvanomètre dérivera avec le moment magnétique de la résul- tante vers le méridien magnétique. Une fois trouvée la direction préférentielle, on devra toujours mettre le galvanomètre dans cette direction. Branchez le cable bifilaire au galvanomètre et contrôlez la sensibilité en pinçant les extrémités du fil, côté inclinomètre, entre le pouce et l’index, une dans chaque main. Le galva- nomètre devrait dévier de quelques divisions de la graduation, à moins que votre peau soit très sèche. En général, on lit le galvanomètre avec une lunette et une graduation extérieure.

C’est l’observateur lui-même, ou un assistant, qui opère. Quelques observateurs préfèrent projeter le filament brillant d’une lampe basse-tension, par I’inter- médiaire du miroir du galvanomètre, sur une graduation placée à portée de l’obser- vateur, en utilisant un grand levier optique, dans l’obscurité ou en demi-pénombre. Quand l’axe de la bobine de l’inducteur est réglé A l‘inclinaison correcte, c’est-à-

dire parallèle aux lignes de force, aucune ligne de force ne recoupera les spires et aucune force électromotrice (f.e.m.) ne sera induite par le champ terrestre dans la bobine en rotation. Le galvanomètre restera au repos. 175 On trouve l’inclinaison par une méthode de zéro. En général, on connaît une valeur approximative de l’inclinaison. Réglez le cercle vertical à cette valeur, qui peut être désignée par I,. Faites tourner lentement la bobine dans le sens positif. I1 se peut que le galvanomètre soit dévié vers la droite. Augmentez I, de lo’, soit 1, = I, + 10’. A cet effet on peut utiliser le tambour de la vis micrométrique au lieu du cercle vertical. Attendez que le galvanomètre revienne au rcpos. Faites tourner lentement à nouveau la bobine dans le sens positif. I1 se pmt que le galvanomètre dévie franchement vers la droite. Cela veut dire que l’inclinaison de la bobine a été modifiée dans un mauvais sens. Essayez le réglage : I, = I, - 10’. II se peut alors que le galvanomètre soit dévié vers la gauche. Cela signifie que le galvanomètre indiquera un courant nul quelque part entre I, et I,. Réglez le cercle

= I, - 5’ 1, + 13 vertical à I, = 2

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

Le galvanomètre peut dévier vers la gauche; nous concluons qu’il y aun courant nul quelque part entre I, et I,, etc., comme il est indiqué ci-dessous :

~ ~

Déviation du

galvanomètre

Cercle vertical ou tambour de la vis

tangentielle

Déviation du

Cercle vertical ou tambour

tangentielle de la vis galvanomètre

Il A droite 16 = I, - 3,8’ A droite I, = I, + 10’ A droite I, = I, - 4,4 A gauche I, = I, - 10 A gauche Is = 1, - 4,l A gauche I, = I, - 5 A gauche 1, = 1, - 4,O a r o 1, = I, - 2,5 A droite Lisez le cercle vertical

Le lecteur remarquera que chaque réglage successif du cercle vertical se trouve toujours entre deux réglages antérieurs; l’un a donné une déviation du galvano- mètre vers la droite alors que l’autre a donné une déviation vers la gauche. Le diagramme (fig. 18) donne le schéma à suivre jusqu’à I,. Plus on approche de l’inclinaison correcte, plus la bobine doit tourner vite, de façon à obtenir une déviation raisonnable du galvanomètre.

Il faut ensuite recommencer en tournant la bobine de l’inclinomètre dans le sens négatif. Bien entendu, on commencera à régler le cercle vertical près d’un réglage antérieur pour s’assurer que le galvanomètre n’est pas (( mort )) dans l’intervalle de temps. Trouvez le réglage du cercle vertical correspondant à un courant nul comme auparavant. Nous obtenons ainsi une série d’observations, avec les deux lectures du cercle faites, l’une avec la rotation de la bobine dans le sens positif, et l’autre dans le sens négatif. 11 faut au moins deux séries de lectures, mieux encore trois ou cinq. Pendant l’observation, veillez à ce que la bobine de l’inclino- mètre vienne au repos en un point OU la bobine est branchée au galvanomètre. Quand la bobine s’arrête à l’instant de la commutation, le galvanomètre ne sera pas amorti et certains types de galvanomètre exigent un long délai avant de revenir au repos. Enfin, refaites la détermination du point zénithal du cercle. Mettez

-10’ O +IO’

13

I I I I I

,

I

I I

12 G G D D D D

Fig. 18. Détermination de l’inclinaison.

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

la commutation en haut et déterminez le point zénithal. Cela est possible, car le tube du niveau est incurvé aux deux extrémités. Déterminez l’inclinaison et répétez les lectures du point zénithal, Après avoir terminé les observations avec le cercle vertical à l’est, tournez

l’alidade de 180’ en azimut, c’est-à-dire le cercle vertical à l’ouest et faites des observations avec des rotations de la bobine dans les sens positif et négatif, commutateur en position haute et basse, et en notant aussi les lectures du point zénithal. On a résumé ci-dessous la procédure d’observation :

Cercle veriical à l’est Commutateur en position haute Point zénithal Point zénithal Rotation -f 1 2 ou 5 Rotation + 1 2 ou 5 Rotation - J séries Rotation - séries Point zénithal Point zénithal Commutateur en position basse Point zénithal Point zénithal Rotation + 1 2 ou 5 Rotation + 1 2 ou 5 Rotation - J séries Rotation - séries Point zénithal Point zénithal

Cercle vertical à ì’ouest Commutateur en position haute

Commutateur en position basse

176 La plupart des difficultés rencontrées dans la manipulation d’un inclino- mètre proviennent d’un collecteur sale. Pour le nettoyer, il est recommandé de laver avec de l’alcool le commutateur et les balais à l’aide d’un morceau de toile et de les essuyer avec un autre chiffon. Quelques observateurs utilisent de la moelle ou du (( Miror ». Tous les deux ou trois ans, il faut frotter le collecteur et les balais avec du papier de verre à grain fin. Une faute courante consiste à utiliser une haute pression des balais sur le collecteur. Cette pratique, non seulement use le collec- teur, mais encore provoque l’apparition de courants thermoélectriques pertur- bateurs. On ne devra appliquer qu’une pression des balais compatible avec un bon fonctionnement du galvanomètre. Dans un climat extrêmement sec, on peut être amené à déposer une goutte d’huile de baleine ou de kérosène sur le commutateur afin de réduire les frottements et diminuer les courants thermo- électriques. Si l’axe de rotation de la bobine de l’inclinomètre n’est pas exactement dans le plan du méridien magnétique, on trouvera différentes valeurs pour l’incli- naison pour des rotations de la bobine dans les sens positif et négatif. On peut changer l’azimut jusqu’à ce que chaque sens de rotation donne la même inclinai- son; on peut déterminer la valeur de la correction à appliquer au réglage de la boussole en lisant les explications de Egedal (1937). Un azimut correct réduira l’erreur provenant d’une position inexacte du plan de commutation, qui ne peut pas être réglé dans la plupart des inducteurs. Les utilisateurs de galvanomètres astatiques se plaignent de la faible sensibilité de ce type d’appareil. Cela s’applique en particulier aux galvanomètres qu’on observe à courte distance avec une lunette et une graduation extérieure. U n grand levier optique augmentera la sensibilité, sans d’ailleurs vaincre les imperfections de base du galvanomètre astatique, qui, tel qu’il est fourni par la plupart des constructeurs d’inclinomètres, ne représente plus ce qui se fait de mieux.

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

177 La lourde procédure de mesure de l’inclinaison décrite plus haut est dictée par les caractéristiques peu favorables du galvanomètre astatique, le principal obstacle étant sa grande période. Le galvanomètre à fil, de période inférieure à 0,l seconde, offre de grands avantages. I1 suivra de façon instantanée une variation de courant, ce qui permet à l’observateur de régler l’axe de la bobine de l’inducteur pour un courant nul en quelques secondes, au lieu de quelques minutes avec un galvanomètre astatique. En plus, un galvanomètre à fil indiquera un mauvais réglage de l’axe de la bobine en azimut par une vibration de son fil. Cette vibration disparaîtra après la correction d’azimut. Pour une utilisation à l’observatoire, le microscope du galvanomètre à fil ne grossit pas assez. On peut surmonter cette difficulté en projetant l’image du fil à une distance de quatre ou cinq mètres. A cet effet on place derrière le fil un condenseur et une lampe, et l’on retire l’oculaire du microscope. Askania a équipé de nombreux inclinomètres de théodolites de terrain avec des galvanomètres à fil Edelmann. On avertit les utilisateurs de ces galvanomètres que la production de cet appareil a été arrêtée et que les réparations ne sont plus assurées. 178 Dans quelques observatoires, on a utilisé avec succès les galvanomètres à cadre mobile, qui proviennent en général de sismographes de courte période. La résistance d’une bobine d’inducteur en cours de rotation, mesurée aux balais, est de 80 ohms environ. U n galvanomètre avec une bobine et une résistance d’amortissement critique de même valeur formeront un système couplé parfait et fonctionneront par conséquent de façon idéale. On trouve de nombreux types de galvanomètre bon marché de cette sorte, ayant des périodes comprises entre 1,5 et 2,O secondes et une sensibilité de 20.10-9 A/mm/m. Lorsqu’on utilise un tel galvanomètre, on peut régler en quelques secondes l’axe de la bobine de I’inclinomètre quand elle tourne de façon continue. I1 sera, là encore, avantageux d’avoir un grand levier optique. 179 On doit brancher le galvanomètre à fil ou le galvanomètre à cadre mobile à l’inclinomètre, soit par deux fils torsadés et posés loin de toute ligne de courant alternatif, soit par un câble blindé. Les fils séparés ne conviennent pas car, s’ils se déplacent l’un par rapport à l’autre, le champ terrestre induira une f.e.m. qui peut donner des indications fausses. 180 Quelques constructeurs d’instruments géomagnétiques fournissent des accessoires d’inclinomètres pour théodolites magnétiques de terrain ou des petits inclinomètres. Un vernier d’une précision de 0,5‘ équipe les appareils. L‘observa- teur patient obtiendra de bons résultats avec un tel appareil. 181 Différent de l’inclinomètre, le magnétomètre japonais GSI, développé peu après 1950 par I. Tsubokawa, de l’lnstitut géographique japonais, est d’une conception et d’une construction modernes. Son principe est celui d’un inclino- mètre avec un cercle horizontal et un cercle vertical. On peut les lire à 0,l’ près au moyen de microscopes gradués. Au lieu de l‘habituelle détection du courant continu par un galvanomètre sensible, on prend le courant alternatif de la bobine de l’inducteur et on l’amplifie avec un amplificateur à bande passante étroite, dont la sortie alimente un a œil magique )) ou un robuste milliampèremètre. La version la plus récente utilise un petit amplificateur à transistors et un détecteur

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Page 106: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I l Appareils, méthodes d'observation et calculs

Obsw vation de l'inclinaison avec l'inclinomètre. Samedi 4 mai 1963 Observatoire de Fürstenfeldbruck Incljnomètre de station Askania no 111775 Galvanomètre Edelmann no 1358

Cercle verticai à l'est, commutateur en position basse. Lecture du cercle Moyenne zénithale : 0"00,18'

du cercle : 25 55,29 A B M~~~~~~ Moyenne des lectures

Zénith 359'58,s' 60,3' 59,55' 60,O 61,5 60,75 58,8 60,4 59,60 Co-inclinaison : 25 55,ll 60,O 61,5 60,75 Inclinaison : 64"04,89

Moyenne 0"00,16' 2;; Rotation

08h30 + 25"54,6' - 54,5 + 54,6 - 54,5 + 54,7 - 54,6 + 54,6 - 54,7 + 54,5

08 36 - 54,6

I

Moyenne Zénith 359"58,8'

6092 58,s 60,O

Moyenne

IIH ne

56,O' 55,30' 55,9 55,20 56,O 55,30 559 55,20 56,l 55,40 +0,3 +3,4 56,O 55,30 56,O 55,30 56,l 55,40 559 55,20 56,O 55,30

25"55,29' 60,3' 5935' 61,5 60,85 60,4 59.60 61,5 60,75

0'00, i 9'

+0,8 +9,1

Les résultats obtenus dans les trois autres positions de l'inducteur sont : IObB nn nz AHCY) AZ(Y)

Cercle vertical à l'est, comm. posit. haute 64"04,64' + 2,7 + 3,4 + 7,6 + 9,l Cercle vertical à l'ouest, )) )) )) 03,96 595 2,5 15,4 67 Cercle vertical )) )) )) basse 04,26 4,1 2,7 11,5 7 2

Réduction des observations à !a ligne de base AI(') = -0,0661 AH(y) + 0,0322 AZm IOW A H W A z W AH('> AZ(') AI(') IO Heure

GMT

08h30-36 64"04,89' +0,8 +9,1 -0,05 +0,29 C0,24 64"04,65' 53-58 04,64 +7,6 +9,1 -0,50 +0,29 +0,21 04,85

09 32-38 03,96 +15,4 +6,7 -1,02 +0,22 -0,80 04,76

Moyenne : 64"04,76' 51-36 04,26 +11,5 +7,2 -0,76 +0,23 -0,53 04,79

SE = 2.80 gammaslrnm nH positif = AH(T) posilif Sz = 2,68 gamrnaslmrn nz positif = AZ(T) positif

107 I -

Page 107: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

muni d’écouteurs. La détection se fait rapidement et l’alignement de l’axe de la bobine en rotation avec le vecteur champ géomagnétique est donc une question de secondes. On lit le méridien magnétique et l’inclinaison respectivement sur le cercle horizontal et le cercle vertical. 182 Bien qu’un inclinomètre paraisse très robuste, c’est en fait un appareil délicat. Quand la bobine tourne, des forces importantes exercent une action sur le chassis de la bobine, provoquant des déformations qui peuvent se détecter avec un galvanomètre à fil à faible temps de réponse. O n fera remarquer que, dans la phase initiale de rotation, le galvanomètre est dévié de façon importante. Une fois que la bobine a pris de la vitesse, les forces sont petites et la déviation disparaîtra. Comme tous les autres appareils géomagnétiques, l’inclinomètre doit donc être utilisé avec douceur. 183 La façon de mesurer l’inclinaison et de calculer les angles est expliquée dans l’exemple considéré. Pour réduire l’inclinaison aux lignes de base des vario- mètres H et Z, nous utilisons la dernière des équations 7, qui est :

AUT) = -sin IAHtY) + cos IAZCY) et :

sin I cos I F sin I

AI(’) = - -AHw + -AZ(T) (Fen gammas) F sin 1‘

Pour F = 46 800 gammas et I = 64”, nous obtenons

qui est la valeur de la ligne de base de I. La valeur de la ligne de base de Z est calculée, à partir des valeurs des lignes de base de I et H, par : Z, = Ho tan I, (voir aussi le paragraphe 102). On expliquera au paragraphe 205 le calcul de Ho et Z, à partir de I, et F,.

AI(?’) = - 0,0661 AH(Y) + 0,0322 AZ(Y) et lo = robs - A V )

Détermination de l’intensité verticale

MESURE DE Z AVEC LA BMZ

184 La BMZ (balance magnétométrique zéro) a été réalisée par D. La Cour (1942). A la différence des autres appareils du type balance, elle a une excellente stabilité à long terme, grâce à son système unique de balance; l’aimant, les arêtes du couteau et le miroir sont taillés en effet dans la même pièce d’acier. L’aimant de la balance indique le degré de compensation de la composante verticale du champ magnétique terrestre réalisée par un aimant fixé au-dessus de lui, appelé aimant compensateur, et par un aimant réglable monté sur le disque gradué, au-dessus de I’aimant-balance et appelé aimant tournant. On peut augmenter l’amplitude de mesure de l’appareil, qui est d’environ 2 200 gammas, en vissant de petits aimants supplémentaires à l’extrémité inférieure du support de l’aimant tournant. Pour couvrir une grande gamme, on peut utiliser la BMZ avec un aimant réglable de compensation. On fait varier la distance entre l’aimant-balance et l’aimant de compensation au moyen d’un filetage précis et d’un écrou. Une graduation indique la position de l’écrou.

108

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I Appareils, méthodes d'observation et calculs

185 Le coefficient de température de l'appareil est une combinaison des coeffi- cients de variation des moments magnétiques de l'aimant de compensation, de l'aimant tournant, de l'aimant supplémentaire, et des coefficients de dilatation des parties métalliques supportant les aimants. Le coefficient de température de l'aimant-balance n'a aucune influence sur le résultat, car l'aimant est maintenu légèrement au-dessus de son centre de gravité et, quand la composante verticale est compensée, aucune force magnétique n'agit sur lui perpendiculairement à son axe magnétique. 186 La formule relative à la BMZ est :

I 1 où :

Z = Z c + Zs + ZT - ut - 2uAr [441

Z = intensité verticale du champ magnétique terrestre ZC = champ de l'aimant compensateur au centre de l'aimant-balance à O "C ZS = champ de l'aimant ou des aimants supplémentaires au centre de I'aimant-

balance à O "C ZT = champ de l'aimant tournant au centre de l'aimant-balance à O "C

(positif pour des positions du disque comprises entre O" et 90" et entre 270" et 360"; négatif pour des positions du disque comprises entre 90" et 180" et entre 270" et 180")

u = coefficient de température t = température en degrés Celsius (lecture de température corrigée des

erreurs du thermomètre) At = variation de la température par minute.

Pour une BMZ ayant un aimant compensateur fixe, on trouvera, dans les notices d'étalonnage de l'Institut météorologique danois : La formule complète pour ZC et les sommes et différences de ZC et ZS pour les

u pour les valeurs de ZC + ZS + ZT, c'est-à-dire pour le champ compensateur

ZT pour les positions du disque comprises entre O" et 180O; La correction à appliquer aux lectures du disque dans le cas d'unréglage défectueux

Une table de correction pour les trois thermomètres. Pour une BMZ ayant un aimant de compensation réglable, on trouvera dans la notice d'étalonnage : ZC et u pour toutes les divisions d'échelle de l'aimant réglable de compensation; Des corrections à appliquer à u pour les divers réglages de l'aimant tournant; ZT et les corrections de thermomètre comme celles fournies pour la BMZ ayant

Pour une BMZ ayant un aimant de compensation réglable, on n'a besoin des aimants supplémentaires que dans les cas extrêmes. 187 Pour faire fonctionner correctement l'appareil, il faut tenir au sec les arêtes des couteaux de l'aimant-balance et les supports en agate. Pour rendre la cage de l'aimant bien étanche, on recouvre tous les joints de graisse isolante. Sur un côté de la cage d'aimant, on fixe deux récipients en verre contenant du silicagel.

trois aimants supplémentaires placés chiffres en haut et chiffres en bas ;

à 00;

de l'aimant tournant;

un aimant de compensation fixe. I

1

109

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

Tant que le silicagel reste bleu, il est efficace pour assécher l’air. Quand il vire au rose, on doit le remplacer, car il est saturé d’eau. Pour cela, dévissez les récipients en verre, retirez les bouchons de coton, qui empêchent le silicagel de pénétrer dans la cage d’aimant, et remettez le tout en place. Faites attention à ne pas perdre les rondelles de papier ciré. On rénove le silicagel rose en le chauffant doucement jusqu’à ce qu’il vire au bleu. U n feu trop vif au-delà de 125 “C dissoudra la teinture qui indique l’état du silicagel. 188 Pour faire une mesure, posez le trépied de préférence avec un de ses pieds dirigé vers le nord, l’encoche située dans la tête du trépied vers le sud, et nivelez la tête du trépied. Ecartez les pieds largement et enfoncez les extrémités fermement dans le sol. Serrez toutes les vis à papillon du trépied. Avant d’assembler la BMZ, essuyez toutes les pièces qui s’ajustent avec un chiffon sec et propre. Posez la BMZ sur le trépied, avec le zéro du cercle horizontal au-dessous de la partie sud de l’anneau de blocage. Quand vous sortez l’aimant de compensation de sa boîte, veillez à ce que la partie intérieure ne glisse pas hors du tube protecteur. Tirez légèrement la partie intérieure et vissez l’ensemble au filetage du sommet de la BMZ. Serrez lentement sans appuyer. Enfoncez vers le bas le tube extérieur et introduisez un thermomètre par l’extrémité supérieure de l’aimant compen- sateur. Vissez l’ensemble de l’aimant tournant sur le filetage situé en dessous de l’appareil. Évitez d’utiliser le disque comme levier quand vous serrez. I1 vaut mieux tenir à pleines mains la partie cylindrique et serrer alors. Quand vous vissez (et aussi quand vous retirez l’ensemble de l’aimant tournant), gardez la main gauche sous l’ensemble pour empêcher celui-ci de tomber sur le sol au cas où vous n’auriez pas engagé le filetage. Quand vous utilisez un aimant réglable de compensation, vérifiez le réglage de l’échelle. Voyez si le côté supérieur de l’écrou est à la division correcte de la graduation et si le repère sur le bord de l’écrou coïncide avec le côté gradué de l’échelle. Quand vous réglez l’aimant sur une autre division, desserrez d’abord l’écrou. Retirez le tube extérieur. Mettez ensuite l’écrou à la division désirée. Enfin, amenez le tube de l’aimant contre l’écrou en appuyant doucement. N’amenez jamais l’ensemble à une division de la graduation supérieure en ne tournant que l’écrou. On peut alors déformer le filetage de précision, qui est fait d’un métal mou, et l’étalonnage ne sera plus valable. Montez la lunette avec le prisme et contrôlez la mise au point. 189 A la différence du Q H M , il faut niveler soigneusement la BMZ. Pour effectuer le nivellement, tournez l’alidade en azimut jusqu’à ce que la lunette soit approximativement au sud de l’appareil. On appelle cette position (( lunette sud D. Pour tournez l’alidade, utilisez les poignées situées de part et d’autre de la cage d’aimant et non la lunette. Ouvrez le système de blocage en levant avec l’ongle du pouce le ressort circulaire situé sur l’anneau de blocage, et tournez l’anneau légèrement vers la droite. Regardez maintenant à travers la lunette et continuez de tourner lentement l’anneau de blocage jusqu’à la libération de l’aimant. Amenez l’anneau de blocage jusqu’au butoir. O n peut faire cette der- nière opération plus rapidement. Amortissez les oscillations de l’aimant en les neutralisant au moyen de la commande du vernier de l’aimant tournant. Si l’image du réticule disparaît quand on débloque, tournez l’aimant tournant

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

jusqu’à ce que l’image réapparaisse dans le champ de la lunette. Si cela ne donne pas le résultat désiré, le champ compensateur est ou trop petit (quand on débloque, l’image du réticule se déplace vers le haut) ou trop grand (l’image se déplace vers le bas). Quand on utilise un aimant fixe de compensation, ajoutez un aimant supplémentaire. Avec un aimant réglable de compensation, mettez-le à une autre division de la graduation. 190 Quand l’aimant-balance est au repos, réglez l’image du réticule à la division neutre ND en tournant la commande du vernier de l’aimant tournant. On peut connaître la valeur approximative de ND par des observations antérieures ou grâce à la notice d’étalonnage. Si l’on ne sait rien sur ND, faites d’abord un réglage sur la division 20 de l’échelle du réticule. Tournez alors lentement I’alidade de 180’. On appelle cette position << lunette au nord v. Ne touchez pas à la commande du vernier, mais attendez que l’aimant vienne au repos. Lisez alors la position de l’aimant sur la graduation du réticule. Si l’axe magnétique de l’aimant est hori- zontal, on devra lire 20 sur la graduation de l’oculaire. Sinon, lisez la graduation, tournez I’alidade a nouveau en position lunette sud et réglez l’image du réticule a la valeur trouvée pour la lunette nord au moyen de la commande du vernier. Tournez de nouveau en position (( lunette nord )) et vérifiez si vous lisez la même valeur sur la graduation du réticule. Si vous lisez une valeur différente, tournez en position lunette sud, réglez l’image à cette valeur, etc. Après avoir répété deux ou trois fois l’opération, vous obtiendrez la même valeur sur la graduation de l’oculaire pour les deux positions de la lunette et en même temps la division neutre ND. Quand on l’a réglé sur la division ND, l’axe magnétique de l’aimant- balance est exactement horizontal, c’est-à-dire que la composante verticale du champ magnétique est nulle au niveau de l’aimant-balance, la composante verticale du champ magnétique terrestre ayant été compensée par la somme des champs de l’aimant compensateur, de l’aimant tournant et de l’aimant supplémentaire (si on l’a utilisé). La précision avec laquelle on détermine ND est d’une grande importance pour la précision de la mesure de Z. ND est presque constante mais doit être déterminée à chaque mesure, car elle peut varier légèrement avec la température ou pour d’autres raisons. Quelquefois, certains observateurs ne déterminent pas ND eux-mêmes, mais se servent de la valeur donnée dans la notice d’étalonnage. Si la véritable valeur de ND s’écarte de plusieurs divisions, les résultats obtenus seront évidemment faux. Si ND est très loin d’une division entière, ou du centre de la graduation, reglez au moyen de la vis qui fait tourner le prisme au-dessus du miroir de l’aimant. On atteint cette vis en retirant le cou- vercle de la cage d’aimant, à l’opposé de la lunette. Quand on retire le couvercle, on doit bloquer l’appareil. Réglez la vis par petites étapes et vérifiez après chaque réglage si le résultat désiré a été obtenu. 191 Après avoir trouvé ND, mettez la lunette en position sud. Commencez vos observations en amortissant l’aimant et en le réglant à la division ND au moyen du vernier de l’aimant tournant. Bloquez et débloquez. Faites attention de ne pas heurter les pieds du trépied. Vous pourriez dérégler et endommager les arêtes des couteaux. Le débutant peut bloquer l’aimant après chaque réglage et le débloquer après chaque lecture. Lisez l’heure à cinq secondes près, le ther-

I 111

Page 111: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

momètre au 1/50 de degré Celsius, à l'aide d'une loupe, et le disque gradué au 1/20 de degré d'arc. L'heure et la lecture du thermomètre vont ensemble comme on le verra plus tard. Notez que pour les faibles valeurs de l'intensité verticale, il suffira de lire le thermomètre au 1/10 de degré Celsius près, car le coefficient de température est petit. Pendant que vous notez les lectures, l'aimant viendra presque au repos. Amortissez l'aimant, réglez l'image du réticule sur ND et faites les lectures comme auparavant. Continuez jusqu'à ce que vous ayez quatre ou cinq séries de mesures. Tournez le disque de l'aimant tournant jusqu'à son supplé- ment et faites à nouveau 4 ou 5 lectures. Quand les lectures du disque sont com- prises entre O" et 180", la position s'appelle (( aimant tournant droit »; et entre 180" et 360", elle s'appelle a aimant tournant inversé D. N'oubliez pas de bloquer I'appareil à la jin des observations. I1 est recommandé d'observer le thermomètre quelques minutes avant le début des observations. Quand la variation de tempéra- ture par minute est supérieure à 0,1 OC, attendez qu'elle diminue. 192 Dans l'exemple cité, les valeurs lues au cours des observations sont notées dans les colonnes 2, 3 et 5. Complétez la colonne 4 en ajoutant la correction du thermomètre aux lectures de température. Corrigez ensuite les lectures du disque du mauvais réglage de l'aimant tournant. On doit ajouter cette correction à toutes les lectures du disque. Une erreur assez courante consiste à calculer les supplé- ments des lectures du disque, supérieures à 180°, et d'ajouter alors la correction. L'erreur sera augmentée. O n a appliqué la correction qui convient quand on a obtenu approximativement la même valeur pour les deux positions de l'aimant tournant. I1 n'est pas absolument nécessaire de corriger les lectures du disque quand on a fait les observations pour les deux positions de l'aimant tournant. La moyenne des deux positions donnera la valeur correcte de l'intensité verticale. Calculez les suppléments des lectures du disque supérieures à 180" (dans la colon- ne 7) et convertissez les lectures en gammas au moyen d'une table de conversion qu'on trouve dans la notice d'étalonnage. Pour la suite du calcul, on a besoin du coefficient de température a. O n addi-

tionne tous les champs intervenant dans la compensation de Z. Dans l'exemple, l'aimant de compensation réglable se trouvait à la division 15 pour laquelle Zc = 36 312 gammas selon la notice. La moyenne des lectures de l'aimant tournant obtenue à la colonne 8 est égale à - 70 gammas. Par conséquent, on doit inter- poler le coefficient de température d'après les valeurs de la notice pour 36 312 - 70 = 36 242 gammas et adopter a = 10.08. 2a est arrondi à 20,2. Notez que pour i'interpolation du coefficient de température, on n'a pas corrigé de la température la somme des champs compensateurs. Dans un observatoire, on trouvera cc pour une valeur moyenne de ZT et l'on calculera les résultats avec un a constant. Si, par suite de grandes variations de température au cours de l'année, l'amplitude des variations de ZT est grande, il peut être nécessaire de calculer deux coefficients de température, l'un pour la partie inférieure de l'intervalle de variation, l'autre pour la partie supérieure. O n détermine At à partir de deux lectures consécutives du thermomètre. Pour

les deux premières observations de l'exemple, les températures étaient de + 7,94 et + 8,02. L'intervalle de temps entre les deux lectures était de 90 secondes. La

112

Page 112: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

a N I I w

8

Ñ N" + + II N

Appareils, méthodes d'observation et calculs

3

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3 in W

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00000000

I-l-tzl-P-www

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I 3

113

Page 113: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, mdthodes d'observation et calculs

N I I + + II N L

4 N N

2 3 -!

I t

114

Page 114: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, mQthodes d’observation et calculs

0,08 90

variation de température par minute était donc __ x 60 = 0,052 OU Z’ 0,05, qui doit être multiplié par 2u. Certains observateurs adoptent le même 2uAt pour toute la série d’observations. Dans l’exemple, l’intervalle de temps entre la pre- mière et la dernière observation est de 3mn15s et la différence de température est de 0,24 OC, ce qui donne 2aAt = 1,5 gamma, mais néanmoins les valeurs ont été calculées sbparément pour chaque différence. Le lecteur remarquera que les deux méthodes donnent le même résultat. Complétez les calculs comme il est indiqué dans l’exemple. Ajoutez la moyenne (col. 12) à ZC et réduisez les deux parties de la mesure à la ligne de base en retranchant AZ(Y). 193 Dans les observations avec la BMZ, la détermination de la division neutre est un élément d’incertitude, en particulier quand ND est très loin d’une division entière. Kring Lauridsen a niis au point une méthode évitant cette difficulté. Si, avec H > O, l’aimant-balance est amené à la même division entière de l’échelle du réticule, pour deux azimuts non symétriques par rapport au méridien magné- tique, nous avons :

z, + x s, = zz + x s, où :

ZI = valeur nominale de Z, à la division entière, calculée à partir de la for-

Z, = valeur nominale de Z, à la division entière, avec l’aimant en azimut 2 S, = valeur d‘échelle de la graduation de l’oculaire de la lunette en gammas Sz = valeur d’échelle de la graduation de l’oculaire de la lunette en gammas

x = différence exprimée en division d’échelle entre ND et la division entière

mule de la BMZ avec l’aimant-balance en azimut 1

par division d’échelle, pour l’azimut 1

par division d’échelle, pour l’azimut 2

à laquelle on a réglé l’aimant-balance, pour les 2 azimuts. #Oil :

et l’intensité verticale qui aurait été obtenue si l’aimant avait été placé à la division neutre est

On peut voir que le terme renfermant les valeurs d’échelle sera plus petit quand les azimuts 1 et 2 seront les positions de la lunette sud et nord, respectivement. En outre, pour ces positions, S, et S, varieront moins avec l’azimut. Par consé- quent, il suffit de déterminer les valeurs d’échelle une seule fois, quand on fait des observations dans des observatoires. Sur le terrain, on doit faire une nouvelle détermination des valeurs d’échelle quand H a changé d’une façon appréciable. Dans la pratique nous utilisons :

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Page 115: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

On détermine les valeurs d’échelle SS et SN pour les positions de la lunette sud et nord, en réglant l’image du réticule sur les divisions d’échelle 15 et 25 et en lisant le disque de l’aimant tournant. Les valeurs d’échelle sont :

et i461

où : SS = valeur d’échelle du réticule en gammas par division en position

K lunette sud )) SN = valeur d’échelle du réticule en gammas par division en position

a lunette nord )) ZTlSS/ZTZSS = lectures du disque de i’aimant tournant convertí en gammas

pour les divisions d’échelle 14/25 et lunette sud ZTlSN/ZTZSN = lectures du disque de l’aimant tournant converti en gammas

pour les divisions d’échelle 15/25 et lunette nord.

Il n’est pas nécessaire de corriger les lectures du disque d’un mauvais réglage de I’aimant tournant, de la variation de Z ou de la température. Si l’on ne peut pas r.égler l’aimant-balance à l’une ou à l’autre de ces divisions d’échelle parce que la lecture du disque est voisine de Oo ou 180°, utilisez deux autres divisions d’échelle, par exemple 10 et 20, ou 20 et 30, ou deux divisions d’échelle plus rap- prochées. Le schéma d’observation et le calcul du résultat sont illustrés par l’exemple qui suit. Déterminez ND. Contrairement à la méthode d’observation décrite plus haut, celle-ci ne demande pas un soin particulier. Dans l’exemple, on a trouvé ND = 18,8 et l’aimant a donc été amené à 19,O. Commencez par deux observations, aux deux divisions d’échelle 15 et 25, pour déterminer la valeur d’échelle en position lunette sud. Observez l’aimant à la position 19,O et avec l’aimant tournant, droit et inversé. Amenez l’alidade à la position lunette nord, observez l’aimant à la division 19,O avec l’aimant tournant droit et inversé. Comme l’influence de Zk sur le résultat est faible, on fera seulement deux obser- vations pour les deux positions de l’aimant tournant. Faites ensuite les lectures pour les réglages de l’aimant aux divisions 15 et 25, pour déterminer SN. O n effectue les calculs comme il est expliqué plus haut. Enfin on réduit chacun des groupes d’observations à la ligne de base, et le résultat est la valeur de la ligne de base de l’intensité verticale Z,. Notez que le terme (Zi - Z;) sera positif/négatif quand la division neutre sera au-dessus/au-dessous de la division d’échelle pour laquelle on a fait les observations.

