Détecteur de métaux - Définition et Explications

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Détecteur de métaux, surnommé
Détecteur de métaux, surnommé " poêle à frire " en raison de sa forme

Un détecteur de métaux est un appareil permettant de localiser des objets métalliques dans le sol. En France, son utilisation est strictement réglementée dans le cadre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) d'objets archéologiques.

Législation française

L'utilisation des détecteurs de métaux en contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) archéologique est réglementée par le Code du patrimoine, article L542-1, qui stipule (En botanique, les stipules sont des pièces foliaires, au nombre de deux, en forme de feuilles...) que " Nul ne peut utiliser du matériel permettant la détection d'objets métalliques, à l'effet de recherches de monuments et d'objets pouvant intéresser la préhistoire, l'histoire, l'art ou l'archéologie sans avoir, au préalable, obtenu une autorisation administrative délivrée en fonction de la qualification du demandeur ainsi que de la nature et des modalités de la recherche ".

Cette loi est destinée à préserver l'intégrité des niveaux archéologiques des sites contenant des objets métalliques : l'intérêt scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) de ces derniers est en grande partie lié à leur contexte stratigraphique et archéologique, dont l'étude n'est possible que dans le cadre de fouilles méthodiques. L'utilisation de détecteurs de métaux est donc interdite sur tous les sites archéologiques, connus ou potentiels.

Fonctionnement

Principe

Un détecteur de métaux (Un détecteur de métaux est un appareil permettant de localiser des objets métalliques dans le...) fonctionne en exploitant un phénomène physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) bien connu : l'induction électromagnétique. Seuls les objets métalliques peuvent induire un courant.

Un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change...) de métaux est composé de deux bobines :

  • la bobine émettrice est traversée par un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...) alternatif sinusoïdal d'une certaine fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...).
  • la bobine réceptrice récupère le courant induit (Le courant induit, par ses effets s'oppose aux causes qui lui ont donné naissance (loi de Lenz)....). Il se produit un décalage de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) qui est analysé par un processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de...).

Discrimination

Plus l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) métallique est gros, plus il sera conducteur et plus le décalage de fréquence sera grand. De même certains métaux sont meilleur conducteurs (l'argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du...) notamment) et le décalage de fréquence sera d'autant plus grand. C'est en étudiant ce décalage de fréquence que l'on peut tenter de discriminer l'objet détecté.

Mais dans la pratique, c'est un peu différent. En effet un détecteur de métaux cherche du métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) et aussi ses différents alliages. La conductivité électrique (La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau à laisser les charges électriques se...) d'un alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments...) est différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) d'un alliage à un autre et sa valeur peut être proche entre deux alliages de nature très différente.

Ainsi de l'or 18 carats, peut tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) à fait être confondu avec du papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres...) d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....) et si l'on élimine le papier d'aluminium à l'aide du bouton discrimination, on élimine aussi l'or !!! De l'or bas titre (14 carats) pourra même être visualisé sur le vu-mètre du détecteur comme du ... fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) (ou pas loin).

En définitive, la discrimination n'est valable que pour les petits ferreux (petits morceaux de fil de fer barbelé (Le fil de fer barbelé, appelé aussi ronce artificielle ou barbelé, est une forme de...) ou petits clous) mais pas pour les grosses masses ferreuses (genre fer à cheval (Le cheval (Equus ferus caballus ou equus caballus) est un grand mammifère herbivore et...) dont la forme en boucle se détecte facilement). Toutefois il existe des détecteurs de métaux capables de vous indiquer que ce que vous avez sous la tête est une grosse masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) ferreuse et sans se tromper. Le fer donne en effet un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) particulier facilement reconnaissable sur un oscilloscope. Du fait de la variété des alliages, la discrimination ne peut être considérée comme totalement fiable. Si tous les métaux étaient purs, discriminer ne serait pas un problème.

