L’histoire du détecteur de métaux

La théorie de l’électromagnétisme a d’abord été démontrée par l’américain Joseph Henry, et par ailleurs par Michael Faraday en Angleterre en 1831. Henry démontra avec succès l’induction électromagnétique et l’auto-induction, ainsi que les bases de l’invention du télégraphe, du téléphone et de la radio. Il améliora ses expériences sur l’induction par l’utilisation de spirales plates à fil isolé, la première bobine de l’histoire.

L’influence exercée sur l’induction par les masses métalliques a été le sujet de nombreuses expériences par plusieurs chercheurs, de même que le principe d’équilibrer les effets de l’induction sur une portion d’un circuit par des effets égaux et opposés produits sur une autre partie. La première forme de balance d’induction fabriquée à cet effet le fut par le professeur allemand Dove en 1841. À la même époque, un appareil similaire fut indépendamment fabriqué par le professeur Henry Rowland.

En 1876, l’attention du professeur Alexandre Graham Bell fut attirée par l’équilibrage de l’induction qui causaient des bruits parasites dans le téléphone par les lignes télégraphiques qui longeaient celles du téléphone. Cette difficulté fut corrigée en utilisant deux conducteurs au lieu d’un seul de sorte que les courants induits par un conducteur soient exactement égaux et opposés à ceux induits par l’autre, ainsi un équilibre d’induction a été produit et un circuit silencieux sécurisé.

Cette invention fut enregistrée en Angleterre par Bell en 1877 et pendant l’hiver 1877-78 il a été engagé à Londres pour expérimenter le sujet. Il trouva que lorsqu’une position de silence était établie, une pièce de métal introduite dans le champ d’induction faisait sonner le téléphone (receveur). Quand une pièce d’argent de la taille d’une demi couronne ou d’un florin était passée sur la surface des deux bobines parallèles, le silence du téléphone était interrompu 3 fois.

Un ami anglais de Bell, le professeur de musique Daniel Hugues, a expérimenté l’équilibre d’induction en 1878 et a exposé en juillet 1879 un montage des plus prometteurs pour la balance d’induction à 4 bobines, avec l’aide de son microphone électrique nouvellement breveté et le tic-tac d’une horloge afin de créer une perturbation électrique dans un circuit contenant deux bobines primaires et deux bobines correspondantes connectées à l’écouteur d’un téléphone. Quand une pièce de métal était approchée de l’une des paires de bobines, l’équilibre était perturbé et le tic-tac de l’horloge pouvait s’entendre dans le téléphone.

Quand Bell retourna en Amérique, il publia « Sur de Nouvelles Méthodes d’Exploration du Champs d’Induction des Spirales Planes » en août 1879, à la demande de Gardiner Hubbard, qui y vit un possible moyen de détecter les dépôts métalliques de valeur enterrés.

Le 2 juillet 1881, un assassin tira une balle dans le dos du président Garfield. Dans les heures et les jours qui ont suivis, le monde entier attendait entre espoir et peur, alors que personne ne pouvait prédire la fin aussi longtemps que la position exacte de la balle restait inconnue. Bell, alors à Washington, D.C. à ce moment, offrit son assistance. Il fit alors quelques expériences préliminaires.

Le 11 juillet 1881, Georges Hopkins du «  Scientific American magazine » publia ses résultats en utilisant les méthodes améliorées de balance d’induction dans le « New-York Tribune ». Bell, assisté par Sumner Tainter, contacta Hopkins et ensemble avec Hugues, Rowland et John Trowbridge d’Harvard réussi à mettre en place un réseau afin de construire un appareil pour détecter la balle. Ils expérimentèrent différentes tailles de balances, des bobines de différentes longueurs ou diamètres et de batteries, et finalement, ajoutèrent un condensateur au circuit, jusqu’à ce qu’une balle de plomb d’environ deux pouces puisse être détectée dans un poing fermé.