MESURE D E Z AVEC LA BALANCE D E TERRAIN

194 Comme la balance de terrain qui sert à mesurer l’intensité horizontale (voir 5 165-170), la balance de terrain qui sert à mesurer l’intensité verticale, ou plus brièvement la balance de Z, est un appareil de mesures relatives et ne convient donc pas pour contrôler les valeurs de la ligne de base dans un observatoire. On l’utilise depuis longtemps en prospection et par conséquent sa technique est très au point. Une grande partie de ce qui a été dit concernant la balance de H est valable pour la balance de Z.

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Page 116: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

En principe, la balance de terrain de Z comporte un aimant horizontal reposant sur les arêtes d’un couteau ou tenu par une suspension solide. Dans la plupart des balances de Z, l’aimant se déplace dans le plan vertical est-ouest magnétique. Par conséquent, l’intensité horizontale n’a pas d’influence sur la valeur d’échelle. Si l’aimant se déplace dans le plan du méridien magnétique comme c’est le cas pour la balance de torsion Askania et la balance Fanselau qui permet de mesurer à la fois H et Z, cette influence existe et l’on doit en tenir compte. L’avantage de la balance de Z, dont l’aimant se déplace dans le plan magnétique vertical est- ouest, est que l’on peut éliminer les petites erreurs de nivellement et de réglage d’azimut en faisant des observations pour deux positions de l’appareil, c’est-à-dire pôle nord de l’aimant à l’est et à l’ouest. O n trouvera dans les paragraphes 165 à 170 des détails sur l’étalonnage et les méthodes d’observation. 195 La balance de terrain sert à mesurer les différences de H et Z. Si l’on connaît la valeur absolue d’une composante dans une station, il est possible de la calculer pour les autres stations. L’exemple suivant explique la façon de procéder. Avec une balance de 2 ayant une valeur d’échelle de 15,O gammas / division d’échelle, on a fait des observations dans un observatoire, où la valeur absolue de Z était connue, et dans une station de terrain. O n a trouvé les valeurs suivantes :

Lecture de I’Pchelle de Soculaire Va[eur de

Observatoire 20,6 42 165 gammas Station de terrain 28,6

Différence 8,1 Différence en gammas 8,l x 15,O = 121,5 Valeur absolue à la station de terrain

-

42 286,5 gammas

Étant donné que la stabilité à long terme d’une balance de terrain est faible, il est recommandé de commencer et de terminer une série de mesures par des comparaisons à l’observatoire.

Le magnétomètre à protons

196 Plus que toute autre invention, le magnétomètre à protons a révolutionné les mesures géomagnétiques. Sa grande stabilité est due au fait que la constante de l’appareil, qui dans les appareils ckassiques faisait intervenir de nombreux facteurs, est le rapport gyromagnétique du proton yp et d’autres paramètres que l’on peut facilement contrôler. L’IAGA a adopté pour yp la valeur 26 751,3 s-l Fi, après avoir contrôlé soigneusement les déterminations faites par les différents bureaux nationaux. Ainsi, après avoir réalisé l’électronique de l’appareil, on peut calculer la constante sans avoir à déterminer les paramètres fondamentaux ou à se référer à un appareil géomagnétique étalon, à condition que la sonde de I’appa- rei1 ne comporte pas d‘impuretés magnétiques. D e plus, les résultats sont d’une grande précision et sont obtenus en quelques secondes au lieu de plusieurs heures.

117

Page 117: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

PRINCIPE DU MAGNETOMETRE A PROTONS

197 La sonde du magnétomètre à protons comporte une bouteille de 100 à 500 cm3 renfermant un liquide riche en protons, par exemple de l’eau pure, de l’alcool, du kérosène ou de l’hexane, autour de laquelle sont enroulés 800 à 1 O00 tours de fil de cuivre. La sonde a son axe perpendiculaire au champ géoma- gnétique, et est branchée à une source de courant par un ensemble de polarisation. U n courant de 1 à 10 ampères passant à travers un câble coaxial et par la bobine de la sonde fait apparaître un champ de 10 à 1 O00 œrsteds dans la bouteille conte- nant le liquide riche en protons. En moins de trois secondes, on obtient 70% de polarisation. Pendant le passage du champ polarisant, la plupart des protons s’alignent dans la direction parallèle (état + 1/2) et le reste dans la direction inverse (état - 1/2) du champ polarisant. Il en résulte un petit moment magné- tique le long de l’axe magnétique proportionnel au champ polarisant. On coupe la source de courant et l’on branche la sonde à un amplificateur. L’ensemble des protons précessionne alors autour du vecteur champ magnétique, induisant une différence de potentiel de 1 ou deux microvolts dans la bobine. La fréquence de précession est proportionnelle au module scalaire du vecteur champ. Le signal, dont l’amplitude décroit de façon exponentielle et tombe au niveau du bruit en cinq ou dix secondes, est amplifié en une onde carrée de 5 à 10 volts, crête à crête transmise à un compteur binaire, à travers une grille électronique. Le compteur élimine un nombre discret de cycles, en général 128 ou 256, ce qui a pour effet d’empêcher les transitoires de fausser le résultat. On ouvre alors une seconde grille, la grille RF, et le signal RF de la base de temps va dans un compteur décimal. Quand 512, 1 024, 2 048 ou 4 096 cycles de précession sont passés dans le compteur binaire, on ferme les deux grilles. Le compteur décimal s’arrête et donne la durée de 512, 1 024 ... 4 096 périodes de précession en unités

de base de temps ( ). Le rapport gyromagnétique du proton yp, la fréquence de précession f et le vecteur champ géomagnétique F sont liés par l’équation :

1 f base de temps

w = 2 x f = Yp F 2 x

yP F=-f

où : f = fréquence de précession en hertz F = module scalaire du vecteur en gauss 2 x -- - 0,OOO 234 874 gauss/hertz = 23,4874 gammas/hertz. r9

‘A partir de la fréquence de la base de temps (hase de temps), du nombre (N) de périodes de précession pendant lesquelles on a ouvert la grille RF et du nombre d’unités de temps (n), comptés sur le compteur décimal pendant N périodes de précession, on a :

[481 fbase de temps N 2 X F = gauss

Y P

118

Page 118: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Appareils, mkthodes d’observation et calculs

1 ~ I 1 I

A l’exception de n, toutes les quantités du second membre sont constantes et on peut les grouper dans une constante C. Par exemple, pour un appareil ayant une fréquence de base de temps égale à 100 O00 hertz et 1 024 périodes de précession, C est égale à 24 051,l. Pour compter N, on peut utiliser un compteur décimal au lieu d’un compteur binaire. Comme n’importe quel appareil de comptage, le compteur n sera précis à plus ou moins i unité. On peut pallier cet inconvénient en refaisant l’opération plusieurs fois et en prenant la moyenne des comptages. L’équation 48 indique qu’on peut augmenter le pouvoir de résolution en augmen- tant de temps et N. Cependant, on ne pourra aller très loin, car le rapport signal / bruit du signal de précession déterminera en fin de compte jusqu’où pourra augmenter le pouvoir de résolution sans augmenter la dispersion de n. 198 période du signal de précession. Le comptage n est inversement proportionnel à l’intensité totale F. Une table de conversion est par conséquent utile. En outre, le pouvoir de résolution augmente pour les valeurs supérieures de F, pour une fréquence de base de temps et N donnés. Pour surmonter cette difficulté, Serson (1 962) a proposé un circuit qui mesure un multiple de la fréquence de précession, pendant une durée prédéterminée et donne le résultat en gammas ou en dixièmes de gamma. Le bruit de fond du circuit est faible. 199 La difficulté la plus sérieuse qu’on rencontre avec un magnétomètre à protons est le bruit de fond de l’alimentation en courant alternatif. Le bruit présente des crêtes correspondant aux harmoniques de 50 et 60 hz dont certaines peuvent être importantes. En outre, les moteurs, les lampes au néon ou parfois même les récepteurs de télévision installés dans le voisinage du pavillon des mesures absolues rayonnent un bruit de fond transmis par le secteur. I1 est toujours utile de faire une carte du bruit afin de trouver la position de la sonde pour laquelle elle est la moins perturbée. Le bruit est plus important près de la ligne d’arrivée du courant et au voisinage du sol. En général, les conditions sont acceptables à 2 mètres au-dessus du sol. Sur le terrain, on devra éviter de s’installer près de lignes à haute tension. Les stations de radiodiffusion, les sondes ionosphé- riques et les stations de relais UHF très voisines peuvent constituer d’autres sources de bruit de fond. O n peut observer le bruit en branchant un oscilloscope à la sortie de l’amplificateur du signal de précession (certains observateurs ont un CRT branché en permanence à l’amplificateur), ou en faisant des observations à différents endroits et en comparant la dispersion des lectures. Pour pallier ces difficultés, on peut utiliser des sondes qui éliminent le bruit, comme celles de Barringer et Varian. Les bobines toroïdales appartiennent à la même catégorie d’appareils. Cependant, les sondes de ce type sont volumineuses et par conséquent ne conviennent pas pour un magnétomètre à vecteur. L‘enveloppe métallique doit être très grande pour éviter l’amortissement du spin du proton. Pour cette raison on ne doit pas mettre la sonde sur un socle métallique de surface importante,

un morceau de bois de 10 cm de haut entre la sonde et la base du théodolite ou la tête du trépied. Quelquefois, on peut trouver une solution en tournant la sonde

I I La méthode exposée précédemment est celle qui permet la mesure de la

I

I par exemple sur une base de théodolite ou une tête de trépied. I1 faut intercaler

Il9

Page 119: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

jusqu’à une position où le bruit est le moins important. On peut aussi repérer les heures pendant lesquelles le bruit est minimal. 200 L’homogénéité du champ magnétique à travers la sonde doit retenir aussi notre attention car, dans un champ non homogène, le signal de précession dimi- nuera rapidement. Le gradient ne devra pas dépasser O, 1 gamma/cm. Normalement l’homogénéité qui existe dans une salle de mesures absolues sera suffisante. 201 A l’époque où j’écris, il existe dans le commerce au moins cinq types de magnétomètre à protons, de précision et de prix variables. Tant qu’on mesure seulement l’intensité totale, tous les appareils sont satisfaisants. Mais, s’il s’agit de mesurer une composante, les observations deviendront moins faciles, car il est difficile de construire un amplificateur sensible à bande passante étroite qui couvre une gamme de fréquences allant de 650 à 3 500 hz (15 000 à 82 O00 gam- mas). Pour cette raison, quelques magnétomètres sont construits pour couvrir une amplitude limitée, par exemple de 25 O00 à 75 O00 gammas, avec possibilité de commutation sur plusieurs gammes. D’autres constructeurs de magnétomètres à protons utilisent des amplificateurs et des filtres amovibles. Un géomagnéticien assez expérimenté en électronique peut construire lui-même un magnétomètre à protons. Comme cela a été fait dans plusieurs observatoires. On peut assembler la plus grande partie de l’électronique à partir d’éléments qu’on trouve dans le commerce à prix modérés. Si le géomagnéticien n’a pas assez de connaissances en électronique, il peut consulter le département de physique d’une université. 202 Un magnétomètre à protons donnera des résultats corrects tant que l’oscilla- teur de la base de temps est réglé à sa fréquence nominale, d’ordinaire 100, 200 ou 1 O00 khz. D e plus, si le cristal est placé dans une enceinte thermostatée, il doit être à la température correcte. En Europe, en Afrique du Nord et au Proche-Orient, on peut comparer le matin très tôt ou le soir très tard un oscillateur de 100 ou 200 khz avec la fréquence de la station de Droitwich, émise exactement sur 200 khz, au moyen d’un récepteur portatif à transistors. On peut régler la puissance du signal de l’oscillateur en plaçant le récepteur à une distance convena- ble du magnétomètre. Le couplage direct n’est pas nécessaire, car le courant de fuite du magnétomètre sera suffisant. Après quelques essais, on trouvera un réglage convenable de façon à pouvoir entendre le signal de battement entre l’oscillateur et Droitwich. Quand les deux signaux sont en phase, leurs amplitudes s’ajoutent et le contrôle automatique de gain du récepteur diminue l’amplification. Par suite, on percevra peu ou pas de bruit du récepteur. Quand les deux signaux sont déphasés de 180”, il n’y aura pratiquement aucun signal et le contrôle auto- matique de volume augmentera alors l’amplification, et le bruit du récepteur sera prédominant. Si les fréquences des deux signaux diffèrent d’une petite quantité, le bruit du récepteur augmentera et diminuera de façon périodique et l’on pourra mesurer la fréquence de battement (qui d’ordinaire ne dépasse pas quelques dixièmes d’hertz) avec un compte-secondes. Par exemple un battement par seconde signifie que la station de radio et l’oscillateur diffèrent d’une unité sur 200 000. Cette différence est négligeable dans la pratique des mesures. Si l’oscillateur de la base de temps est muni d’un condensateur variable d’appoint, on peut ajuster facilement sa fréquence au millionième près ou mieux (un battement toutes les cinq

1 20

Page 120: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Appareils, méthodes d’observation et calculs

de trafic ou un récepteur ayant une gamme d’ondes courtes sensible sera néces- saire pour faire la comparaison. Sur les hautes fréquences, par exemple 15 mhz, l’harmonique de l’oscillateur de la base de temps peut être trop faible pour la com- paraison. Dans ce cas, on peut obtenir un couplage serré en branchant un fil à l’oscillateur de la base de temps et en enroulant l’extrémité isolée du fil autour de l’antenne du récepteur. Parfois, il est nécessaire de déformer le signal de l’oscilla- teur avec une diode. Si le cristal de l’oscillateur de la base de temps a une fréquence inhabituelle, comme par exemple dans certains marqueurs de temps avec le circuit Serson, on aura besoin d’un équipement spécial. On peut se procurer cet équipe-

Page 121: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

horizontal de la sonde est toujours perpendiculaire au vecteur champ géomagné- tique. Avec une inclinaison de 30", le signal de précession peut être faible quand l'axe de la sonde est voisin du méridien magnétique. Les résultats suivants sont ceux de la vérification de la sonde d'un magnétomètre à protons Elsec no 592/128 à Fürstenfeldbruck où l'inclinaison est de 64". Le pouvoir de résolution du magné- tomètre était de 0,9 gamma/comptage. Pour chaque orientation, on a fait six lectures rapprochées. Une observation sur deux était exécutée avec l'axe de la sonde orienté est-ouest, repère à l'est. Les mesures effectuées dans ces conditions servent de référence pour celles exécutées en orientant la sonde dans d'autres azimuts. O n a obtenu :

Orieniaiion du repère

Orientation de l'axe de la sonde

Moyenne pour le repère à I'esf

Est-ouest Est 46 887,8 Nord-sud Nord 888,5 46 888,O Est-ouest Est 888,2 Nord-sud Sud 888,O 888,3 Est-ouest Est 888,4 Est-ouest Ouest 888,6 888,6 Est-ouest Est 888,7 (La sonde a été tournée de i 80' autour de son axe) Est-ouest Est 888,6 Nord-sud Nord 888,8 888,6 Est-ouest Est 888,6 Nord-sud Sud 888,2 888,7 Est-ouest Est 888,8 Est-ouest Ouest 888,4 888,6 Est-oues t Est 888,4

Erreur d'orienlniion

+0,5

- 0,3

O

+ 0,2

-0,5

- 0,2

Puisque l'erreur d'orientation de cet appareil n'est pas supérieure au pouvoir de résolution, on n'a fait aucune autre investigation. Voyez Schmidt (1964) pour d'autres vérifications. 204 On réduit une mesure d'intensité totale aux lignes de base du variomètre H et Z par :

Pour Fürstenfeldbruck, où I = 64", nous avons :

Les valeurs d'échelle des variomètres sont :

AF = cosIAH + sinIAZ [91

AF(Y) = 0,438 AH(Y) + 0,899 AZCY)

SH = 2,74 gammas/mm et SZ = 2,66 gammas/mm 'ZH positif = AH(Y) positif et nz positif = AZ(Y) positif

Quand on doit faire de nombreuses réductions de routine, on peut gagner du temps en multipliant respectivement cos I et sin I par SH et SZ, alors :

Le tableau suivant contient quelques exemples de réductions de F aux lignes de base de H de Z :

AF(Y) = 1.20 FZH + 2,39 nz

Date Heure F nz 1,ZO nH 2.39 nz hF(7) F, 1965 GMT observé nH

22 déc 07h23 46 911,O +17,8 +11,0 +21,4 +26,3 +47,7 46 863,3 34 909,6 16,4 11,2 19,7 26,8 46,5 863,l 35 909,2 15,7 11,3 18,8 27,O 45,8 863,4

122

Page 122: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, methodes d’observation et calculs

UTILISATION DU MAGNETOMETRE A PROTONS AVEC LES APPAREILS 1 CLASSIQUES

205 On a fait remarquer au paragraphe 197 qu’on ne pouvait mesurer, avec le magnétomètre à protons, que le module scalaire du vecteur champ géomagnétique. Pour déterminer les composantes, il faut d’autres renseignements. On combine le plus souvent un magnétomètre à protons avec un inclinomètre pour lequel :

H = Fcos I et Z = F sin1 111 I O n peut estimer l’erreur par les équations ;

A H W = cos IAF(Y) - sin I.F.(Y) sin I’AI(’) AZ(.) = sin IAF(T) i- cos I.F(y) sin I’ AI(’) I 1 Pour évaluer les erreurs dans différentes conditions, on suppose que l’écart

type est :

ce que peut obtenir un bon observateur. Si l‘on double les écarts types dans les équations ci-dessus (c’est-à-dire AF = 1,0 gamma et AI = 0,2’) selon les lois de la statistique, 94 % de toutes les observations seront alors comprises dans les limites d‘erreur données. De plus, nous prenons le cas le plus défavorable en supposant que les deux composantes d’erreur s’ajoutent. Pour l’équateur d’incli- naison où I = O” et F = 0,40 gauss, nous avons :

Pour I = 45O et F = 0,45 gauss :

Et aux pôles où I = 90’ et F = 0,70 gauss :

Les erreurs ci-dessus sont du même ordre de grandeur que celles obtenues avec des appareils classiques. En outre, chaque observation est une véritable mesure absolue. Compte tenu de la faible durée des observations et du calcul, on recom- mande de faire des mesures tous les trois ou quatre jours. Une fois sur deux, faites deux séries complètes d’observation le jour où d’habitude on fait les mesures absolues hebdomadaires. L’exemple suivant est pris d’observations à Fürsten- feldbruck. Chaque ligne contient une série complète d’observations qui consiste en 6 mesures de F et une mesure complète d’inclinaison réduite aux lignes de base des deux variomètres d’intensité (voir 6 183 et 204).

A F = 0,5 gamma et AI = 0,l’

AH = f 1 gamma et A Z = f 2,4 gammas

A H = f 2,5 gammas et A Z = & 2,5 gammas

A H = f 4,O gammas et A Z = 5 1 gamma.

10 EO sin Io cos I, ZO Ho Date Heure 1967 GMT

19 juill. 06h55-07h16 64”01’50 46860,O 0,899028 0,437892 42128,4 20519,6 09h29-09h54 o1 43 860,O 9013 7922 127,7 521,O

Les calculs ont été faits avec une machine à calculer mais on peut aussi utiliser une table de logarithmes. Plusieurs observatoires utilisent cette méthode. Les erreurs sont en général

plus petites que celles trouvées ci-dessus. A Fiirstenfeldbruck, par exemple, .

r

123

Page 123: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

où F = 46 900 gammas et I = 64”, les erreurs maximales, en 1965, étaient de 1,9 gamma pour H et 1,0 pour Z. Les écarts types étaient de 1,0 gamma pour H et 0,5 gamma pour Z. Bien que la méthode soit absolue, il est recommandé de comparer avec un étalon la plus petite des deux composantes, parce que l’erreur absolue dépend essentiellement de l’inclinomètre. Avec un peu de soin, il n’y aura pas de dérive appréciable, parce que toutes les constantes instrumentales peuvent être contrôlées. 206 Dans quelques observatoires, on tire l’intensité verticale de l’intensité horizontale et de l’intensité totale. Cette méthode convient dans les régions OU I 2 45” comme on peut le voir d’après :

1 sin I

A Z = - AF - cot I A H i81

II n’y a pas d’inconvénient à toujours avoir AF > 1 car on peut mesurer F avec une précision suffisante. Au pis aller AH = 1. On verra plus loin qu’on peut utiliser avantageusement cette méthode en prospection. Après avoir réduit F et H à la ligne de base, on a :

207 D e la même façon, dans les régions où I = < 45”, on peut observer F et Z et calculer H d’après :

Ho = qFi - Z: t501

Près de l’équateur géomagnétique une erreur même substantielle sur Z aura une influence négligeable sur H comme on peut le voir d’après

1 AH = ~ AF -

cos I tan IAZ i41

Pour de plus grandes valeurs de Z, la méthode n’est pas aussi commode que le calcul de Z à partir de H et F parce que le seul moyen de mesurer Z directement est la BMZ qui, actuellement, ne peut pas être comparée facilement avec un appareil étalon. Cette situation peut changer à l’avenir, car les vérifications faites avec une BMZ étalon à l’Institut danois météorologique sont très encourageantes et indiquent que bientôt on pourra faire des comparaisons pour Z. Bien entendu, la méthode est également applicable à la prospection géomagnétique. 208 Bien que les méthodes décrites dans les paragraphes précédents n’exploitent pas toutes les possibilités du magnétomètre à protons, elles sont plus sûres que les méthodes classiques utilisées seules. L‘une ou l’autre de ces méthodes consti- tuera un premier pas vers la modernisation d’un observatoire.

Magnétomètres à vecteur

209 Les magnétomètres à vecteur servent à trouver les composantes de l’intensité et les directions- du vecteur champ géomagnétique, grâce aux champs polarisés d’une direction connue et d’une amplitude définie. Ce que l’on observe est la

124

Page 124: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

résultante du vecteur champ géomagnétique et du vecteur de polarisation. La résultante ne doit pas être inférieure à 18 O00 gammas (25 O00 gammas pour des magnétomètres simples). Le magnétomètre à vecteur idéal aurait une bobine de polarisation montée comme la bobine d’un inclinomètre, avec la sonde du magnétomètre au centre, un cercle horizontal, un cercle vertical et, au-dessus, un cercle indiquant la direction de l’axe magnétique de la bobine de polarisation par rapport au plan vertical passant par l’appareil et perpendiculaire à l’axe horizontal. Un tel instrument pourrait s’appeler théodolite de Bacon-Alldredge et permettrait la mesure de toutes les composantes du vecteur champ géomagné- tique dans les conditions idéales. Compte tenu des exigences techniques, on a choisi des positions de la bobine qui permettent de déterminer les constantes instrumentales, grâce à un cercle horizontal, des niveaux précis et une alimentation stabilisée. La base du théodolite doit permettre un réglage de son axe vertical avec une grande précision.

L A METHODE D E NELSON

210 La méthode de Nelson (L. Hurwitz et J. H. Nelson, 1960) est bien connue et largement utilisée, bien qu’elle ne donne pas de bons résultats pour H à des latitudes élevées ni pour Z aux basses latitudes. Utilisées avec une petite sonde, les bobines de polarisation peuvent être du type Helmholtz-Gaugain, ou carrées, et d’une longueur maximale de 1 mètre. L‘alimentation des bobines de polarisation doit avoir une stabilité de 1/1 000. 211 Avec la méthode de Nelson, on mesure chaque composante d’intensité en compensant l’autre composante, c’est-à-dire en dirigeant la résultante du vecteur champ magnétique et di1 vecteur champ de polarisation dans la direction de la

P - --- - - - i---------- ? I \\

CI

Q _ _ _ _ _ I I

A=-Z I I I I l I I l

----+--

I I I

-2 z I I l l I I I I I I I I I I I I . I I I I

_ _ 9 ‘ b Fig. 19. Méthode de Nelson. a) Détermination du champ de polarisation et de Z; b) détermi-

nation du champ de polarisation et de H.

125

Page 125: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

I I

Fig. 20. Méthode simplifik de Nelson pour déterminer le champ de polarisation.

composante à mesurer (fig. 19). On détermine le champ de polarisation désiré en l’amenant à la valeur - 2 H (- 2 Z), c’est-à-dire à une valeur où le magnéto- mètre à protons indique F’ = F. Ensuite, on réduit le champ de la moitié de cette valeur, c’est-à-dire à A = -H (A = -Z) en diminuant de moitié le courant dans la bobine de polarisation, au moyen d’un potentiomètre ou d’un voltmètre digital. Pour appliquer cette méthode, on n’a pas besoin de connaître l’amplitude . du champ de polarisation. Cependant, afin d’abréger la recherche par tâtonne- ments de A = -2 H (A = -2 z), il est préférable de conna-re approximative- ment la constante de la bobine de polarisation, de sorte que l’on puisse commencer à rechercher le champ de polarisation à une valeur proche de la valeur exacte. 212 Si l’on ne dispose pas d’un potentiomètre ou du voltmètre digital, on peut calculer le champ compensateur de la bobine d’une façon différente expliquée à la figure 20. Mesurez F. Compensez H(Z) approximativement, en calculant le champ de polarisation à partir des dimensions de la bobine et du courant mesuré avec un ampèremètre. Observez la valeur approchée de Z(H) avec le magnéto- mètre à protons. Ensuite, inversez le courant dans la bobine de polarisation. Le champ de polarisation s’ajoutera à la composante à comparer. Réglez le courant de la bobine jusqu’à ce que vous observiez la résultante F, qui, d’après de simples considérations géométriques, est :

F+z = d4F2 - 3Z2 quand on mesure Z 1511

F+H = d4F2 - 3H2 quand on mesure H Calculez les tableaux pour F+z et F+H correspondant aux valeurs de F, H et 2 de votre observatoire et convertissez-les en unités du magnétomètre. La théorie

126

Page 126: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

l Appareils, méthodes d’observation et calculs

complète du magnétomètre à vecteur de Nelson a été traitée par Hurwitz et Nelson (1960). Nous admettons que toutes les erreurs imprévisibles, que l’on peut facilement contrôler, ne dépassent pas 0,l gamma et limiterons donc nos consi- dérations aux erreurs d’importance pratique.

Mesure de Z

213 Au moyen d’un niveau sensible (valeur d’tchelle : 2“ à 10” par division), on nivelle la base d’un théodolite sur laquelle est posée la bobine dont l’axe magnétique est horizontal. L’axe de rotation de la base est rendu vertical à 2“ près. L‘erreur causée par .un mauvais réglage, i, de l’axe vertical dans le plan du méridien magnétique est :

AZ(Y) = H(Y> sin 1’ i(’) í521

En un lieu d’observation OU H = 20 O00 gammas, l’erreur causée par un mauvais réglage de 1’ serait AZ = 20 O00 . 0,000 291 = 5,8 gammas, et pour 2” environ 0,2 gamma. 11 faut remarquer que si l‘on tourne l’alidade, cette erreur ne sera pas éliminée. 11 est donc indispensable de niveler la base du théodolite avec une grande précision. On peut supprimer I’erreur causée par l’inclinaison de l’axe horizontal de la bobine en observant 2 azimuts, à 180” d’écart, et en prenant la moyenne des deux valeurs de H observées.

Fig. 21. Influence d’un mauvais réglage du champ de polarisation sur la déter- mination de Z.

Z

H’

Z’

214 Pour orienter convenablement la bobine de polarisation, tournez la bobine de telle sorte que son axe soit approximativement perpendiculaire au méridien magnétique. Appliquez le champ de polarisation et observez la résultante F,. Inversez le champ de polarisation et observez la résultante F-. Réglez l’alidade en azimut jusqu’i ce que F, = F-. L’axe de la bobine sera alors dans le plan per- pendiculaire au méridien magnétique. Tournez l’alidade de + 90” ou de - 90” de façon que l’axe de la bobine soit dans la direction du méridien magnétique, le repère de la bobine de polarisation étant au nord. Déterminez le champ de polarisation pour compenser H par l’une des méthodes décrites aux paragraphes 211 et 212. Mesurez ZN (le repère de la bobine de polarisation étant au nord).

l

1 127

Page 127: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

Tournez I’alidade de 180” en azimut. Mesurez ZS (le repère de la bobine étant au sud). Calculez Z à partir de la formule :

(ZN - AZ(.)) + (Zs - AZ!Y)) 2 i531

OU AZ(y) est l’ordonnée mesurée sur le magnétogramme et convertie en gammas. Quand la différence entre ZN et ZS est appréciable, réglez l’inclinaison de l’axe de la bobine jusqu’à ce que les deux valeurs soient à peu près égales. 215 11 peut être intéressant de connaître l’erreur de Z, provenant d’un mauvais réglage de l’axe de la bobine en azimut, E, ou par un mauvais réglage du champ de polarisation, H’ - H. La figure 21 illustre ce cas. H-et Z sont les composantes réelles alors que Z’ est la valeur mesurée quand le champ de compensation H est mal réglé. La différence vectorielle entre H et H‘ est approximativement :

- zo = -

,(Y) = 4/22 (Z’ - 2) i551

Exemple : Z = 42 O00 gammas. L’erreur admise dans la détermination de Z est de 0,l gamma. De [55] nous tirons :

r = 484 O00 . 0,l = 48400 = 92 gammas Dans la pratique, on affecte la moitié de l’erreur permise à E et l’autre moitié à (H’ - H) qui est dans ce cas :

__ €(Y) = H - H = 44200 = 65 gammas

Alors, pour H = 20 O00 gammas, la déviation permise de l’axe de la bobine du méridien magnétique est, d’après 2 :

65 20 O00 . 0,000 291

E(‘) = = Zt 11’

Ainsi, en un point d’observation OU Z = 42 O00 gammas et H = 20 O00 gammas, le champ de polarisation peut dévier de 11‘ du méridien magnétique, et de 65 gam- mas de H, sans que l’on ait une erreur supérieure à 0,l gamma sur Z. On peut par conséquent régler une fois pour toutes l’axe de la bobine du champ de polari- sation sur le méridien magnétique moyen du point d’observation. L’angle de l’axe de la bobine et du méridien magnétique ne dépassera la valeur permise que pendant les orages magnétiques. O n peut placer des butées sur la base du théodolite afin que la bobine de polarisation puisse être orientée dans les deux azimuts (repère nord de la bobine, repère sud de la bobine) sans avoir à lire le cercle horizontal. I1 faudra évidemment contrôler le réglage d’azimut de temps en temps et tenir compte de la variation séculaire pour la déclinaison. 216 Avec un matériel adapté, l’observation de Z prendra environ dix minutes. Le calcul de la valeur de la ligne de base est facile, comme on peut le voir dans l’exemple suivant :

128

Page 128: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

Observatoire de Fiirstenfeldbruck, pilier 2 Vendredi 29 décembre 1967 Magnétomètre à vecteur

SZ = 2,66 gammas/mm nz positif = AZ(y) positif

nz AZcT) Heure Z GMT observe zll Moyeme

ZN 32h52 42 160,7 +11,9 +31,7 42 129,O 42 128,s

zs 54 159,9 - 12,O 31,9 128,O

Mesure de H

217 Pour la mesure de H, l’axe de la bobine du champ de polarisation doit être vertical. Comme dans la mesure de Z, on doit régler l’axe de rotation de la base du théodolite portant la bobine de polarisation à la verticale à moins de 2” près. L’erreur sur H, due à un mauvais réglage, i, de l’axe vertical de la base du théodo- lite est :

1561

En un endroit où Z = 42 O00 gammas, l’erreur sur H due à un mauvais réglage de 1‘ sera AH = 42 O00 . 0,000 291 = 12,2 gammas, et, pour 2”, environ 0,4 gamma. O n n’éliminera pas cette erreur en faisant l’observation pour différents réglages d’azimut de l’alidade. On peut éliminer l’erreur due à l’inclinaison de l’axe (vertical) de la bobine de polarisation en observant l’intensité horizontale pour quatre positions en azimut, différant entre elles de 90”. Le schéma d’observation est le suivant : Après avoir nivelé avec soin la base du théodolite, réglez le champ de polarisa-

tion en utilisant une des méthodes décrites aux paragraphes 211 et 212. Mesurez HN (bobine nord). Tournez l’alidade de 180” exactement. Mesurez Hs (bobine sud). Tournez l’alidade de 90”. Mesurez HE (bobine est). Tournez l’alidade de 180”. Mesurez Hw (bobine ouest). Calculez l’intensité horizontale (valeur de la ligne de base) par :

AH(Y) = Z(Y) sin 1’ i(’)

(HN - AH(Y)) + (Hs - AHtY)) + (HE - AH(7)) + (Hw - AH(7)) Ho = i571

où AHW = ordonnée en gammas mesurée sur le magnétogramme. La bobine de polarisation qui permet de compenser Z repose, sur la base du théodolite, sur les trois vis calantes qui servent à rendre vertical l’axe de la bobine (parallèle à l’axe de rotation de la base du théodolite). On met une des vis dans la direction du repère de la bobine. On tourne cette vis pour régler l’axe de la bobine de polari- sation pour que HN et Hs soient à peu près égaux. Les autres vis servent à rendre HE et Hw égaux. 218 Le procédé d’observation élimine l’erreur de verticalité de l’axe de la bobine de polarisation. Un mauvais réglage du champ de la bobine de polarisation, Z’ - Z, rend la valeur mesurée H (fig. 22) plus grande que la valeur H réelle, H et H’ étant reliées par :

i581

4

(Z - Z) = d 2 H (H’ - H)

129

Page 129: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’abservation et calculs

I I I

Z I I I I I L

H I I

I +

Fig. 22. Influence d’un mauvais réglage

I I I I

Z’ I I I l I

I

I

I

I

I

lL

Avec H = 20 O00 gammas et H’ - H = 0,l gamma, on a : Z‘ - Z = 1/40 O00 . 0,l = 44000 = 63 gammas.

METHODE DE SERSON

219 Quand une des composantes de l’intensité est si petite (inférieure à 18 O00 gammas) qu’elle ne peut pas être mesurée, en particulier à cause du bruit de fond élevé, on peut utiliser la méthode de Serson à la place de celle de Nelson. La méthode de Serson exige une source d’énergie précise et constante. 11 faut une bobine de polarisation ayant un axe horizontal pour mesurer H, et une bobine ayant un axe vertical pour mesurer Z. Pour cette raison, la méthode de Serson est un bon complément à la méthode de Nelson. I1 ne faut qu’une seule bobine de polarisation pour mesurer les deux composantes de l’intensité ; c’est-à-dire une bobine avec l’axe horizontal pour un Z (grand) de Nelson et un H (petit) de Serson (i > 45O), et une bobine avec l’axe vertical pour mesurer un H (grand) de Nelson et un 2 (petit) de Serson (I < 45”). Alors que la méthode de Nelson est difficile à employer pour mesurer les composantes faibles, on rencontre des difficultés avec la méthode de Serson pour mesurer des composantes grandes. Dans les deux cas, la non-homogénéité des champs de polarisation limite la durée du signal de précession, et, de là, la précision de la mesure des résultantes. 220 La figure 23 nous donne :

2

ou :

130

Page 130: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

O i

Appareils, méthodes d’observation et calculs

Fig. 23. Méthode de Serson. a) Détermination de H; b) détermination de Z.

