Comment est fait un détecteur de métaux ? Quel est son principe de fonctionnement ?
Les détecteurs de métaux ont une histoire fascinante, remontant à l’époque où James Maxwell a posé les bases théoriques de leur fonctionnement électromagnétique. Gustave Trouve et Alexander Graham Bell ont ensuite matérialisé ces théories avec des prototypes fonctionnels. Depuis lors, l’évolution des détecteurs de métaux a été marquée par des améliorations continues, des inventions et des brevets, conduisant aux modèles que nous utilisons aujourd’hui, avec des appareils dotés de fonctionnalités sophistiquées telles que des réglages de fréquence, de sensibilité et de discrimination.
Le fonctionnement d’un détecteur de métaux repose sur les principes de l’électromagnétisme. En utilisant des bobines émettrices et réceptrices, ces appareils génèrent un champ magnétique et détectent les perturbations induites par les objets métalliques. Les différents types de détecteurs, tels que les VLF et les PI, offrent des performances spécifiques adaptées à diverses applications, de la détection de métaux dans le sol ou dans les murs, à la sécurité aéroportuaire.
Notre article donne tous le détail sur le développement et les fonctionnalités des détecteurs de métaux en démontrant que les grandes marques se sont basés sur les besoins des utilisateurs pour trouver des trésors, des objets perdus, de l’or et tout autres objets métalliques ou dans diverses applications.
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Qui a inventé le détecteur de métaux ?
On pourrait dire que les origines du détecteur de métaux remontent à James Maxwell, qui a découvert les équations mathématiques essentielles à leur fonctionnement. Ce n’est qu’à la fin du XIXe siècle que des scientifiques ont commencé à utiliser ces théories pour créer des machines permettant de détecter les métaux. Le premier modèle “portable” a été inventé par un Français, Gustave Trouve, en 1874, tandis qu’Alexander Graham Bell a inventé une machine pour détecter une balle logée dans le corps du président des États-Unis de l’époque, James Garfield quelques années plus tard.
Ce n’est que dans les années 1920 que le développement des détecteurs de métaux a commencé à s’accélérer. Le premier brevet pour un détecteur de métaux a été accordé à Gerhard Fischer en 1925 (d’où la célèbre marque Fisher puis Teknetics), bien qu’il ait été amélioré par de nombreux inventeurs au fil des années.
Le lieutenant Jozef Stanislaw Kosacki, par exemple, a amélioré la conception de l’appareil pour en faire une machine plus pratique, bien que considérablement plus lourde que les machines modernes. Aujourd’hui, les modèles haut de gamme présentent des caractéristiques telles qu’une conception informatisée et une technologie de circuit électronique permettant à l’utilisateur de régler avec précision ses paramètres de détection.
Les bases de l’électromagnétisme appliquées au détecteur de métaux
L’électromagnétisme semble intimidant, mais il s’agit simplement de la combinaison de l’électricité et du magnétisme. Nous dépendons de l’électricité pour presque toutes les activités de notre quotidien. Que nous surfions sur Internet, regardions la télévision, utilisions un sèche-cheveux ou cuisinions, nous savons tous à quel point l’électricité est importante dans la vie moderne.
Ce que certains ne réalisent pas, c’est que nous dépendons également du magnétisme, mais d’une manière moins évidente. Pour créer de l’électricité, un générateur fait tourner un tambour de fil de cuivre dans un champ magnétique. Cela génère de l’électricité à l’intérieur du fil ; le champ magnétique a créé de l’électricité. La relation fonctionne également en sens inverse, c’est ainsi que fonctionnent les moteurs électriques.
En d’autres termes, l’électricité peut créer du magnétisme et le magnétisme peut produire de l’électricité. Et, si vous trouvez toujours deux choses ensemble, il est logique de parler d’elles comme si elles ne faisaient qu’une. D’où le nom “électromagnétisme”.
Un champ magnétique variable entraîne un champ électrique variable. Il en va de même pour l’électricité. C’est donc sur ce principe que fonctionne un détecteur de métaux, par des différences de potentiel électromagnétiques.
Quels sont les différents types de détecteurs de métaux ?
Il existe différents types de détecteurs de métaux et l’un des plus importants pour la détection amateur est le détecteur à induction d’impulsions (PI).
