Comment est fait un détecteur de métaux ? Quel est son principe de fonctionnement ?

La prospection d’objets perdus avec un détecteur de métaux est une activité de loisir pleine de surprises. Elle exerce un attrait inné, et c’est probablement la raison pour laquelle la détection des métaux est devenue un passe-temps si populaire.

Si vous faites partie des milliers de personnes qui utilisent ce type de matériel pour découvrir des pièces de monnaies perdues et d’autres artéfacts potentiellement précieux, vous savez exactement ce que je veux dire !

Bien sûr, les détecteurs de métaux ne servent pas qu’à s’amuser. Cette technologie a de nombreuses applications, notamment la détection de mines dans les zones de conflits et la prévention de l’introduction d’objets dangereux dans les avions.

Bien que le détecteur de métaux existe depuis longtemps, la façon dont ils trouvent du métal reste un mystère pour beaucoup de gens. En fait, c’est relativement simple, et tout commence par le principe de l’électromagnétisme.

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 débrits 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.

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.

Rappel de la loi :

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.