En différenciant 59, on a : F+ H F- H F H 2A A 2A A A A F+ Z F- Z F Z 2A A 2A A A A

AH = -(i - -) AF+ - -(1 + -) AF- + -.- AF

i601 A Z = - (1 - -) AF+ - -(i + -) AF- + -.- AF

Les équations 60 donnent une estimation des erreurs AH et AZ pour des valeurs de F, H et A d’une part, et F, Z et A d’autre part. O n peut voir que, si A = H ou A = Z, la méthode est la même que celle de Nelson pour l’autre composante. Le coefficient de F, devient égal à O et celui de F- est égal à Z et H, respectivement. La première équation de 60 devient :

1 cos I

AH = - tanIAZ + - AF t41

Autrement dit, l’erreur est la même que si l’on avait calculé H à partir de F et Z. La seconde équation de 60 devient :

,

1 sin I A Z = - cot I A H + - AF i81

I ’ 1

c’est-à-dire que l’erreur est la même que si l’on avait calculé Z à partir de F et H. 11 en résulte que les cas A = H et A = z n’ont aucune valeur, sinon pour trouver les champs de polarisation dans.les cas de Nelson décrits au paragraphe 212. Si l’on désire des coefficients de F, et F- raisonnablement petits, les champs de

131

Page 131: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

3 3 1 2 2 2

polarisation devront être au moins égaux à - H et - Z, et pas inférieurs à - F. Exemple : à Fürstenfeldbruck, on s’est proposé de mesurer H avec la méthode

de Serson. A a été rendu égal à - H N 30 800 gammas. Les autres valeurs sont alors : F, N 66 300 gammas, F- N 43 300 gammas. F et H sont égaux à 46 900 et 20 500 gammas environ respectivement. On a obtenu les coefficients suivants en portant les valeurs (en gammas) dans la première des équations 60 :

Comme les erreurs commises en mesurant F,, F- et F sont inférieures à f 0,5 gamma, le champ de polarisation choisi semble assez grand. Des séries d’obser- vations suivantes ont confirmé que l’erreur sur H était inférieure à f 1,0 gamma. 221 Les équations 60 ne sont pas seulement utiles pour évaluer les erreurs mais également pour le calcul habituel de H et Z, car l’équation 59 est peu maniable. Comme les observations des H et Z de Serson prennent quelque temps, il est nécessaire de réduire F,, F- et F aux lignes de base des variomètres d’intensité, comme on peut le voir aux paragraphes 224 et 229. En introduisant les valeurs réduites F+,, F-, et F, dans l’équation 59, on trouve Ho ou Z,. On calcule d’autres observations par l’équation 60 de la manière suivante : on désigne par FL,, F:o, Fi et Hi ou Z; les valeurs trouvées. Avec F:,, FL,, Fi et les valeurs F,”, F-, et F, d’une nouvelle observation, on trouve AF; = F,, - F;,, AF; = F-, - FI, et AF’ = F, - FA et on introduit ces valeurs dans l‘équation 60. Le résultat sera AH’ ou AZ’, d’où l’on tire les valeurs de la ligne de base :

Quand on applique cette méthode de calcul, il vaut mieux conserver la même valeur de A, de telle sorte que AF; et AFL restent faibles. On obtient ce résultat en ajustant toujours F, approximativement à la même valeur avant le début des observations. On verra au paragraphe 230 l’application de cette méthode.

3 2

AH = 0,36 AF+ - 1,2 AF- + 1,0 AF

H, = H: + AH’ et z, = Z: + AZ’

Mesure de Z

222 Nivelez le théodolite avec soin. Réglez le champ de polarisation en ajustant le courant pour que le magnétomètre indique une valeur de F, voisine de la valeur moyenne trouvée lors d’observations antérieures, lorsque le repère de la bobine est au nord. Mesurez F. Mesurez F+N. Inversez le champ de polarisation. Mesurez F-. Tournez l’alidade de 180° (repère au sud). Mesurez F+s. Inversez le champ et mesurez Fes. Mesurez F. Tournez l’alidade de 90° (repère à l’est). Mesurez F+E. Inversez le champ et mesurez F-E. Tournez l’alidade de 180” (repère à l’ouest). Mesurez F,w. Inversez le champ et mesurez F-w. Mesurez F. Comme le Z de Serson est mesuré en même temps que le H de Nelson, on règle

l’axe de la bobine comme il a été expliqué au paragraphe 217. On élimine l’erreur provenant du réglage de la bobine en faisant une observation pour quatre azimuts différents.

132

Page 132: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

__ ~ _ _ ~

I l I 1

Appareils, methodes d’observation et calculs

223 Comme dans la mesure de Z par la méthode de Nelson, l’erreur AZ due à une inclinaison de l’axe vertical de la base du théodolite, i, n’est pas éliminée par la procédure d’observation et a pour valeur :

224 L’influence de la variation de H et Z sur F,, F- et F est donnée par les expressions (De Vuyst et Hus, 1966) :

AZCY) = HW> sin 1’ i(’> ~521

+ A AZCY) 1611 H F F+

AF+(Y) = - AHW f ___

I (remarquez que Z-A est négatif pour A > Z) AF(y) = cos 1AHC-f) + sin IAZCY)

où AH(Y) et AZ(.) sont les ordonnées mesurées sur le magnétogramme pour les heures d’observation et converties en gammas.

Mesure de H

225 Nivelez le théodolite avec soin. Déterminez le réglage d’azimut de l’axe de la bobine de polarisation comme au paragraphe 214. Comme il a été expliqué au paragraphe 215, il suffira de placer l’axe de la bobine au méridien magnétique moyen. Tournez l’alidade en azimut de façon à mettre le repère de la bobine au nord. Réglez le champ de polarisation en ajustant le courant de la source d’énergie jusqu’à ce que la lecture de F+ sur le magnétomètre soit voisine de la valeur moyenne trouvée lors d’observations antérieures. Mesurez F. Mesurez F+N. Inversez le champ et mesurez F-N. Tournez l’alidade de 180” en azimut (repère au sud). Mesurez F+s. Inversez le champ et observez F-s. Mesurez F. 226 Dans la mesure de H par la méthode de Nelson, l’erreur AH due à une incli- naison, i, de l’axe vertical de la base du théodolite n’est pas éliminée par la pro- cédure d’observation et a pour valeur :

i5 61 O n l’élimine en faisant une observation pour deux azimuts, séparés de 180”. 227 Quand l’axe de la bobine dévie d’un petit angle E du méridien magnétique, on ne mesurera que la composante H le long de l’axe de la bobine. L’erreur sera :

AHfY) = Z(Y) sin 1’ i(’)

-H(Y) sjn21’cc’~a

2 AHCY) =

ou : = -0,00423 E(’)’ i621

I Pour H = 20000 gammas et E = lo’, l’intensité horizontale observée sera trop I faible de 0,l gamma.

228 On peut utiliser cette méthode de mesure de la composante horizontale du champ géomagnétique le long de l’axe de la bobine pour mesurer la compo-

133

Page 133: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, mkthodes d’observation et calculs

sante nord géomagnétique X et la composante est Y en orientant successivement l’axe de la bobine dans le méridien géographique et dans le plan vertical perpen- diculaire (Serson, Canada Patent no 654552). 229 On réduit les quantités observées F,, F- et F aux lignes de base des vario- mètres H et Z par :

i631

AF = cos IAH(Y) + sin I A Z m où AHm et AZ(Y) sont les ordonnées mesurées sur le magnétogramme pour les heures d’observations. L’exemple suivant illustre le calcul du H de Serson. On fera remarquer que

F- a été mesuré deux fois pour chaque position de la bobine, car cette quantité a une influence prédominante sur le résultat. En outre, de cette manière on peut tolérer une légère dérive de l’alimentation. O n a réduit toutes les valeurs observées aux lignes de base des variomètres d’intensité par les équations 9 et 63. O n a utilisé les valeurs suivantes pour le calcul des coefficients :

F = 46 900 gammas F+ = 65 400 gammas F- = 43 100 gammas A = 29 400 gammas

Z = 42 130 gammas H = 20 550 gammas I = 64”

Au paragraphe 204 on a expliqué la réduction à la‘ ligne de base de F. On calcule de la même manière les coefficients des équations 63, avec les valeurs d’échelle SH = 2,74 gammas/mm et SZ = 2,66 gammas/mm. Ainsi, par exemple, le coeffi-

SH = H + A F+

cient de AH pour la réduction de F, à la ligne de base est

49 950 . 2,74 65 400

= 2,09. Notez H-A est négatif. On introduit dans l’équation 59 les valeurs réduites F,, et les moyennes de F, F+N et F-N. O n doit calculer séparé- ment HN et Hs. Il n’est pas licite de prendre les moyennes de toutes les valeurs de F, et F- et de calculer H en une seule fois, car la relation qui lie ces quantités n’est pas linéaire et des différences même petites entre les valeurs trouvées pour les deux positions de la bobine donnent des erreurs considérables sur le résultat. On effectue les calculs avec une table des carrés et une machine à calculer. 230 A l’inverse de l’équation 59, l’équation 60 est facile à résoudre (voir § 221). Pour le calcul, on a choisi les valeurs rondes suivantes, qui sont voisines des valeurs de la ligne de base : F’+,, = 65 380,O gammas, F’.-o = 43 070,O gammas, F’ = 46 860,O gammas. En introduisant ces valeurs dans l’équation 59, on obtient : Ho = 20 520,O gammas et Ai = 29 478 gammas. On a calculé les coefficients de l’équation 60 à partir de ces valeurs. Le résultat est : o,

A H = 0,337 AF: - 1,239 AFI + 1,107 AF’.

1 34

Page 134: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Apparei1s;méthodes d'obsewation.et

calculs.

ml VI VI

N 55 2

I

+

135

Page 135: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, mkthodes d’observation et calculs

A partir de cet exemple de calcul, on prend les valeurs suivantes (réduites à la ligne de base) :

Repère de la bobine au nord F+ON = 65 389,6 gammas

Repère de la bobine au sud F+os = 65 380,O gammas

F-ON = 43 069,9 F-OS = 43 071,2 Fo = 46 859,O Fo = 46 859,O D e plus on calcule AF:N +9,6y +0,337 AF:N +3,2y AF:s Ou +0,337 AF;s OY

A F ~ N -0,l -1,239 AFLN +0,1 AFLs +1,2 -1,239 AFLs -1,5 AF‘ -1,0 +1,107 AF‘ -1,l AF’ -1,0 +1,107 AF’ -1,l

AH‘ + 2,2 - 2,6 H o 20 522,2 20 517,4

Moyenne : 20 519,8 Y

qui est en accord avec le résultat obtenu avec l’équation 59. O n a utilisé cette méthode avec succès à Fürstenfeldbruck. Quand, pour une raison ou une autre, les valeurs de la ligne de base varient et les différences deviennent grandes, on choisit de nouvelles valeurs Fio, F:, et Fi et on calcule Hi et Ai. O n doit calculer de nouveaux coefficients de l’équation 60 si les variations sont appréciables. Comme l’équation 60 est linéaire, on peut prendre les moyennes des valeurs obtenues pour le repère de la bobine au nord et au sud et faire le calcul en une seule fois.

CONDITIONS EXPI~RIMENTALES

231 O n a déjà fait remarquer que, pour un magnétomètre à vecteur, on doit disposer d’une base de théodolite non magnétique stable avec un axe vertical très précis. O n peut réduire la charge sur la base du théodolite en fixant au plafond de la pièce le support de la sonde du magnétomètre (fig. 24), ce qui a pour effet d’éliminer la contrainte perturbatrice du câble de la sonde. Ce dispositif convient aux bases de théodolite et d’inclinomètre d’observatoire. O n peut aussi utiliser des bases de théodolites magnétiques de campagne. I1 est essentiel aussi que la base possède un niveau dont la précision n’est pas inférieure à 2” à 10” par division de la graduation. 232 I1 est important que le champ de polarisation soit homogène pour appliquer avec succès les méthodes du magnétomètre à vecteur. O n a indiqué au paragra- phe 200 que le gradient du champ magnétique à travers la sonde ne doit pas dépasser 0,l gamma par centimètre car, dans un champ non homogène, le signal de précession d’un proton décroît rapidement. Le signal utilisable à la mesure sera bref et le pouvoir de résolution faible, car la mesure aura été obtenue avec un petit nombre de cycles de précession. Outre les systèmes de bobines polarisantes très homogènes, il est avantageux d’utiliser une sonde de petite taille. Dans une certaine mesure, l’homogénéité demandée du champ de polarisation dépendra du niveau du bruit au lieu d’observation et du filtrage de ce bruit par le magnéto-

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Page 136: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Appareils, méthodes d’observation et calculs

I mètre. Un type plus élaboré de magnétomètre à protons exigera un degré d’homo- généité du champ de polarisation plus faible qu’un appareil ordinaire. 233 Pour des champs de polarisation supérieurs à 40000 gammas, de simples bobines de taille convenable auront un champ magnétique suffisamment homo- gène. Un système de bobines bien connu est la bobine de Helmholtz-Gaugain, qui se compose de deux bobines identiques placées sur le même axe à une distance égale à leur rayon. Les spires des bobines sont en série. Le champ magnétique le long de l’axe de la bobine de Helmholtz-Gaugain est :

89,92 N r A = i (gammas) i641

I où : A = champ magnétique le long de l’axe de la bobine en gammas N = nombre de tours de chaque bobine r = rayon = distance entre les hobines en centimètres i = intensité du courant en milliampkres.

Fig. 24. Magnétomhtre à vecteur de l’observatoire de Fürstenfeldbruck pour les mesures du Z de Nelson et du H de Serson.

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Page 137: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodcs d’observation et calcttk

On a utilisé avec succès des bobines ayant un diamètre de 80 à 100 cm, avec des magnétomètres à vecteur pour des champs allant jusqu’à 43 O00 gammas. Pour obtenir le champ de polarisation nécessaire avec une intensité et une tension faibles, il faut 30 à 50 tours de fil de cuivre émaillé d’un diamètre de 0,4 à 0,7 mm. 234 11 est difficile de réaliser des bobines de Helmholtz-Gaugain de la taille désirée. La bobine carrée décrite par Fanselau (1956) offre une solution simple du point de vue mécanique. Ce type de bobine donne un champ magnétique qui est moins homogène que celui d’une bobine de Helmholtz-Gaugain de même dimen- sion (fig. 24). Les deux bobines sont enroulées sur des châssis carrés ayant un axe commun et espacé d’une distance d = 0,5445 x longueur du côté. U n menuisier peut faire une telle bobine en lattes de bois, avec une précision de f 0,5 mm. On protégera la bobine de l’humidité en la vernissant et en la peignant, ce qui la rendra assez stable. On peut obtenir une bobine plus solide en utilisant des tiges d’aluminium en forme de T. Le champ magnétique le long de l’axe d’une bobine carrée est :

88 68 N d A=: i (gammas) i651

où : A = champ magnétique le long de l’axe de la bobine en gammas d = distance entre les bobines en cm=0,5445 x longueur du côté de la bobine N = nombre de tours de chaque bobine i = intensité du courant en milliampères.

235 Quand on a besoin d’une bobine qui donne un champ magnétique très homogène ou d’une bobine de petites dimensions, on doit utiliser un système plus compliqué. La bobine carrée de Fanselau (1958) est encore relativement simple à réaliser. Son homogénéité est plus grande qu’une simple bobine carrée d’égale section, mais elle est plus longue. Serson (Canada Patent no 654552) décrit une bobine de 30 x 30 x 30 cm, ayant l’homogénéité d’une bobine de Helmholtz-Gaugain de 150 cm de diamètre. La bobine circulaire de Fanselau (1959) et la bobine de Braunbeck (1934) exigent un degré de précision élevé pour obtenir l’homogénéité du champ magnétique. Récemment Everett a construit une bobine sphérique de petites dimensions donnant un champ magnétique très homogène (thèse, Department of Geodesy and Geophysics, University of Cambridge). 236 Plusieurs magnétomètres à vecteur ont été décrits récemment. Le magnéto- mètre à vecteur de Nelson (Hurwitz et Nelson, 1966) a deux bobines de Helmholtz- Gaugain, l’une de 83 cm de diamètre et d’axe magnétique horizontal, l’autre de 97 cm de diamètre et d’axe magnétique vertical. Le magnétomètre à vecteur de Serson est équipé du système de bobines décrit précédemment, monté comme la lunette d’un théodolite (fig. 25). Une lunette dont l’axe optique est parallèle à l’axe magnétique de la bobine permet des visées de repères d’azimut et peut donc être utilisée avec un cede horizontal pour des mesures absolues de D, X, Y, en plus de celles de H et Z. On rendra l’axe magnétique de la bobine horizontal ou vertical au moyen d’un niveau très sensible. La figure 24 montre le magnétomètre à vecteur de l’observatoire magnétique de Fürstenfeldbruck. La bobine carrée est

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Appareils, -m&hodes d’observation- et calculs

fixée sur la barre de déviation d’un théodolite de station type Bamberg et permet l’observation du Z de Nelson et du H de Serson. Jusqu’à maintenant, le magnéto- mètre à protons Askania est le seul appareil de ce type qu’on trouve dans le commerce. Les deux bobines d’Helmholtz-Gaugain, l’une à axe horizontal et l’autre à axe vertical, ont des diamètres respectifs de 80 et 90 cm. O n peut utiliser l’appareil pour mesurer le H et le Z de Nelson et de Serson. 231 Pour les premières expériences avec un magnétomètre à vecteur, on peut utiliser des accumulateurs. Le nombre d’éléments dépendra de la valeur maximale du champ qu’on veut obtenir et de la résistance de la bobine de polarisation qui,

Fig. 25. Magnétomktre à vecteur de Serson (Canada Patent no. 654552). La bobine est réglée de façon à permettre les mesures du Z de Nelson et du H de Serson.

1 39

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

dans les systèmes décrits ci-dessus, sera comprise entre 20 et 30 ohms. En outre, on devra prévoir quelques volts supplémentaires pour le réglage de la tension et une résistance étalon quand on utilise un potentiomètre pour mesurer le courant de la bobine. Dans la plupart des cas, une batterie de voiture de 12 volts sera suffisante. Pour la méthode de Nelson, un simple potentiomètre de laboratoire peut faire l’affaire. Pour la méthode de Serson, il faut un potentiomètre précis ayant une stabilité à court terme de 1 pour 100 000, de façon à obtenir une préci- sion de 1 gamma dans la mesure des composantes de l’intensité. La précision absolue du potentiomètre n’a pas d’importance. Dans ce cas, il faut veiller à bien isoler le circuit de polarisation. Quand on utilise des batteries, les interrup- teurs doivent avoir une résistance de contact très faible de façon à réduire les réglages. Avant de commencer une mesure, il faut charger la batterie pendant trente minutes pour stabiliser sa tension. D e même il faut charger la batterie pendant l’intervalle de temps qui sépare deux mesures. 238 Les batteries non seulement sont difficiles à maintenir en charge, mais demandent en outre un contrôle et un réglage continus du courant en cours de mesure. Récemment sont apparues sur le marché des alimentations stabilisées à bon marché (par exemple, Hewlett-Packard), qui peuvent rivaliser en prix et en perfor.mances avec les batteries et les potentiomètres. Dans ce cas, on peut utiliser dans le circuit de polarisation de simples interrupteurs à clé dont la résistance d’isolement est suffisante, car la source de courant compensera automatiquement les variations de la résistance du circuit. D’habitude, le courant de sortie d’une alimentation est accompagné de peu de bruit mais parfois il peut apparaître une harmonique très gênante du secteur, dont la fréquence est voisine de celle du signal. 239 Pour obtenir des résultats corrects, on doit placer la sonde du magnéto- mètre à protons‘exactement au centre de la bobine de polarisation. Si, de plus, la sonde n’a aucune impureté magnétique (voir Q 203) et si la base de temps du magnétomètre à protons est exacte, on peut espérer que les résultats seront proches du niveau de précision de UMS. Cependant, avant de considérer un magnétomètre à vecteur comme étalon, il peut être utile de faire une comparaison avec une série de QHM étalons (4 257). 240 On a discuté au paragraphe 199 des difficultés provenant du bruit du à la fréquence de 50 ou 60 cycles, et des méthodes qui permettent de les éviter. Quand on utilise des magnétomètres à vecteur, il est nécessaire de prendre d’autres mesures pour réduire le bruit, en particulier quand on utilise de grands champs de polarisation et quand on doit mesurer des résultantes faibles. Le rapport signal/bruit du signal de précession des protons peut être amélioré de façon appré- ciable en mettant le câble reliant la sonde à l’électronique du magnétomètre aussi loin que possible de toute source de courant et en le suspendant. à plusieurs mètres au-dessus du sol.

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Appareils, méthodes d’observation et calculs

Détermination du méridien géographique

241 Pour déterminer la déclinaison magnétique, il faut connaître le méridien géographique (5 103). O n peut déterminer le méridien géographique à partir de visées d’objets terrestres d’azimuts connus. Quand on utilise cette méthode, on doit réaliser la carte magnétique en collaboration avec le département de cartes géodésiques, qui fournira les coordonnées et les méthodes de calcul. Dans ce chapitre, on traitera aussi de la détermination du méridien géographique à partir d’observations du soleil. La méthode donne de bons résultats tout au long de la journée si le soleil n’est pas trop haut. Une erreur sur l’heure et d’autres erreurs auront très peu d’influence sur le résultat quand le soleil est près de l’horizon. 242 On obtient facilement le méridien géographique en un lieu d’observation en mesurant l’azimut du soleil à une heure précise. On calcule l’azimut du soleil à partir du triangle sphérique défini par le pôle céleste P, le zénith Z et le soleil (fig. 26). Le triangle sphérique nous donne les relations suivantes :

sin z cos AZ = - cos ‘p sin ô + sin p cos 8 cos I sin z sin AZ = cos 6 sin r

En divisant l’équation 66 par l’équation 67, on a : sin q cost - cos p tan ô

sin t cot AZ =

i661 i671

II vaut mieux utiliser cette équation pour calculer l’azimut quand on utilise une machine à calculer. Si l’on utilise des logarithmes, on introduit dans l’équation 66 :

n sin M = sin ô n cos M = cos 8 cos r

7

N

Fig. 26. Triangle sphérique montrant les relations utiles au calcul de l‘azimut.

1691 [701

141

Page 141: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

et l’on trouve n sin (cp - M) cos 6 cos t sin (ip - M) - COS AZ = -~

sin z sin z cos M

En divisant l’équation 71 par l’équation 67, on trouve : cos M tan t sin (cp - M) tan AZ =

En divisant l’équation 69 par l’équation 70, on obtient la valeur de M : tan 6

tan M = ~

cos t

La signification des symboles utilisés dans ces équations est : AZ = azimut du soleil à l’heure d’observation; c’est l’angle dièdre entre le vertical de l’astre et le demi-plan méridien sud, compté de O à 180’ est et 180’ ouest.

t = angle horaire, compté positivement à partir du méridien géographique jusqu’au cercle horaire du soleil, de O à 180’ est et 180’ ouest. O n détermine t pour l’heure d’observation.

z =: distance zénithale du soleil pour l’heure d’observation. 8 = déclinaison (apparente) du soleil, variant entre 23’27’ N (ou + 23’27’) et 23’27’ S (ou - 23’27‘), donnée dans les éphémérides du soleil.

cp = latitude géographique du lieu d’observation (tirée d’une carte à grande échelle) positive dans l’hémisphère nord et négative dans l’hémisphère sud.

Pour calculer l’angle horaire t, on a besoin de : A = longitude géographique du lieu d’observation (tirée d’une carte à grande échelle), allant de O’ à 180’ est et 180’ ouest;

GHA = angle horaire de Greenwich, qu’on doit interpoler à partir de l’almanach nautique, pour l’heure d’observation, compté O à 360’ du sud vers l’ouest, ou

Passage de l’éphéméride = passage du soleil au méridien de l’éphéméride, exprimé en temps éphéméride, qui, pour notre travail, correspond respectivement au méridien de Greenwich et à l’heure de Greenwich (ou temps universel). Le passage de l’éphéméride est interpolé à partir de l’éphéméride du soleil pour l’heure d’observation. Au passage de l’éphéméride, GHA est nul.

Dans ce système, cos AZ et tan AZ seront positives ou négatives pour des azimuts situés dans les deux quadrants sud ou nord respectivement dans les deux hémi- sphères. Comme on sait si les observations ont été faites avant ou après midi, on peut transformer l’azimut obtenu par les calculs en azimut géographique (ou relèvement géographique) compté de O à 360’ du nord vers l’est. L‘azimut calculé à l’aide des formules précédentes reste valable pour le centre du soleil à l’heure d’observation. Comme on a fait les visées seulement sur les bords du soleil, on doit ramener au centre du soleil les lectures du cercle horizontal du théodolite en ajoutant ou retranchant le demi-diamètre du soleil ramené au plan de l’horizon, soit :

demi-diamètre du soleil x cosec z ou demi-diamètre du soleil/sin z [74]

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Page 142: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d’observation et calculs

Pour calculer la distance zénithale z, le triangle sphérique nous donne : cos z = sin ‘p sin 8 + cos ‘p cos O cos t i751

O n trouve le méridien géographique en retranchant l’azimut calculé de la lecture du cercle horizontal du théodolite. Pour concrétiser la direction du méridien géographique, on se sert d’objets terrestres voisins du plan horizontal (repères d’azimut). 243 Pour obtenir des résultats corrects, le théodolite doit occuper la même position que le théodolite magnétique quand on observe la déclinaison magnétique. Quand vous observez sur une borne-repère, posez le trépied au-dessus du repère, et donnez aux pieds une grande ouverture. Mettez le théodolite au centre du repère, en utilisant le dispositif de centrage rapide qui permet, soit de déplacer de quelques centimètres le théodolite sur la base du trépied, soit de changer la position des pieds sans déranger l’aplomb. Enfoncez les pieds fermement dans le sol en appuyant dessus. Serrez les vis de la tête du trépied, ce qui a pour effet de bien relier les pieds et la tête du trépied. Les débutants oublient souvent cette opération. Si l’on fait les observations sur un sol plat et si l’on doit déplacer ensuite le trépied, enfoncez un jalon exactement sous le fil à plomb. La précision requise dans le centrage est inversement proportionnelle à la distance de l’objet dont on fait le relèvement ; si l’objet est éloigné d’un. kilomètre, un déplacement transversal de l’appareil de 30 cm entraînera une erreur d’une minute sur le relèvement. Enfin, nivelez le théodolite avec soin. 244 Pour éliminer l’erreur de collimation et l’erreur due à l’inclinaison de l’axe de rotation de la lunette, on doit faire les visées pour les deux positions de la lunette matérialisées par la position du cercle vertical du théodolite par rapport à l’observateur quand il regarde à travers la lunette. Ainsi on a les positions de la lunette (( cercle vertical à gauche )) (CVG) et <( cercle vertical à droite )) (CVD). 245 Choisissez plusieurs repères d’azimut tels que leurs relèvements donnent de bonnes intersections au point d’observation. Cela est important pour retrouver la station quand on n’a pas fait les observations sur une borne-repère ou quand on ne peut retrouver le repère. Au moins l’un des repères d’azimut doit être bien distinct, c’est-à-dire qu’on puisse le voir facilement avec la lunette modeste d’un théodolite magnétique de campagne, ou d’un QHM dans le cas d’une observation de la déclinaison magnétique. Faites une série de visées dans les deux positions de la lunette. Visez ensuite le soleil avec la lunette, en utilisant le dispositif de visée analogue à la mire d’un fusil. On peut régler la lunette au moyen de l’ombre portée par la partie frontale du dispositif de visée sur la partie arrière. Réglez la lunette de sorte que le soleil soit approximativement au centre du champ et la croisée verticale légèrement en avant du bord avant du soleil. Notez le moment OU le bord avant coïncide avec la croisée. Lisez le cercle horizontal et notez les observations. Sans toucher au théodolite, attendez la coïncidence avec le bord arrière. Quand le soleil monte rapidement, il peut être nécessaire de régler la lunette au moyen de la vis tangentielle du cercle vertical. Tournez l’alidade de 180°, retournez la lunette et observez le passage du soleil comme ci-dessus. Enfin, faites une autre série de visées de repères d‘azimut dans les deux positions de la

143

Page 143: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

i unet te. L'exemple O n a utilisé, pour (voir 4 98).

suivant de mesures en campagne montre ce qu'il faut faire. noter les passages, un chronomètre et un compte-secondes

Vendredi 30 juin 1967 Observatoire de Fürstenfeldbruck Théodolite Wild T 2 no 10913 Signal hoiaire : B B C Chronomètre Schweitzer no 62 Repère d'azimut : Bglise d'Alling, croix sur la tour

CVG CVD

Moyennes

13hOûmn00,Os GMT 12 59 593

Avant observ. Après observ. sur le soleil sur le soleil

103'1 6'16" 103" 16'20" 283 1651 283 1656

283 16 34 283 1638

Bord Chronomètre ~~~~~~~ Cercle Chronomètre Diff. Moyenne

CVD

Notez les bords du soleil comme vous les voyez dans la lunette. N'essayez pas de tenir compte de l'inversion de l'image due à la lunette et à l'oculaire prismatique (dans notre cas, le thédodolite avait une lunette qui inversait l'image et qui était utilisée avec un oculaire prismatique ; par conséquent, le mouvement apparent du soleil en azimut était dans la même direction que le mouvement réel). Retran- chez les lectures du compte-secondes de celles du chronomètre et notez le résultat après les lectures du cercle. Calculez la différence de temps entre le bord avant et le bord arrière. Les différences de temps devront être presque égales pour les deux séries d'observations. L'observation est correcte si les lectures des repères d'azimut, avant et après les observations du soleil, sont les mêmes à quelques dixièmes de minutes près. 246 Cette méthode simple convient pour des régions de latitudes moyennes et élevées et par temps clair. Aux basses latitudes, il peut s'écouler plusieurs minutes entre la coïncidence du bord avant et celie du bord arrière avec la croisée. Par temps partiellement nuageux, il n'est pas toujours possible d'observer les passages des deux bords du soleil au cours d'une seule visée. O n peut appliquer en général la méthode suivante. Après avoir fait une série de visées d'azimut pour les deux positions de la lunette, visez deux fois chaque bord du soleil. Retournez la lunette et faites une autre série d'observations du soleil. Complétez les observations en faisant une série de visées d'azimut. Cette procédure est expliquée dans l'exemple suivant d'observations en campagne.

144

Page 144: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

.Appareils, niathodes d'observation et calculs

Vendredi 18 mars 1966 Bir El Hagg Hussein Signaux horaires : BBC 06h00mnOOs GMT Chronomètre Frodsham 05 59 59,Q Théodolite Askania Midget

Au debut A lafin Moyenne

Repères d'azimut C VG C VD C VG C VD 1. Sommet d'un tumdus, à environ 1 kilomètre au nord de la station

2. Base d'un acacia, à environ 500 mètres au SSE de la station

3 Pied d'un poteau téléphonique, au virage d'une route, a 300 mètres à

242O23,7' 62"24,5' 242'23,9' $2'24,7' 62'24,2'

349 41,O 169 42,O 349 41,3 169 42,l 169 41,6

l'ouest de la station 139 28,6 319 29,4 139 28,8 319 29.6 319 29,l

C VD C VG Bord Chronomèire Cercle Bord Chronomètre Cgrcie io 06h20mn23,5s 166"46,9' 01 06h24mn45,5s 34S003,3' IO 21 !l,O 166 54,O 01 25 40,O 348 12,2 01 22 15,O 167.40,O io 26 30,5 347 44,4 01 23 10,5 167 49,l IO 27 15,O 347 51,7

241 Pour calculer l'azimut, la précision donnée par le Nautical almanac est parfaite, car on ne peut commettre aucune erreur fondamentale quand on calcule le méridien. Le Nautical almanac donne le GHA et la déclinaison du soleil paur chaque heure pleine (GMT) comme par exemple ci-dessous :

30 juin 1967 Soleil

GMT GHA Déclinaison

14h 29"08,4' N 23O11,9' 15 44 08,3 11,s

On doit interpoler GHA et.la déclinaison pour la moyenne de la première et la dernière heure d'observation exprimées en GMT, et convertir GHA en angle horaire local. L'exemple (obtenu sur le terrain le 30 juin 1967) montre le calcul effectué pour la première observation (5 245).

Moyenne des heures de la première et de la dernière opération 14h3 GHA à 14h3 GMT = 29'08,37' ou, arrondi au dixBme de minute près 29"08,4'

Déclinaison à 14h3 GMT = 23"11,87' N, ou arrondi au dixième de minute près 23"11,9' N

Heure d'observation selon le chronomètre 14h16mn40,4s Correction du chronomètre déterminée par les signaux horaires + 0,5

Heure d'observation en GMT 14h16mn40,9s GHA à 14h0ioOmnooS 3 d 29"08,4' Addition des minutes et secondes de l'heure GMT d'observation, converties en angle horaire + 4 10,2

Addition de la longitude est ou soustraction de la longitude ouest + 11 16,6

I45

Page 145: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, m€thodes d'oúservation et caiculs

Somme = angle horaire local (LHA) Angle du méridien c

44"35,2' 44"35,2'

Remarque. Angle du méridien t = LHA pour O" ,< LHA < 180"; angle du méridien c = 360' - LHA pour 180' < LHA < 360"

Au lieu de faire la conversion pour l'heure de chaque observation, additionnez toutes les quantités constantes (convertissez la correction du chronomètre en valeurs angulaires) et convertissez les heures d'observation d'un seul coup, comme on l'a fait dans l'exemple de calcul logarithmique de l'azimut. 248 Dans les éphémérides astronomiques,. telles que The American ephemeris and nautical almanac et The astronomical ephemeris, la déclinaison apparente et le demi-diamètre du soleil correspondants sont donnés pratiquement pour chaque jour à Oh GMT. L'Ephemeris transit est donné pour l'instant de culmination du soleil et non pas pour Oh GMT. Dans l'exemple du 18 mars 1966 (0 246), on a tiré les valeurs suivantes de ¡'Efemérides astronómicos, Anno 1966.