Le 26 juillet, Bell apporta son appareil à la Maison Blanche. Après avoir installer son appareil, il entendit un bruit craquant et a découvert que le détecteur semblait désaccordé. L’appareil ne put détecter la balle. Ce n’est que plus tard qu’on découvrit que le condensateur n’avait été connecté qu’à une seule des deux bobines primaires. Bell revint en août et entendit du bruit venant de tout le corps de Garfield. Le jour d’après, il trouva que le matelas contenait des ressorts en acier. Le président mourut plus tard le 19 septembre. L’autopsie montra que la balle était trop profondément enfoncée pour pouvoir être détectée par l’appareil de Bell.

Le 24 octobre 1881, Bell est à Paris, où il fait une démonstration réussie de sa balance d’induction et publie « Une Utilisation de la Balance à Induction pour un Détecteur de Masse Métallique Inoffensif dans le Corps Humain » Son appareil pouvait détecter une balle de 5 centimètres, 10 centimètres quand elle est aplatie et 2 cm si elle est aplatie et proche de la surface. En conclusion, il statua que la profondeur à laquelle un objet se trouve ne peut être déterminée à moins que la forme et l’angle de projection ne soit connu. L’attention de Bell fut alors attirée par d’autres sujets jusqu’en décembre 1882 quand il expérimenta une bobine pour la détection d’un filon métallique sous terre pour chercher des fils télégraphiques souterrains.

En février 1887, le docteur John Girner de New-York, qui avait écouté le discours de Bell cinq ans plus tôt, publia les résultats de son expérimentation pour localiser des masses métalliques dans le corps humain. Son appareil consistait en une batterie à 6 cellules et un interrupteur ordinaire avec un cycle d’à peu près 600 pulsations par seconde. Les bobines d’exploration étaient posées sur un cadre en bois qu’il appela « l’explorateur » et les autres bobines étaient les bobines d’ajustement. Une balle pouvait être détectée à 15 centimètres dans le corps humain mais moins dans le sol.

Au tournant du siècle, le capitaine Mac Evoy, qui avait expérimenté l’appareil de Hugues, réduisit le détecteur de métaux à une forme bien plus pratique pour son détecteur sous-marin électrique. Un boîtier portable scellé avec de la cire contenait des bobines d’ajustement, l’interrupteur et une batterie à deux cellules pouvant être remplacée par une petite machine magnéto-électrique produisant un courant alternatif et un écouteur. Un câble isolé transportant le courant connectait les paires de bobines. Des rondelles en caoutchouc, des vis en ivoire et des boutons en ébonite était utilisés pour limiter les interférences avec les parties en métal. Quand les têtes chercheuses étaient descendues dans l’eau par le câble puis bougée et tirée sur les fonds et dès l’instant qu’elle touchait une pièce de métal comme une torpille, une chaîne ou un câble sous-marin, cela perturbait l’équilibre, et donc le son dans l’écouteur, passant de très faible à fort et clair. Son seul défaut était qu’un corps en métal situé juste sous la bobine ne l’affectait pas.

Pendant ce temps, George Hopkins, qui avait continué ses études sur le détecteur de métaux, inventa un détecteur de minerais électrique en utilisant une bobine à induction au lieu d’une balance à induction, ainsi que des bobines perpendiculaires. Il remarqua que plus la bobine était large et le courant puissant, et plus la profondeur de pénétration était puissante. Une bobine ordinaire de 15 ou 20 centimètres pouvait détecter des minéraux se trouvant près de la surface et jusqu’à plusieurs centimètres de profondeur.

Pendant la Première Guerre mondiale, l’attention s’est tournée vers les détecteurs de bombes, mais nous n’avons pas de preuve qu’ils furent utilisés pendant l’écriture de cet article. En 1915, M.C.Gutton, en France, expérimenta un tel appareil mais ne fût pas capable d’obtenir un silence parfait. Son appareil se composait de deux transformateurs sous la forme de bobines de 12 centimètres connectées à un circuit en pont Maxwell. En 1922, le « Bureau des Standards » américain publie « Balance d’Induction pour la Détection des Corps Métalliques » après avoir expérimenté l’appareil de Gutton et le circuit à pont Anderson.

