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RÉSUMÉ
Le géoradar est une technique non destructive de prospection du sous-sol, utilisant des ondes électromagnétiques hautes fréquences. Utilisé pour de nombreuses applications (génie civil, archéologie, détection de mines, glaciologie), le géoradar envoi des impulsions électromagnétiques via une antenne dans le sous-sol, lesquelles s'y propagent et s'y réfléchissent. Les signaux issus des réflexions générées par les contrastes diélectriques témoignent de la structure et des propriétés diélectriques du sol. Le déplacement du géoradar à la surface du sol permet d'acquérir des traces radar qui, juxtaposées, produisent une coupe verticale du sous-sol. Les modèles directs et les méthodes d'inversion les plus utilisés en géoradar sont présentés avec leur domaine de validité, et des exemples d'applications.
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Florence SAGNARD : Ingénieur en sciences et technologies de l’université Pierre et Marie Curie - Docteur en physique de l’université Paris-Sud Orsay - Habilitée à diriger les recherches de l’université Marne-la-Vallée - Chargée de recherche, Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (IFSTTAR), département COSYS, Villeneuve-d’Ascq, France
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Fayçal REJIBA : Ingénieur en génie civil de l’École nationale d’ingénieurs de Tunis (ENIT) - Docteur en géophysique appliquée de l’université Pierre et Marie Curie, Paris 6 - Habilité à diriger des recherches de l’université Pierre et Marie Curie, Paris 6 - Maître de conférences à l’université Pierre et Marie Curie , Paris 6, Paris, France
INTRODUCTION
Le géoradar (en anglais GPR pour Ground Penetrating Radar) est une technique de prospection géophysique non destructive fondée sur l’analyse des phénomènes de propagation (réfraction, réflexion et diffraction) des ondes électromagnétiques hautes fréquences (10 MHz à 2 GHz) dans le sous-sol. Le géoradar, initialement de nature impulsionnelle, est fondé sur l’excitation du sous-sol, à partir d’une antenne d’émission, par un train d’impulsions de durée courte (1 à 50 ns) afin de détecter, à l’aide d’une antenne de réception, les échos successifs associés aux contrastes de permittivités ou de conductivités rencontrés par les ondes électromagnétiques au cours de leur propagation. Ces contrastes témoignent de la présence de cibles enfouies ou de stratifications du sous-sol. L’utilisation du géoradar fréquentiel est bien plus récente en raison des contraintes instrumentales qui lui sont associées, et il fait l’objet d’un nombre important de travaux de recherche actuels.
C’est le déplacement du radar à la surface ou dans le sol qui permet d’acquérir des traces (coupes radar ou « scans ») sur une fenêtre temporelle, et de former des radargrammes (ou images radar) de la structure du sous-sol. On distingue les applications visant à détecter des objets ou des anomalies de celles ayant pour objectif la détermination des propriétés intrinsèques du sous-sol. Les applications sont multiples : géologie, hydrologie, glaciologie, environnement, prospection minière, néotectonique, archéologie, génie civil… Parmi ces applications, on peut citer la localisation d’objets enfouis métalliques ou non métalliques tels que les câbles, les conduites, les fondations, les ferraillages, les cavités, les zones altérées, les mines et la caractérisation des propriétés intrinsèques des matériaux géologiques (sols, roches) ou artificiels (béton, l’asphalte ou le bois). Chaque type d’application requiert une mise en œuvre expérimentale spécifique (acquisition en réflexion ou transmission, échantillonnage spatial, cartographie 2D ou 3D, fréquence nominale de l’excitation…) et des traitements associés aux signaux bruts (filtrage, migration, inversion des données) afin de reconstituer un modèle du sous-sol. L’amélioration de la détection par un système géoradar tient actuellement au développement de nouvelles techniques de traitement du signal et de tomographie. Nous présentons ici les diverses étapes qui conduisent à la définition des paramètres optimaux d’acquisition en prospection géoradar.
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- Version archivée 1 de févr. 2010 par Florence SAGNARD, Fayçal REJIBA
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6. Conclusion
Cet article sur le géoradar a permis de présenter les nombreuses étapes nécessaires pour sa mise en œuvre. Les principes physiques sont fondés sur les phénomènes d’interactions des ondes électromagnétiques avec la matière, et concernent la réflexion, la diffraction, et la réfraction. La stratégie de prospection doit être élaborée avec le plus grand soin en fonction de l’application visée : le choix des antennes (bande de fréquences), le mode d’émission (fréquentiel ou temporel) et la géométrie d’acquisition (échantillonnage spatial, écartement entre antennes) sont les paramètres majeurs à définir de façon optimale. Le géoradar apparaît doté d’un potentiel considérable pour de très nombreuses problématiques de prospection en proche surface. Cependant son utilisation reste limitée dans un milieu où la conductivité électrique est élevée. Lorsque l’environnement est favorable à son utilisation, la richesse des informations qui peuvent être extraites des traces géoradar peut conduire à de la « surinterprétation ». Il est donc nécessaire de recourir à divers types de traitements des données (amplification, filtrage, déconvolution, migration et inversion de données) en choisissant préalablement des approximations physiques ou mathématiques. La calibration des mesures géoradar ne peut être assurée que par une connaissance directe des contrastes diélectriques dans quelques zones du site prospecté. La réalisation de forages reste le seul moyen d’acquérir des connaissances a priori pour interpréter correctement les données.
La technologie des géoradars continuant à évoluer (technologie hyperfréquence, échantillonnage rapide, compression d’impulsion, autonomie énergétique accrue, traitements de données en temps réel…), les applications se diversifient considérablement en particulier dans le domaine de l’environnement (suivi hydrologique, suivi de la biomasse, évolution des sols…). Pour améliorer la connaissance du milieu sondé à des échelles plus petites, l’utilisation conjointe d’autres techniques de caractérisation non destructives fondées sur des approches physiques différentes (capacitive, électrique, inductive, sismique…) s’avère indispensable. Pour explorer de grandes étendues, le radar aérien de type SAR (Synthetic Aperture...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DANIELS (D.J.) - Ground penetrating radar. - 2nd edition, The IEE, London (2004).
-
(2) - JOL (H.M.) - Ground penetrating radar : theory and applications. - Elsevier (2009).
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(3) - BENEDETTO (A.), PAJEWSKI (L.) - Civil engineering applications of ground penetrating radar. - Springer (2015).
-
(4) - MOLITON (A.) - Applied electromagnetism and materials. - Springer (2007).
-
(5) - BEHARI (J.) - Microwave dielectric behavior of wet soils. - Springer (2005).
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(6) - SHIVOLA (A.) - Electromagnetic mixing formulas and applications. - The IEE (1999).
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(7)...
ANNEXES
1 Revues et journaux scientifiques
Revues de l’AGU, American Geophysical Union (Geophysics…) http://www.agu.org/
Revues de l’EAGE, European Association of Geoscientists and Engineers (Near Surface, Geophysical Prospecting…) http://www.eage.org/
Journal of Applied Geophysics, Éd. Elsevier http://www.elsevier.com/locate/jappgeo
IEEE Transactions Geoscience and Remote Sensing http://www.grss-ieee.org/
HAUT DE PAGE
GPRMax http://www.gprmax.com/
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