Soleil, 1966 Date

Mars 17 - 12hOSmn29,41 s

Ddclinaison DifTkence dfk$;e Parsage de DifTérence

18 - 1"13'03,4" 16'05,69" 12 08 12,06s -17735s 19 -0'49 19,7 -i 42397" 16 05,42

apparenie

Les erreurs dues à une interpolation linéaire affecteront en général l'azimut d'une erreur bien inférieure à O,¡'- Pour les observations du 18 mars 1965, la moyenne des heures de la première et de la dernière observation est 6h4 GMT. A cet instant, la déclinaison est de - 1'06'43''. On interpole à vue le demi-diamètre du soleil. On convertit les secondes en centièmes de minute. Le demi-diamètre du soleil pour l'heure d'observation est ainsi égal à I6,09'. Le passage de l'éphéméride est 12h08mnl6,2s. Cela est l'heure du passage du soleil au méridien du lieu d'observa- tion, exprimée en heure locale ; c'est donc l'heure à laquelle l'angle horaire local est nul. L'exemple suivant donne le calcul de l'angle du méridien pour la première observation faite le 18 mars 1966.

6h20mn23,5s Heure ¿'observation lue sur le chronomètre Correction du chronomètre déterminée par les signaux horaires s1,o Heure GMT d'observation 6 20 24,5 C6nversion de la longitude au lieu de l'observation en heure; Addition de la longitude E, soustraction de la longitude W (27"12,7' E) + 1 48 50,8 Heure de l'observation en heure locale 8 O9 15,5 Passage des éphémérides interpolées pour 6h4 GMT 12 08 16,2 Angle du méridien i 3 59 00,9

On peut additionner une seule fois toutes Ies quantités constantes et, au lieu de convertir les heures d'observation en heures locales, on peut convertir le passage de l'éphéméride en temps de chronomètre. Notez qu'on doit inverser les signes algébriques de la longitude et de la correction du chronomètre. Dans l'exemple, on utilise la procédure modifiée pour calculer l'azimut.

Page 146: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Appareils, méthodes d’observation et calculs

249 Quand, par temps nuageux, les observations ont duré plus longtemps que dans les deux exemples ci-dessus, il peut être nécessaire d’interpoler la déclinaison et le passage des éphémérides ou du GHA, pour plusieurs séries d‘observations, en particulier aux époques de l’année OU l’une ou l’autre de ces quantités varie rapidement. 250 Pour convertir des angles en heures ou vice versa, on peut trouver des tables dans les éphémérides astronomiques ou dans des tables de logarithmes et de fonctions trigonométriques. Les tables à six décimales de Peters ou de Brandenberg sont bien adaptées pour calculer l’azimut par l’équation 68. Ces deux tables donnent les fonctions trigonométriques de dix secondes en dix secondes. Dans les tables de Chambers, les fonctions trigonométriques sont données pour toutes les minutes. Bien que les tables à six décimales soient d’une précision plus que suffisante, on peut gagner du temps en interpolant à vue ou en arrondissant les angles à cinq secondes près. L’exemple montrant le calcul des observations du 18 mars 1966 a été calculé avec une petite machine à calculer. Voici quelques conseils qui faciliteront le calcul. Posez cos t stir la machine. Multipliez par sin <p. Retranchez la quantité constante cos cp tan 6 que vous trouvez en haut du formu- laire. Veillez à ce que les virgules soient sur la &me colonne. Divisez par sin t. Le résultat est cot AZ. On peut faire tout le calcul en une seule opération sans déplacer un chiffre sur le pupitre et sans noter les résultats intermédiaires. Si l’on a des doutes sur la position de la virgule, on s’aidera d’une règle à calcul. Multipliez dans le sens négatif si la quantité positive sin cp cos t est plus petite que la quantité négative cos cp tan 6 et ajoutez le dernier terme. On a donné au paragraphe 242 les règles de conversion de l’azimut en azimut réel. Dans l’exemple, on a écrit l’azimut réel sous la lecture du cerlce, car on trouve la direction du nord géographique en retranchant l’azimut réel de la lecture du cercle (Q 103, fig. 13). On fera remarquer qu’on a ajouté 180° à la lectvre du cercle pour la visée u cercle vertical à gauche ». La soustraction donne lalecture du cercle horizontal du théodolite correspondant au nord géographique. Le débutant peut contrôler la précision de ses observations en ramenant chaque visée au centre du soleil au moyen des équations 74 et 75, comme on l’a fait dans l’exemple. Enfìn on calcule l’azimut réel (ou relèvement réel) des repères d’azimut. Comme

on a utilisé pour calculer l’azimut les valeurs trouvées dans la position cercle à droite, on calcule les moyennes des repères d’azimut pour la même position de la lunette. 251 Cette méthode de calcul semble lourde mais c’est le seul moyen d’obtenir un contrôle de tous les détails d’observation et de calcul. L‘observateur qui est sûr de lui peut réduire le calcul en prenant les moyennes des heures observées et des visées angulaires no9 1, 2, 3, 4 et no@ 5, 6, 7, 8, respectivement, et faire le calcul deux fois au lieu de huit comme le montre un autre calcul de l’exemple

le calcul simplifié est petite, à condition que les observations soient régulièrement espacées et que la durée qui sépare la première de la dernière observation ne soit pas trop grande. 252 A u latitudes comprises entre lo* et 60” N, on peut tirer le méridien géogra-

I

I 1

ci-dessus. La différence entre les résultats obtenus par le calcul complet et par

! 147

Page 147: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

plique des observations de l'étoile polaire au crépuscule, sans avoir pratiquement de calcul à faire. Des éphémérides astronomiques, autres que le Nautical almanac, renferment des tables d'azimut de l'étoile polaire (leur usage est bien expliqué). Les visées des repères d'azimut sont exécutées avant les observations nocturnes de la polaire ou le matin suivant. I1 suffit de connaître l'heure d'observation 6 vingt secondes près quand la polaire est proche du méridien; quand elle est au maximum de dégression est ou ouest, une précision de f 1 minute est satis- faisante. L'appareil qui convient le mieux aux observations d'azimut est un théodolite

moderne qui permét à l'observateur de lire le cercle horizontal à 0,l' près OU mieux sans avoir à se déplacer autour de €'appareil. La plupart des observateurs auront des appareils moins récents qui peuvent être prêtés par un département de géodésie. A la place d'un théodolite, on peut utiliser la base du QHM équipé sur demande d'une lunette par l'Institut météorologique danois. D e nombreux observateurs auront à leur disposition des théodolites magnétiques de campagne. Quand le soleil est près de l'horizon, on peut faire des observations directes avec la lunette que l'on peut incliner de 10" à 15". Pour des hauteurs plus grandes du soleii, on devra utiliser un miroir noir (voir fig. 27). Dans chaque position, on devra utiliser le miroir dans les positions marque à gauche et marque à droite, pour éliminer les erreurs instrumentales. L'utilisation du théodolite de campagne pour observer le soleil n'est qu'un pis-aller, car le grossissement de la lunette dépasse rarement quatre ou cinq diamètres, ce qui signifie que le soleil se déplace lentement à travers le champ de la lunette et la précision avec laquelle on note les coïncidences est faible. Cependant on obtiendra de bons résultats quand le soleil est près de l'horizon.

\

\ \ ' \ \

, \ .

P, Soleil \ \

\ , \ \ '\ -

' \

\

\

Fig. 27. I

Utilisation du miroir noir d'un théodolite magnétique de terrain pour les observations du soleil. A gauche : Ie soleil& en face de l'observateur; à droite : le soleil est derrière 1 'observateur.

Quand on observe le soleil, il faut avoir plusieurs lentilles colorées que l'on peut visser ou serrer sur l'oculaire de la lunette. I1 est utile aussi de réduire l'ouverture de l'objectif à cinq millimètres au moyen d'un diaphragme, qu'on peut fabriquer avec un morceau de carton (s'il n'est pas fourni par le constructeur), pour diminuer l'échauffement du verre du réticule. Pour des visées du soleil à des hauteurs

148

Page 148: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareils, méthodes d'observation et calculs

P

8 a

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3

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3 * e $ I i.

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E .Qi m y . 'E 9

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149

Page 149: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Appareib, méthodes d'observation et calculs

supérieures à 25", on a besoin d'un oculaire prismatique tant pour la lunette que pour le micromètre quand celui-ci se déplace avec la lunette. 253 I1 est plus facile de faire des observations d'azimut qu'on pourrait l'imaginer. Après quelques essais, d'abord avec le soleil près de l'horizon, on aura acquis assez de confiance et la dispersion des observations sera assez faible pour un travail de géomagnétisme. I1 faut une bonne dose de patience pour calculer l'azi- mut. Quand les calculs paraissent corrects, on peut faire un dernier contrôle en calculant la déclinaison magnétique. Des erreurs grossières apparaîtront aussitôt. Cependant, le contrôle le plus rigoureux est obtenu par deux observations pour des azimuts du soleil très différents, de préférence une le matin et la seconde le soir.

Calcul numirique de l'azimut du soleil à partir de moyennes d'heures et d'angles.

Vendredi 18 mars 1966 Bir EI Hagg Hussein p = 31"02,3'E

6 = -1 06'43" Théodolite Askania Midget Passage des éphémérides

(27'12,7' E) Correction du chronomètre

Passage du méridien en heure du chronombtre

sin p cos t - cos 'p tan 6 sin t

cot AZ =

sin p 0.51 5612 cos p tan 6 -0,Ol 6630 cos p 85 6823 tan 6 -01 9409

Position de i'alidade C V D

N O de l'observation 1,2,3.4 Bord du soleil @ Heure d'observation lue sur le chronombtre Passage du méridien en heure de chronomètre

06h21 mn45,Os 10 19 24,4

12h08mnl6,2s -1 48 50,s

1 ,O

10 19 24,4

-

CVG

5,6.7,8

0 06h26mn02,8s 10 19 24,4

Angle du méridien t (E) Angle du méridien t cos t sin t cot AZ Lecture du cercle (CVD) Azimut vrai (N)

Lecture sur le cercle du méridien nord géographique

3 57 39,4

59"24'51 'I

0,50 8829 86 0868 32 4078

167'1 7'25" 107 57 23

3 53 21,6

58'20'24" 0,52 4878 85 1178 33 7489

167O57'54" 108 38 56

59 2002 59 1858

Moyenne 59'19'30''

150

Page 150: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Appareils, méthodes d'observation et calculs

Calcul logarithmique de l'azimut du soled

Vendredi 30 juin 1967 Observatoire de Fürstenfeldbruck 'p = 48"09,9'N Théodolite Wild T2 6 = +23 11.9

GHA (14h00mOOs) Longitude E Correction du chronomètre (0,551

29'08.4' +11 16,6 + 0,l

LHA à l'heure pleine au chronomètre

tan 6 cos c

cos M tan I sin ('p - M) tan M = - ; t m A z =

Position de I'alidade Heure d'observation lue sur le chronomètre Minutes et secondes horaires en angle LHA à l'heure pleine au chronomètre

CVD 14h16mn40,4s

4" 1 O, 1 ' 40 25,l

LHA Angle du méridien t (~(w) = LHA) log tan 8 log cos I

44 35,2 44 35,2

9,63 201 9,85 260

log tan M

'p M

9 - M

log cos M log tan t

9,77 941

48"09,9' 31 02,2

17 07,7

9,93 290 9,99 373

log cos M tan I 9,92 663 log sin ('p - M) 9,46 91 1

0,45 752 log tan AZ Lecture du cercle (CVD) 28"47,8' Azimut vrai (N) 250 46,9

40"25,1'

CVG 14h22mn14,6s

5"33,6' 40 25,l

45 58,7 45 58,7

.9,63 201 9,84 194

9,79 007

48"09,9' 31 39,7

16 30,2

9,93 002 0,Ol 484

~~

9,94 486 9,45 343

0,49 143

30"09,2' 252 07,4

138 01,8 Lecture sur le cercle du méridien nord géographique Moyenne 138"01,6'

Repère d'azimut : église d'Alling Méridien nord géographique

Azimut vrai du repère d'azimut

138 01,3

283'1 6,6' 138 01,6

145 15,O ,

1 5-1

Page 151: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Comparaison au moyen d’appareils étalons de campagne 254 Les étalons de premier ordre ne sont pas portatifs. Jusqu’en 1935, on utilisait des théodolites magnétiques de campagne pour comparer des appareils étalons d‘observatoire avec les étalons de premier ordre. Plus tard, Forbush et Johnson (1937) utilisaient un galvanomètre à sinus portatif pour les comparaisons. En 1934, La Cour fit ses premières expériences avec le QHM, qui s’est révélé par la suite être l’appareil le plus apte pour comparer des appareils étalons de mesure de l’intensité horizontale. Dans ces dernières années, on a fait des expériences avec une BMZ à grande zone. Bien sûr, tôt ou tard, le magnétomètre à protons portatif sera utile pour les comparaisons en liaison avec les QHM et BMZ. Dans la littéra- ture, on trouve fréquemment le terme (( InternationaI Magnetic Standard ». Ce terme est utilisé pour des appareils qui fonctionnent parfaitement, c’est-à-dire qu’ils permettent de mesurer F, H et Z dans l’unité correcte et que les angles trouvés ne s’écartent pas des valeurs réelles (I et D). Pour la mesure de l’intensité horizontale, on considère comme idéal le galvanomètre à sinus de la Carnegie Institution of Washington construit par Barnett. Pour les autres composantes, il n’existe aucun appareil étalon. On admet généralement que l’on peut considérer les déclinornètres, en particuliet ceux qui ont des cages d’aimant larges et non métalli- ques, et les inclhomètres sans impuretés magnétiques, comme des appareils parfaits ou presque. On peut considérer aussi comme étalon un magnétomètre à protons dont on a testé la sonde (0 203) et dont la base de temps est correcte. 255 Quand on compare des appareils étalons d’observatoire avec les étalons de premier ordre, il suffit de faire des comparaisons pour H et Z, ce qui a l’effet de contrôler aussi F et I. On peut appliquer cette méthode partout, quel que soit le type d’appareil utilisé dans un observatoire. Dans les observatoires où l’on mesure H et 1, il peut suffire de faire une comparaison pour H et l’on obtiendra des renseignements sur la valeur absolue de H, Z et F, en admettant que l’inclino- mètre est correct. On obtiendra de mauvais résultats pour Z et F quand I > 60°, satisfaisants quand 60” > I > 45O, et excellents quand I < 45O. Pour des latitudes

152

Page 152: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Comparaison des appareils

élevées, il vaut mieux comparer Z au lieu de H. On n’a pas besoin de comparer un magnétomètre à protons avec un appareil étalon magnétique, à condition de contrôler la fréquence de la base de temps (9 202) et que la sonde n’ait pas d’impu- retés magaétiques. Quand on utilise le magnétometre à protons avec un inclino- mètre ou un autre appareil classique, il est utile de faire la comparaison pour la plus faible des deux composantes de l’intensité. On a porté beaucoup d’intéret, entre 1904 et 1925, à la comparaison des appa-

reils étalons d’observatoire de mesure de D et l, quand des observateurs de la Carnegie Institution of Washington ont fait des comparaisons dans de nombreux observatoires. Plus récemment, et avec quelque raison, on a négligé un peu les comparaisons de ces deux éléments. Les constructeurs de déclinomètres et d’incli- nomètres les comparent avec des appareils étalons d’observatoire bien équipés

des corrections faibles ou inexistantes. De plus, les corrections varient avec le temps seulement dans d’étroites limites. Cependant, il est recommandé de faire de fréquentes comparaisons pour D, si, dans un observatoire, les valeurs de la ligne de base de la déclinaison sont déduites des observations du QHM (voir 0 153). 256 La fréquence des comparaisons dépendra des types d’appareils utilisés dans l’observatoire. On devra comparer les QHM tous les deux ans. Les constantes des BMZ sont en moyeniie plus stables que celles du QHM mais il faut une comparaison tous les trois ou quatre ans (actuellement, il faut les envoyer à l’Institut météorologique danois). Des théodolites de station et des théodolites magnétiques de campagne peuvent demander une comparaison pour H tous les cinq ou dix ans. 257 Actuellement, on peut faire facilement des comparaisons pour H. O n a signalé au paragraphe 153 que I’IAGA possède plusieurs jeux de QHM qui sont sous la responsabilité du rapporteur sur la Comparison of observatory standards (IAGA Commission I), le Dr V. Laursen de l’Institut météorologique danois, Charlottenlund (Danemark). On enverra les appareils franco de port et par qvion, sur simple demande. Le destinataire devra payer l’expédition de retour. Pour demander l’envoi d’un jeu de QHM, on devra indiquer si l’on veut un étalonnage pour D afin de contrôler la constante de déclinaison, c, des QHM. Dans un proche avenir, une BMZ à grande zone sera aussi disponible. 258 Dans un observatoire où l’on doit comparer un appareil étalon, on fait alternativement des observations avec l’appareil étalon IAGA et l’appareil étalon de l’observatoire, de préférence sur le même pilier, avec les aimants placés à la même hauteur, dans Le cas où I ’ m peut déplacer l’appareil étalon de l’obser- vatoire. Si l’on doit faire les observations sur des piliers différents, on devra connaître de façon précise la difference qu’apportent ces piliers. On compare les niveaux absolus de l’appareil étalon de YIAGA et de celui de l’observatoire au

appareils. On écrit les résultats des comparaisons sous la forme suivante :

1 1 1 ’

1 l avant de les livrer. Des appareils faits de matériaux choisis avec soin auront

I mayen des valeurs de la ligne de base du magnétographe obtenues avec les deux

I Appareil étalon de I’IAGA - Appareil étalon de l’observatoire = correction de l’appareil étalon de l‘observatoire par rapport à celui de I’IAGA [7q

259 Si l’on désire éviter de faire la comparaison au moyen des valeurs de la

153 ~

Page 153: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Comparaison des appareils

ligne de base du magnétographe, ou si l’on ne dispose pas d’un magnétographe, on élimine les variations dans le temps en observant au même moment l’appareil étalon IAGA à la position A et celui de l’observatoire à la position B. On fait une nouvelle observation en échangeant les appareils. On répète plusieurs fois la manipulation. Pour calculer la différence, on utilise les notations suivantes-: SA/OA et &/OB sont les valeurs obtenues avec l’appareil étaion IAGAIobserva- toire aux positions A et B, respectivement. La différence entre les deux positions

l est : I Ap = valeur réelle à la position A - valeur réelle à la position B

Les différbnces observées entre les appareils étalons sont :

Alors : Al = Sa - OB et A* = SB - OA

Al - A2 Ap = 2

et : Correction de i’appareil étalon de l’observatoire par rapport à celui de l’[AGA

m1 O n utilise souvent cette méthode quand des prospecteurs comparent des appareils dans une station en campagne. 260 On a vu au paragraphe 258 qu’on obtient la correction d’un appareil étalon d’observatoire (ou de quelque autre appareil) par soustraction. Pour H, la correc- tion obtenue de cette façon est valable seulement pour les valeurs de H voisines de celles que l’on a utilisées pour la comparaison. Dans un observatoire, ou dans une prospection d’étendue limitée, on peut ajouter au résultat la correction tirée de la comparaison sans qu’il y ait de conséquence. Cependant, quand on doit faire des observations dans des endroits où H est très différent, on doit corriger la constante du QHM ou du théodolite magnétique au moyen de l’équation :

- Al + A, - 2

Corr. par rapport à l’appareil IAGA(r) AC = 0,4343

oil : AC = correction de C ou de log C d’un QHM ou d‘un théodolite magnétique,

Pour une BMZ ayant un aimant de compensation fixe, la correction restera valable pour toutes les valeurs de l’appareil, car normalement seul le moment magnétique de l’aimant de compensation varie. Quand on utilise une BMZ ayant un aimant de compensation mobile, on peut déterminer la correction pour trois ou quatre divisions d’échelle adjacentes. On peut utiliser les corrections ainsi déterminées pour deux ou trois autres divisions d’échelle situées au-dessous et au-dessus des divisions étalonnées. Pour I’inclinomètre et le déclinomètre, l’intervalle de validité d’une correction est difficile à prévoir. Dans un déclinomètre, la correction peut provenir des parties aimantées ou d’impuretés faiblement aimantées, et dans ce cas, elle peut varier avec l’intensité horizontale.

respectivement.

1 54

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Comparaison des appareils

261 Actuellement les groupes de travail 1 (observqtoires) et 2 (appareils) de la commission I de 1’IAGA pensent qu’on ne doit pas corriger les appareils étalons d’observatoire par rapport à ceux de 1’IAGA si l’observatoire fonctionne depuis longtemps. Cependant, les corrections devront être publiées dans le bulletin magnétique annuel de l’observatoire. Pour le travail de prospection géomagné- tique, il faudra rattacher les observations aux étalons internationaux ou corriger celles qui sont liées à des étalons d’observatoire.

I l Contrôle de la stabilité des appareils étalons de l’observatoire

par le Data Exchange I

262 Dans le paragraphe 351, on signalera que le meilleur moment de la journée pour déterminer la différence, en ce qui concerne les composantes géomagnétiques, entre un observatoire et une station en campagne, est de Oh à 4h (heure locale), les jours magnétiquement calmes. Cette période convient très bien également pour comparer les valeurs obtenues en deux ou plusieurs observatoires voisins. On peut s’attendre à trouver constante la différence (pour une composante quel- conque) entre deux observatoires, et que les écarts par rapport à la différence moyenne soient dus aux variations dans les appareils étalons de l’un ou de l’autre observatoire. Si l’on compare les valeurs de trois observatoires, on peut trouver l’observatoire dans lequel le niveau absolu a varié. Par contre, on ne peut rien dire du niveau absolu lui-même. 263 On a utilisé cette méthode de comparaison entre les données d’observatoire dans sept observatoires d’Europe centrale depuis 1955. On fait des comparaisons des valeurs instantanées de D, H, Z et F, à 2h GMT tous les mois, pour dix jours calmes. On choisit les dix jours calmes de chaque mois dans un des observatoires (Wingst) en utilisant les indices d’amplitude sur trois heures. Attendre dix jours calmes internationaux prendrait trop de temps. Quand on a mis sur un graphique en fonction du temps les différences pour une composante quelconque, entre deux observatoires donnés, on obtient une droite qui est horizontale ou légèrement inclinée, selon la différence de variation séculaire entre les deux observatoires. 264 La dispersion des valeurs individuelles a montré que, pendant les premières années de cet échange de données, la précision instrumentale était certainement inférieure à ce que la plupart des observateurs ont cru. Par la suite, l’amélioration des techniques d’observation a éliminé une grande partie de la dispersion. On ne devra pas utiliser les données d’intercomparaison pour corriger les valeurs de la ligne de base dans un observatoire, car il peut intervenir des phénomènes qui ne sont pas encore connus. On peut varier le schéma en utilisant des moyennes horaires au lieu des valeurs instantanées. On peut limiter la comparaison aux cinq jours calmes de chaque mois.

155

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Considérations fondamentales

265 Dans 90 des observatoires géomagnétiques environ, on enregistre la déclinaison, l’intensité horizontale et verticale. Le désavantage de cette combinai- son d’éléments est qu’il faut régler de temps en temps les variomètres des compo- santes horizontales, car la déclinaison magnétique et, par suite, la ligne de référence changent du fait de la variation séculaire. Quand on enregistre les composantes X et Y au lieu de D et H (dans ce cas la ligne de référence est le méridien géogra-

ment la même position qu’au moment du réglage précédent. Quand, sous l’effet de la variation séculaire, les composantes varient et les traces s’écartent de leur position d’origine, il suffit de les y ramener en tordant les fils de suspension ou en réglant les aimants de compensation. Quand il s’agit de variomètres à réflec- tions multiples, il ne faut pas se servir des miroirs de renvoi fixes parce que alors le réglage ne porterait que sur les rayons lumineux et non pas sur la position des aimants mobiles qui est le but recherché. 266 Pour les composantes D et H, la ligne de référence est le méridien magnétique du pilier des mesures absolues sur lequel elles sont mesurées. Pour obtenir un accord parfait entre les valeurs observées sur le pilier et les vaieurs enregistrées par les variomètres, il faut déterminer le méridien magnétique dans la salle à variomètres avant de régler les appareils. Si l’homogénéité magnétique du site de l’observatoire est bonne et que la salle des variomètres est construite en maté- riaux amagnétiques, un déclinomètre ou une boussole à alidade suffiront pour déterminer le méridien magnétique dans la salle. O n peut tracer le méridien magnktique sur le pilier du variomètre en indiquant la date de sa détermination. On doit aussi le noter dans le journal de l’observatoire, où tous les travaux sont soigneusement répertoriés. 267 Dans le Magnetic obseriratory nianilal de McComb (4 345-356) on trouve une méthode plus pratique. Fixez des planches horizontalement le long des murs de la salle des variomètres à une hauteur de 1,80 à 2 mètres du sol et à 3 cm des murs.

I phique) les variomètres sont bien réglés tant que les traces occupent approximative-

156

Page 156: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Enregistrement des variations horairek

Marquez sur les planches le méridien magnétique et le plan vertical est-ouest. Quand vous utilisez un déclinomètre, déterminez le méridien magnétique au milieu de la pièce. Si vous n’arrivez pas à incliner la lunette du déclinomètre suffisamment pour voir les planches, demandez à un assistant d’accrocher un fil à plomb aux planches et guidez-le jusqu’à ce que le fil coïncide avec le trait vertical du réticule de la lunette. D e cette facon, marquez d’un trait les traces du méridien magnétique et du plan vertical est-ouest. Inscrivez sur les planches la date du jour oii vous avez établi ces données, et leurs significations. Grâee à ces marques, on peut trouver le méridien magnétique et le plan perpendiculaire en n’importe quel point au-dessus du pilier du variomètre; pour cela il faut prendre deux points équidis- tants des marques et les relier par une corde tendue. O n projette les directions de ces cordes au niveau du variomètre en suspendant deux fils à plomb aux cordes, à un mètre d’écart, et en prenant ces fils comme repères quand on monte les bobines d’Helmholtz-Gaugain. 268 Quand l’homogénéité magnétique du site de l’observatoire est médiocre ou qu’on a des doutes sur les matériaux avec lesquels la salle est construite, ou encore si les variomètres ne sont pas installés à proximité, il faut procéder autre- ment. Cette méthode nécessite deux théodolites dont l’un peut être un théodolite magnétique. La méthode consiste à transférer le méridien magnétique du pilier des mesures absolues à la salle des variomètres au moyen d’un cheminement. Déterminer le méridien magnétique au pilier absolu au moyen d’un déclinomètre, de préférence tard dans l’après-midi quand la déclinaison magnétique est proche de la moyenne journalière. Si vos prévisions sont correctes, la salle des variomètres est visible du pilier absolu. Dirigez les lunettes des théodolites l’une sur l’autre. Le réglage final se fait en mettant une lumière derrière l’oculaire de l’une des lunettes et en mettant l’autre au point sur la croisée des fils du réticule de la première. Opérez de même avec la première lunette. Lisez les cercles horizontaux des deux théodolites et calculez le méridien magnétique pour le cercle du théodolite dans la salle à variomètres. Matérialisez le méridien magnétique et le plan vertical perpendiculaire sur les planches comme on l’a déjà dit. A u lieu du méridien magnétique, on peut transférer dans la salle à variomètres un relèvement proche du méridien magnétique. Si la salle des variomètres n’est pas visible du pilier absolu, prenez des points intermédiaires et transportez le méridien magnétique ou un relèvement voisin d’un point à un autre jusqu’à la salle du variomêtre. Vérifiez soigneusement tous les calculs. Pour être sûr du résultat, il vaut mieux recommencer l’opération. O n peut se déclarer satisfait quand les résultats de deux cheminements coïncident à cinq minutes près. Quand vous dressez le trépied d’un théodolite sur un sol de béton, il est recommandé de creuser de petits loge- ments pour éviter le glissement des pieds. 269 U n magnétographe doit en principe donner un enregistrement complet de toutes les variations du champ magnétique, grandes et petites, sans lacunes. Si les valeurs d’échelle des variomètres sont petites (grande sensibilité) on pourra enregistrer toutes les petites vqriations. Avec des traces supplémentaires décalées, même les petits et moyens orages seront complètement enregistrés. Cependant, en période d’orages magnétiques violents, les traces supplémentaires .peuvent

157

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Enregistrement des variations horaires

sortir du magnétogramme ou, plus souvent, devenir illisibles quand les variations sont trop rapides, ou encore s’entremêler à tel point qu’il est difficile de savoir de quel variomètre elles proviennent. Si ron utilise de grandes valeurs d’échelle, la variation diurne normale ne donnera que de petites amplitudes. Quand, dans un observatoire, on n’a qu’un seul magnétographe, les valeurs d’échelle des variomètres devront être moyennes. Si l’on a deux magnétographes, il faut que l’un ait de petites valeurs, l’autre de grandes, afin que toutes les variations puissent être enregistrées correctement. 270 Nous avons vu au paragraphe 52 que les amplitudes des variations diurnes et des orages dépendent de la latitude géomagnétique du lieu d’observation. I1 faudra en tenir compte au moment de choisir les vqleurs d’échelle. L’IAGA (autre- fois International Association of Terrestrial Magnetism and Electricity, abrégé en IATME) conseillait en 1950 certaines valeurs d’échelle (ZATME Bulletin, no 13) qui à cette époque semblaient satisfaisantes. Cependant, un peu plus tard, en particulier pendant l’Année géophysique internationale, on s’est aprrçu que les valeurs d’échelle pour la déclinaison étaient trop grandes aux basses latitudes. Le tableau suivant diffère légèrement des conseils de 1’IATME.

Observatoire ayant deux magnétographes Latitude Observatoire ayant

géomagnétique un seul magnétographe Très sensible Peu sensible de l’observatoire

D H Z D H Z D H z - ‘/mm y/mm y/mm ‘/mm y/mm ylmni ’Imm y / m m y/mm

O - 30” 0,5 3,5 3 0,3 2,5 2,5 0,7 6 3 3 30 - 50 0,8 4 3 0,5 2,8 2,5 1,3 8 4 50 - 60 1.0 6 5 1 5 4 3 30 25 60 - 90 5 25 25 1 1 7 9 45 45

Notez que, avec les valeurs conseillées, on ne peut pas obtenir une compensation totale de température pour le variomètre H de La Cour, aux basses latitudes.

Le magnétographe 231 Un magnétographe comprend un enregistreur photographique et des variomètres de déclinaison ou Y, d’intensité horizontale ou X, et d’intensité verticale.

I L’ENREGISTREUR

272, Le boîtier de l’enregistreur contient un tambour animé par un mécanisme d’horlogerie d’un mouvement de rotation uniforme à raison d’un tour par jour. La vitesse du papier est de 20 mm par heure. Certains types d’enregistreur permet- tent d’obtenir différentes vitesses en changeant les pignons ou en ajoutant d’autres pignons dans le train d’engrenages au moyen d’un levier. La largeur du tambour est d’environ 2.0 cm et son diamètre de 16 cm. Le papier photographique qui est

f58

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Enregistrement des variations horaires

I

I fixé au tambour aura les dimensions suivantes : soit 19 x 52 cm, soit 20 x 52 cm.

un diamètre de 12 cm. Sur ce tambour est fixé du papier photographique de 30 à Le tambour d’enregistrement du magnétographe La Cour a 30 cm de large et

40 cm qu’on peut trouver chez n’importe quel photographe. Pour cette raison, le magnétographe La Cour convient surtout aux pays ayant des problèmes de

I l I I devises. La vitesse de déroulement de l’enregistreur La Cour est de 15 mm à

273 Un mécanisme d’horlogerie mu par un ressort, une chaîne et un poids, fait tourner le tambour de sorte que la partie face aux variomètres se déplace vers le bas. U n tambour parfaitement équilibré devrait tourner sur ses paliers avec une certaine friction pour éviter le jeu. On peut remédier au déséquilibre d’un

peut augmenter la friction en plaçant un petit ressort faisant pression sur l’axe du tambour. L’enregistreur La Cour est équipé d’une chaîne et d’un poids qui empêchent le ((jeu D. 11 arrive que le mouvement du mécanisme d’horlogerie ne soit pas parfaitement uniforme. En examinant les traces du magnétogramme à la loupe, on peut voir que leur largeur varie ou qu’il y a des lacunes correspondant à des périodes de plusieurs dizaines de secondes. Cela est dû ii un défaut d’un pignon du train d’engrenages, il en résulte des irrégularités de friction. Quelquefois un horloger peut y remédier mais, souvent, ce n’est pas reparable. 274 La plupart des mécanismes d’horlogerie sont munis d’un interrupteur qui allume la lampe qui marque le temps pendant quelques secondes toutes les heures rondes. Les marques de temps sont de petites lignes verticales coupant verticale- ment le magnétogramme. II existe d’autres types d’enregistreur, plus anciens, dans lesquels un écran intercepte la lumière toutes les heures pendant quinze ou vingt secondes. Les marques de temps forment alors de petits espaces blancs dans les traces des variomètres et dans les lignes de base. En général on ne peut se fier aux horloges des enregistreurs et une remise à l’heure s’impose pratiquement chaque jour. Aussi, dans la plupart des observatoires, on utilise des horloges et des chronomètres pour commander le signal horaire (voir 0 94). Quelquefois on utilise la lampe du signal horaire pour avoir un signal supplémentaire, pour faciliter la mesure des ordonnées, quand on fait des mesiires absolues. Toutefois, dans ce but précis, il est plus pratique d’installer une seconde lampe à côté de la lampe du signal horaire, de sorte que les signaux supplémentaires soient enregistrés séparément et puissent être distingués des signaux horaires. 275 Devant le tambour, on monte une lentille cylindrique dont la distance focale est comprise entre 5 et 25 mm. On obtient de meilleurs résultats avec une lentille de courte distance focale. Une petite fente réglable entre la lentille et le tambour permet de réduire l’ouverture de la lentille afin d’obtenir une profondeur de champ suffisante. Dans certains enregistreurs, après avoir retiré le tambour on peut insérer un verre dépoli dans le plan du papier photographique pour per- mettre la mise au point des images.