Contrairement aux détecteurs VLF, ceux-ci ne comportent généralement qu’une seule bobine qui sert à la fois d’émetteur et de récepteur. De courtes impulsions de courant passent dans la même bobine, ce qui crée un champ magnétique. Une fois l’impulsion coupée, le champ s’effondre, ce qui provoque une pointe d’électricité et un autre courant de courte durée.
Si le détecteur se trouve à proximité d’un objet métallique, le circuit imprimé du détecteur capte le champ magnétique opposé. Il peut détecter le métal, car la deuxième impulsion (appelée impulsion réfléchie) met plus de temps à s’estomper, et fonctionne un peu comme un sonar.
Si la technologie d’induction et d’impulsions offre une plus grande profondeur et une sensibilité plus spécifique pour la détection de l’or natif, elle présente quelques inconvénients.
La plupart des détecteurs PI ne sont pas adaptés aux zones polluées par des débris métalliques comme dans des zones plus urbanisées, car ils ne peuvent pas identifier ou ignorer les “déchets ferreux”. Cela est dû au fait qu’ils ont une mauvaise discrimination par rapport aux VLF. Ils sont cependant plus adaptés à la prospection dans les zones rurales et permettent une recherche plus profonde. Ils sont également parfaits pour les plages et autres environnements contenant des matériaux hautement conducteurs.
Il existe également des détecteurs de métaux à oscillateur et fréquences de battement (BFO). Ce sont les moins chers et les moins complexes. Ils ne sont pas aussi précis que les détecteurs VLF ou PI et n’offrent pas le même niveau de sensibilité des cibles.
Outre les détecteurs PI, BFO et VLF, il en existe une variété d’autres pour différentes industries. De nombreux détecteurs industriels, par exemple, sont conçus avec trois bobines. Cette configuration permet aux instruments de détecter de minuscules morceaux de métal.
Quelle peut être la profondeur des objets ?
Il est difficile de répondre à cette question. En général, la profondeur maximale est d’environ 20 à 30 cm. La profondeur maximale d’un détecteur peut cependant varier en fonction de plusieurs facteurs :
- Type et taille de l’objet : Plus l’objet est grand, plus le champ magnétique est important et plus il peut être détecté en profondeur. Les métaux qui créent des champs magnétiques plus puissants (comme le fer) sont également plus faciles à détecter.
- Type de détecteur : Différents types de détecteurs peuvent détecter des métaux à différentes profondeurs. Parmi les détecteurs du même type, la technologie et la fréquence utilisée peuvent affecter la profondeur de détection maximale.
- Interférences : Tout ce qui peut conduire un courant électrique peut interférer avec les détecteurs de métaux. Cela inclut les câbles, les tuyaux, les téléphones portables, les alarmes et les lignes électriques.
- Type de sol : Si le sol contient des matériaux naturellement conducteurs, il peut rendre la détection plus difficile.
En outre, certains objets métalliques augmentent la conductivité du sol environnant au fil du temps. C’est ce qu’on appelle un halo.
Les diverses applications d’un détecteur
Les détecteurs de métaux sont utilisés à des fins très diverses et se présentent sous de nombreuses formes. Voici quelques-unes des plus courantes
- Les portiques de sécurité : L’une des utilisations les plus évidentes des détecteurs de métaux est la sécurité dans les aéroports. Tous les passagers passent par des portiques qui utilisent des détecteurs à impulsion et à courant alternatif, tandis que le personnel peut utiliser des modèles portatifs pour localiser des objets. Les détecteurs ne se contentent pas de détecter les métaux, ils peuvent également fournir des tailles approximatives. Des systèmes similaires sont utilisés pour la sécurité des bâtiments et des événements.
- Détecteurs industriels : Les détecteurs de métaux sont un outil essentiel dans de nombreuses industries, notamment l’agroalimentaire, les plastiques, l’armée, l’industrie pharmaceutique et bien d’autres encore. Dans l’industrie alimentaire, par exemple, les détecteurs peuvent alerter le personnel lorsque des aliments ont été contaminés par du métal provenant de machines. Dans le bâtiment, les détecteurs servent à localiser des conduites ou des câbles électriques dans des murs.
