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La recherche et la fouille avec un détecteur de métaux
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bip ! Bip bip ! Y a-t-il quelque chose de plus excitant que la découverte d’un trésor ? Des millions de personnes dans le monde entier s’amusent à utiliser des détecteurs de métaux pour découvrir de précieuses reliques enfouies sous terre. C’est exactement la même technologie qui est à l’œuvre dans nos services militaires et de sécurité, qui contribuent à la sécurité du monde en découvrant des armes à feu, des couteaux et des mines enfouies. Les détecteurs de métaux sont basés sur la science de l’électromagnétisme.

Quand le magnétisme rencontre l'électricité

Si vous avez déjà fabriqué un électro-aimant en enroulant une bobine de fil autour d’un clou et en l’accrochant à une batterie, vous savez que le magnétisme et l’électricité sont comme un vieux couple marié : quand vous en trouvez un, vous trouvez toujours l’autre, pas très loin.

Nous mettons cette idée en pratique à chaque minute de chaque jour. Chaque fois que nous utilisons un appareil électrique, nous nous appuyons sur le lien étroit qui existe entre l’électricité et le magnétisme. L’électricité que nous utilisons provient de centrales électriques (ou, de plus en plus, de sources renouvelables comme les éoliennes) et elle est produite par un générateur, qui n’est en fait qu’un gros tambour de fil de cuivre. Lorsque le fil tourne à grande vitesse dans un champ magnétique, l’électricité est produite « par magie » à l’intérieur de celui-ci et nous pouvons exploiter cette puissance à nos propres fins. Les appareils électriques que nous utilisons (dans tout, des machines à laver aux aspirateurs) contiennent des moteurs électriques qui fonctionnent exactement à l’opposé des générateurs : lorsque l’électricité y pénètre, elle génère un champ magnétique changeant dans une bobine de fil qui pousse contre le champ d’un aimant permanent, et c’est ce qui fait tourner le moteur. (Vous pouvez en savoir plus à ce sujet dans notre article sur les moteurs électriques).

En bref, vous pouvez utiliser l’électricité pour faire du magnétisme et le magnétisme pour faire de l’électricité. James Clerk Maxwell (1831-1879), un physicien écossais d’une intelligence fantastique, a résumé tout cela dans les années 1860 en écrivant quatre formules mathématiques d’une simplicité trompeuse (aujourd’hui connues sous le nom d’équations de Maxwell). L’une d’entre elles dit que chaque fois qu’il y a un changement de champ électrique, vous obtenez également un changement de champ magnétique. Une autre dit que lorsqu’il y a un changement de champ magnétique, vous obtenez un changement de champ électrique. En réalité, Maxwell disait que l’électricité et le magnétisme sont deux parties de la même chose : l’électromagnétisme. Sachant cela, nous pouvons comprendre exactement comment fonctionnent les détecteurs de métaux.

Comment l'électromagnétisme alimente un détecteur de métaux

Les œuvres d’art : Le détecteur de métaux compact de style moderne a été inventé par Charles Garrett au début des années 1970. Vous pouvez voir clairement les deux bobines (que j’ai colorées en rouge et bleu). La boîte (orange) en haut de la poignée (verte) contient le circuit de contrôle, y compris une batterie (non représentée), un haut-parleur (24), un interrupteur de volume (27), un contrôle de sensibilité (28) et un interrupteur marche/arrêt (29). Cette illustration est tirée du brevet américain 3,662,255 de Charles Garrett, délivré en 1972, avec l’aimable autorisation de l’Office américain des brevets et des marques.

Différents détecteurs de métaux fonctionnent de différentes manières, mais voici la science qui se cache derrière l’un des types les plus simples. Un détecteur de métaux contient une bobine de fil (enroulée autour de la tête circulaire à l’extrémité de la poignée) appelée bobine émettrice. Lorsque l’électricité circule dans la bobine, un champ magnétique est créé tout autour. En balayant le détecteur sur le sol, vous faites également bouger le champ magnétique. Si vous déplacez le détecteur au-dessus d’un objet métallique, le champ magnétique en mouvement affecte les atomes à l’intérieur du métal. En fait, il modifie la façon dont les électrons (de minuscules particules « orbitant » autour de ces atomes) se déplacent. Or, si le champ magnétique du métal change, le fantôme de James Clerk Maxwell nous dit que le courant électrique doit également se déplacer à l’intérieur. En d’autres termes, le détecteur de métaux crée (ou « induit ») une certaine activité électrique dans le métal. Mais Maxwell nous dit aussi une autre chose intéressante : si l’électricité se déplace dans un morceau de métal, elle doit aussi créer un certain magnétisme. Ainsi, lorsque vous déplacez un détecteur de métaux sur une pièce de métal, le champ magnétique provenant du détecteur fait apparaître un autre champ magnétique autour du métal.