I l’heure. I

1 I tambour en ajoutant un peu de soudure du côté trop léger. S’il y a du jeu, on

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Enregistrement des variations horaires

VARIOMETRES ENREGISTRANT LES COMPOSANTES HORIZONTALES

276 Les variomètres qui enregistrent les composantes horizontales D, H, X et Y, fabriqués par Ruska, par Mattig et Wiesenberg et par Askania, sont de conception identique et se basent tous sur les principes d’Eschenhagen. C’est pourquoi ces variomètres sont souvent désignés sous le nom de variomètres d’Eschenhagen. Ils comprennent une base munie de trois vis calantes. L’alidade sur laquelle repose la cage d’aimant est réglable en azimut. Au-dessus, le tube de suspension cam- prend, à sa partie supérieure, la tête de torsion avec un cercle gradué et une com- mande micrométrique pour le réglage fin de la torsion du fil. La partie inférieure du fil porte une armature appelée étrier, qui peut être bloquée au moyen d’un mécanisme placé à la partie inférieure du tube. Quand l’étrier est bloqué, on peut transporter le variomètre et suspendre l’ensemble aimanf-rniroir à l’étrier sans craindre de casser le fil. La colonne qui se trouve sous la cage d’aimant est munie de deux bagues pouvant être réglées indépendamment en azimut; l’une d’elles a quatre branches pour installer la bobine de Helmholtz-Gaugain, l’autre a quatre trous dans lesquels on peut visser quatre barres. Ces dernières sont munies de supports sur lesquels on peut fixer les aimants compnesateurs dans le plan horizontal de l’aimant enregistreur mobile. 277 L’ensemble aimant-miroir comporte un crochet qui s’encastre dans l’étrier à l’extrémité inférieure du fil de suspension. Dans les variomètres à réflexion unique, on peut régler les miroirs au moyen d’une petite vis ou en incurvant la tige sur laquelle sont montés l’aimant et le miroir. On peut ajuster l’aimant en azimut par rapport à la normale au miroir. Le variomètre à réflexion unique est le meilleur pour la netteté des traces mais son réglage demande beaucoup de patience. 278 En période d’orage magnétique, le spot lumineux peut sortir du papier. Pour éviter une perte de traces, le miroir a trois facettes qui sont placées de façon à donner 3 spots lumineux différents qui s’inscrivent sur le tambour à 20 cm les uns des autres. Quand un spot quitte le tambour d’un côté, l’autre s’inscrit sur l’autre extrémité di1 tambour. Pendant un court instant, les deux traces s’inscriront simultanément sur le papier. On ne peut utiliser les variomètres de-ce type qu’aux distaaces imposées par les fabricants, à moins qu’on utilise d’autres moyens pour obtenir des traces supplémentaires. SI le miroir d’un variomètre à réflexion unique n’a qu’une facette, on peut obtenir des traces Supplémentaires grâce à une seconde ou une troisième source lumineuse placée à droite et à gauche de la source qui donne la trace normale. Cela ne pose pas de problèmes quand-on dispose du secteur. Si l’on utilise des batteries, on peut obtenir les traces supplémentaires grâce à des prismes ou des miroirs supplémentaires comme dans le magnéto- graphe La Cour. 279 Les variomètres à réflexions multiples offrent de grandes facilités de réglage mais le nombre élevé de réflexions entraîne une perte de lumière et de netteté des traces. I1 suffit d’ajuster approximativement la normale du miroir mobile par rapport à l’axe magnétique de l’aimant enregistreur. Le réglage fin du rayon lumi- neux est obtenu en orientant et en inclinant le miroir de renvoi au moyen de 3 ou

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Enregistrement des variations horaires

- - - - _ _ - - _ _ _ - - - - - - I U

Fig. 28. Types de réflexions des variomètres pour l’enregistrement des composantes horizon- tales (rn = miroirs de l’aimant; f = miroirs de renvoi fixes). a) Variomètre D de La Cour; b) inversion du mouvement du faisceau lumineux au moyen du miroir de renvoi; c) réflexion double pour doubler la longueur du levier optique.

4 vis à tête percée, sans toucher à l’ensemble mobile aimant-miroir. La figure 28a décrit le variomètre La Cour, dans lequel on utilise un prisme à la place du miroir. O n peut ajuster le faisceau en réglant l’inclinaison du prisme (après avoir desserré les deux vis du support) et l’azimut de l’alidade portant la cage d’aimant. La figure 28b illustre un cas qui est théoriquement possible mais difficile à réaliser parce qu’il faut une grande lentille. Dans le montage de la figure 28c, on utilise une réflexion double de façon à doubler la longueur du levier optique. Cet exemple est d’une grande importance pratique aux basses latitudes parce qu’on peut doubler la sensibilité du variomètre D sans changer la distance entre le variomètre et l’enregistreur. Le même procédé est utilisé avec les variomètres H afin d’obtenir une grande sensibilité pour de petits mouvements angulaires de l’aimant mobile. O n peut augmenter le nombre de réflexions mais chaque réflexion supplémentaire entraîne une perte de lumière et de netteté de la trace. Dans le variographe Askania, le nombre de réflexions est porté au maximum au moyen de miroirs de haute qualité. Notez que les installations représentées dans les figures 28a et 28b inversent la direction de la lumière. 280 Le variomètre H de Copenhague décrit par La Cour et Laursen (a Communi- cations magnétiques », 11) appartient à la catégorie des variomètres représentés dans les figures 28a et 28b, mais il n’inverse pas la direction du faisceau. O n ajuste l’appareil en azimut en tournant le variomètre tout entier. O n peut régler le miroir

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l Enregistrement des variations horaires

de l’aimant au moyen de deux prismes, dont l’un est suspendu à un bilame pour compenser les variations de température. Le fil de suspension a une petite perle de quartz à chaque extrémité qui l’empêche de glisser dans son logement (ce qui arrive fréquemment dans les variomètres d’Eschenhagen). On communique aux acqué- reurs du variomètre H de Copenhague la publication mentionnée ci-dessus, aussi n’est-il pas nécessaire d’en donner une description plus détaillée. 281 Les fils de suspension des variomètres sont en général en quartz dont les caractéristiques de solidité, de rigidité et d’élasticité sont supérieures à celles des autres matériaux. Pour le varipmètre de déclinaison, le fil de suspension est aussi fin que possible, compte tenu du poids de l’ensemble aimant-miroir. Les aimants enregistreurs des variomètres H, X et Y sont orientés, au moins en partie, par torsion du fil. C’est pourquoi les fils de ces variomètres ont un diamètre plus grand et :ont moins fragiles que ceux du Variomètre D. Les fabricants de variomètres fournissent des fils de diamètres convenables et en nombre suffisant, soit montés sur des tubes de laiton et bloqués, soit fixés à des tiges de laiton aux deux extré- mités. Les fibres des variomètres La Cour ont une petite boule de quartz à chaque extrémité. L’observateur se trouve rarement devant le problème de choisir et de monter un fil de quartz comme il est expliqué dans le manuel de McComb

282 Les fils de suspension montés dans des tubes de laiton sont facilement mis en place et remplacés. Pour cela, retirez la tête de torsion du tube de laiton après avoir desserré la vis de blocage du mécanisme de commande. Dans certains cas, il faut desserrer une seconde vis. I1 faut noter qu’à l’extrémité inférieure du fil, l’armature est maintenue par 4 pièces rectangulaires de la partie fendue du tube, elles-mêmes serrées ensemble par une petite longueur du tube- de blocage. Après avoir relié l’étrier à l’extrémité inférieure, et la tête de torsion à la partie supérieure du tube, tenez l’ensemble verticalement au-dessus du tube du vario- mètre. Tenez le tube de blocage d’une main et de l’autre poussez lentement le tube porte-fil vers le bas. Quand le tube porte-fil sera poussé à fond, le tube de blocage remontera. La partie fendue du tube porte-fil sortira et l’étrier sera libéré.

. Quand l’étrier passe dans le mécanisme de blocage à l’extrémité inférieure du tube du variomètre, il peut s’y accrocher et le fil alors se détend. Si cela arrive, levez le tube lentement et baissez-le à nouveau, jusqu’à ce que l’étrier arrive dans la cage d’aimant. Pour cette opération, il est préférable de se faire aider par un assistant. 283 Les fils qui comportent des tiges de laiton aux deux bouts sont livrés bloqués dans une boîte. Libérez les extrémités du fil et assurez-vous que les tiges ne sont pas collées à la doublure de velours de la boite. Otez le fil de la boîte et mettez-le sur un morceau de carton rigide de 20 x 40 cm, au moyen de pinces. Reliez l’étrier à une extrémité et la tête de torsion à l’autre. D’une main, maintenez la tête de torsion sur le carton et de l’autre inclinez lentement l’ensemble jusqu’à la verticale, la tête de torsion étant vers le haut. Après avoir enlevé le carton, transportez prudemment le fil et l’étrier jusqu’au variomètre et enfilez-les dans le tube du variomètre avec les précautions indiquées au paragraphe précédent. Les fils des variomètres La Cour peuvent être manipulés de la même façon.

(4 179-195).

1 62

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Enregistrement des variations horaires

Kring Lauridsen propose une méthode différente dans les instructions données par les fabricants pour ce magnétographe. 284 Avant d’enfiler le fil dans le tube, répétez-vous mentalement toute l’opération afin de prévoir et de prévenir toutes les difficultés. Ayez tous les outils nécessaires à portée de la main, et veillez à ce que les conditions de travail soient les meilleures possibles avant de commencer (lumière, hauteur du siège, etc.). Si vous ne réussissez pas du premier coup, arrêtez-vous, allez prendre l’air ou bien remettez ce travail au lendemain.

BALANCES ENREGISTRANT L’INTENSITÉ VERTICALE

285 Les balances traditionnelles (Eschenhagen) fabriquées par Ruska, par Mattig et Wiesenberg, et par Askania, comprennent une base reposant sur 3 vis calantes et l’alidade portant la cage d’aimant. A u bas de la cage se trouve une came qu’on peut tourner de l’extérieur au moyen d’un levier de blocage qui lève ou abaisse une plate-forme, ou berceau, comprenant 3 pointes à sa partie supérieure. A la base de l’ensemble du système mobile se trouvent 3 rainures où s’engagent les pointes de la plate-forme lorsque le système d’aimant est mis en place. A ce moment, veillez à ce que la balance soit bloquée (plateau levé) et assurez-vous que les lames des couteaux ne touchent pas la cage d’aimant. Enfin vérifiez la position de l’aimant sur les pointes. 286 Le système d’aimants comprend deux aimants ellipsoïdaux fixés sur les deux côtés d’un corps cubique ou d‘un cadre d’aluminium. Le miroir est monté sur la partie supérieure du cadre. Sur les côtés du cadre entre les deux aimants se trouvent deux tiges supportant les masses d’équilibrage. Quand les tiges sont de même matière, on utilise les deux masses pour équilibrer l’aimant. Dans certains types d’aimant-balance, la compensation de la température est automatique ; dans ce cas, un des pivots est en invar et porte la masse de réglage en latitude (voir McComb, 9 271). Dans les endroits où Z est positif/négatif, la tige d’invar est du côté du pôle sud/nord de l’aimant. La tige d’aluminium portant la masse compen- sant la température se trouve alors du côté opposé du cadre. Sous ce dernier, se trouve une grande vis avec un système de blocage pour ajuster la sensibilité; pour ce faire, on tourne la vis dans un sens ou dans l‘autre, ce qui élève ou abaisse le centre de gravité du système mobile. Le couvercle de la cage d’aimant porte un prisme qui rend vertical le faisceau

incident horizontal, tandis que le faisceau réfléchi vertical est rendu horizontal. O n peut incliner le prisme au moyen de trois OU quatre vis pour orienter ou incliner le faisceau de lumière réfléchie. Si la compensation thermique est réalisée au moyen d’un aimant, le couvercle contient aussi la cage de l’aimant compensateur. Dans certains types de balance, on peut placer le couvercle dans deux directions, diamétralement opposées, ce qui permet d‘orienter le pôle nord de l’aimant vers la droite ou la gauche du faisceau lumineux. 287 Les balances de ce type sont munies de couteaux en agate, en quartz ou en verre dur. Elles marchent bien si l’humidité relative est inférieure à 90 %. Si ce taux est dépassé, les valeurs de lignes de base sont irrégulières. Dans n’importe quel

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Enregistrement des variations horaires

climat, sauf en climat très sec, il se forme, avec le temps, des champignons sur les couteaux et les supports, qui entrainent une légère augmentation de la valeur d’échelle et, ensuite, des variations continuelles des valeurs de la ligne de base. O n peut éviter cet inconvénient en nettoyant les couteaux et les supports avec de l’alcool, environ tous les six mois, ou quand les valeurs d’échelle ou les valeurs de la ligne de base commencent à varier. Utilisez un chiffon propre pour laver, et un autre pour essuyer. Appuyez très peu pour éviter d’altérer les couteaux. O n s’apercevra que les valeurs d’échelle redeviennent normales après ce nettoyage. Toutefois, pendant une semaine ou deux, il se peut que la ligne de base varie continuellement de quelques gammas dans un sens ou dans l’autre. Avant de remettre l’aimant en place, il est recommandé d’examiner les couteaux à la loupe et d’enlever la poussière des couteaux et des supports à l’aide d’un jet d’air com- primé projeté avec un petit soufflet. 288 La balance de Godhavn décrite par La Cour (« Communications magnéti- ques », 8) donne d’excellents résultats. Le système d’aimant comprenant les lames et le miroir est constitué d’une seule pièce d’un alliage de tungstène et d’acier. Son poids est inférieur à celui de n’importe quel système d’aimant traditionnel. L’appa- reil comprend une base très lourde munie de 3 vis calantes, et peut être orienté en tournant l’ensemble. Le système de blocage et les supports sont montés au centre de la base. La cage d‘aimant comprend un cylindre en plexiglass qui repose sur la base. La cage siipérieure, contenant le compensateur optique de température, le miroir de ligne de base, le miroir de température et la lentille, est placée sur le cylindre en plexiglass. On rend la cage hermétique en graissant la partie circulaire lisse de la base, les rebords du cylindre de plexiglass et le dessous de la cage supérieure, avec une graisse spéciale fournie par le fabricant. Grâce à un peu de silicagel, on dessèche l’air de la cage une fois pour toutes, si bien que la balance donne de bons résultats même dans une pièce humide. Dans les premières balances de Godhavn on pouvait faire le vide dans la cage d’aimant. Par la suite on a trouvé que l’aimant se comportait bien dans un air à la pression atmosphérique. Certains observateurs ne graissent pas l’appareil parce qu’ils craignent de ne pouvoir le démonter. Pourtant, quand la cage d’aimant n’est pas hermétique, la balance ne donne pas toutes ses possibilités. I1 n’est pas si difficile de séparer la base du cylindre si l’on y applique de l’alcool ou de l’essence. Au bout de quelques minutes, il suffit d’appliquer à la partie supérieure de la balance un mouvement de torsion tandis que la base est maintenue par un assistant. Les pièces alors se sépareront. La méthode décrite par La Cour (c’est-à-dire la séparation au moyen d’un levier) est à utiliser en dernier recours. 289 L‘aimant de la balance, préréglé par le fabricant, peut être amené à l’hori- zontale en meulant l’extrémité la plus basse. Si, dans la position d’enregistrement, le pôle nord de l’aimant n’est pas tourné vers le sud, on peut obtenir un meilleur réglage en mettant la base sur un plateau de verre nivelé avec l’aimant dans le plan vertical est-ouest. Amenez l’aimant à l’horizontale en meulant l’extrémité qui penche. Faites varier lentement l’orientation de la base, le pôle nord étant tourné vers le sud jusqu’à ce que l’on constate une inclinaison (due à l’augmentation de la sensibilité qu’entraîne l’effet déstabilisateur de H). Meulez de nouveau

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~

Enregistrement des variations horaires

l’extrémité inférieure de l’aimant et continuez à tourner la base et à meuler l’extré- mité de l’aimant jusqu’à ce que le pôle nord soit orienté au sud. Si la valeur d’échelle de la balance est petite, l’aimant peut devenir instable avant que son pôle nord soit au sud. Dans ce cas, cessez le réglage, quand après avoir meulé légèrement l’aimant il bascule de l’autre côté. Des instructions détaillées concer- nant le réglage de la balance et le meulage de l’aimant se trouvent dans le mode d’emploi, donné avec le magnétographe La Cour. 290 Pour pallier les difficultés fondamentales des balances à couteaux dues en grande partie à l’humidité, on a fait différents essais pour construire des balances à suspension élastique. Jusqu’à une époque récente, le rendement des balances de ce genre était loin d’être satisfaisant. Cependant, il y a quelques années, Fanselau a construit une balance douée d’une bonne stabilité. Sokkisha Ltd. fabrique une balance à suspension élastique qui donne de bons résultats. Bobrov utilise des fils de quartz pour suspendre le petit système mobile. 291 A l’exception des variomètres La Cour, on amortit les aimants enregistreurs au moyen de plaques de cuivre. Les impuretés ferromagnétiques contenues dans le cuivre entraînent souvent des irrégularités dans les indications des variomètres. En général, les impuretés proviennent d’outils et disparaissent après une attaque à l’acide. Si l’on ne peut éliminer toutes ces traces ferromagnstiques, il faut aug- menter la distance entre les aimants enregistreurs et les amortisseurs ou alors ôter les plaques. On emploie quelquefois avec succès des plaques d’amortissement d’aluminium pur ou d’argent.

I I

COMPENSATION DE LA TEMPERATURE

292 Les indications données par les variomètres d‘intensité varient avec la température. O n a indiqué aux paragraphes 10 et 11 que la meilleure méthode pour éliminer cette source d’erreur est de maintenir la salle des variomètres à une température constante. Si cela n’est pas possible, on peut employer une des méthodes de compensation de l’effet de température pour réduire le travail d’interprétation des données. 293 La méthode la plus employée consiste à utiliser des aimants qui réduisent environ de moitié la composante enregistrée à l’endroit de l’aimant enregistreur. Quand la température varie, le déplacement angulaire du faisceau lumineux dû à la variation du moment magnétique de l’aimant enregistreur et de la constante de torsion du fil est compensé par la variation du champ magnétique des aimants compensateurs. On cherche la compensation exacte en chauffant et en refroidissant la pièce. O n trouvera plus de détails sur la compensation de la température des différents types de variomètre dam le manuel de McComb. 294 treur due à la température, A l’aide d’un shunt constitué d’une matière dont le coefficient de température est opposé, telle que thermoperm ou thermoflux. O n obtient une compensation précise en faisant varier les dimensions du shunt. 295 La balance de Godhavn et le variomètre H de Copenhague sont compensés par une méthode optique. Sur le trajet du faisceau lumineux, on suspend un prisme

I O n peut compenser la variation du moment magnétique de l’aimant enregis-

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Enregistrement des variations horaires

à un bilame argent-platine. Comme l’argent a le plus grand coefficient de dilata- tion, quand la température s’élève, le bilame se courbera du côté du platine et fera ainsi tourner le prisme. Si le bilame est bien placé, on peut régler sa longueur utile de façon à compenser le déplacement angulaire du faisceau causé par la variation du moment magnétique de l’aimant mobile. Dans le variomètre H de Copenhague, il faut placer le bilame de sorte que le côté argent (marqué d’un point noir) soit à la gauche/droite de l’observateur regardant dans la lentille du variomètre, quand le pôle nord de l’aimant enregistreur est orienté à l’est/l’ouest, sans tenir compte du sens du faisceau lumineux. Le pôle nord de l’aimant est coloré en rouge. Dans la balance de Godhavn, le point noir doit se trouver du côté du pôle sud/nord de l’aimant de la balance quand Z est positif/négatif. On peut placer le bilame dans le prisme dans l’une ou l’autre position. On vérifie la position du bilame en regardant l’enregistrement. Quand la température s’élève, la courbe de température devrait se déplacer du côté des valeurs croissantes de l’élément en question. 296 On trouve le degré de compensation des variomètres en chauffant ou en refroidissant la salle à la température la plus élevée et la plus basse possible. Quand on se sert d’un radiateur à kérosène, il faut s’assurer que la pièce est suffisamment aérée. Il faut chauffer et refroidir la pièce très lentement de façon que toutes les pièces des appareils aient la même température en même temps. Aux tempéra- tures extrêmes, maintenez la même température pendant une heure. En même temps, faites des mesures absolues avec des appareils d’une précision suffisante, au moins pour les températures extrêmes. Lisez aussi les thermomètres des vario- mètres. A partir des ordonnées des traces du variomètre, des lectures du thermo- mètre et des valeurs absolues observées, on peut calculer les coefficients de tempé- rature et (si l’on se sert de variomètres La Cour) la longueur utile des bilames pour la compensation totale, comme indiqué par La Cour (« Communications magné- tiques », 8) et dans le manuel de McComb. Réglez les aimants de compensation ou les bilames aux valeurs trouvées grâce à ces calculs, et chauffez et refroidissez de nouveau la pièce pour vérifier la compensation. Souvent, un second réglage est nécessaire. Quand Ies coefficients de température résiduels ne dépassent pas 1 gammaPC, on peut être satisfait. 297 On obtient une vérification sérieuse de la Compensation de l’effet de tempéra- ture en suivant les valeurs des lignes de base des variomètres d’intensité sur une période de plusieurs années. Quand on ne maintient pas constante la température de la pièce, les coefficients de température résiduels seront donnés par les varia- tions des valeurs de base, à moins que les différences entre l’été et l’hiver soient infimes. La figure 29 donne un exemple de détermination du coefficient de tempé- rature résiduel d’une balance de Godhavn i l’observatoire de HeIwan. Le magnéto- graphe a été installé en juin 1955, sur un pilier récemment construit. La tempéra- ture de la salle du variomètre avait varié d’une manière pseudo-sinusoïdale pendant une période de douze mois. La variation de la ligne de base était irrégulière de juin à décembre 1955. Ensuite les valeurs de base dessinaient une ligne en dents de scie causée par la superposition de l’effet de la température et d’une diminution du moment magnétique de l’aimant enregistreur. A cette époque, l’aimant avait

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I Enregistrement des variations horaires

Z 28550-

I

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1956

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/ Déc. 1955 ckoó- 0

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p x Nov. 1955 s a

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Juin 1955

l l l ~ l l

3c O C

Fig. 29. Détermination du coefficient résiduel de température d’une balance de Godhavn à partir de la valeur des lignes de base.

quatre ans. O n peut déduire le coefficient de température résiduel en traçant des lignes droites dans le nuage de points. Pendant des périodes de température décrois- sante (indiquées par des cercles) le coefficient de température est plus faible qu’à des périodes de température croissante (indiquées par des croix). On calcule les vrais coefficients à partir des moyennes des coefficients apparents obtenus sur deux portions adjacentes du graphe.

MIROIRS D E LIGNE D E BASE, DIAPHRAGMES ET FILTRES

298 Il est souvent difficile d’obtenir des traces nettes avec le miroir de l’aimant et celui de la ligne de base, par suite d’une faible courbure de l’un ou l’autre de ces deux miroirs. On peut changer les miroirs des variomètres jusqu’à ce qu’on obtienne une plus grande netteté. I1 arrive que les miroirs de ligne de base (et également les lentilles de projection) soient déformés quand on les serre sans pré- caution dans le cadre. Serrez donc très peu les vis de façon à pouvoir enlever le miroir sans l’endommager.

~

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Enregistrement des variations horaires

299 Certains fabricants fournissent leurs variomètres avec des écrans qu’on peut placer devant les miroirs pour réduire leur hauteur utile. Si l’on réduit la largeur utile d’un miroir, la netteté de la trace s’en ressentira. Quand on n’a pas d’écrans, on peut réduire la largeur de la trace en posant un diaphragme circulaire devant la lentille. Quelquefois il faut atténuer les traces en plaçant des bandes de papier devant les miroirs. On peut aussi mettre un filtre bleu sur le parcours du faisceau lumineux, entre la source de lumière et le variomètre dont on veut atténuer les traces. U n filtre peut aussi faire ressortir la netteté des traces et suppri- mer les images parasites.

LENTILLES DE PROJECTION

300 Quand l’enregistreur et la lampe sont à égale distance du variomètre, la focale de la lentille doit être égale à cette distance, si l’on veut obtenir une image nette du filament de la lampe à incandescence sur le tambour; autrement dit, la lampe et le tambour doivent se trouver dans le plan focal de la lentille de pro- jection. Cette condition est en général valable pour le magnétographe Eschenhagen. Si la lampe se trouve entre la lentille de projection et son plan focal, l’image sera nette au-delà du plan focal. C‘est pourquoi, dans le magnétomètre La Cour, la distance des variomètres au tambour est supérieure à la distance focale des lentilles de projection donnée dans la notice. 301 Quelquefois on a besoin de changer la distance focale d’une lentille de projection. Une lentille commandée sur mesure dans une usine serait hors de prix, sans parler du délai de fabrication. O n peut trouver des lentilles d’assez bonne qualité et bon marché sous la forme de verres de lunette. Les lentilles du commerce ont 50 à 60 mm de diamètre et s’adapteront donc à la monture d‘un variomètre. N’importe quel opticien égrisera la lentille aux mesures voulues. Le variomètre La Cour a une lentille taillée à la surface d’un prisme. On peut changer la focale du système en montant une lentille convexe ou concave devant le prisme. Les opticiens classent leurs lentilles selon leur puissance en dioptries, dont la définition est :

1 f d = - - I791

Oil : d = puissance en dioptries f = focale de la lentille en mètres.

Si l’on groupe deux lentilles de puissance dl et à,, la puissance de l’ensemble sera :

1 dz

d, = dl + d, et -fZ = - i801

Les lentilles qui intéressent le géomagnéticien, et qu’on trouve facilement chez un opticien, ont une puissance de +0,75, +0,50, +0,25 dioptrie (convexes) et -0,25, -0,50, -0,75 dioptrie (concaves). En fouillant dans un lot de lentilles, on trouvera que la focale de certaines d’entre elles s’écarte sensiblement de la

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I Enregistrement des variations horaires

’ 1 ~

valeur nominale, si bien qu’en pratique, on peut se procurer presque toutes les lentilles recherchées. Par exemple : si l’on se propose de porter de 1,70 à 2,50 mètres la focale de la lentille d’un variomètre D de La Cour, alors :

1 2,50

d, = __ = 0,40 dioptrie 1 1,70

I

Lentille de projection du variomètre dl = - - - 0,59 dioptrie, ce qui donne :

0,40 = 0,59 -I- d, d, = -0,19

La lentille désirée est concave. Emportez le prisme chez un opticien et essayez des lentilles marquées -0,25, sur le prisme jusqu’à ce que vous arriviez à la distance focale de 250 cm. Peut-être l’opticien vous prêtera-t-il un lot de lentilles de façon que vous puissiez les étudier sur place. Remarquez qu’il est difficile de trouver des lentilles de puissance inférieure à 0,25 dioptrie. O n peut essayer d’accoupler deux lentilles de - 030 et de i- 0,25 de façon à obtenir une puissance de 0,19 dioptrie environ. Quand on assemble plusieurs lentilles, il faut qu’elles soient centrées de façon très précise. Exemple : on se propose de remplacer un variomètre H d’Eschenhagen (distance du variomètre à l’enregistreur : 125 cm) par un variomètre H de Copenhague (distance focale de la lentille : 170 cm). Dans un lot de lentilles marquées 0,75 (distance focale nominale : 133 cm) choisissez-en une de puissance voulue et remplacez la lentille d’origine.

VIEILLISSEMENT DES AIMANTS

302 Les aimants livrés avec les variomètres La Cour ont déjà été stabilisés conve- nablement. La perte de moment magnétique avec le temps est négligeable. Pour cette raison, les variomètres La Cour seront stables presque dès le début. Quelque- fois les fabricants de variomètres fournissent des aimants enregistreurs et cornpen- sateurs neufs. Avec ceux-là, les valeurs de la ligne de base varieront rapidement au début. Après plusieurs années le vieillissement s’atténuera. Les aimants en alliage de cobalt vieillissent plus vite que les aimants Alnico. 303 En général, l’observateur ne sait pas si le fabricant a pris soin de vieillir ses aimants. I1 faudra lui écrire pour le savoir. Pour vieillir artificiellement des aimants en alliage de cobalt, on commence par une diminution de 30 % du moment magnétique dans un champ alternatif (de 50 à 60 cycles par seconde). Cela peut être réalisé avec une self dont on a retiré le noyau magnétique en forme de E ou par une bobine cylindrique de 2 à 3 crn de diamètre. Alimentez la self ou la bobine au moyen d’un transformateur et utilisez un rhéostat pour ajuster le courant. Commencez la démagnétisation avec un courant faible, et n’exposez

moment magnétique. Continuez par petits paliers, jusqu’à ce que le moment magnétique ait diminué jusqu’à atteindre la valeur désirée. Veillez à ne pas déma- gnétiser totalement l’aimant en envoyant un courant trop fort ou en l’exposant

I l’aimant qu’une ou deux secondes au champ de démagnétisation. Mesurez le

, 169

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Enregistrement des variations horaires

I I I l I l E I I

I l I I I I I l I I I l I I I l

1

Fig. 30. Montage d'un magnétographe d'Eschenhagen.

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Enregistrement des variations horaires

trop longtemps au champ alternatif. Il faut démagnétiser les aimants d’hlnico à 95 % de leur moment magnétique d’origine. Après la démagnétisation, on chauffe l’aimant comme l’indique La Cour. On fait bouillir les aimants en alliage de cobalt dans l’eau pendant vingt-quatre heures, et les aimants Alnico dans de l’huile à 200 OC. Ensuite on refroidit les aimants dans de la glace (ou de la neige carbonique); on réitère dix fois les opérations de chauffage et de refroidissement, aussi rapidement que l’on veut. Les aimants traités de cette façon auront un moment magnétique constant dès le début.

Montage d’un magnétographe d’Eschenhagen 304 Dans n’importe quel magnétographe, la position des variomètres par rapport à l’enregistreur doit être telle que le faisceau lumineux des miroirs de l’aimant frappe le tambour presque perpendiculairement. L‘axe optique de la lentille est bissectrice de l’angle des faiseaux incident et réfléchi, qui doit être petit. En outre, les variomètres doivent être suffisamment éloignés l’un de l’autre pour que l’inter- action des aimants enregistreurs soit faible. Les champs des bobines de Helmholtz- Gaugain doivent avoir une influence très faible sur les autres variomètres quand on détermine la valeur d’échelle. C’est le magnétographe d’Eschenhagen qui satisfait le mieux à ces conditions; il permet en outre l’utilisation d’aimants com- pensateurs et le réglage de la sensibilité. Bien que le faisceau lumineux d’un magnétographe puisse être dirigé dans n’importe quelle direction, il est préférable de l’orienter dans la direction du méridien magnétique parce que ainsi le pôle nord de la balance peut être placé vers l’est ou vers l’ouest sans qu’on ait à régler la valeur d’échelle. Ruska conseille de diriger le faisceau dans le plan est-ouest. La figure 30 illustre le montage d’un magnétographe dont le faisceau est voisin du méridien magnétique. L’enregistreur peut être tourné vers le nord ou vers le sud. 305 Les variomètres sont placés sur le pilier de sorte que les faisceaux ne soient pas interceptés par les cadres des bobines de Helmholtz-Gaugain (dont le dessin est indiqué sur la figure) ou par les aimants compensateurs. On évite ces difficultés si le pilier d’enregistrement est assez grand pour permettre à l’axe du t.ambour de s’écarter sensiblement du méridien magnétique ou du plan vertical est-ouest. 306 Si, à des latitudes basses, on a besoin d’une plus grande sensibilité pour le variomètre D à réflexion unique, on peut introduire des aimants pour augmenter la sensibilité. Cependant, si la salle des variomètres est assez longue, on peut mettre le variomètre D à 4 mètres de l’enregistreur, en remplaçant la lentille ou en modifiant sa distance focale comme on l’a expliqué au paragraphe 301. Ce montage est intéressant parce que la distance entre les variomètres est augmentée jusqu’à un mètre. 307 Le réglage des variomètres d’Eschenhagen est décrit par McComb. La méthode d’orientation permet, au moyen d’un aimant long, de déterminer la déviation des aimants mobiles, sans toucher aux variomètres, mais nécessite une pièce spécialement équipée (étagères le long des murs). On peut utiliser les bobines de Helmholtz-Gaugain pour orienter les aimants mobiles dans n’importe quelle

I 171

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Enregistrement des variations horaires

salle à variomètres (Bock, 1942; Laursen, 1943) à condition qu’on ait déterminé le méridien magnétique comme il a été expliqué aux paragraphes 266 à 268. La méthode consiste à mettre l’axe de la bobine Helmholtz-Gaugain d’un variomètre dans la direction du variomètre magnétique (variomètre D) ou dans le plan vertical est-ouest (variomètre H) et de faire passer le courant dans la bobine. Si l’aimant mobile fait un certain angle avec la direction de l’axe de la bobine, il bougera lors du passage du courant. O n poursuit le réglage de l’aimant tant qu’on observe un mouvement appréciable du spot lumineux sur le tambour (c’est-&dire jusqu’à ce que l’aimant soit aligné avec l’axe de la bobine de Helmholtz-Gaugain). Com- mencez le réglage en orientant approximativement l’axe de la bobine et l’aimant enregistreur dans l’azimut voulu. Déterminez un méridien magnétique (ou le plan vertical est-ouest) au-dessus de l’un des cadres des bobines, en utilisant une corde tendue entre les planches fixées le long des murs. A cette corde, sus- pendez des fils à plomb de chaque côté du variomètre à un mètre de distance. Tournez Ia bobine pour que son cadre soit aligné avec les fils à plomb. Pour plus de précision, on peut mettre une règle sur le cadre de la bobine. Si vous avez matérialisé la trace du méridien magnétique et dq plan vertical perpendiculaire sur le pilier, tracez une parallèle au-dessous des cadres de la bobine et placez le cadre dans l’aligiiement de cette parallèle. Réglez le courant de 0,5 à 1 ampère (suivant le diamètre du fil de la bobine) en plaçant un rhéostat dans le circuit et faites passer le courant pendant une seconde seulement pour éviter de griller la bobine. Quand le réglage des aimants enregistreurs est terminé, on tourne les bobines de Helmholtz-Gaugain de 90” en azimut pour déterminer les valeurs d’échelle. 308 Les fabricants de magnétographes précisent les dimensions et les directions des piliers. Il faut avoir ces précisions avant de faire les plans de la salle des vario- mètres. 11 vaut mieux utiliser du béton léger pour la construction des piliers afin qu’on puisse les modifier ou les démolir au besoin. Avant d’installer un magnéto- graphe, l’opérateur doit étudier tous les détails du réglage des variomètres dans le calme de son laboratoire. I1 peut régler le magnétographe sur un banc ou sur deux tables solides, de façon à savoir comment se font les différents réglages et où se trouvent les difficultés. O n ne peut pas se servir des aimants mobiles si les vario- mètres n’ont pas de blocage (La Cour D et H). Le travail préparatoire en labora- toire mettra l’opérateur en confiance pour régler le magnétographe dans la salle du variomètre qui est généralement étroite.