- L’archéologie : Les archéologues utilisent les détecteurs de métaux depuis plus de 50 ans, car ils sont très utiles pour trouver des éléments. Cependant, de nombreux archéologues n’apprécient pas les amateurs, car une fois qu’un artefact est trouvé et déterré, le contexte est perdu sans une étude plus détaillée.
- Les amateurs : Les amateurs de détecteurs de métaux recherchent un large éventail d’artefacts et d’objets. Parmi les plus courants, citons les pièces de monnaie, l’or, les objets historiques et les articles modernes de valeur (tels que les bijoux). La détection de métaux est devenue un passe-temps populaire, avec des associations dans le monde entier pour apprendre et comparer les découvertes.
Un détecteur de métaux et son fonctionnement dans le sol
Les détecteurs contiennent deux bobines : une bobine émettrice et une bobine de réception. C’est 2 bobines se trouve dans le disque de votre détecteur.
Comme son nom l’indique, la bobine émettrice “transmet” un champ magnétique autour du détecteur. Pour ce faire, il suffit de brancher une batterie qui fait passer un courant électrique alternatif dans la bobine (n’oubliez pas que l’électricité génère des champs magnétiques). La “fréquence de fonctionnement” d’un détecteur correspond à la fréquence à laquelle le sens du courant est alterné.
L’avantage des champs magnétiques, c’est qu’ils ne sont pas affectés par le sol et qu’ils passent donc au travers. Si le détecteur est suffisamment proche d’un objet métallique, le champ magnétique qui change constamment agit sur les atomes du métal, ce qui provoque un déplacement des électrons. Cela crée effectivement un champ électrique variable autour du métal.
En d’autres termes, le fait de déplacer un détecteur de métaux à proximité d’un métal entraîne la création d’un nouveau champ magnétique autour du métal.
C’est là que la bobine réceptrice est utile. Lorsque la bobine réceptrice se déplace dans le nouveau champ magnétique qui entoure le métal, un courant électrique est généré dans la bobine. Cette bobine est connectée à un hautparleur, ce qui produit un “bip”.
D’un point de vue technique, le fil de la bobine du récepteur doit être disposé de manière à ne pas être affecté par le champ magnétique de la bobine de l’émetteur. Si ce n’est pas le cas, tout signal provenant du métal sera étouffé par le courant plus important et plus proche de la bobine de l’émetteur.
Un aspect intéressant est que plus vous êtes proche du métal, plus le champ magnétique est puissant et donc plus le courant électrique est important. C’est pourquoi un signal sonore est plus fort lorsque vous êtes proche d’un objet.
Comment un VLF détecte les différents types de métaux
Les détecteurs de métaux VLF sont capables de discriminer quel métal a été détecté (aluminium, or, fer, etc.). Mais comment y parviennent-ils ?
La capacité à distinguer différents métaux est due à un principe appelé déphasage. Sans entrer dans les détails, la fréquence de la bobine émettrice est différente de celle détectée par la bobine réceptrice. Cela s’explique par le fait que chaque type de métal a une résistance électrique différente, qui affecte la facilité avec laquelle l’électricité circule à travers lui.
En connaissant la résistance de chaque matériau, et donc le déphasage, le détecteur peut savoir quel type de métal se trouve sous le sol. C’est ce qu’on appelle la discrimination dans la détection des métaux.
Comme avantage supplémentaire, de nombreux détecteurs VLF vous permettent également de filtrer les métaux que vous ne voulez pas trouver. Pour ce faire, un bouton permet de définir un certain seuil de déphasage. Si vous souhaitez détecter une plage spécifique, certains détecteurs VLF vous permettent de créer des encoches (ou plages de déphasage), voire plusieurs encoches afin que le “bip” ne s’entendent pas.
Autres composants
Comme vous pouvez le constater rien qu’en les regardant, les détecteurs de métaux modernes sont bien plus que deux bobines de fils et une batterie. Les autres caractéristiques importantes sont les suivantes :
- L’écran de contrôle : C’est ici que sont stockés la plupart des éléments importants. L’écran de contrôle contient la batterie, les hautparleurs, le processeur électronique de calcul et toutes les commandes de paramétrage que le détecteur peut avoir.