Au début de 1924, Daniel Chilson à Los Angeles inventa et breveta son détecteur électromagnétique, appelé « radio » détecteur. Son appareil utilisait un nouveau circuit de fréquence connu comme le pont Chilson. La première chasse aux trésor enterrés avec des appareils à « ultraviolet » ou « radio » fut décrit par James Young dans le New-York Times de 1927. La chasse fut initiée par un américain et deux aventuriers anglais avec une autorisation gouvernementale de 4 ans dans l’isthme de Panama. Les découvertes incluaient des chaînes en or, des bijoux et des assiettes provenant de pillages de pirates.

Monsieur Young rapporta le fait que cela ne faisait qu’un an ou deux que les chasse aux trésors sous-marins avaient commencé avec succès. Il planifiait et organisait des recherches de trésors perdus à une large échelle. Les appareils radios, disait-il, réussirent là où des hommes avaient cherché en vain pendant deux siècles ou plus, et il prédit alors un succès plus large encore dans les Antilles, dans le golfe du Mexique et le long des côtes de Floride.

Apparemment, le premier livre sur les détecteurs de métaux a été écrit par R.J. Santschi : «  Baguettes de sourcier modernes: construction et fonctionnement des détecteurs de trésors électriques », imprimé en 1927. Il fut si populaire qu’il fut ré-édité en 1928, 1931 et 1939.

En 1929, Gerhard Fisher de Hollywood, en Californie, Ingénieur-consultant en recherche pour « Radiore Corporation » (connu pour sa prospection géophysique réussie pour les société minières) breveta le « Metallascope ». Il pesait 11 kilos et était équipé de batteries sèches, de tubes à vide et d’écouteurs, et ne nécessitait aucune compétence particulière pour être manié. L’opérateur se tenait entre le transmetteur vertical et le receveur horizontal, attachés ensemble par des poignées en bois. Un voltmètre à tube enregistrait la force de la perturbation causée par le métal. La profondeur d’un objet ne pouvait être qu’estimée mais en notant l’angle du transmetteur avec différentes lectures maximales en différents points puis en les traçant sur un papier et par trigonométrie, on pouvait calculer une estimation raisonnable.

Vendu alors 200 dollars, l’appareil devint largement utilisé par les entreprises publiques pour localiser rapidement de vieilles canalisations, des câbles, des tubes, des rails en acier ou autres structures enterrées, tout comme pour la prospection de veines de minerais proches de la surface. Monsieur Fisher alla jusqu’à préparer des plans et des instructions afin de les mettre à disposition pour des amateurs utilisant des parties radio standards. Le « M-Scope », nom sous lequel il devint célèbre, puis très vite le « chercheur de trésors » fût utilisé par des personnes qui pensaient connaître la localisation approximative de magots enfouis.

Un set plus simple était vendu 95 dollars, le « MT-Scope », offrant une sensibilité moyenne et une profondeur de détection réglable, en utilisant un voltmètre à filament. Un troisième circuit Fisher fût développé plus tard, mais ne fut jamais commercialisé. Il n’utilisait que 3 tubes et une double boucle plutôt que des boucles séparées pour le transmetteur et le receveur. Fisher nota également que plus longtemps l’objet était enterré et plus il était susceptible d’être détecté. Peu de temps après la mise sur le marché du M-Scope de Fisher, les plans furent publiés pour construire un « radio-chercheur » fait maison capable de trouver un dollar en argent à plusieurs centimètres sous-terre, indiqué par un bourdonnement dans les écouteurs. Des jantes de vélo en bois de 71 centimètres était utilisées pour les bobines.