Montage du magnétographe La Cour

309 tions suivantes :

L’acquéreur du magnétographe La Cour aura à sa disposition les publica-

LA COUR, D. L a balance de Godhavn, Inst. mét. danois. (Comm. mag., 8.) -; LAURSEN, V. Le variomètre de Copenhague, Inst. mét. danois. (Comm.

LAURSEN, V. Observations faites à Thufé. Première partie : Magnétisme ter- mag., 11.)

restre, Copenhague, 1943.

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Page 172: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Enregistrement des variations horaires

Fig. 31. Montage d’un magnétographe La Cour (d’après Lsursen, 1943).

On trouve des instructions supplémentaires concernant l’installation du magné- tographe La Cour dans une série de notes (en anglais) qui sont également fournies avec l’appareil. Les trois publications citées décrivent en détail et expliquent grâce à de nombreuses figures la construction des variomètres et leur réglage. 310 La figure 31 illustre la position des variomètres par rapport à l’enregistreur. En général, les faisceaux lumineux sont près du méridien magnétique pour les raisons mentionnées au paragraphe 304, mais on peut placer le faisceau dans une autre direction, sans complications spéciales. Le magnétographe La Cour était, à l’origine, conçu pour des latitudes élevées, où les variations sont de grande ampli- tude. D e façon à éviter la confusion des traces, la place disponible pour chacune d’elles est limitée à 10 cm, c’est-à-dire le tiers de la largeur du tambour, en plaçant les variomètres à différentes hauteurs et en utilisant trois lentilles cylindriques de grande distance focale. 311 A des latitudes basses, où les amplitudes des variations sont faibles, on n’a pas besoin de limiter la place disponible au tiers du tambour. Les trois variomètres peuvent être placés au même niveau et l’on peut monter une longue lentille cylin- drique, de courte distance focale, devant le boîtier de l’enregistreur. O n peut marquer les heures par des lignes transversales comme dans le magnétographe d’Eschenhagen. On peut rendre les variomètres plus sensibles en meulant l’aimant de la balance de Godhavn et en utilisant un fil de plus faible diamètre dans le variomètre H. Si l’on veut une compensation complète de la température, les valeurs d’échelle des variomètres d’intensité ne doivent pas être inférieures à SH = (H(y)/6 000) y/mm et Sz = (Z(Y)/18 000) y/mm. Pour cela on doit prévoir une salle à température constante ou installer un système de régulation de tempé- rature pour obtenir une valeur d’échelle assez petite pour H. 312 Dans l’espace réduit d’une installation La Cour, on ne peut augmenter

utilise un fil de suspension assez raide, on peut forcer le pôle nord de l’aimant enregistreur à se diriger vers le sud, ainsi la composante horizontale diminue

I la sensibilité du variomètre D au moyen d’aimants compensateurs. Quand on

1 1

I 173

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Enregistrement des variations horaires

Nord magnétique

h \ ,

Fig. 32. Variomètre D avec aimant inversé (d’après Laursen, 1943).

la stabilité (Laursen, 1943). Supposez que le méridien magnétique, vers lequel on avait réglé à l’origine l’aimant mobile (avec son pôle nord vers le sud). soit dans la direction désignée par <( nord magnétique )) (fig. 32). Une variation de la déclinaison de AD vers l’est fera tourner l’aimant d’un angle de A0 vers l’ouest. O n peut évaluer la valeur d’échelle du variomètre par l’équation 119 du manuel de McComb :

1 3438 -H + C + k’/M

H ( Sn = ~

2R i811

où : SD = valeur d’échelle du variomètre D, en minutes par millimètre R = distance du variomètre à l’enregistreur, en millimètres H = intensité horizontale, en gauss C = composante en gauss des champs parasites due aux autres variomètres

k’ = constante de torsion du fil de suspension, en dyne-cm par radian M = moment magnétique de l’aimant enregistreur, en gauss cm3.

dans la direction de l’aimant enregistreur

On doit déterminer la valeur d’échelle précise grâce à la bobine de Helmholtz- Gaugain et à un milliampèremètre. O n utilise l’équation 81 pour trouver la constante de torsion du fil de suspension. Exemple : on doit déterminer la constante de torsion k‘ d’un variomètre D disposé à une distance de l’enregistreur R = 1 719 mm, le pôle nord de l’aimant mobile étant dirigé vers le sud (avec l’aimant mobile dans la position normale ce variomètre aurait une valeur d’échelle SD = l’/mm). Les autres quantités nécessaires au calcul de k’ sont : la valeur d’échelle choisie Sn = 0,5’/mm, H = 0,2 gauss, le moment magnétique de l’aimant mobile M = 3 gauss cm3, les champs parasites C = O. En introduisant ces quantités dans l’équation ci-dessus, on obtient :

1 74

Page 174: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Enregistrement des variations horaires

3438 -0,2 + k’/3 k‘ ) = - i + -

( 0,2 0,6 3438 0,5 = -

I k‘ = 0,9 dyne-cinlradian

Si D varie de lo’, l’aimant mobile de ce variomètre se déplacera d’un angle AB = 20’ dans la direction opposée. Ainsi l’angle entre le méridien magnétique et la direction de l’aimant mobile sera de 30’. On devrait par conséquent utiliser le variomètre D (avec l’aimant renversé) seulement dans les régions où la variation (angulaire) de D est petite, c’est-à-dire aux basses latitudes.

derrière les deux autres variomètres, à une distance de 250 c m de l’enregistreur, après avoir réglé-la distance focale de la lentille (Q 301). Cette modification offre tous les avantages de la disposition normale d’Eschenhagen, Elle permet d’intro- duire des aimants pour ajuster la sensibilité. O n peut suppléer la compensation optique de température par une compensation magnétique quand on utilise des petites valeurs d’échelle avec des variomètres d’intensité. En outre, on peut faire la détermination de la valeur d’échelle pour les trois variomètres au même moment, si l’on dispose de trois bobines de Helmholtz-Gaugain. Notez qu’on ne peut augmenter la distance entre le variomètre et l’enregistreur au-delà de 250 cm, car il sera alors difficile d’obtenir une trace suffisante. 313 On peut aussi utiliser les variomètres La Cour dons la disposition d’Eschen- hagen, comme McComb l’a fait avec succès (manuel de McComb, fig. 13). Cepen- dant il sera avantageux d’échanger le variomètre D et la balance Z, car la trace donnée par le miroir de la balance sera faible à une distance de 225 cm.

1 1 1 ~

I ’ , O n peut également augmenter la sensibilité du variomètre D en le plaçant,

Disposition des traces sur le magnétogramme

314 Le magnétographe La Cour limite chaque élément à une bande de dix centimètres de largeur. I1 est pratique de placer les traces de D et Z approximative- ment au milieu de leurs bandes et celles de H légèrement du côté positif, de façon à obtenir un enregistrement continu de la phase initiale positive suivie de la phase négative d’un orage magnétique faible, et aussi de permettre la détermination de la valeur d’échelle. Les nombreuses traces disponibles de chaque côté de la trace principale permettent d’enregistrer des variations de grande amplitude d’un orage magnétique intense. 315 Avec un magnétographe d’Eschenhagen, on placera la trace du variomètre Z, qui habituellement n’a pas de traces supplémentaires, au milieu de l’enregistre- ment. Quand le variomètre D n’a plus de traces supplémentaires par suite de modifications, on devra régler la trace de D au milieu du magnétogramme et celle

calmes, les traces de D et Z ne se rencontreront pas. Quand D a une trace supplé- mentaire (fig. 28c), placez la trace de Z au milieu, celle de D dans le bas, et la trace supplémentaire de D au-dessus du bord supérieur de l’enregistrement, de façon que la distance entre la trace principale et la trace supplémentaire, niesurée

I

1 de Z légèrement au-dessus, si bien que, dans des conditions magnétiquement

175

Page 175: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Enregistrement des variations horaires

sur le cylindre, soit d’environ 180 mm. O n place toujours la trace principale de H près du bord positif de l’enregistrement, alors que la trace supplémentaire est placée au-dessus du bord positif de façon qu’elle apparaisse pour des phases négatives importantes d’un fort orage magnétique. Si D et H ont deux traces supplémen- taires, on a toute liberté pour placer les traces, mais il est toujours commode de mettre la trace principale de H près du bord positif du magnétogramme. 316 O n place les lignes de base à 20 mm au-dessous des traces (du côté négatif) pour que les ordonnées soient positives les jours calmes. Les ordonnées converties en gammas sont alors ajoutées aux valeurs de la ligne de base, ce qui est plus facile que la soustraction. Si une ou plusieurs traces ont leurs valeurs négatives en haut, on peut disposer les lignes de base au-dessus des traces. Pour la mesure, on retourne le magnétogramme, bord inférieur vers le haut, et l’on note les valeurs à chaque heure, procédant de la droite vers la gauche. Dans certains types de magnétogrammes millimétrés, il peut être avantageux de disposer les lignes de base à un centimètre de chaque bord.

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Page 176: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Routine d‘observatoire

Routine journalière

317 Changez le papier photographique de l’enregistreur juste avant une heure ronde, qui peut être au début d’un des intervalles de trois heures que recouvrent les indices K (O, 3, 6 ... 21h GMT). Si vous préférez ne pas utiliser l’heure de Greenwich, l’heure ronde que vous adoptez doit coïncider avec une heure ronde de Greenwich, sinon vous rendrez difficile la tâche de ceux qui utilisent vos don- nées. Éteignez la lampe de l’enregistreur quelques minutes avant l’heure ronde. Enlevez le papier photographique du tambour et mettez-le immédiatement dans une boîte noire. Lisez la température du variomètre d’intensité au 1/10 ou au 1/50 de degré Celsius près. Remontez l’horloge de l’enregistreur et, si cette horloge donne les signaux horaires, mettez-la à l’heure. Prenez une nouvelle feuille de papier photo dans la boîte noire, imprimez ou écrivez la date sur le bord du papier et mettez-le sur le tambour, côté émulsion à I’extérieur. Quand on utilise du papier glacé, on reconnaît au toucher le côté lisse de l’émulsion. I1 peut être difficile de devenir au toucher quel est le côté émulsion, quand il s’agit de papier mat. En général le papier est légèrement incurvé du côté de l’émulsion. Pour plus de commodité, l’opérateur peut marquer le papier en chambre noire sans crainte de le détériorer. Avant d‘apporter une provision de papier (par exemple 50 feuilles) dans la salle du variomètre, on peut faire des marques au crayon sur le bord du papier, ou l’on peut couper un coin, indiquant par exemple que l’observateur regarde le côté émulsion quand le papier qu’il tient est coupé au coin supérieur gauche. Certains fabricants de papier photo, sur votre demande, coupent un coin du papier. Allumez la lampe qui donne des traces au moment du signal horaire. Ceux qui envoient leurs données sous forme de microfilm aux centres mondiaux de données peuvent améliorer la détermination de la parallaxe en laissant la lampe allumée pendant la durée du signal horaire puis en l’éteignant tout de suite après, pendant deux ou trois minutes. On peut faire ce contrôle précis de la parallaxe une fois par semaine ou une fois par mois. Vérifiez le niveau de l’électrolyte dans la batterie et ajoutez de l’eau distillée de façon à recouvrir

.

I

I 177

~

Page 177: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Routine d’observatoire

les plaques. Contrôlez la tension de la lampe. A cet effet, il est bon d’avoir un voltmètre branché en permanence aux bornes de la lampe, loin des variomètres, parce qu’il est difficile de régler la lampe à l’cil nu. 318 Dans certains observations, on applique tous les jours un calibre sur la nouvelle feuille dans le sens des ordonnées. Le calibre comporte deux petites pointes à ses extrémités dont la distance est légèrement inférieure à la largeur du papier. En comparant la distance réelle des deux pointes à la distance des impres- sions sur le papier développé, on détermine le retrait pour chaque magnétogramme et l’on en tient compte pour convertir les millimètres des ordonnées en minutes d’arc ou en gammas. Dans de nombreux observatoires, on applique ce calibre à chaque nouvel arrivage de papier, et l’on tient compte d’une variation du retrait en corrigeant les valeurs d’échelle des variomètres. 319 Les observatoires doivent tenir un journal du magnétographe, où l’on note les heures auxquelles on a allumé et éteint la lampe, les températures d’un vario- mètre d’intensité et quelquefois l’humidité relative de la salle. En outre, on y inscrit les réglages et les modifications effectués. Dans certains observatoires, on note au crayon les données journalières au verso du magnétogramme. 320 En effectuant le travail de routine quotidien, veillez à ne pas perturber les conditions thermiques de la salle. Fermez toutes les portes derrière vous quand vous entrez. Ne restez pas dans la pièce plus longtemps qu’il n’est nécessaire, parce que votre présence fera monter rapidement la température de la petite salle. Dans certains observatoires, l’enregistreur est placé dans le mur de telle sorte qu’on peut le manipuler de l’extérieur, et on lit le thermomètre avec une lunette pour éviter les changements de température dans la salle. 321 Pour développer le papier photo, suivez les instructions des fabricants, à moins que vous ayez une banne expérience des procédés de développement. Chauffez le révélateur à la température qui convient. Si le révélateur n’est pas assez chaud, il agira lentement et un voile gris apparaîtra sur le magnétogramme. On aura également un voile gris, si les lampes de la salle du variomètre et de la chambre noire ne sont pas inactiniques, surtout si l’on utilise un papier très sensible. Utilisez les filtres recommandés par les fabricants de papier. Si l’on ne peut se procurer ces filtres, atténuez les lumières en enveloppant les ampoules de papier rouge, ou alors changez et développez le papier dans l’obscurité complète (ce qui est moins difficile qu’on ne croit). Pour cela il faut que le révélateur soit chauffé ou refroidi toujours à la même température et que la durée du développement, trouvée par tâtonnements, soit constante. Dans certains cas, le voile gris sur le magnéto- gramme est dû à la lumière diffuse de la lampe. Montez un diaphragme devant la lampe, afin que seul un étroit faisceau de lumière frappe les variomètres. Quand le développement est terminé, enlevez le papier du bain et laissez égoutter

le révélateur. Lavez le papier à l’eau avant de le mettre dans le fixateur; laissez-le jusqu’à ce que la couche de produit sensible à la lumière disparaisse (en général trente minutes). Sortez le papier, faites-le égoutter et mettez-le dans la cuvette d’eau pour le laver (une heure dans une cuvette et trente minutes à l’eau courante). S’ils sont fixés et lavés correctement, les magnétogrammes durent plus d’un siècle. Faites attention de ne pas déformer le papier pendant le développement.

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Page 178: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Routine d’observatoire

Après l’avoir lavé, suspendez le papier sur une corde avec des pinces. Quand il est presque sec (c’est-à-dire quand il commence à s’incurver) roulez-le, côté émulsion à l’extérieur, et mettez-le dans un cylindre de papier où il finira de sécher. Dans certains observatoires, on met le papier dans un dernier bain d’eau et de glycérine qui empêche le papier de s’incurver. On trouvera la proportion de glycérine par tâtonnements; si l’on met trop de glycérine, le papier sera collant. Traité de cette façon, le papier ne se courbera pas et ne se cassera pas sur les bords. O n ne sait pas de façon certaine si le procédé à des inconvénients (par exemple une variation plus grande des dimensions en fonction de l’humidité relative) mais on peut le supposer. II n’est pas recommandé de glacer le papier, car on y gagne une très belle présentation mais le papier peut être très déformé. Enfin on place les papiers du mois en cours entre deux lourdes planches, de façon à les aplatir pour faciliter les mesures. O n peut conserver les magnétogrammes dont on n’a plus besoin entre deux morceaux de carton rigide tenus par des ficelles. 322 Quand le magnétogramme est complètement sec, écrivez sur le bord du papier les dates et les heures d’allumage et d’extinction de la lampe, ainsi que les températures. Inscrivez aussi s’il y a lieu la correction d’horloge dont vous tirez le signe algébrique de l’équation suivante :

Si vous utilisez l’heure locale, indiquez le méridien. Dans de nombreux observa- vatoires, on imprime sur le papier un petit tableau où sont notées les données. Si l’on envoie des microfilms aux centres mondiaux de données, les indications doivent être portées sur le papier comme il est expliqué au paragraphe 344 et à la figure 36. Si l’on exploite les enregistrements sur place,il suffit d’écrire à l’encrede Chine ou d’imprimer avec un tampon le nom de l’observatoire et la date dans le coin supérieur gauche du magnétogramme, ainsi que les signaux horaires (toutes les trois ou quatre heures ou même toutes les heures) soit en heure GMT, soit en heure locale. Désignez les traces des différents éléments enregistrés par D, H, Z et T (T pour la température). Désignez les lignes de base par Do, Ho, Z,, To. Indiquez le sens positif des ordonnées au moyen de flèches sur le premier magné- togramme de chaque mois. 323 La comparaison de l’horloge de l’observatoire avec un signal horaire fait aussi partie de la routine journalière. Selon les observatoires, il y aura d’autres travaux de routine. Dans certains observatoires, on dépouille chaque jour les moyennes horaires du jour précédent, qui sont converties en gammas et minutes d’arc.

temps enregistré + A secondes = GMT ou heure locale

Routine hebdomadaire

324 Les observations absolues pour la détermination des valeurs des lignes de base sont faites en général une fois par semaine. Normalement on fait ces observa- tions le même jour chaque semaine, sauf en cas d’orage magnétique. Dans ce cas, les observations sont repoussées jusqu’à la fin de la perturbation. Dans certains observatoires, on fait des mesures absolues tous les trois ou quatre jours. Avec

179

Page 179: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Routine d’observatoire

M A

un magnétomètre à vecteur on peut mesurer les intensités tous les jours sans que cela donne trop de travail. Faites les calculs dès que les observations sont terminées pour être sûr de vous rappeler tous les détails. Les mesures et les calculs doivent être exécutés par la même personne pour que l’observateur puisse étudier les défauts de ses mesures. Quand les calculs sont faits par une personne différente, l’observateur ne tire aucun profit des résultats, sauf si celui qui fait les calculs est un géomagnéticien expérimenté capable de déceler les défauts. La réduction des observations aux lignes de base se fait deux ou trois jours plus tard, quand le magnétogramme a pris ses dimensions normales. La façon de faire les mesures absolues varient d’un observatoire à l’autre. Dans la plupart des observatoires, c’est le meilleur observateur qui fait les observations de routine. Pendant son absence, c’est le second en grade qui prend sa place. Avant et après l’absence du premier, il est bon que les deux observateurs .fassent les observations simultani- ment; on évite ainsi des erreurs systématiques et cela permet au second de se perfcc&ionner. Dans les observatoires isolés, où le personnel est rekv5 toutes les semaines ou tous les mois, les observations sont évidemment faites par diverses personnes qui doivent toutes avoir une très bonne formation. Il est souhaitable que les observateurs soient des chercheurs capables d’une critique permanente de leurs propres travaux, toutefois des techniciens expérimentés peuvent donner d’excellents résultats sous la direction d’un chercheur. 325 La détermination des valeurs d’échelle est effectuée une fois par semaine non seulement pour étalonner les variomètres mais aussi pour détecter des défauts possibles. Avec des bobines d’Helmholtz-Gaugain branchées en série et un vario- mètre D, dont la valeur d’échelle a été tirée de la longueur du levier optique, on ne rencontre pas de difficultés. Le milliampèremètre sert seulement à régler le courant de la bobine à une valeur pour laquelle les traces de miroirs de l’aimant sont déviées de 30 à 40 mm. Si l’on tire aussi la valeur d’échelle du variomètre D des déflections, et si les valeurs d’échelle des variomètres sont déterminées une par une (comme dans le magnétographe La Cour), on doit utiliser un milliampère- mètre de précision. On doit calibrer celui-ci de temps en temps en le comparant à un appareil étalon. Un contrôleur ordinaire ne sera pas suffisant. Quand on

- -

Page 180: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Routine d’observatoire

, mesure les valeurs d’échelle, les aimants mobiles non amortis des variomètres D et H de La Cour oscilleront avec une très grande amplitude et rendront difficile la mesure du déplacement des traces. Le circuit représenté à la figure 33 réduira l’amplitude des oscillations. Réglez R, à zéro et fermez le bouton S. Poussez lente- ment R, jusqu’à ce que le milliampèremètre indique le courant désiré. Utilisez R, pour un réglage précis du courant. Après avoir enregistré pendant quelques minutes, ramenez lentement RI jusqu’au zéro. Renversez le bouton d’inversion RS et avancez à nouveau R,. Après quelques minutes d’enregistrement, ramenez R, à zéro et éteignez la batterie. Dans certains types de magnétographe plus anciens, on mesure les valeurs

mètres. Dans les montages d’Eschenhagen, l’aimant est étalonné en déviant

optique, puis en déviant les aimants enregistreurs des variomètres d’intensité. Si le variomètre D n’a pas de support pour l’aimant de déflection (comme c’est le cas pour le magnétographe de Kew), on doit déterminer le moment magnétique de l’aimant déflecteur de temps en temps, soit avec un théodolite magnétique, soit par d’autres méthodes bien connues des physiciens. Dans ce cas il faut mani- puler l’aimant avec beaucoup de précaution et le tenir loin des autres aimants. La meilleure solution consiste à munir le variomètre D d’un palier semblabIe à celui du variomètre H et d’utiliser les déviations du variomètre D pour la déter- mination des valeurs d’échelle. Avant de commencer les observations, laissez l’aimant prendre la température de la pièce.

I d’échelle au moyen d’un aimant qu’on place sur les barres de déviation des vario-

l’aimant mobile, dont on connaît la valeur d’échelle d’après la longueur du levier ,

Routine mensuelle

326 Après avoir fait deux ou trois observations absolues au début du mois, on peut tracer les lignes de base du mois précédent, et les interpoler afin de dresser les tableaux mensuels de moyennes horaires, qui doivent aussi comprendre le calcul des moyennes journalières. On prépare les magnétogrammes pour les microfilms et l’on fait des copies des tableaux de moyennes horaires et des magné- togrammes ($ 344).

Autres travaux de routine

327 D e temps en temps, il faut vérifier et régler les variomètres. Dans une nou- velle installation, la valeur de la ligne de base diminue, rapidement d’abord puis plus lentement, à cause du vieillissement du fil de suspension. Si, dans un vario- mètre, la compensation de l’effet de température est magnétique, les aimants compensateurs peuvent aussi contribuer à l’.abaissement des valeurs de lignes de base, quand ils n’ont pas été bien vieillis. D e temps en temps, réglez la trace H, uniquement en tordant le fil de suspension ou en réglant les aimants compznsateurs, et non pas en modifiant l’orientation du miroir de renvoi d’un variomètre à

I 181

Page 181: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Routine d’observatoire

réflexions multiples ou le prisme d’un variomètre La Cour, parce que le réglage du miroir fixe ou du prisme ne ferait que détourner le faisceau lumineux. L‘aimant enregistreur du variomètre D conserve en général une orientation voisine du méridien magnétique à moins que le fil de suspension soit très tordu, ce qui arrive lorsque la composante artificielle est-ouest est trop grande. I1 faudra faire un nouveau réglage du variomètre D si, par suite de la variation séculaire, la trace se rapproche du bord du magnétogramme. Dans ce cas, on peut se servir du miroir de renvoi fixe ou du prisme du variomètre La Cour. Une balance de Z quelconque conserve un bon réglage aussi longtemps que la trace est ramenée à sa position d’origine en rééquilibrant l’aimant mobile ou en réglant la position de l’aimant compensateur. Si, pour ce réglage, on se sert du prisme, le faisceau lumineux est modifié et non pas l’aimant. I1 faut nettoyer les lames et les arêtes des couteaux des balances d’Eschenhagen toutes les fois que la valeur d’échelle se met à croître de façon continue, ou quand la valeur de ligne de base change rapidement (Q 287). 328 I1 est conseillé de contrôler l’orientation des aimants mobiles tous les deux ans. Si la méthode de McComb est possible, on peut utiliser un aimant long pour ce réglage. A des latitudes supérieures à 45”, on peut calculer l’orientation d’après une série de déterminations de valeurs de lignes de base faites pendant des périodes d’orages magnétiques, comme La Cour et Sucksdorff l’expliquent (Comm. Mag., no 16). On peut vérifier les valeurs d’échelle par la même méthode. En déclinaison, il suffit d’introduire l’aimant de fort moment dans le déclinomètre à fil et de lire de temps en temps les valeurs de la graduation du réticule. On doit tenir compte de la rigidité du fil de suspension. Les valeurs absolues de H peuvent être tirées des observations du QHM et des observations de déflexion faites avec un théodolite absolu ou de terrain. 329 Avec le temps, de la poussière s’accumule sur toutes les parties optiques d’un magnétographe. Quand on compare plusieurs enregistrements d’une même année, on a du mal à voir une altération de qualité. Mais quand on compare des enregistrements faits à quelques années d’intervalle, la différence de qualité apparaît nettement. I1 est conseillé de nettoyer toutes les parties optiques du magné- tographe tous les quatre ou cinq ans et de régler les variomètres. En démontant les instruments, veillez à ne pas perturber la compensation de température. 330 On a déjà examiné au paragraphe 255 la fréquence des comparaisons des appareils d’observatoire avec les appareils étalons.

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Page 182: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

~~

I

~

1 Dépouillement des données

Préparation du graphique des valeurs de lignes de base

331 Au paragraphe 10 on a déjà fait remarquer que le travail de dépouillement est réduit au minimum quand la température de la pièce du variomètre est cons- tante. I1 en est de même quand la variation diurne de température est nulle ou quand les variomètres sont complètement compensés de l’effet de température. Le travail se complique quand la variation diurne de température est appréciable dans la salle d’enregistrement ou quand les variomètres ne sont pas compensés ou ne le sont qu’en partie. Dans ce cas, toutes les ordonnées d’intensité doivent être réduites à la température standard du magnétographe. Pour déterminer la température standard on prend la moyenne annuelle de la pièce du variomètre, que l’on arrondit au degré voisin. 332 O n a expliqué au chapitre des ((Appareils, méthodes d’observation et calculs N comment on calcule les valeurs de la ligne de base à partir des valeurs observées. On n’y parle pas des corrections de température des ordonnées, parce que les variomètres employés dans les exemples étaient thermiquement compensés ou que la température de la pièce était maintenue constante. Au paragraphe 337 on expliquera la correction des ordonnées à la température standard du magnéto- mètre, quand on opère avec des Variomètres non compensés. 333 Si les variomètres sont maintenus à une température constante ou si, dans une pièce à température variable, ils sont thermiquement compensés, ou encore si les observations absolues sont réduites à la ligne de base par la correction des ordonnées, les valeurs de la ligne de base ne varieront que légèrement au cours d’une année et l’on peut les inscrire sur la même feuille de papier millimétré, avec les valeurs d’échelle. Si les variomètres d’intensité ont un faible coefficient de température et si la température de la pièce du variomètre ne présente pas de variation diurne et ne change que lentement d’un jour à l’autre, on peut négliger

sité présenteront probablement une variation annuelle. Dans ce cas il est commode de porter les valeurs de la ligne de base de chaque variomètre, ainsi que le temps,

I les corrections d’ordonnées. Les valeurs de la ligne de base des variomètres d’inten-

I 183

Page 183: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Dépouillement des données

-lo 0510- O - -- -- o-= ---I O

04.' 5 - -

20570 - -

2.60- o A O

0 - - , u O .70-

sl"- O

2.60 - - O O n O 250- O

8.0 oc-

7. o - 6.0 - 1963. Janvier Février

- O

U O s u - . -

l l l l ~ l l l l l l l l l ~ l l l ' l ~ l l l l ~ l l l l ~ l l l I I l l ' 25 10 20

Fig. 34. Graphique des valeurs des lignes de base.

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Page 184: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

I Dépouillement des donnks

I sur des feuilles séparées, à l'échelle par exemple de 0,1 à 1 gamma par millimètre en abscisse. I1 y a toujours une certaine irrégularité dans ces valeurs de ligne de base, due à des erreurs dans les observations absolues et à l'instabilité des vario- mètres. D'une façon générale, il est de règle de tracer une ligne régulière dans la masse de ces points représentant les valeurs de lignes de base (fig. 34). Dans certains

observatoires, on utilise les formules bien connues de lissage centré

centré en c. Pourtant, l'œil étant bon juge, le en b ou

lissage de chic est satisfaisant. La courbe lissée est approximativement une fonction en gradins dont les unités sont respectivement 0,l' pour D et 0,l gamma pour les

courbe lissée sont appelées valeurs de la ligne de base adoptée et on les utilise pour calculer les moyennes horaires. La figure 34 et le tableau sur lequel le gra- phique se base expliquent la méthode. Si la valeur de la ligne de base de l'une des trois composantes change brusquement (comme, dans cet exemple; la déclinaison entre le 6 et le 13 février) la variation doit être répartie sur l'intervalle entre les deux mesures à moins que cette variation ait été causée par un réglage du vario- mètre, auquel cas on connaît l'heure précise. Si une seule valeur s'écarte considé- rablement du niveau général des valeurs, on n'en tient pas compte; comme, par exemple, la valeur d'échelle du variomètre H le 21 février. La figure 34 donne aussi les valeurs de la ligne de base de température, qui sont tirées des lectures de température faites au moment où l'on change le papier photo. On s'en sert pour convertir les ordonnées de la courbe de température en degrés Celsius.

Valeurs, observées et adoptées, de lignes de base et d'échelle d'un magnétographe fictif (voir aussi fig. 34).

~

~

a + 2 b + c 4

a + 2b + 3c + 2d+ e 9

I I intensités. Les valeurs de la ligne de base obtenues en découpant en gradins la ,

D40 ,963 Obser-

vateur Observé Adopt6

23 janvier NN - 1"04,7' - 1"04,7' 30 janvier NN - 1"04,7' - 1"04,8' 6février NN -1"04,9' -1"04,8' 13 février NN - 1"04,3' - 1"04,4' 20 février NN - 1"04,3' - 1"04,4' 21 février NN - 1"04,2' - 1"04,3' 6mars NN -1"04,2' -l0O4,3'

HIDD ObservC Adop6

Y Y

20568 20568 20567 20567 20567 20566 20564 20565 20565 20564 20564 20563 20563 20563

G O

Observb Adopté Y Y

42065 42064 42062 42063 42064 42062 42062 42062 42060 42061 42062 42061 42061 42061

SH SZ

Obs. Ad. ylmm ulmm

2,17 2,77 2,77 2,77 2,76 2,77 2,78 2,71 2,70 2,71 2,16 2,71 2,80 2,77

Obs. Ad. ulmm ulmm

2,50 2,53 2,55 2,53 2,56 2,53 2,50 2,53 2,54 2,53 2,51 2,53 2,52 2,53

I Moyennes horaires 334 La mesure des moyennes horaires et leur calcul sont considérés comme le travail le plus fastidieux d'un observatoire géomagnétique. On peut pourtant le faire sans trop de difficultés si l'on ne laisse pas les documents s'accumuler.

185

Page 185: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Dlpouillement des donné&

-

I10

- Ligne de base t

: 20

10 1 1 12

-

I 10 - Ligne de base t

: 20

l l

-

Po

. b

i

-

Ligne de base _i’

. b

Ligne de base _i’ 13 14 15 16

Fig. 35. Mesures des ordonnées au moyen d’une plaque de verre graduee. a) Graduation réglée pour la mesure de la moyenne horaire (11-12 heures, 17,5 mm); b) graduation réglée pour la mesure de l’ordonnée à une heure donnée (14h30, 16,7 mm).

Il faut toujours mesurer les magnétogrammes à la même humidité relative et à la même température parce que ces deux éléments ont une influence sur les dimm sions du papier. Un bureau qui réunit ces conditions convient parfaitement. 11 faut laisser le magnétogramine un ou deux jours dans le bureau avant de le mesurer, de façon qu’il prenne ses (( dimensions normales ». O n peut déterminer le retrait du papier de chaque magnétogramme d’après les marques du calibre mentionnées au paragraphe 318. 335 Le moyen le plus simple pour mesurer les ordonnées instantanées et les ordonnées des moyennes horaires en une plaque de verre comme celle décrite dans le paragraphe 431 du manuel de McComb. La figure 35 montre deux possibilités. O n peut graver une telle échelle sur du plexiglass en utilisant les échelles micrométri-

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Dépouillement des données

le côté gravé sur du papier et l’échelle verticale sur le repère horaire. Pour mesurer les ordonnées des moyennes horaires, déplacez l’échelle en ordonnée jusqu’à ce que le bord gauche ou droit de la ligne horizontale coïncide avec l’ordonnée moyenne de la trace entre deux repères horaires voisins, c’est-à-dire jusqu’à ce que les aires ombrées au-dessus et au-dessous de la ligne horizontale soient égales. Lisez sur l’échelle verticale la position de la ligne de base, au dixième de millimètre près (17,5 mm sur la figure 35a). Pour mesurer l’ordonnée instantanée à un instant donné, déplacez l’échelle en abscisse jusqu’à ce que la minute (trente

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Dépouillement des données

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+ + +

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Dépouillement des données

Pour calculer les ordonnées d’intensité, nous avons les équations suivantes : AH(y) = SH n~ - gH (T-Ts) AZ(y) = Sz ~ Z Z - qz (T-Ts)

où : qH = coefficient de température du variomètre H en gammas/”c qz = coefficient de température du variomètre 2 en gammas/”(= T = température des variomètres Ts = température standard du magnétographe.

Pour les autres symboles, voir le paragraphe 102. En résumant les opérations nécessaires au calcul des moyennes horaires, nous obtenons les équations sui-

En remplaçant par les valeurs de notre exemple du 23 février 1963, nous avons : D = - 1”04,3’ - 0,50 n~ H = 20 664 + 2,77 ~ Z H + 5,50 (T - 10) Z = 42 062 + 2,53 ìiz + 3,75 (T - 10) T = 7,OO + 0,50 nr

Puisque la valeur de la ligne de base du thermographe est relativement stable pendant de longues périodes, on peut simplifier le calcul de correction de la tempé- rature des ordonnées de H et de Z en calculant des tableaux de correction avec ?IT comme argument : on évite ainsi le calcul de la température. Dans notre exemple, une partie du tableau se présente ainsi :

5,50 (T-Ts) 3,75 (T-TJ nT mm gammas gammas

24 -11,o - 7,5 2,1 10,7 7,3 2,2 10,4 7,1 2,3 10,2 6 9 etc.