- La canne : Pour rendre la détection de métaux plus confortable, les modèles grand public ont une longue canne télescopique ou repliable.
- Le disque : Le disque contient les bobines (ou une seule bobine selon le type). Elle est généralement de forme ovale, ronde ou double D.
En dehors de ces composants, la plupart des détecteurs de métaux disposent d’une prise casque et d’un écran.
Les différentes fonctionnalité d’un détecteur de métaux
Les fréquences de détection
La fréquence d’un détecteur de métaux est cruciale car elle détermine les ondes électromagnétiques émises, influençant ainsi la capacité à détecter différents types de terrains et de cibles. Les détecteurs fonctionnent généralement entre 4 et 50 kHz, en mono ou multifréquence simultanée, et se divisent en trois catégories de fréquences :
- Basses fréquences (4-8 kHz) : idéales pour détecter de grandes cibles et des métaux fortement conducteurs comme l’argent et le cuivre. Elles sont stables et offrent une bonne profondeur, mais moins précises pour les petites cibles.
- Moyennes fréquences (8-15 kHz) : elles offrent un bon compromis entre profondeur et précision, adaptées à divers types de terrains et cibles.
- Hautes fréquences (15 kHz et plus) : excellentes pour les petites cibles et les terrains minéralisés, mais avec une profondeur de détection moindre.
Les fréquences les plus basses sont les plus sensibles aux objets en métaux à haute conductivité.
Parmi ceux-ci, nous trouvons :
Les fréquences les plus basses sont les plus sensibles aux objets en métaux à haute conductivité.
Parmi ceux-ci, nous trouvons :
- Le bronze
- Le cuivre
- L’argent
- L’or (alliances, bijoux etc.)
Les fréquences plus élevées donnent de meilleures performances sur les métaux à faible conductivité, tels que :
- L’acier
- Le nickel
- L’aluminium
- L’or (petits bijoux, fines chaînes, or natif etc.)
Les fréquences ont une incidence différente en fonction de la taille des objets
En plus du type de métal recherché, il faut ajouter un second facteur, à savoir la taille de l’objet enfoui.
Les détecteurs de métaux basses fréquences donnent de meilleurs résultats sur des objets de taille volumineuse tandis que les hautes fréquences garantissent d’excellentes performances, en particulier sur les cibles petites.
Les fréquences ont une incidence différente en fonction de la minéralisation du sol
Les basses fréquences sont les plus adaptées pour mieux pénétrer les sols les moins minéralisés. Il vaut donc mieux que les sols soient relativement neutres ou peu minéralisés afin de garantir une meilleure stabilité du signal et de son décryptage.
En revanche, les hautes fréquences sont mieux adaptées pour fonctionner avec des sols très minéralisés
Même en cas de minéralisation saline (rivage ou immersion dans l’eau de mer), les hautes fréquences sont préférables aux basses fréquences pour avoir un détecteur de métaux plus stable.
Pour corriger ces perturbations liées à la minéralisation du sol, certains détecteurs proposent un équilibrage automatique et/ou manuel de l’effet de sol. Nous aurons l’occasion d’en reparler un peu plus loin dans cet article.
Les fréquences ont une incidence sur les perturbations électromagnétiques ambiantes
Les perturbations électromagnétiques sont tous les dispositifs extérieurs qui perturberont votre détecteur. Nous pouvons citer comme exemple les pylônes haute tension, les générateurs, les répéteurs radio/TV/cellulaire et les quaternaires.
Là aussi, les basses fréquences sont souvent beaucoup plus perturbées par ces interférences tandis que les hautes fréquences ont tendance à rester plus stables. Certains détecteurs ont des dispositifs permettant de calibrer l’appareil aux perturbations ambiantes.
Les détecteurs multifréquences sont recommandés pour leur polyvalence, tandis que les détecteurs monofréquence de moyenne fréquence (12-14 kHz) sont les meilleurs pour les débutants. La sélection de la fréquence dépend du type d
La réactivité
La réactivité permet de séparer les cibles dans des zones très polluées. Cependant, une réactivité élevée réduit la profondeur de détection, car les ondes électromagnétiques sont concentrées sous le disque. Un détecteur moins réactif peut obtenir de meilleures profondeurs, mais risque de manquer des cibles en présence de ferreux.