Principes physiques

La détection d’un métal dans l’air par un appareil électronique se fait toujours selon le même principe physique : l’induction magnétique. Un conducteur électrique transportant du courant produit un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) dans l’espace qui l’entoure mais l’inverse est également vrai. Un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) produit un courant dans un conducteur. A travers une bobine, la loi de Faraday explicite la force électromotrice (Lorsque le flux du champ magnétique qui traverse un circuit conducteur varie au cours du temps, il...) produite par la variation du champ magnétique. La présence d’un objet métallique dans le champ magnétique induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) par une bobine modifie la tension (La tension est une force d'extension.) aux bornes de cette dernière ce que l’on repère en électronique par la modification de l’inductance de la bobine.

Les types de détecteurs de métaux

Les premiers détecteurs fonctionnaient selon le principe du battement (En acoustique, le battement est une interférence entre deux sons de fréquences...) de fréquence mais ils étaient peu performants. La technique des très basse fréquence donna une meilleure sensibilité, mais dans les années 1960, l’induction par impulsion fut mise au point (Graphie) et elle est actuellement encore la plus utilisée.

Détecteur à battement de fréquence : Les détecteurs à battement de fréquence furent les premiers à apparaître car ils sont simples à mettre en œuvre mais se sont également les moins sensibles. Le principe est le battement de fréquence. Il utilise, en fait, deux oscillateurs, l’un fixe, l’autre sensible aux modifications du champ magnétique. La modification du champ magnétique d’une bobine influe, comme nous l’avons vu, sur son inductance (L'inductance d’un circuit électrique est un coefficient qui traduit le fait...) et donc, si l’on construit un oscillateurs autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de cette dernière, celui-ci aura une fréquence qui réagit avec le champ magnétique et donc la présence de métal.

Pour l’utiliser, il suffit de comparer le signal issu de cet oscillateur (En physique, un oscillateur est un système manifestant une variation périodique dans le temps (ou...) avec un signal de référence, ce dernier représente le signal de premier oscillateur qui ne serait pas modifié par la présence de métal. Le signal comparé peut servir à allumer une diode ou être relié a un amplificateur (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les...) pour entendre via un haut parleur la différence des fréquences si celle-ci est comprise entre 20Hz et 20kHz.

Détecteur à très basse fréquence : Les fréquences utilisées sont inférieures à 30kHz. Ce détecteur est composé de deux bobines, une émettrice et une réceptrice.

La bobine émettrice traversée par un courant sinusoïdal génère autour d’elle un champ magnétique ; lorsqu’un objet métallique passe dans ce champ magnétique, des courants de Foucault (On appelle courants de Foucault les courants électriques créés dans une masse conductrice, soit...) apparaissent en son sein. Ces courants génèrent à leur tour un champ magnétique qui tend à compenser le champ magnétique créé par la bobine émettrice. La bobine réceptrice va réagir au champ magnétique émis par l’objet métallique, un courant induit va la traverser. Ce courant traité par l’électronique permet de savoir s’il y a ou non un objet métallique. Ce détecteur permet de discriminer les métaux et les ferromagnétiques. Le signal perçu par la bobine réceptrice est déphasé par rapport au signal émis. Le déphase dépend des métaux et permet ainsi de les discriminer.

Détecteur à induction pulsée : Ce type de détecteur ne nécessite qu’une seule bobine. Ces détecteurs sont très performants dans la recherche en grande profondeur. Ils peuvent détecter jusqu un mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du...) cinquante sous le sol.

Une puissante impulsion de courant est envoyée dans la bobine. Chaque impulsion génère un champ magnétique très bref. Quand l’impulsion prend fin, la polarité du champ s’inverse et s’écroule soudainement ce qui provoque un pic de courant, l’impulsion de retour

Celui-ci dure quelques microsecondes et cause un autre courant à travers la bobine. Le processus se répète. Si le détecteur est au dessus d’un objet métallique, l’impulsion crée un champ magnétique opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à...) dans l’objet. Quand l’impulsion s’arrête, le champ magnétique de l’objet augmente la durée de l’impulsion de retour. Un circuit test permet de contrôler la durée de l’impulsion de retour. En la comparant avec la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) de départ, le circuit détermine si un autre champ magnétique a rallongé le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de décroissance de l’impulsion de retour.