L’exemple de calcul des moyennes horaires du 23 février 1963 représente le cas le plus défavorable. Une variation lente de la température de la salle des vario- mètres ou des coefficients résidfiels faibles n’entraîne qu’une variation de 1 gamma de la correction de température toutes les cinq ou dix heures et même davantage. Dans ce cas, il est préférable d’ajouter la correction de température à la valeur de la ligne de base au lieu de corriger les ordonnées, pour éviter un travail pénible. On peut négliger les corrections de température quand elles changent de 1 gamma seulement tous les quatre ou cinq jours (voir paragraphe 333). C’est le cas idéal, qui demande environ 50-”/, de travail en moins que le cas le plus défavorable. 338 Quand vous avez rempli les feuilles de données journalières d’un mois complet, portez les moyennes horaires dans des tableaux mensuels, comme on l’a déjà fait pour juin 1967 dans notre exemple. Faites les additions des lignes et des colonnes et calculez les grands totaux. Calculez les moyennes journalières

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Dépouillement des donnees

et les moyennes horaires pour tous les jours. Mettez Q en face des cinq jours calmes et D en face des cinq jours perturbés, quand ils ont été publiés dans le Journal of geophysical research, sous la rubrique (( Geomagnetic and solar data », qu’on reçoit dans un délai d’environ cinq mois. Si vous voulez connaître plus tôt les cinq jours calmes et les cinq jours perturbés, écrivez au Permanent Service for Geomagnetic Indices, Royal Netherlands Meteorological Institute, De Bilt (Pays-Bas), qui vous les enverra par avion dans un délai de six semaines environ. Pour l’addition des lignes et des colonnes, le mieux est d’utiliser une machine à calculer imprimante. Sur la bande imprimée, inscrivez des références au crayon telles que (( 3 mai )) ou (( Mai 12-13h », de façon à retrouver les erreurs éventuelles. Si les sommes des lignes et des colonnes ne sont pas égales, les nombres imprimés peuvent être comparés au tableau mensuel au lieu d’effectuer un nouveau calcul comme on est obligé de faire si l’on utilise une calculatrice ordinaire. Corrigez tous les nombres faux, les sommes des lignes et des colonnes contenant

des valeurs fausses, et recalculez les grands totaux. La machine imprimante supprime le travail fastidieux de recherche d’erreurs. Même un opérateur lent peut faire les calculs d’un bulletin, y compris les corrections, en deux heures et demie environ. 339 Les échelles graduées décrites au paragraphe 335 ne sont pas pratiques. McFarland décrit une échelle qui glisse le long du bord supérieur d’une planche. O n met le magnétogramme sur la planche de façon que la ligne de base donne zéro pour toute la longueur du magnétogramme. Pour le dispositif utilisé à Fürstenfeldbruck, il faut une ligne de base voisine du bord inférieur du magnéto- gramme. On fait coïncider la ligne de base avec le rebord supérieur d’une règle sur laquelle glisse l’-échelle. L‘index, dont on lit la position sur une échelle verticale au moyen d’un vernier, est gravé sur une plaque de verre. Ces deux lecteurs sont moins fatigants que les échelles ordinaires parce que l’opérateur n’a pas à surveiller la position du lecteur par rapport aux marques horaires. Des lecteurs plus perfec- tionnés sont munis d’une graduation divisée en intervalles de minutes d’arc et de 5 gammas et permettent de mesurer les moyennes horaires en valeurs absolues qu’on peut reporter directement sur le bulletin. Avec ces méthodes, il faut placer le magnétogramme de telle façon qu’on puisse lire la valeur de la ligne de base quand celle-ci coïncide avec le repère de l’index. Quand les valeurs d’échelle des vario- mètres ont varié de plus de 2 %, on doit fabriquer de nouvelles échelles ou en avoir d’autres en réserve, de valeurs différentes. Des lecteurs simples qu’on peut faire sur place ont été décrits par McFarland (1926); voir aussi Fleming (1939) et Weingärtner (1960). O n peut aussi se servir de lecteurs du commerce qui sont reliés à une machine à écrire ou à une perforatrice. Des lecteurs automatiques ou semi-automatiques ont été décrits par Caner et Witham (1962) Lenners (1965) et Nelson (1967). 340 Si les moyennes horaires des ordonnées sont exprimées en millimètres, vous aurez intérêt à effectuer le dépouillement à l’aide d’un ordinateur. On perfore sur des cartes les moyennes horaires des ordonnées. O n prépare des cartes spéciales pour les valeurs des lignes de base et les valeurs d’échelle. Avec des corrections horaires de température, ce programme sera long à établir. Pour plus de détails,

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I Dépouillement des données

cien aura calculé les sommes d’un tableau mensuel sur une machine à calculer de comptable. 341 Enfin, on frappe à la machine les tableaux mensuels pour la reproduction sur microfilms et la publication du bulletin annuel. Servez-vous d’une machine à frappe nette et munie d’un ruban neuf. Si vous avez l’intention de faire tirer le bulletin annuel en offset, ce qui évite une lecture des épreuves, consultez vos éditeurs pour plus de détails.

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Dépouillement des données

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Dépouillement des données

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I

Microfilms des magnétogrammes et tableaux mensuels

343 instituts réclament rapidement les résultats récents. Pour de telles demandes, le bulletin annuel d’observatoire parviendra beaucoup trop tard. D e plus, ce

Comme la recherche scientifique actuelle progresse très vite, de nombreux

sont souvent les magnétogrammes qui sont demandés. On a donc créé, pour l’Année géophysique internationale, les centres mondiaux de rassemblement

1

I

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I

des données, qui continuent de fonctionner. Les centres mondiaux de rassemble- ment des données recueillent les copies microfilmées des tableaux mensuels des moyennes horaires, des magnétogrammes et d’articles publiés. Tout chercheur peut obtenir d’un centre des copies pour un prix raisonnable. 344

La figure 36 montre une partie de magnétogramme prêt à être microfilmé. On peut y inscrire les renseignements suivants à l’encre de Chine ou les imprimer avec des tampons : N o m de l’observatoire dans le coin supérieur gauche du magnétogramme. Date et heure GMT de début et fin d’enregistrement. I1 peut être suffisant de donner la date de début d’enregistrement près du premier repère horaire.

Inscrivez aussi l’heure correspondant au repère horaire, toutes les deux, trois ou quatre heures.

Quand vous utilisez l’heure de votre pays, dont une heure ronde doit coïncider avec une heure ronde GMT, déclarez son méridien, par exemple, le 60e MT (méridien de temps).

La correction de l’horloge, s’il y en a une, donnée sous la forme : heure enregis- trée + A secondes = GMT ou rime méridien de temps.

Indiquez à une extrémité de l’enregistrement, par les lettres D, H, Z, T (T pour la température) les traces correspondantes, et par Do, Ho, Z, et To les lignes de base correspondantes.

I Les copies microfilmées de magnétogrammes seront utiles à condition de respecter certaines spécifications (voir aussi IQSY instruction manual, no 6). ,

La température de la salle du variomètre. Des flèches qui indiquent le sens du mouvement de la trace correspondant à une augmentation de l’élément enregistré. On peut aussi donner ce renseignement sur la feuille de données dont on parlera plus loin.

Quand vous photographiez un magnétogramme, placez une règle graduée en centimètres ou en millimètres parallèlement aux ordonnées (ou aux repères horaires) comme il est indiqué sur la figure 36. Inscrivez les renseignements nécessaires sur une partie vierge du magnétogramme. On obtiendra de meilleurs résultats si les traces de magnétogramme sont bien contrastées et fines. On peut renforcer les traces grises, parfois inévitables, avec un crayon doux (mais pas avec de l’encre). N’essayez pas de dessiner des traces invisibles, comme, par exemple, pendant des phases de variation rapide, ou pendant un orage g6omagné- tique. On pourra faire, chaque semaine ou chaque mois, des tests de parallaxe comme on l’a expliqué au paragraphe 317. Vous pouvez essayer de réduire la parallaxe si elle existe. 345 Pour microfilmer les données d’un mois, on pourra commencer par photo-

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Dépouillement des données

I cm 9 GMT 12

FUERSTENFELDBRUCK 26 avril 1968 I I

Fig. 36. Magnétogramme prêt à être microfilmé.

graphier une feuille où sont inscrites toutes les données concernant l’observatoire et le magnétographe. On a besoin des détails suivants : N o m de l’observatoire (on écrira avec de grandes lettres pour qu’elles soient

Les coordonnées géographiques et géomagnétiques, l’altitude; Type de données telles que 20 mm/heure, D,H,Z; L‘année et le mois en lettres lisibles sans loupe sur un négatif (on peut inscrire

lisibles sans loupe sur un négatif 24 x 36);

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Dépouillement des donnks

ces renseignements sur une petite feuille de papier qu’on changera chaque mois);

Les valeurs d’échelle en ‘/mm, y/mm et “C/mm; Le sens des ordonnées, s’il n’est pas indiqué sur le magnétogramme (sur la figure 36 : augmentation de D, vers le bas; augmentation de H, vers le haut; augmentation de Z, vers le haut; augmentation de T, vers le haut);

Les coefficients de température, s’il y en a (on peut donner les valeurs d’échelle, le sens des ordontiées et les coefficients de température sous la forme d’équations [voir Q 3371);

Les valeurs de ligne de base adoptées et les intervalles de temps pendant lesquels elles sont valables (indiquer si les valeurs de ligne de base sont provisoires ou définitives) ;

Les dates des magnétogrammes incomplets ou manquants. Ensuite, photographiez les tableaux des valeurs horaires des trois composantes, puis, les magnétogrammes. Pour aplatir le magnétogramme, il peut être nécessaire dele presser sous une plaquede verre, oudele fixera une planchepar des élastiques. Po- sez une échelle centimétrique en papier aussi près que possible d’une extrémité du magnétogramme. Réglez la lampe de façon qu’aucune lumière parasite due i une réflexion sur le verre ou sur la surface glacée du magnétogramme soit visible dans le viseur de l’appareil photographique. Vérifiez que le magnétogramme est éclairé uniformément. Les magnétogrammes dont la vitesse de déroulement est de 20 mm/heure devront remplir toute la longueur du cadre, ainsi que les magnéto- grammes de l’appareil La Cour. Disposez correctement les tableaux et les magnéto- grammes afin qu’ils apparaissent sur le film de telle sorte qu’une extrémité de l’un soit suivie par le début du suivant, ou, en d’autres termes, qu’on puisse lire le film de gauche à droite. Après avoir pris des copies des magnétogrammes de l’appareil principal, photographiez la feuille de données du second appareil et les magnétogrammes des jours où ceux de l’appareil principal sont incomplets ou manquants. 346 Le mieux est de faire les microfilms au centre de documentation ou à la bibliothèque qui dispose d’un appareil de reproduction de haute qualité et d’un équipement convenable pour l‘éclairage. Cependant, dans de nombreux cas, on devra faire ce travail à l’observatoire. Un appareil réflex, de prix moyen, à simple objectif, de focale 50 mm et de format 24 x 36, donnera de bons résultats. Faites un support convenable, réglable en hauteur, pour l’appareil et les projecteurs. O n obtiendra un bon éclairage avec des ampoules de 400 watts montées sur des réflecteurs et disposées régulièrement autour de la planche portant le magnéto- gramme. Assurez-vous que l’axe optique de l’objectif de l’appareil est perpen- diculaire à la planche. En jetant un coup d’œil sur du matériel professionnel, vous pouvez prendre des idées pour la construction de votre équipement personnel. Quand vous photographiez des magnétogrammes, déclenchez l‘obturateur de l’appareil au moyen d’un câble flexible, afin de ne pas faire bouger l’appareil. Utilisez un film et un révélateur à grain fin. Développez le film dans un bac. Pour obtenir de meilleurs résultats, il pourra être nécessaire de maintenir le révélateur à la température recommandée par le fabricant. Réchauffez ou refroi-

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Dkpouillement des données

dissez le révélateur et la cuve au bain-marie avant de verser le révélateur dans le bac. I1 est utile de faire quelques essais avec des ouvertures et des temps de pose variés. Le fond du négatif devra être d’un gris moyen pour la reproduction ulté- rieure. Il peut être utile d’agrandir une petite partie du film aux dimensions de l’original pour voir si la reproduction est de bonne qualité. Pour l’envoi du film à un centre mondial de données, demandez de5 cartouches en carton et des enve- loppes spéciales au vendeur d’appareils photographiques. Roulez votre film en un petit cylindre. N’essayez pas de réduire le diamètre du rouleau en tirant sur l’extrémité, car vous le rayeriez. Envoyez le film par avion à un ou plusieurs des centres mondiaux qui rassemblent les données géomagnétiques, tels que :

World Data Centre A Environmental Data Service, ESSA Rockville, Maryland 20852 (Etats-Unis)

World Data Centre B Molodezhnaya 3 Moskva B-296 (URSS)

World Data Centre CI Danish Meteorological Institute Charlottenlund (Danemark)

World Data Centre C 2 Geophysical Institute Kyoto University Kyoto (Japon)

L‘envoi des informations aux centres mondiaux de données peut paraître une chose ennuyeuse. Cependant, une fois que vous avez franchi les premières diffi- cultés, vous trouverez que ce travail supplémentaire est relativement peu onéreux. Quand vous avez choisi d’être un correspondant régulier d’un ou plusieurs centres, vous êtes sûr que vos données seront dépouillées très vite et que les informations qui vous ont coûté un tel effort seront utilisées rapidement au bénéfice de la science. Vous devez envoyer de toute manière des copies des bulletins et des magnétogrammes à un centre de données, si votre observatoire est dans une position unique, par exemple sous l’électrojet, ou quand il n’existe aucun autre observatoire dans un rayon d’un millier de kilomètres ou davantage.

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1 Prospection géomagnétique

Buts de la prospection géomagnétique

347 Le but d’une prospection géomagnétique est de recueillir des données concernant le champ géomagnétique de l’ensemble du globe, d’un continent ou d’un pays, sous forme condensée. Le vecteur champ géomagnétique mesuré à la surface de la terre, dans l’air ou dans l’espace, est formé de trois composantes, à savoir :

L e champ principal. Son origine est dans le noyau terrestre. Comme les mesures sont faites à une distance d’environ 3 000 km de la surface du noyau, cette partie du champ géomagnétique apparaît comme une fonction régulière de la latitude et de la longitude. La description du champ principal, qui varie lentement avec le temps (variation séculaire) est un des buts fondamentaux de la prospection géomagnétique.

L e champ de la croûte terrestre. II se superpose de façon irrégulière au champ principal et provient de la croûte terrestre, probablement de sa partie extérieure épaisse de 18 à 25 km. Les irrégularités dues au champ de la croiite (anomalies), qui d’ordinaire ne dépassent que quelques centièmes du champ principal, sont plus importants quand on fait des mesures à la surface de la terre. Dans la prospection aéroportée, en particulier dans les vols à haute altitude, leurs amplitudes sont très réduites et aux altitudes de satellisation la plupart d’entre elles ne sont pas mesurables. Les anomalies sont provoquées par des différences entre les propriétés magnétiques des formations géologiques et sont par conséquent intéressantes pour la recherche de gisements. Les anomalies peuvent rarement avoir des valeurs comparables à celles du champ principal, dans une prospection au sol. Les ano- malies faibles et moyennes sont en général constantes dans le temps. Les variations avec le temps (voir 0 51-55). Comme les variations avec le temps

du champ géomagnétique sont pour la plupart irrégulières, il est difficile de comparer les résultats obtenus dans différentes stations de campagne à différentes époques. Les prospections géomagnétiques sont en général faites à une époque

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Prospection géomagnétique

où les taches solaires sont minimales, car alors les variations avec le temps sont les plus faibles. 348 On sépare les trois composantes du champ géomagnétique en supprimant d'abord les variations avec le temps, par comparaison des observations en cam- pagne avec celles d'un observatoire géomagnétique pas trop éloigné de la zone prospectée. A partir de ces données corrigées, on obtient le champ principal en traitant les résultats de façon statistique. O n détermine les paramètres pour toute la terre par analyse harmonique (« Monographie de I'UGGI D, 11) et pour des régions plus petites par l'application de la méthode des moindres carrés aux polynomes de la forme :

1841 avec f = D, I, H, X, Y, Z, F où :

f = fo + OAT + b a h + cAya + dAA2 + eAqAA

AT = T - 'Po A h = h - A0

'po et 1, sont des valeurs arrondies de la latitude et de la longitude correspondant au centre de l'aire prospectée. On désigne ces expressions sous le nom de champs normaux. Pour de petites régions, la détermination def,, a et b peuvent être suffi- santes. Normalement, le calcul de ces différents éléments est fait indépendamment. O n peut tenir compte du fait que le champ géomagnétique est un champ de poten- tiel, en introduisant des conditions supplémentaires ; on obtient ainsi des champs normaux et uniformes. Les méthodes de traitement statistique des données de prospection sont exposées dans World magnetic survey. Instruction manual IZ. O n obtient finalement le champ de la croûte (anomalie) en n'importe quel lieu d'observation en retranchant le champ normal de la valeur observée. 349 Pour représenter de façon scientifique les résultats d'une prospection géomagnétique, on devra faire : Des listes de toutes les composantes observées, corrigées des variations avec le temps, c'est-à-dire réduites à une époque, et des cartes isomagnétiques ;

Des expressions pour les champs normaux de toutes les composantes observé2s (les champs normaux seront représentés sur les cartes isomagnétiques par une couleur différente);

Des listes et cartes des anomalies dans toutes les composantes observées.

Élimination des variations avec le temps

350 On a déjà remarqué que le champ géomagnétique varie avec le temps dans un lieu d'observation donné. On réduit donc toutes les observations d'une pros- pection à un instant ou à une époque. Les prospections anciennes ont, en général, été réduites au milieu de l'année où elles ont été faites, par exemple 1910.5, 1915.5 ... car les moyennes annuelles d'un observatoire sont valables pour cette époque. Depuis un certain temps, I'IAGA a recommandé de réduire les observations au début des années divisibles par cinq, comme 1960.0, 1965.0 ... 351 Les variations avec le temps causées par l'activité solaire consistent en une

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I Prospection géomagnétique

le même résultat. 352 Si une prospection géomagnétique s’étend sur plusieurs années, la différence

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Prospection géomagnétique

de la variation séculaire entre les stations de terrain qui sont très éloignées les unes des autres apportera une distorsion des isoclines. I1 pourra être nécessaire de refaire les mesures dans certaines stations, réparties régulièrement, au début de la campagne de prospection et à la fin. On peut tirer les corrections de variation séculaire des variations des différences &tation de terrain - fobservatoire. Près d’un foyer de variation séculaire rapide, répétez les observations plus fréquemment. 353 Pour calculer les corrections nécessaires pour compenser les variations avec le temps, ramenez d’abord les observations individuelles d’une composante soit à l’heure de la première observation, soit à la moyenne des heures de la première et de la dernière observation. Dans la plupart des cas il suffira de mesurer l’ordon- née moyenne correspondant à l’intervalle de temps pendant lequel a été faite la série d’observations. En pratique, il est utile de rassembler sur une liste toutes les données d’une même composante, pour obtenir un contrôle de la qualité des observations ; ce contrôle peut montrer la dispersion relative des valeurs &tation de terrain - fobservatoire. Dans l’exemple de la p. 201, on a fait les calculs au dixième de gamma près. Dans la plupart des cas, il suffira de prendre le résultat au gamma près. Quand vous rassemblez les données, faites attention à ce qu’elles se réfèrent à un même étalon, soit celui de l’appareil de l’observatoire, soit celui de I’IMS. Les valeurs définitives pour une époque devront se référer à l’étalon de I’IMS, si possible. 354 On calcule les autres composantes à partir des composantes observées réduites à une époque. Si vous avez calculé l’une ou l’autre des composantes à partir des valeurs observées, et réduites ensuite à une époque, vérifiez la compati- bilité des valeurs réduites à cette époque avant de les utiliser pour calculer les champs normaux ou de les envoyer à un centre mondial de données.

Conditions requises pour une prospection géomagnétique

355 En théorie, l’analyse statistique d’une prospection géomagnétique nécessite des mesures dans un nombre infiniment grand de stations de terrain. En pratique, on doit se contenter d’un nombre limité de mesures réparties au hasard dans la région. Pour le World magnetic survey (WMS), Vestine (« Monographie de I’UGGI », li) conseille une distance maximale de 200 k m entre deux stations. Pour des prospections à l’échelon national, les distances peuvent varier de 10 à 100 km, comme dans le passé. I1 semble que des distances de 25 à 100 k m soient suffisantes pour la plupart des études; dans des régions perturbées, les stations seront plus rapprochées, et dans les régions calmes plus éloignées les unes des autres. 356 Pour être sûr d‘avoir un échantillonnage convenable, il faut disposer les stations comme un jeu de dames. Quand on procède de cette façon dans une région qui comporte des anomalies de la crocte, il se peut que les valeurs de nombreuses stations s’écartent excessivement des valeurs du champ principal ; on n’en tiendra pas compte dans l’analyse, si l’écart est trois ou quatre fois plus grand que l’écart type. On peut ainsi éviter de perdre des stations soit en utilisant

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Prospection géomagnétique

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~ Prospection géomagnétique

les indications géologiques, soit en basant la prospection sur un quadrillage plus dense de stations où l’on mesure une seule composante qui peut être l’intensité verticale avec une balance de terrain, ou l’intensité totale avec un magnétomètre à protons. La présélection ne doit pas être faite d’une façon trop systématique, car les données obtenues seraient alors (( orientées ». 357 Pour l’analyse statistique d’un champ géomagnétique, on ne demande pas une grande précision. Des écarts types d’une minute d‘arc en déclinaison et de 10 gammas en intensité sont acceptables. Le statisticien préfère avoir un grand nombre de stations et une précision relativement faible plutôt que des stations en petit nombre et une grande précision. Par contre il est nécessaire d’avoir une très grande précision dans les stations de répétition où l’on détermine la variation séculaire ainsi que dans celles prises comme stations de base de la campagne de prospection.

Communication des résultats d’une prospection géomagnétique aux centres mondiaux de données

358 Pour communiquer les résultats d’une campagne de mesures à un centre mondial de données, la meilleure méthode consiste à les reporter sur des feuilles de 30 x 40 cm et de les faire microfilmer. Si Yon ne peut microfilmer sur place, les centres mondiaux de données accepteront volontiers des rapports dactylogra- phiés ou même manuscrits. O n a besoin de nombreuses données, et les organismes qui n’en ont jamais envoyé sont invités à le faire le plus tôt possible. Même la plus modeste contribution sera appréciée. 359 On doit donner la priorité aux valeurs observées (non réduites) comme le montre notre exemple (p. 202). La présentation et les explications sont tirées du manuel de Vestine (« Monographie de 1’UGGI », 11). Indiquez le type et le numéro de série des appareils utilisés pendant la campagne de prospection, et leurs corrections par rapport aux appareils étalons d’observatoire. I1 serait bon aussi de donner les corrections par rapport aux IMS, s’ils sont connus. Écrivez R après le nom de la station si la station est une station de répétition. O n doit donner la latitude et la longitude au dixième de minute d’arc près, si cela est possible. Utilisez l’heure de Greenwich (GMT). Dans les colonnes D, H, F, mettez les valeurs observées (non réduites). Si vous avez mesuré d’autres composantes, modifiez les titres selon les besoins. Il faut donner D et I au dixième de minute d’arc près, et les intensités au gamma près. L‘altitude peut être donnée en pieds ou en mètres, mais de préférence en mètres. Dans la colonne ((Remarques v, mettez VQS observations sur les caractéristiques de la station, par exemple si le terrain comporte des anomalies. Indiquez également si on l’a déjà occupée et à quelle date. 360 Dans un second rapport on donnera les données réduites à l’époque. Dans ce rapport, une ligne suffira pour chaque station. O n peut aussi donner les com- posantes calculées à partir des composantes observées. 1 I

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Prospection géomagnétique

Choix des appareils

361 La bonne marche du travail de terrain dépend en grande partie de la valeur des instruments utilisés. D e nos jours, la combinaison d’appareils classiques et d’un magnétomètre à protons donne d’excellents résultats. Dans le tableau suivant (p. 205), est donnée une liste de six combinaisons d’appareils; d’autres com- binaisons sont possibles. On détermine l’azimut par un procédé astronomique. Si, pour déterminer l’azimut, on utilise des repères dont les coordonnées sont connues, on peut se passer d’appareils pour mesurer les azimuts et les garde- temps peuvent être réduits à une montre-bracelet et un petit récepteur radio à transistors. Les instruments géomagnétiques ont été choisis de telle façon que toutes les composantes puissent être déterminées avec une précision suffisante, à l’excep- tion de la combinaison V qui, aux latitudes élevées, donne de mauvais résultats pour F et Z. Cette combinaison est utilisable partout si l’on remplace l’inclino- mètre par une BMZ. Si l’on utilise un théodolite magnétique de campagne pour mesurer H, on peut se contenter d’observer les déviations en utilisant la petite distance de déviation, si l’angle de déviation est suffisamment grand. Si l’on com- pare souvent l’appareil avec un appareil étalon d’observatoire, la méthode donnera des résultats satisfaisants. Si l’on observe H avec un théodolite de campagne lors d’une expédition de plusieurs mois, il est conseillé d’observer les oscillations une fois par semaine. Toutes les combinaisons, sauf III et IV, comportent un instrument permettant la mesure rapide de 2 (balance de terrain) ou de F (magné- tomètre à protons). Ces deux instruments servent également à vérifier l’homo- généité magnétique des sites des stations et à faire les observations aux stations intermédiaires. Quand on utilise les combinaisons III ou IV, on se sert de la BMZ pour ces opérations. La combinaison VI nécessite une méthode différente pour le choix des profils

de prospection, parce que les balances de terrain peuvent dériver et présenter des variations irrégulières. 11 est nécessaire de fermer les profils sur des stations de base convenablement choisies. D’abord, on cale les valeurs de ces stations de base (fréquemment occupées). Les erreurs de fermeture des profils sont alors réparties régulièrement. Pour ce genre de travail les balances de Fanselau et les balances à lames de Ruska et d‘Askania conviennent parfaitement. O n doit prendre grand soin des balances de terrain pendant le transport pour réduire les variations irrégulières. On peut rendre de grands services au World Magnetic Survey en observant F

seulement. D e nombreux services de prospection géologique possèdent des magné- tomètres à protons qu’on utilise pour des campagnes de prospection. Étant donné que les équipes de prospection géologique se déplacent sur de grandes distances pour aller d’une zone d’opération à une autre, il faudrait dans la mesure du possible observer F tous les dix kilomètres en des lieux qu’on peut identifier sur la carte. En fin de compte, la région entière sera couverte par des profils. Les données seront réduites dans un observatoire géomagnétique.

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Prospection geomagnktique

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Prospection géomagnétique

Transport et autres parties du matériel

362 Une camionnette de 3/4 de tonne de charge utile, qui transportera tout le matériel et le personnel de la campagne, est le moyen le plus pratique. Parfois une voiture peut être suffisante. Si l‘on doit couvrir de grandes distances sans possibilité de se ravitailler en combustible, on peut avoir besoin d’un camion. U n véhicule à quatre roues motrices est utile hors des pistes et peut éviter beaucoup de temps perdu. 11 n’est pas besoin d’insister sur le fait que le véhicule doit être en parfait état pour voyager en dehors des pistes. Il sera sage d’emporter des pièces de rechange, en particulier des rupteurs. O n peut transporter l’essence dans les bidons d’origine, qu’on jette dès qu’ils sont vides, ou dans des jerricans. Ces récipients sont utiles aussi pour transporter l’eau, pourvu qu’ils n’aient pas contenu auparavant de l’essence. L’eau qui contient des traces d’essence est bonne pour le thé après avoir bouilli quinze minutes. Quand on utilise un véhicule, il vaut mieux transporter le matériel dans une grande caisse à compartiments capitonnés. A l’arrivée à la station de mesures, on peut descendre la caisse du véhicule. Si l’on prévoit que le travail sur le terrain ne durera pas trop longtemps, des couver- tures suffiront à envelopper les boîtes des appareils. 363 Le poids des bagages est limité dans un déplacement en caravane. Les porteurs transporteront des charges de 30 à 40 kg, selon les habitudes locales. Comme les porteurs insistent en général pour que les charges soient pesées en leur présence, il est utile d’emporter une balance. Pour un transport par des animaux, il vaut mieux faire des paquets de 40 kg. Des mules, des ânes, des chevaux et des bœufs porteront deux charges de ce poids, alors que les chameaux en portent quatre. Bien que les chameaux portent jusqu’à 200 kg, il n’est pas prudent de les charger au maximum pour de longues étapes sans eau ni nourriture. Pour un déplacement en caravane, il faut emballer les appareils dans des boîtes capitonnées ; indiquez par des flèches sur les côtés dans quel sens on doit les transporter. 364 Les gens essayent d’habitude de justifier leur inactivité en prospection magné- tique par le manque de véhicule. O n peut prospecter une région entière en utilisant le train ou l’autocar. L’équipe voyagera de station en station et louera sur place des véhicules pour transporter le matériel à l’emplacement de la station. O n a prospecté beaucoup de pays de cette façon. O n rencontre encore des observateurs géomagnétiques qui ont autrefois porté leur matériel sur le dos ou à bicyclette. 365 Lors d’une prospection il faut protéger du soleil les appareils classiques de mesure de l’intensité, pour les garder à une température relativement constante. Quand le temps est calme, un parasol fait de matériaux amagnétiques constitue la meilleure protection contre le soleil. Le sommet est relié au sol par trois cordes attachées à des piquets, afin de tenir sur un sol dur sans l’aide d’un assistant. Une tente protège mieux de la pluie et du vent. O n peut utiliser toutes sortes de tentes pourvu qu’elles aient une superficie de 2 x 2 mètres, une hauteur d’environ 2 mètres et que ses éléments soient en cuivre ou en aluminium. Dans les régions ensoleillées un double toit est utile. Quand on utilise des QHM ou des BMZ, la tente sera faite de matériaux assez transparents pour bénéficier d’une lumière suffisante. Gardez en réserve un bon nombre de piquets, faits d’ordinaire en bois

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I Prospection géomagnétique

intéresse. Malheureusement, lors de nombreuses campagnes de prospection faites récemment, on n’a pas tenu compte des travaux antérieurs. I1 est de la plus haute

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dur. Dans la plupart des cas, l’observateur devra concevoir sa propre tente et la faire fabriquer sur place. On peut trouver des idées utiles pour la construction d’une tente dans le rapport Land magnetic observations, 1905-1910, de la Carnegie Institution of Washington (1912) (voir aussi Fleming, 1939). U n drap de toile tendu par une paire de petites perches protégera les instruments non utilisés. En particulier, les QHM ne doivent pas être exposés au soleil (4 164). 366 Des jumelles puissantes sont importantes, car elles permettent d’identifier des objets dont on connaît les coordonnées et de reconnaître le terrain quand la marche est difficile. I1 est utile d’avoir une loupe pour lire les thermomètres des appareils et les petits détails des cartes. Pour mesurer les distances on a besoin d’un ruban de 30 mètres et de deux balises. Il faut aussi une bonne boussole de poche pour se déplacer et pour orienter la sonde du magnétomètre à protons et la tente. Quand l’équipe se déplace souvent en dehors des pistes, unc boussole immergée, fixée sur le pare-brise du véhicule devant le volant, n’est pas superflue.

367 On mettra des crayons, des gommes, un grattoir ou un taille-crayon, une règle et un rapporteur dans un petit sac; la boîte à outils contiendra un jeu de tournevis, de clés réglables de tailles variées et de pinces. 368 Une équipe peut comporter de une i cinq personnes. Si le matériel est bien choisi et si la prospection se déroule dans une région habitée, un seul observateur peut faire le travail et conduire le véhicule. U n assistant expérimenté est d’une grande aide pour noter les observations, mais non indispensable. Pour les voyages en dehors des pistes, l’équipe se compose d’au moins trois ou mieux quatre personnes. Au cas où le véhicule s’embourbe, on a besoin de tout le monde.

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l Une boussole à prismes peut compléter utilement le matériel de navigation.

Préparation d’une campagne de prospection géomagnétique

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Prospection géomagnétique

importance de réoccuper des stations anciennes, pour mesurer la variation sécu- laire. Le réseau ancien devrait donc constituer l’ébauche de la nouvelle campagne. Dans certains cas, le réseau des anciennes stations est suffisant. Sinon, il faudra choisir d’autres stations entre les anciennes, de façon à assurer une répartition régulière. Pour ce travail on a besoin d’une carte à petite échelle. 371 Pour choisir les sites des nouvelles stations, utilisez les cartes géologiques qui vous permettront d’éviter les zones d’anomalies magnétiques dues à certaines formations géologiques (ultrabasiques). On peut obtenir des informations supplé- mentaires concernant l’importance des anomalies d’un site grâce à des prospec- tions au sol ou aéroportées. Remarquez qu’au voisinage d’une anomalie en F et Z, on trouvera aussi des anomalies en D et H. Quand on utilise des données de cam- pagnes de prospection antérieures pour le choix des stations, on ne doit pas éli- miner une trop grande région autour de l’anomalie, de façon à ne pas orienter les résultats (voir 9 356). S’il n’y a jamais eu de campagne de prospection dans la région, on peut mesurer une seule composante, F ou Z, le long des routes, en observant un intervalle de 5 à 10 km entre les stations. Les données obtenues aideront à éviter les sites perturbés. 372 Une fois que vous avez décidé de la position approximative des stations, procurez-vous des cartes à grande échelle (de 1/25000 à 1/100000) couvrant les sites choisis. Procurez-vous deux exemplaires de chacune d’elles, l’un pour le bureau, l’autre pour le terrain, parce qu’une carte qu’on utilise sur le terrain s’abîme et ne permet pas d’y faire des mesures précises. Marquez les anciennes stations en vous servant des coordonnées géographiques et des descriptions, et essayez de localiser les nouvelles stations en vous aidant de cartes détaillées. Si l’on a l’intention d’utiliser le réseau géodésique pour déterminer les azimuts, il faut occuper les stations de triangulation. Le service géodésique national vous aidera à choisir des stations de triangulation faciles d’accès, d’où l’on peut voir des repères de coordonnées connues. Choisissez au moins deux stations triangulées pour chaque station magnétique, pour le cas où l’une d’elles ne conviendrait pas. Les stations de triangulation, surtout celles de premier ordre, ont l’avantage d’être matérialisées par des bornes bien entretenues. Demandez au service géodé- sique si l’on a utilisé du fer dans la construction des bornes ou de leurs fondations. Si une borne contient du fer, installez-vous à quelques mètres. Pour calculer les azimuts de la station magnétique à partir des coordonnées et des azimuts de la station de triangulation, il faut tenir compte de la distance qui sépare la station magnétique de la borne. La détermination d’azimuts par des observations du soleil donne davantage de liberté dans le choix des stations à condition de pouvoir les retrouver ultérieurement. 11 faudra alors donner une description plus détaillée du site. Quand vous choisissez votre station, assurez-vous qu’elle est suffisamment éloignée d’une ville ou d’un village. De nombreuses stations anciennes ont été perdues par suite des constructions réalisées depuis l’époque des mesures. I1 faut que la station soit située au moins à 15 km d’une ville et à 2 ou 3 k m d’un village. Enfin, rassemblez tous les renseignements se rattachant à une station, ancienne ou nouvelle, sur une fiche ou une feuille de papier. Faites-les en deux exemplaires, l’un pour le bureau et l’autre pour le terrain.