Le choix entre réactivité et profondeur dépend de l’utilisation prévue. Pour détecter des objets proches comme des pièces ou bijoux, privilégiez la réactivité. Pour des objets enfouis plus profondément, optez pour une meilleure profondeur de détection. Certains détecteurs permettent de régler la réactivité en fonction du terrain. Sur un terrain propre, une réactivité faible est préférable pour gagner en profondeur. Sur un terrain pollué, une réactivité élevée permet de distinguer les cibles.
Ainsi, il est recommandé de choisir un détecteur en fonction de vos besoins et de régler la réactivité selon le type de terrain pour optimiser les performances.
La sensibilité
La sensibilité, appelée aussi gain, détermine la profondeur de détection. Trouver le bon réglage nécessite des essais et des ajustements. Les détecteurs modernes ont souvent un mode automatique pour aider à trouver le bon niveau de sensibilité.
Faut-il toujours détecter avec la sensibilité au maximum ? Non, il n’est pas toujours utile de détecter avec la sensibilité au maximum. La stabilité est essentielle pour obtenir un signal constant et éviter les faux signaux. Expérimenter avec les paramètres et les ajuster en fonction des conditions reste necessaire.
Comment régler correctement la sensibilité d’un détecteur de métaux Le réglage de la sensibilité peut être comparé à la conduite d’une voiture. En bonnes conditions, on peut augmenter la sensibilité, mais dans des conditions difficiles, il faut la réduire. Augmenter la sensibilité peut parfois être contre-productif, car le détecteur devient plus sensible aux interférences.
Qu’est-ce qui affecte la sensibilité d’un détecteur ?
- Sols pollués : Les sols contenant beaucoup de déchets peuvent perturber les signaux. Il est conseillé de régler la discrimination à un niveau bas et d’éviter les zones très polluées.
- Interférences électromagnétiques extérieures : Les sources comme les lignes électriques et les orages peuvent créer des interférences. Il peut être nécessaire de réduire la fréquence ou la sensibilité pour stabiliser le signal.
- Minéralisation : Les sols riches en minéraux peuvent donner des faux signaux. L’utilisation de l’équilibrage du sol est recommandée pour ajuster le détecteur à la minéralisation.
La discrimination
La discrimination dans les détecteurs de métaux permet de filtrer les métaux ferreux indésirables en se basant sur leur faible conductivité, ne signalant ainsi que les métaux non ferreux. Ce mode est important pour optimiser la recherche et éviter de creuser inutilement pour des déchets. La discrimination se fait via des filtres ou des algorithmes qui analysent les propriétés électromagnétiques des métaux, permettant ainsi de différencier les types de métaux.
Il existe deux principaux types de discrimination : la sélective, qui rejette certaines plages de conductivité, et la bidimensionnelle, qui analyse la conductivité et le taux d’oxydation des métaux, offrant une identification plus précise. La discrimination est souvent confondue avec le « notch », mais ce dernier permet de cibler et rejeter des plages de conductivité spécifiques, même non ferreuses.
Pour un réglage optimal, il est conseillé de ne pas utiliser de discrimination en zones peu polluées pour ne pas perdre en puissance et en profondeur de détection. Les détecteurs récents permettent de régler le volume des cibles ferreuses pour une meilleure gestion des signaux. Discriminer les grosses masses ferreuses est presque impossible, mais en ajustant la hauteur du disque détecteur, on peut affiner la détection et identifier plus précisément la nature des objets volumineux.
Seuil Sonore
Certains détecteurs opèrent avec un léger fond sonore. Quand ce fond se brise et change de son, au contact d’une cible, on peut deviner s’il s’agit d’un ferreux ou non. Le seuil sonore, ou THRESHOLD, permet de régler le volume de ce seuil en mode tous métaux. Il est aussi utile pour le réglage manuel de l’effet de sol. Sur les Equinox, il fait aussi bizarrement office d’amplificateur de signal (BOOST), en mode tous métaux.