C’est ce second champ magnétique, autour du métal, que le détecteur capte. Le détecteur de métaux a une deuxième bobine de fil dans sa tête (appelée bobine réceptrice) qui est connectée à un circuit contenant un haut-parleur. Lorsque vous déplacez le détecteur sur la pièce de métal, le champ magnétique produit par le métal traverse la bobine. Maintenant, si vous déplacez un morceau de métal dans un champ magnétique, vous faites passer de l’électricité à travers lui (souvenez-vous, c’est comme ça que fonctionne un générateur). Ainsi, lorsque vous déplacez le détecteur sur le métal, l’électricité circule à travers la bobine réceptrice, ce qui provoque un clic ou un bip du haut-parleur. Hé presto, le détecteur de métaux se déclenche et vous avez trouvé quelque chose ! Plus vous rapprochez la bobine émettrice de la pièce de métal, plus le champ magnétique créé par la bobine émettrice est fort, plus le champ magnétique créé par le métal dans la bobine réceptrice est fort, plus le courant circule dans le haut-parleur et plus le bruit est fort.

Merci donc, James Clerk Maxwell, de nous aider à voir comment fonctionnent les détecteurs de métaux, en utilisant l’électricité pour créer du magnétisme, qui crée plus d’électricité ailleurs.

Où sont utilisés les détecteurs de métaux ?

Les détecteurs de métaux ne sont pas seulement utilisés pour trouver des pièces de monnaie sur la plage. Vous pouvez les voir sur les scanners de passage dans les aéroports (conçus pour empêcher les personnes de porter des armes à feu et des couteaux dans les avions ou dans d’autres lieux sûrs tels que les prisons et les hôpitaux) et dans de nombreux types de recherche scientifique. Les archéologues désapprouvent souvent les personnes non formées qui utilisent des détecteurs de métaux pour déranger des objets importants mais, utilisés correctement et avec respect, les détecteurs de métaux peuvent être des outils précieux pour la recherche historique.

Qui a inventé les détecteurs de métaux ?

Les détecteurs de métaux remontent apparemment à l’assassinat du président américain James A. Garfield en juillet 1881. Une des balles visant le président s’est logée dans son corps et n’a pas pu être retrouvée. Le pionnier du téléphone Alexander Graham Bell a rapidement mis au point un dispositif électromagnétique de localisation des métaux appelé balance à induction, basé sur une invention antérieure du physicien allemand Heinrich Wilhelm Dove. Bien que la balle n’ait pas été retrouvée et que le président soit mort plus tard, l’appareil de Bell a fonctionné correctement et beaucoup de gens le considèrent comme le tout premier localisateur électromagnétique de métaux.

Les détecteurs de métaux portables ont été inventés par l’ingénieur en électronique d’origine allemande Gerhard Fischer (également orthographié « Fisher ») alors qu’il vivait aux États-Unis, et il a déposé une demande de brevet sur cette idée en janvier 1933. Il a appelé son invention le « Metalloscope » – « méthode et moyen pour indiquer la présence de métaux enterrés tels que le minerai, les tuyaux ou autres » – et vous pouvez le voir sur le dessin ici. La même année, il a fondé le Fisher Research Laboratory, qui reste à ce jour l’un des principaux fabricants de détecteurs de métaux. Le Dr Charles L. Garrett, fondateur de Garrett Electronics, a été le pionnier des détecteurs de métaux électroniques modernes au début des années 1970. Après avoir travaillé pour la NASA sur le programme d’alunissage d’Apollo, Garrett s’est tourné vers son hobby, la chasse au trésor amateur, et son entreprise a révolutionné le domaine avec une série d’innovations, dont le premier détecteur de métaux informatisé avec traitement numérique des signaux, breveté en 1987.

Comment fonctionnent les détecteurs de métaux

Qu’est-ce qui fait bourdonner un détecteur de métaux quand on le balaie au-dessus d’un trésor enfoui ? Pourquoi est-il important de garder le détecteur en mouvement ?

  1. Une pile située dans la partie supérieure du détecteur de métaux active le circuit émetteur (rouge) qui transmet l’électricité vers le bas par un câble dans la poignée jusqu’à la bobine émettrice (rouge) située dans la partie inférieure.
  2. Lorsque l’électricité circule dans la bobine émettrice, elle crée un champ magnétique tout autour.
  3. Si vous balayez le détecteur au-dessus d’un objet métallique (comme cette vieille clé grise), le champ magnétique le traverse de part en part.
  4. Le champ magnétique fait circuler un courant électrique à l’intérieur de l’objet métallique.
  5. Ce courant électrique crée un autre champ magnétique tout autour de l’objet. Le champ magnétique traverse la bobine réceptrice (bleue) en se déplaçant au-dessus de celle-ci. Le champ magnétique fait circuler l’électricité autour de la bobine réceptrice et la fait monter dans le circuit récepteur (bleu) en haut, ce qui fait bourdonner un haut-parleur et vous avertit que vous avez trouvé quelque chose.