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Prospection géomagnétique

373 Les travaux de prospection sont faits au cours de tournées de une à trois semaines selon la superficie de la région. Pour préparer le voyage, une carte routière est très utile. On doit accorder beaucoup d’importance à des détails tels que la possibilité de s’approvisionner en essence et en eau. Dans certains pays il faut un permis spécial pour pénétrer sur certains territoires. Les itinéraires doivent prendre la forme de larges boucles commençant et finissant à l’obser- vatoire. Quand vous traversez un ancien profil de prospection, utilisez l’ancienne station la plus proche. Cela vous permettra de vérifier la précision de vos obser- vations. Cependant, essayez de vous contenter de dix ou vingt anciennes stations réparties régulièrement. I1 est bon de prévoir deux sites pour chaque station de répétition, à quelques kilomètres l’un de l’autre, afin de réduire le risque de perdre une de ces stations importantes. Chaque retour à l’observatoire est mis à profit pour comparer les appareils de terrain aux étalons d’observatoire. Trois séries de comparaisons suffiront. A la fin de la campagne, on peut en tirer de petites corrections pour les constantes des instruments de terrain, et l’on pourra ainsi réduire les résultats des mesures au niveau des étalons d’observatoire ou de préfé- rence aux IMS.

Pratique des mesures en campagne

374 Supposons que vous soyez débutant en prospection géomagnétique. Si vous n’avez pas eu l’occasion de suivre un cours d’astronomie pratique, il se peut que vous ayez des difficultés pour faire les observations solaires. Dans l’enceinte de votre observatoire, matérialisez un endroit où vous installez le théodolite. Observez un certain nombre d’azimuts solaires, en. commençant lorsque le soleil est près de l’horizon. Ensuite, faites d’autres observations à d’autres moments de la journée, en utilisant toujours les mêmes repères d’azimut. Effectuez les calculs et notez la dispersion des résultats. Au bout de quelques expériences, vous devriez trouver une dispersion inférieure à une demi-minute d’arc, ce qui est admissible pour la prospection géomagnétique. 375 L‘étape suivante consiste à essayer tous les appareils de terrain, magnétiques et astronomiques, dans les conditions de mesures en campagne. Vous verrez ce qui, dans votre matériel, peut être amélioré et ce qui vous manque. Essayez de réduire à l’extrême l’équipement auxiliaire. La première tournée devrait durer un jour ou deux et servir à vérifier une dernière fois les appareils et les méthodes d’observation. Après cette expérience, vous pourrez choisir plus soigneusement votre matériel. 376 Un autre problème qu’il faut r6gler au début de la campagne est celui du logement. Logerez-vous sous latente ou irez-vous àl’hôtel? La tente offre l’avantage de l’indépendance. Vous pouvez partir etvous arrêter quandvous le désirez. Sivous allez à l’hôtel, les déplacements supplémentaires entraîneront une perte de temps et, en général, vous ferez une station de moins par jour que si vous viviez sous la tente. Pour cela consultez le service géodésique. 11 a une grande expérience et pourra même vous fournir du matériel de camping.

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Prospection géomagnétique

377 O n a étudié l’enregistrement des observations aux paragraphes 74-79. Si vous tenez un journal de campagne, vous pouvez commencer par y décrire briève- ment vos appareils, en donnant leurs numéros de série. Vous pouvez également y inscrire des remarques sur le voyage, par exemple le jour et l’heure du départ, l’approvisionnement en essence et en eau, des détails sur la route, les difficultés rencontrées pendant le voyage et dans les campements. Votre successeur vous en sera reconnaissant. Vous pouvez prévoir un carnet spécial pour ce genre d’obser- vations si vous utilisez des formulaires pour consigner les observations. 378 II est très important de noter l’heure que vous utilisez sous la forme d’une équation : heure de référence + n heures = heure GMT. Si vous utilisez l’heure GMT, toutes les montres, y compris votre montre-bracelet, devront être à l’heure GMT. L‘heure de référence sera donnée par l’horloge du tableau de bord de la voiture. N’essayez pas d’utiliser l’heure de référence et de la traduire mentalement en heure GMT, car cela entraînera des erreurs. 379 Quand vous arrivez près d’une station, arrêtez-vous sur la route et com- mencez à chercher la borne. Quand vous devez occuper une station ancienne qui n’est pas indiquée par une borne, cherchez l’emplacement exact en ayant en main la description de la station. L’aspect du site peut avoir beaucoup changé depuis la précédente occupation. Essayez d’imaginer à quoi ressemblait la station d’après la description. En cas de doute, interrogez les villageois d’une manière aimable. Dites-leur que vos activités n’ont rien à voir avec la perception des impôts ou avec le cadastre. Cette remarque fait souvent de l’effet. 11 se peut que vous obteniez d’eux des indications utiles. Sinon, vous devrez recourir à des méthodes plus subtiles. Quand la description donne les relèvements géographiques ou magnétiques d’au moins trois repères visibles, vous pouvez trouver la position approximative de la station en vous servant du déclinomètre ou de la boussole prismatique, compte tenu de la variation séculaire de la déclinaison. Mesurez ensuite les angles des trois repères avec le théodolite. Comparez les angles entre objets adjacents, donnés dans la description avec ceux que vous avez observés. Vous devcz vous déplacer dans la direction où l’angle observé est plus petit que l’angle donné dans la description. En déplaçant peu à peu le théodolite, vous arriverez à faire coïncider l’angle donné et l’angle observé et vous serez alors à l’endroit recherché. Si la description ne donne que les azimuts de deux repères seulement, vous devez vous contenter d’une position approximative qui vous sera donnée par le déclinomètre. Si la station est perturbée par de nouvelles constructions il faut trouver un nouveau site. Si elle n’est que modérément per- turbée, faites-y les observations et allez ensuite au nouveau site. 380 Quand vous faites des mesures à un nouveau site qui n’est pas une station de triangulation, assurez-vous qu’on peut le repérer avec précision sur une carte à grande échelle. 11 est important qu’il y ait tout près du site des repères permanents auxquels on puisse se référer pour retrouver ultérieurement l’endroit exact d’après vos descriptions. La station doit de préférence se trouver sur une terre en friche ou un terrain pubIic, accessible toute l’année. Évitez si possible les champs cultivés. I1 ne faut pas prendre, comme points de repère d’une station, des bornes kilo- métriques des routes, les poteaux indicateurs, les poteaux télégraphiques ou les

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Prospection géomagnétique

pylones des lignes à haute tension. L‘expérience a montré que ce matériel peut être déplacé ou enlevé. On peut cependant s’en servir comme repères supplémentai- res d’azimut. O n peut compter surles arbres géants, les églises, les temples, les grands monuments finéraires, les tombeaux des saints, les puits et les gros rochers. 381 Inspectez les environs de la station et voyez s’il ne s’y trouve pas des objets magnétiques, tels que des poteaux de fer, des ponts, des fortifications ou des casemates. Tenez-vous à plus de 200 mètres de ces éléments. S’il s’agit d’un grand pont, déplacez la station à quelques cenJaines de mètres. En gros, une tonne de fer dans le champ magnétique terrestre entraîne une anomalie de 1 gamma à une distance de 50 mètres. Ne faites pas d’observations sur une route parce qu’elle comporte généralement des anomalies magnétiques. Les archéologues s’appuient sur ce fait pour retrouver les anciennes routes. Près d’une ligne à haute tension, le magnétomètre à protons sera déréglé par le bruit de fond. 382 Avant de vous décider sur l’emplacement exact de la station, assurez-vous que vous pouvez voir un nombre suffisant de repères d’azimut qui resteront visibles dans l’avenir, et, sivous devez faire des observations sur le soleil, qu’ilne se- ra pas caché par les arbres au cours de la journée. Les repères d’azimut doivent être assez hauts et au moins à 200 mètres de la station (voir aussi le paragraphe 245). Enfin, assurez-vous qu’on peut planter une tente, et que le soi n’est pas trop mou pour installer le trépied. 383 Quand ces problèmes sont résolus, commencez par une étude de l’homo- généité du site. Si vous utilisez une balance de terrain (sur son trépied) ou une BMZ, commencez par les observations au centre, c’est-à-dire à l’endroit que vous avez l’intention d’occuper. Faites des observations en un second point à 30 mètres au nord ou au sud puis en un troisième point, à l’est ou à l’ouest du centre. Si les résultats de ces trois points s’écartent et diffèrent de plus de 10 gammas, refaites les observations au centre afin de voir si vous n’avez pas été trompés par de fortes variations avec le temps, bien que cela arrive rarement aux latitudes basses ou moyennes. 11 faudra alors trouver un meilleur site. Si vous avez un magnétomètre à protons, vous pourrez en moins de temps, faire une étude plus poussée du site. Observez au centre puis à deux mètres du centre aux quatre points cardinaux, puis à nouveau au centre, pour vérifier les variations avec le temps, puis à 30 mètres du centre aux quatre points cardinaux. O n termine ce test d’homogénéité par une autre observation au centre. Utilisez la sonde sur un piquet ou un trépied à un mètre du sol au moins. Le site est convenable quand les cinq points internes ne présentent pas de différences excédant 5 gammas, et quand les différences entre les points extérieurs n’excèdent pas 10 gammas. Quel- quefois il arrive qu’on ne trouve pas de site homogène. Dans ce cas, on doit donner une description très détaillée du site de façon que par la suite on puisse faire des observations exactement au même endroit; il peut être intéressant aussi de noter la hauteur à laquelle vous avez placé l’appareil. 384 Vous vous serez assuré auparavant que les véhicules peuvent accéder au site. Faites une nouvelle reconnaissance. Refaites le chemin à pied avec le chauffeur et indiquez-lui les passages difficiles. Puis faites venir le véhicule jusqu’au site et déchargez les appareils. Installez la tente des instruments à 15 mètres de la

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Prospection géomagnétique

station et ouvrez les boîtes des appareils de façon que ceux-ci mennent la tem- pérature ambiante. Éloignez le véhicule à 75 mètres de la station. Si c’est le matin, commencez par les observations du soleil, car il y a avantage à ce que le soleil se trouve le plus bas possible sur l’horizon. D e même, la dernière obser- vation à faire l’après-midi sera celle de l’azimut du soleil. Quand le temps est couvert, installez le théodolite astronomique à 5 ou 10 mètres du théodolite magnétique et faites les observations quand le soleil se montre. Dans ce cas on ce doit pas oublier de mesurer la distance entre les deux théodolites, ou de faire une visée avec le théodolite astronomiqbe sur le théodolite magnétique ou vice versa, de sorte que les relèvements des repères d’azimut obtenus avec le théodolite astronomique puissent être transférés au théodolite magnétique. Quand vous avez à changer les trépieds, marquez sur le sol le centre du trépied qui a été utilisé auparavant au moyen d’un fil à plomb et centrez le théodolite d’une façon très précise si les repères d’azimut sont près de la station. Par beau temps, utilisez le parasol. S’il pleut ou s’il y a du vent, installez la tente. 385 Quand vous avez terminé vos observations mais avant d’enlever le trépied et la tente, relisez vos notes et vérifiez qu’elles sont complètes. Voyez si les repères d’azimut auxiliaires observés avec la lunette du QHM ont été reliés comme il faut aux repères principaux et si l’on a bien fait les visées sur les repères qui serviront à identifier la station, y compris ceux qui sont tout près. 386 Enfin vous devez décrire la station de telle manière que vous ou n’importe quelle autre personne puisse la retrouver et l’occuper, à moins de 30 cm ou un mètre, selon l’homogénéité du site. Plus le champ magnétique est homogène, moins vous aurez à détailler votre description. Commencez par faire une ébauche contenant tous les détails importants. Indiquez le nord par une flèche. Comptez le nombre de pas du centre aux objets les plus proches ou utilisez un mètre ruban. Estimez les distances plus grandes. Prenez plusieurs photos du site, sous des angles différents, avec le trépied installé. Puis écrivez quelques mots d’explication. Commencez par indiquer la direction et la distance des éléments les plus éloignés, tels que villes et villages, et terminez par les éléments proches de la station. La description doit pouvoir guider quelqu’un jusqu’à la station. A cet égard, les descriptions faites par les observateurs de la Carnegie Institution sont des exemples parfaits. Encore une fois, il peut être utile de demander des détails aux habitants de l’endroit. O n termine la description au bureau en portant les distances et les relèvements exacts. Puis on refait le dessin à l’échelle convenable. Les services géodésiques demandent à leur personnel de calculer les observa-

tions avant de quitter la station, de façon à pouvoir refaire celles qui se révèlent défectueuses. Cependant, dans les campagnes géomagnétiques, cela n’a pas grande importance. L’observateur doit être capable de faire le travail de routine, qui est relativement simple, sans erreur. Si les observations sont défectueuses, on peut les refaire lors d’une autre campagne. 387 On a déjà recommandé plusieurs fois de marquer les stations de répétition de repères permanents, si elles ne se trouvent pas à une station de triangulation. Ces repères doivent être assez lourds pour que personne ne puisse les enlever. Comme il est dificile de transporter ces repères, il est préférable de s’équiper

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Prospection géomagnétique

d’un moule et de couler chaque repère sur place, avec du ciment et du gravier achetés au village le plus proche. Pour le reconnaître plus facilement par la suite, on peut y graver des lettres ou un numéro. Dans les régions où l’on trouve des rochers en abondance, on peut appliquer de la peinture résistante sur la partie abritée du rocher. Quelquefois, on construit un cairn. Notez qu’une station marquée d’un repère doit aussi être correctement décrite, car il peut arriver que les habitants l’enlèvent ou qu’il soit détruit par des causes naturelles. Parmi les stations occupées, il faut choisir les stations de répétition entre celles qui se trouvent sur des terrains magnétiquement homogènes, près de repères naturels permanents à partir desquels on puisse facilement localiser le lieu d’observation, et avec au moins trois repères d’azimut élevés dont les relèvements forment une intersection convenable au point d’observation, de façon qu’on puisse facilement réoccuper la station d’après la méthode décrite au paragraphe 379. 388 Quand vous faites des mesures aux stations secondaires avec une balance de terrain ou un magnétomètre à protons, faites une lecture au centre de la station avant de plier bagage. Après avoir chargé le véhicule, éloignez-le et vérifiez que vous n’avez rien oublié. Rappelons ici qu’il ne faut jamais poser sur le sol de petits objets tels que lentilles, outils ou aimants. Remettez-les dans leurs boîtes après usage. 11 faut, si possible, choisir les stations intermédiaires de façon à pouvoir les repérer sur la carte. Dans les régions sans repères on utilise le compteur kilométrique du véhicule pour déterminer leurs positions. 389 Quand on s’écarte des sentiers battus, il faut relever le compteur kilométrique et les indications de la boussole en tout point identifiable sur la carte, à toutes les stations secondaires et à chaque changement de direction. Le compteur sera étalonné sur une route grâce aux bornes kilométriques. Dans l’évaluation des distances à l’aide du compteur et de la boussole il faut tenir compte du glissement des roues et des détours. Dans les zones désertiques et les régions inexplorées qui ne sont pas correctement cartographiées il peut être nécessaire de faire des relèvements astronomiques. Exercez-vous à faire ces observations et à les dépouiller chez vous avant de partir. Votre sécurité peut dépendre d’une détermination correcte de votre position. On peut trouver la longitude grâce à la position du soleil levant ou couchant à des hauteurs supérieures à 100. Dans l’hémisphère nord, on peut facilement trouver la latitude, pratiquement sans calculs, à partir des observations de la Polaire à l’aurore OU au crépuscule grâce aux tables du Nautical almanac ou d’autres éphémérides astronomiques. Pour ces méthodes, consultez un ouvrage d’astronomie de position.

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Conclusion

11 faut souhaiter que le but de cet exposé, c’est-à-dire montrer au débutant la pratique du géomagnétisme, a été atteint. Avant de conclure, nous devons ajouter quelques explications qui peuvent être utiles. I1 a semblé qu’il fallait se limiter à l’exposé des méthodes les plus importantes

utilisées dans beaucoup d’observatoires. Nous avons donné beaucoup de place au QHM et à la BMZ, mais il était également important de faire un exposé complet du théodolite magnétique et de l’inclinomètre car, dans certains observatoires, ces appareils (quelquefois même le théodolite de Schmidt) ont été laissés- de côté, manifestement parce que les observateurs ne savaient pas s’en servir correctement. Pour simplifier le calcul des résultats nous n’avons pas traité ici de la détermination des coefficients P et Q et du contrôle du moment d’inertie. Dans un certain nombre d’observatoires, on utilise avec succès la méthode décrite ici. I1 se peut que l’on trouve excessif le nombre d’exemples banals de calculs

donnés dans le texte. Cependant, un simple exemple apporte souvent plus de renseignements, en particulier au technicien, qu’une longue explication. Nous avons choisi les exemples et les explications de telle sorte qu’on puisse suivre les procédés d’observations et de calculs sans avoir besoin de bien comprendre le fond. Malheureusement, la place manquait pour des discussions détaillées et la démonstration des formules. Quand il aura maîtrisé les techniques, l’observateur souhaitera comprendre ce qu’il fait. Dans ce but, il devra consulter des revues, surtout les plus anciennes. On trouvera un grand nombre de renseignements utiles, scientifiques et techniques, dans le Journal of terrestrial magnetism and electricity, qui devrait être dans la bibliothèque de tous les observatoires. Les autres sources de renseignements sont les vieux articles scientifiques et les annuaires d’observatoires, dans lesquels les auteurs ont pris plaisir à décrire méticuleusement tous les détails d’une expérience. Le débutant peut avoir de la difficulté à suivre les nombreuses recommanda-

tions. Au début il trébuchera, mais en progressant il sera capable de faire plus attention aux détails et après quelques mois de pratique il fera son travail de façon plus ou moins automatique sans avoir à réfléchir sans cesse. Pourtant

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Conclusion

I l’observateur devra veiller à ce que ses mesures de routine ne deviennent pas des automatismes. 11 devra mener à bien les opérations sans effort et sans hâte, en se

tion d’entraînement et de pratique mais aussi d’aptitude. Beaucoup de techniciens I concentrant toutefois. Devenir un bon observateur n’est pas seulement une ques-

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Conclusion

l’intention de standardiser le travail géomagnétique jusqu’au dernier détail et qu’il n’y a qu’une façon de faire une mesure : celle décrite dans le texte. Nous avons fait remarquer dans l’introduction que telle n’était pas notre intention. Cependant, pour envoyer des résultats aux centres mondiaux de données et pour préparer les annuaires magnétiques, il peut être utile de rester fidèle à certaines recommandations qui ne sont pas difficiles à suivre. Le bulletin annuel publié par un observatoire magnétique type contient environ

80000 données numériques. Si l’on considère que, pour produire ces données, il faut un personnel de 3 personnes en moyenne, sans compter les employés non techniciens tels que gardiens ou veilleurs de nuit, la rentabilité peut paraître faible. Nous avons mentionné plusieurs moyens pour augmenter l’efficacité, par exemple : stabilisation de la température dans la salle du variomètre, dépouillement auto- matique des données et échëlonnage direct des valeurs absolues. Grâce à ces méthodes, on économise 75 % du temps de calcul, mais cela ne veut pas nécessaire- ment dire que le personnel peut être réduit dans les mêmes proportions, surtout si l’observatoire est isolé. Nous n’avons pas exposé ici les méthodes d’enregistrement digital et de dépouil-

lement automatique des données, car elles n’entrent pas dans le cadre de cet ouvrage. Le lecteur trouvera l’exposé d’un système automatique qui supprime tout contrôle des valeurs des lignes de base dans les publications d’Alldredge (1960) et d’Alldredge et Salducas (1964). Ces deux articles constituent d’excellentes introductions. Entre-temps, on a trouvé d’autres méthodes qui sont également pleines de promesses. I1 est certain que l’introduction des méthodes digitales d’enregistrement des données est devenue nécessaire, car actuellement des exem- plaires microfilmés de magnétogrammes à des fins de recherches très précises doivent être digitalisés par un procédé difficile à manier et qui n’a pas la précision des anciennes méthodes. Il est difficile de dire combien de temps il faudra pour introduire ces nouveaux systèmes. Actuellement le coût élevé des appareils consti-

la création d’un nouvel observatoire est envisagée, il vaut la peine de calculer le coût total des bâtiments, des appareils, de l’entretien de l’ensemble (y compris le personnel) et de la réduction des données, sur deux bases : l’observatoire tradi- tionnel ou bien l’observatoire muni des derniers systèmes d’enregistrement auto- matique et de réduction des données. Si l’on considère une période de vingt ans avec, dans l’esprit, les perspectives d’une présentation améliorée des données

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I tue le plus sérieux obstacle à la modernisation des observatoires. Si, cependant,

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I finales, il se peut que l’on choisisse la deuxième solution.

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’ Bibliographie

En plus des articles et des livres scientifiques que nous avons cités dans ce texte, la liste suivante en contient quelques-uns qui seront d’un grand intérêt pour le lecteur qui veut s’informer sur le géomagnétisme en général. Geomagnetism, de Chapman et Bartels, et Terrestrial magnetism and electricity, de Fleming, contien- nent des bibliographies très complètes.

ALLDREDGE, L. R. A proposed automatic standard magnetic observatory. J. Geophys. Res., 65,

-; SALDUCAS, I. A n automatic standard magnetic observatory. J. Geophys. Res., 69, 1964,

BAUER, L. A. Researches of the Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution of Washington. Vol.1, Land magnetic observations 1905-1910, Washington, 1912; ~01.11, Land magnetic observations 1911-1913, Washington, 1915; vol.IV, Land magnetic observations 1914-1920, Washington, 1921 ; VOLVI (par H. W. Fisk), Magnetic results 1921-1926, Washing- ton, 1927.

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218

Page 218: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Index'

A

Amplificateur, 99 Amplitude d'oscillation, 134 Analyse statistique, 348, 357 Angle de déviation du théodolite magnétique,

Angle de déviation de QHM, 149 Angle du méridien (t), 242 Anomalie géomagnétique, 2, 349 Anomalie magnétique, 1, 2, 347, 348, 371 Annulation du bruit par une sonde, 199 Assécheur, 13, 24 Asymétrie des déviations, 126, 149, 150 AZ (azimut), 103, 242 Azimut réel, 242, 250

126-128

Accumulateur, 36 Aimant amortisseur, 67 Aimant compensateur, 184, 185, 276, 293 Aimant d'alnico, 303 Aimant de balance, 289 Aimant de déviation, 122 Aimant fixe de compensation, 184, 185 Aimant réglable de compensation, 184, 189 Aimant renversé (variomètre D), 312 Aimant tournant, 188, 192 Aimant tubulaire, 125 .

Aimant, vieillissement de, 302, 303 Alidade, 81, 171 Almanach nautique, 242, 247 Amortissement des aimants enregistreurs, 291

B

Balance enregistreuse, 285 Balance de Godhavn, 288 Balance de terrain pour la mesure de H, 165-

Balance de terrain pour la mesure de Z, 194-

Balance à torsion, 167 Barre de déviation, 123 Bâtiment des mesures absolues, 26 Batterie, 35, 237 Batterie alcaline, 36 Bilame, 280, 295

Bobine carrée, 234 Bobine carrée de Fanselau, 235 Bobine circulaire de Fanselau, 235

170

195, 361

BMZ, 184-193

Bobine de Braunbeck, 235 Bobine de Helmholtz-Gaugain, 233, 267, 276,

Bobine de polarisation, 209. 210 Boîte d'oscillations, 123, 130 Borne-repère, 379, 387 Boussole, 118, 120, 167, 366 Boussole alidade, 173, 266 Boussole à prismes, 120, 366 Boussole de poche, 366 Boussole immergée, 366 Boussole tubulaire, 11 8 Bruit de fond, 199, 219, 240 Bulletin annuel, 342 Bulletin mensuel, 345

325

1. Les numéros indiqués sont ceux des paragraphes.

219

Page 219: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

Index

C

Cable d’amenée du courant, 33 Cable des signaux, 33 Câble, tension, signaux, 33 Carte du bruit, 199 Carte isomagnétique, 349 Cellule photoélectrique, 99 Centres mondiaux de données, 346, 358 Champ de la croûte, 347, 348 Champ normal, 348 Champ de polarisation, 9, 211, 212 Champ principal, 347 Chronographe, 95, 97, 99, 133 Chronomètre, 98, 101 Chronomètre, correction, 248 Chronomètre à contacts, 95 Coefficient de température, 10, 127, 135, 140,

Coefficient d’induction, 141, 152 Collimation, 89, 149, 160 Commutateur, 176 Comparaison des appareils, 254-261 Compensation de la température, 10, 294

151, 153, 185, 337

Déclinaison du soleil, 242 Déclinaison magnétique, 46, 103-121, 159-161 Mesure absolue, 103-1 10 Calcul, 1 1 Définition, 46 Mesure avec le QHM, 159-161 Mesure relative, 114-121

Dédinomètre à fil, 104 Déclinomètre à pivots, 113, 114 Déformation des miroirs, lentilles, 298 Demi-diamètre du soleil, 242

Échappement, 91 Échelle graduée, 335, 339 Enregistreur, 272-275 Ensemble aimant-miroir, 277 Envoi des résultats au World Data Centre,

Éphémérides astronomiques, 248 Époque, 349-351

343-346, 355-357

D

E

Compensation magnétique $e la température,

Compensation optique de la température, 295 Composante est géomagnétique (Y), 48, 228,

293

236, 265 Cornp.osante nord géomagnétique (X), 47,228, 236, 265

Compte-secondes, 98 Conductivité du sous-sol, 1, 4 Constante de déviation, 124 Constante de torsion, 148 Contact des minutes, 95 Contact horaire, 94 Contact des secondes, 95, 101 Convergence de la lunette, 87 Conversion en heures, 248 Contrôle de la température, 15-21 Coordonnées géomagnétiques, 37, 41 Correction de pendule, 93 Coupelle d’agate, 62, 113, 114 Courant annulaire, 54 Courant tellurique, 5 Couteau (arêtes), 164, 166. 167, 187, 287, 327

Demi-période d’oscillation, 124, 133 Densité de mesures d’une prospection ma-

Démagnétisation, 303 Description d’une station de terrain, 386 Développement des magnétogrammes, 321 Diaphragme, 252, 299 Dipôle magnétique, 37 Distance de déviation, 122 Distance zénithale Z, 242 Documents, 245, 381, 384, 394

gnétique, 355

Equateur géomagnétique, 37 Equateur magnétique, 44, 54, 351 Équilibre de la température, 288 Erreur de pendule, 93 Erreur sur H, 142, 150 Erreur sur les mesures avec un QHM, 154 Etalons de premier ordre, 254 Étoile polaire, 252

220

Page 220: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

~

I Index

l

I F

Facteur de torsion, 109, 131, 135 Fil de soie, 104 Fil de suspension, 281 Fil de torsion, 276, 282, 283 Filtre bleu, 299 Filtre, magnétographe, 298

Filtres thermiques, 26 Focale, 301 Formulaires, 77, 78 Formules concernant les petites variations, 50 Foyer de variatiop rapide, 55, 352

G

Galvanomètre astatique, 174 Glycérine, 321 Galvanomètre à cade mobile, 178, 182, 203 GMT, 342 Galvanomètre à fil, 177 Gradient, 200 Galvanomètre à sinus, 254 Graduation de l’oculaire, 87. 107, 131, 165 Gamma(y), 43 Graduation extérieure, 123, 131, 132, 174 Gauss (J?), 43 Graduation du réticule, 87, 107, 166 GHA, 242

I

H

Homogénéité magnétique du champ de pola- de site d’observatoire, 1-3, 283 risation, 232 de pavillon de variomètre, 268 de station de prospection, 361, 383

Horloge A quartz, 95 Humidité, 22

I

Inclinaison, 42, 171, 182 Inclinomètre, 171, 255 Réglage, 172, 173

Intensité horizontale, 44, 124 Intensité totale (F), 43, 204 Intensité verticale, 45, 184-195, 205, 213, 219,

Interpolation à la division neutre, 193 Interaction des aimants, 304

Collecteur, 176 222 IMS (International Magnetic Standard), 254, 258, 353, 373

Jours calmes, 338 Jours perturbés, 338

J

Journal, horloge, 93 magnétographe, 319

L

Lame d’aniorticseur, 112, 115, 291 Lentille cylindrique, 275, 310 Lentille, déformation de, 298

LHA, 247 Ligne de torsion nuile, 108, 109, 113, 149, 150 Lissage des valeurs, 333

22 1

Page 221: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

index

M

Magnétogramme, 102, 315, 317, 344 Magnétographe, 269, 271 Magnétographe La Cour, 309-313 Magnétomètre à vecteur, 9, 209, 231, 232, 236 Magnétomètre à protons, 197-204 Magnétomètre GSI, 1 81 Marche de l’horloge, 92, 134 Marques de temps, 274 Masses d‘équilibrage, 286 Matériaux de construction, 8, 9 Méridien géographique, 46, 47, 103, 241, 242,

Méridien géomagnétique, 37, 41 Méridien magnétique, 46, 103, 149, 266

265

Nautical almanac, 242, 247 ND (division neutre), 190, 193 Niveau circulaire, 82

Objectif de projection, 300 Observatoire Matériaux de construction, 8 Disposition, 9 Emplacement, 1-3 Standard, 255

Oculaire à prismes, 245, 252 Ohmmètre, 203, 212, 325

Parallaxe, 87, 317 Paramètres du champ géomagnétique, 348 Parasol, 365 Passage au méridien, 242 Pavillon des mesures absolues, 26 Peinture radioactive, 112 Perturbation artificielle, 5 Pilier construction, 27 BMZ, 28 déclinaison, 31

QHM Angles, 144 Asymétrie des déviations, 149

Méthode de Nelson, 210-218 Méthode de Serson, 219-230 Méthode audio-visueue, 97 Microfilm, 342-346, 358 Microscope, 90, 110 Milliampèremètre, 166, 181, 312, 325 Miroir, déformation de, 298 Miroir mobile, 45, 116 Moment d’inertie, 122 Moment magnétique, 46, 103, 109, 124, 141,

Montage du fil de suspension, 282,283 Montre de précision, 101- Moyenne horaire, 334, 335

149

N

Niveau mobile, 81, 82 Niveau tubulaire, 81, 82, 167

O

Orage géomagnétique, 54, 351 Ordonnée, 102 Graduation, 233 Correction de température, 327

Oscillations de l’aimant, 131, 137 Oscillations de l’aimant énregistreur, 307 Outils amagnétiques, 63

P

enregistreur, 315 variomètre, 305

Plan vertical magnétique, 46 Pôle céleste, 241 Pôle d‘inclinaison, 38 Pôle géomagnétique, 37, 39 Pôle magnétique, 38, 39 Pont à thermistances, 17 Potentiomètre, 21 1, 237 Prise de terre, 34 Prospection géomagnétique, 2, 347, 355

Q Erreurs, 154 Formules, 153

222

Page 222: Méthodes d'observation et de prospection géomagnétiques

index

R Réduction à une époque, 351

Régulateur de tension, 35, 36 Repère d’azimut, 31, 103, 242, 382 Représentation des valeurs de ligne de base,

Réticule, 87, 89, 252 Retrait des magnétogrammes, 318, 334 Ruban phosphoré, 104

à une amplitude infinitésimale, 134

313, 334

Rapport gyromagnétique du proton, 96 Récepteur radio, 100, 361 Réduction à la ligne de hase de la déclinaison, 11 1, 114 de l’angle de déviation, 128 de l’intensité horizontale, 158, 217, 229 de l’inclinaison, 183 des oscillations, 137 de l’intensité totale, 204 de l’intensité verticale, 192, 212, 224

Salle du variomètre, 10-14 Schéma d’observation des déviations, 125 de l’inclinaison, 175 des oscillations, 133 du QHM, 157

S

Schéma de Thiessen, 157 Signal horaire, 93 Silicagel, 187, 288 Sonde, 197, 203, 239 Source de courant, 209, 210, 219 Stabilité de la température, 10 Station de répétition, 387 du magnétomètre à vecteur, 212, 217, 222,

225 Schéma international, 157

Taches solaires, 53 Télescope astronomique, 252 Température de référence, 127, 136 Température standard, 331, 337 Temps universel, 242 Tente amagnétique7 365 Tête de torsion, 104, 108, 167, 276 Thermographe, 337 Thermomètre, 72, 73

Valeur d’échelle de la BMZ, 193 de la graduation extérieure, 132 de la graduation de l’oculaire, 107 de la balance de terrain, 166, 167, 194 des variomètres, 102, 268, 270, 325

Valeur de ligne de base, i I, 102, 258, 331 Variation diurne, 51-54 Variation séculaire, 55, 215, 265, 352 Variomètre, 277-285 Variomètre à réflexion unique, 277

World Magnetic Survey, 355

Symboles, 49

T Thermomètre à contact, 16 Théodolite à boussole, il9 Théodolite géodésique, 80 Théodolite magnétique, 105 Toroïde, 199 Torsion, 108 Torsion nulle, 130, 145, 159 Torsion résiduelle, 149 Traces supplémentaires, 278

V Variomètre de Copenhague, 279, 280 Variomètre La Cour, 279, 280 Variomètre D, 276, 279 avec l’aimant renversé, 312

Variomètre H, 276, 280 Ventilation, 23 Vecteur champ géomagnétique, 43,49 Vieillissement des aimants, 302, 303 Vis tangentielle, 61 Voltmetre digital, 212

W

Z Zénith, 242

223