En 1930, Theodore Theodorsen, un physicien pour le Comité National Consultatif pour l’Aéronautique, nota qu’un nouvel « Instrument pour la Détection d’Objet Métallique Enfoui sous Terre » a été développé dans les laboratoires Langley dans le but de localiser des bombes qui n’avaient pas explosées, larguées par des avions pendant l’entraînement sur cible près du site du nouveau chenal de remorquage d’hydravions à Langley Field, en Virginie, alors en construction. Le nouveau détecteur localisa avec succès de nombreuses bombes enfouies sur le site ou à proximité, dont une de 9 kilos à 40 centimètres de profondeur.

Le détecteur, connu sous le nom de « N.A.C.A. détecteur de bombe »,  était de design simple et ne nécessitait pas de connaissances particulières. La conception était basée sur le travail du français Gutton. Trois bobines étaient enroulées sur un cadre de bois de 60 centimètres de diamètre et de 5 centimètres de section. Les bobines étaient suspendues à un cadre en forme d’échelle et nécessitait deux personnes. Un grand camion d’alimentation électrique était nécessaire pour avoir du 110 volts sur le terrain.

En 1935, un détecteur de métaux fut conçu dans le but de localiser des boîtiers de coupure derrière des murs du campus d’une grande université américaine. Le dispositif d’exploration fut bientôt promu comme instrument sensible pour la chasse aux trésor, et les plans furent publiés pour les amateurs dans des magazines populaires. Comme la plupart des détecteurs durant cette année, il devait être amené à une distance raisonnable de la cible pour pouvoir fonctionner et était incapable de distinguer les métaux entre eux. Bien que certains détecteurs pouvait compenser les interférences entre la cible et le sol, d’autres réagissaient aux traînées humides du sol ou aux racines du gazon. Même le meilleur équipement était inutile sur une plage qui contenait trop de sable magnétique.

Au cours de cette même année, le « pistolet détecteur invisible » fut développé dans les prisons pour détecter les métaux. Il indiquait la présence de métal par la déviation d’un faisceau de rayons cathodiques (par impulsion) produisant une sensibilité remarquable mais nécessitant des ajustements délicats.

En 1938, un circuit de pont d’inductance équilibré a été développé pour détecter les déchets métalliques dans les cigares durant leur fabrication. Ce circuit permettait une haute sensibilité et une bonne stabilité sous toutes les conditions de température, d’humidité, de poussière et de vibration. Il permettait aussi des ajustements simples et une meilleure compacité, et était plus stable que les appareils à fréquence de battements.

En 1939, Harry Fore publia ses plans pour un « chercheur de trésor » utilisant le circuit à pont de Chilson avec fréquence de battements, et apparemment sans interférences des forces extérieures et réglable à zéro battement, ou opérant en silence. Il utilisait une seule boucle et la détection se faisait à travers un son « gloussant» à travers des écouteurs de 4000 ohms. Avec le bon réglage, il pouvait localiser un carré de 12 centimètres de tôle à 30 centimètres et un une pièce de monnaie à quelques dizaines de centimètres.

En décembre 1939, le docteur Lincoln L.Paz de l’université d’état de l’Ohio présenta un document à la Société d’Astronomie sur les détecteurs de météorite. Trois appareils furent conçus et construits en utilisant les recherche sur le détecteur de bombe de Theodorsen. Le premier était un large appareil à 3 bobines alimenté par un générateur à gaz de 110 volts mais assez petit pour être monté dans le coffre d’une voiture. Le second avait aussi trois bobines, alimenté par des oscillateurs à tube à vide et assez petit pour être porté dans un sac à dos. Des bobines de recherche de toutes tailles pouvaient être branchées à l’appareil aussi facilement qu’une ampoule. Mais c’est le troisième design qui s’avéra le plus réussi. Il se composait d’une bobine de ramassage et d’une bobine de puissance, et consommait moins de la moitié que n’importe quel autre appareil du commerce. Il pesait moins de 8 kilos et pouvait être utilisé à n’importe quel endroit où un homme pouvait marcher ou grimper.