En augmentant le seuil sonore, vous augmentez la puissance théorique de votre appareil. Si vous ne supportez pas ce bourdonnement continu dans vos oreilles,
Mode tous métaux
Dans ce mode, tous les métaux sont détectés, du plus petit ferreux en passant par les hot rocks. N’oublions pas aussi que certains objets en fer comme les pointes de flèches sont très recherchés. Ce mode est utile pour gagner légèrement en profondeur, mais inutilisable en terrain pollué. Les chercheurs de météorites ou d’or natif en sont friands. Il est aussi utile pour vérifier de ne pas avoir oublié quelques cibles sur un petit périmètre qui aurait révélé quelques trouvailles intéressantes.
L’effet de sol et minéralisation du sol
Les sols de différentes régions contiennent des niveaux variés de minéralisation, et ajuster correctement l’effet de sol peut améliorer les performances de votre détecteur de métaux. Ignorer la composition du sol peut vous faire manquer des objets précieux. Utiliser le réglage de l’effet de sol sur votre détecteur permet de minimiser les perturbations causées par les minéraux. L’équilibrage de l’effet de sol est indispensable pour éviter les faux signaux dans les sols minéralisés, qui peuvent masquer des cibles valables et réduire la profondeur de détection. Un bon équilibrage permet d’optimiser les capacités de votre détecteur, garantissant une bonne profondeur et une réduction des faux signaux.
Pour des sols plus difficiles, un détecteur plus avancé est nécessaire. Il existe trois types de réglages : manuel, semi-automatique et suivi en temps réel. Les meilleurs détecteurs permettent de passer entre l’équilibrage manuel et automatique pour s’adapter à tous types de sols.
Réglage du nombre de tons
La plupart des détecteurs n’offrent qu’une seule tonalité ; ainsi un objet discriminé aura tendance à faire couper le bip du détecteur. D’autres machines émettent un signal sonore et calibré en fonction des cibles détectées, ce signal est émis de différentes manières en utilisant des tonalités aigües, medium ou graves (pour les ferreux). Attention, type de métal, profondeur et orientation de la cible dans le sol influencent la tonalité.
Ainsi, une grosse pièce en argent à plat au contact de votre disque fera sonner votre détecteur en émettant une tonalité aigüe, synonyme de bonne conductivité (voir plus bas, écran LCD ou pas). Une telle cible étant à 20 cm sous la terre et sur la tranche, il se peut qu’un son medium se fasse entendre. Typiquement petits objets, alliages anciens et or sonneront en medium.
Donc soyez prudent, ce qui importe, c’est d’être certain que l’objet ne soit pas en fer. Si le son émis est régulier, aigu ou medium, il vous faudra creuser.
Quelquefois, un objet métallique fera mal sonner votre machine, et puis, à mesure que vous creuserez et vous vous rapprocherez de la cible, le bruit tendra vers les aigus et s’affirmera comme plus net.
Un petit coup de pied pour enlever quelques centimètres de poussière accumulée en surface pendant l’année peut généralement s’avérer suffisant afin que vous décidiez de la suite à donner à votre détection. Plusieurs balayages courts et rapides, en tournant autour de la cible, vous aideront aussi à affiner votre décision de creuser ou non.
Décalage de fréquence
Aussi appelé « atténuation du bruit » (NOISE CANCEL), le décalage de fréquence permet à plusieurs appareils, utilisant la même bande de fréquences, d’assurer une détection convenable et sans gêne réciproque, tout en étant placés l’un à côté de l’autre.
Les détecteurs multifréquences de MINELAB sont capables, par leur technologie FBS et BBS, de balayer automatiquement l’environnement afin de se caler sur une fréquence qui ne sera pas troublée par une source de perturbation (autre détecteur, ligne à haute tension…). Ces changements de fréquence n’ont aucun effet sur les performances en profondeur de l’appareil, car les variations se font au dixième de kHz.
Cela semble amusant, mais ne sont-ils pas coûteux et difficiles à utiliser ?
Les détecteurs de métaux peuvent sembler intimidants pour le nouveau venu, mais ils ne doivent pas être compliqués, ni même coûteux. Il est vrai que les détecteurs de métaux sont de plus en plus perfectionnés, mais dans de nombreux cas, vous pouvez vous lancer en ne connaissant que les bases.
Certains des meilleurs détecteurs pour débutants sont relativement bon marché et vous permettent de prospecter correctement des monnaies et d’autres objets avec efficacité.