Quels sont les différents types de détecteurs de métaux ?

Comme nous l’avons vu plus haut, les champs magnétiques sont produits par des champs électriques changeants, qui oscillent à une fréquence particulière. Différentes fréquences donnent de meilleurs ou de pires résultats selon le type de métal que vous recherchez, la profondeur du sol, le type de matériau dont est fait le sol (sable, terre ou autre), etc.

Bien que les détecteurs de métaux fonctionnent tous à peu près de la même manière, en convertissant l’électricité en magnétisme et inversement, ils sont de trois types principaux. Les plus simples sont adaptés à toutes sortes d’applications générales de détection de métaux et de chasse au trésor. Ils sont appelés détecteurs VLF (très basse fréquence) car ils utilisent une seule fréquence de détection fixe, généralement autour de 6-20 kHz (généralement moins de 30 kHz). Vous trouverez également des détecteurs à induction d’impulsions (PI), qui utilisent des fréquences plus élevées et des signaux pulsés. Ils peuvent généralement détecter des objets plus profondément dans le sol que les détecteurs VLF, mais ils ne sont pas aussi discriminants et ne ressemblent en rien à ceux utilisés couramment. Un troisième type de détecteur est connu sous le nom de détecteur FBS (spectre à bande complète), qui utilise plusieurs fréquences simultanément – c’est donc un peu comme si on utilisait plusieurs détecteurs légèrement différents en même temps.

À quelle profondeur un détecteur de métaux va-t-il aller ?

Il n’y a pas de réponse exacte à cette question, malheureusement, car elle dépend de toutes sortes de facteurs, notamment

  • La taille, la forme et le type de l’objet métallique enterré : les objets plus gros sont plus faciles à localiser en profondeur que les petits.
  • L’orientation de l’objet : les objets enterrés à plat sont généralement plus faciles à trouver que ceux enterrés avec leur extrémité tournée vers le bas, en partie parce que cela crée une plus grande zone cible mais aussi parce que cela rend l’objet enterré plus efficace pour renvoyer son signal au détecteur.
  • L’âge de l’objet : les objets enterrés depuis longtemps sont plus susceptibles de s’être oxydés ou corrodés, ce qui les rend plus difficiles à trouver.
  • La nature du sol ou du sable environnant que vous cherchez.
  • Le type de détecteur et la (ou les) fréquence(s) qu’il utilise.

En général, les détecteurs de métaux fonctionnent à une profondeur maximale d’environ 20 à 50 cm.

Qu'en est-il des détecteurs non métalliques ?

Les chasseurs de trésors apprécieront toujours les détecteurs de métaux de ce type car, historiquement, les objets de valeur étaient généralement en métal. Mais dans le monde de la sécurité, il ne suffit plus de compter sur les détecteurs de métaux comme seule ligne de défense. Les personnes qui aiment faire passer des armes en contrebande à travers la sécurité, par exemple, sont bien conscientes qu’elles devront passer par des détecteurs de métaux, et elles essaieront probablement d’utiliser des alternatives comme des couteaux en céramique, en plastique ou en fibre de carbone. Bien que les fabricants réputés s’efforcent de s’assurer qu’il y a de petites pièces métalliques dans les manches des couteaux « non métalliques », c’est précisément pour cette raison que rien n’empêche quiconque d’aiguiser un morceau de plastique pour improviser un couteau, comme la police l’a constaté à plusieurs reprises. Comment, alors, détecter les menaces non métalliques ?

Une solution adoptée par les aéroports consiste à utiliser des scanners à ondes millimétriques (MMS) pour repérer les objets métalliques et nométaux. Ils fonctionnent essentiellement comme des versions plus sûres des appareils à rayons X : les ondes traversent les vêtements mais sont réfléchies par notre corps, et toute arme dissimulée (métallique ou autre) apparaît sous forme d’image sur un écran. Les appareils à rayons X utilisent des rayonnements très puissants (dont les longueurs d’onde sont approximativement de l’ordre du nanomètre ou du milliardième de mètre), qui peuvent être dangereux si votre corps en absorbe une trop grande quantité. Comme leur nom l’indique, les scanners à ondes millimétriques utilisent des ondes beaucoup plus longues, mesurant de 1 à 10 mm (environ 10 fois plus petites que les micro-ondes envoyées et reçues par les téléphones portables), qui sont beaucoup moins intenses et ne présentent donc que peu ou pas de risque pour la santé.

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