Avec la Seconde Guerre mondiale bien engagée, vint la demande immédiate de détecteurs de mines. Ce travail fut effectué par la branche de recherche du ministère de l’équipement anglais. Très vite, ils ont travaillé sur 9 détecteurs différents. Le problème était de concevoir un appareil qui pouvait supporter les conditions difficiles du service actif, mais qui ne devait pas peser plus qu’une charge raisonnable pour un soldat en équipement de bataille. De plus, il devait pouvoir résister à toutes les conditions du terrain et ne nécessiter qu’une équipe minimum pour fonctionner tout en étant composé de parties facilement interchangeables et remplaçables. Un oscillateur avec un tube en angle, développé par Osborne en 1928 fût finalement utilisé.

Au début d’octobre 1941, l’équipe de recherche était proche du stade final quand ils reçurent les caractéristiques d’un nouveau modèle produit indépendamment par 2 lieutenants des forces polonaises. Il n’utilisait pas de nouveaux principes ou une nouvelle approche, mais son montage suggérait des avantages en terme de fabrication et de fonctionnement. Il était évident que la conception polonaise était excellente et donc les prototypes furent basés sur ce design. La production commença en décembre 1941.

Le détecteur était constitué d’une plaque plate, appelée sonde de recherche, et mesurait 20 centimètres sur 38. Un axe mobile était fixé au centre de la bobine et il y avait 2 boutons de commande sur les poignées de l’axe. Le reste de l’équipement était contenu dans un sac dans le dos de l’opérateur. Les premières commandes de détecteurs furent passées auprès de différentes entreprises britanniques du secteur de la radio. Ce détecteur modernisé devint le design standard encore utilisé aujourd’hui.

En 1942 un travail expérimental considérable apporta l’introduction des détecteurs à modulation de fréquence. Connu comme le F.M. Locator (localisateur), qui se révéla particulièrement stable et surtout avec un réglage direct au sol.

En 1943, William Blankmeyer fit des améliorations sur le circuit de localisation à fréquence du métal. La même année, le pont de Wheatstone fut développé pour mesurer la résistance dans un détecteur de mines. L’appareil, poussé sur le sol comme comme une balayeuse à tapis, était composé de 250 composants et 29 sous-ensembles.

Immédiatement après la guerre, les surplus militaires ont vu le jour en Amérique du Nord et en Europe et des milliers de détecteurs de mines furent vendus au public pour des tarifs allant de 5 à 50 dollars. Inutile de dire que cela créa une nouvelle race d’explorateurs et de chasseurs de trésor.

En 1946, Harry Fore publia les plans pour construire un détecteur de métaux basé sur les recherches de l’armée britannique. Son design était destiné à des expériences avancées et, bien que pas aussi poussé que les localisateurs commerciaux, il conservait tous les excellents points du détecteur original de type Chilson mais il y ajouta plusieurs raffinements. Il pouvait détecter une pièce de 3 centimètres à 30 centimètres de profondeur. La détection pouvait être indiquée par un son croissant ou décroissant selon la distance.

Les recherche en temps de guerre sur les détecteurs de mines ont été une aubaine pour tous ceux qui étaient intéressés dans la recherche de trésors cachés. Au fur et à mesure où de nouveaux appareils, plus sensibles et plus modernes gagnaient en popularité, beaucoup de petites compagnies commencèrent à fabriquer et vendre des détecteurs de métaux. Une nouvelle technologie fit sa percée, le transistor, qui était destiné à transformer le design des détecteurs de métaux et ses performances dans la décennie à venir.

Aujourd’hui, près d’un demi-siècle plus tard, le hobby et l’industrie de la détection de métal est encore en croissance et bien prospère. Et même si le principe de base qui permit leur naissance existe depuis un certain temps, il y a eu des innovations incroyables au cours de notre génération : différenciation qualitative, différenciation de mouvement, identification visuelle de la cible et indication de profondeur, bouton pressoir et réglages automatiques ou manuels de précision, équilibrage automatique, opération multi-fréquences, design d’impulsion d’induction, détecteur haute performance informatisé et miniaturisé, configuration ergonomique du corps et plus encore. Nous ne pouvons que rêver de ce que l’avenir nous réserve