Effets de sol (GROUND)

1) Effets de sol manuels

En détection, il existe sur les détecteurs milieu et haut de gamme un potentiomètre appelé "effets de sol" ou ground. Celui-ci permet à l'utilisateur de régler manuellement le détecteur, en fonction de la minéralisation rencontrée sur différents sols composés d'une terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) chargée en oxydes de minéraux, de façon à ce qu'il soit toujours calibré à un niveau de stabilité neutre. De cette manière, l'appareil n'est pas gêné par les faux signaux intempestifs que provoquent ces oxydes. Il est bon de savoir que ce genre de terre est chargé de particules métalliques naturelles ; on dira donc que la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) est positive, contrairement à la plage (La Plage est un film anglo-américain réalisé par Danny Boyle en 2000 et adapté...) qui elle est chargée en salinité. Le sel n'étant pas un métal, la charge sera donc négative. Donc l'utilité d'un tel réglage sur la plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de...) en bord de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) n'aura aucun effet sur les faux signaux générés par le champs magnétique provoqué par la haute teneur en sel. Il ne servira donc à rien de posséder un tel réglage si ce n'est simplement à corriger les particules et oxydes métalliques contenus dans le sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites...).

Maintenant certains détecteurs possèdent en plus de ce réglage un interrupteur (Un interrupteur (dérivé de rupture) est un dispositif ou organe, physique ou virtuel, permettant...) ou autre bouton appelé beach ou mode plage qui permet à l'appareil d'étendre la plage de réglage dans la charge négative de façon à pouvoir s'affranchir au mieux du champ magnétique créé par la salinité.

En conclusion, ces réglages manuels permettront d'obtenir la meilleure puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de pénétration dans le sol. Par contre, il est parfois possible de trouver sur un même terrain différentes couches karstiques, donc obligatoirement un sol plus ou moins minéralisé. De ce fait, l’utilisateur devra en permanence recaler ses effets de sol en fonction de la nature du sol prospecté.

2) Effets de sol préréglés

Sur certains détecteurs, le réglage d'effets de sol est calibré par le fabriquant. Ce réglage est étalonné de façon assez haut pour que l'appareil soit stable sur les différents sols faiblement minéralisés : sans aucun doute un bon compromis mais au détriment de quelques centimètres de puissance de pénétration.

3) Effets de sol automatiques

Ce réglage est sans doute le mieux qu'un détecteur puisse posséder, dans la mesure où c'est l'appareil qui effectue automatiquement le réglage grâce à un microprocesseur (Un microprocesseur est un processeur dont les composants ont été suffisamment...) qui analyse et calibre en permanence au mieux les effets de sol en fonction de la nature du terrain présent. Bien sûr, si un tel système représente un réel avantage et confort d'utilisation pour le prospecteur, il se fait malgré tout au détriment du temps de réponse de la cible détectée, temps qui, en millisecondes, se révèle très important en détection.

Risques

Tous les gros objets ne sont pas des trésors et les lieux de combats des deux dernières guerres nous le rappellent régulièrement. Du fait même de leur fabrication (fer, acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...), plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et...), cuivre), les engins explosifs se détectent très bien. L'utilisation de détecteurs de métaux dans ces contextes nécessite une grande vigilance : ne jamais toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal,...) ni démonter une munition non explosée car elle demeure toujours dangereuse. Chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...), des accidents sont à déplorer dans lesquels sont impliqués des pratiquants de la détection qui n'ont pas su observer cette règle élémentaire de sécurité.

Officiellement pour ces raisons, l'utilisation de détecteurs de métaux est interdite dans toute la région Picardie (Somme, Aisne, Oise), dans la Meuse, en particulier à Verdun, dans quelques communes d'Île-de-France (autour de Mantes-la-Jolie), sur toutes les plages des débarquements de Normandie et de Provence ainsi que dans quelques communes du Bas-Rhin et du Haut-Rhin.

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