Bibliographie & annexes
Présentation
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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Georadar is a nondestructive technique for subsurface exploration, based on the use of high-frequency electromagnetic waves. Used in a large number of applications (civil engineering, archeology, mine detection, glaciology), georadar is based on the transmission of electromagnetic pulses by means of an antenna in the subsurface, where they are propagated and reflected. The signals from the reflections generated by the dielectric contrasts reflect the structure and dielectric properties of the soil. The movements of the radar at the surface provide radar traces, which, when juxtaposed, give a vertical cross section of the subsurface. The most widely used direct models and inversion methods for georadar are presented, with their scope of validity and examples of applications.
Auteur(s)
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Florence SAGNARD : Ingénieur en sciences et technologies de l'université Pierre et Marie Curie - Docteur en Physique de l'université d'Orsay - Habilitée à diriger des recherches par l'université de Marne-La-Vallée - Chargée de recherche au laboratoire régional des ponts et chaussées de Rouen - Chercheur invité à l'UMR 7619 Sisyphe de l'université Pierre et Marie Curie - Paris 6
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Fayçal REJIBA : Ingénieur en génie civil de l'école nationale des ingénieurs de Tunis - Docteur en Géophysique Appliquée de l'Université Pierre et Marie Curie - Maître de conférences à l'UMR 7619 Sisyphe de l'université Pierre et Marie Curie - Paris 6
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 à 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.
Les références entre crochets sont développés dans la rubrique Pour en savoir plus.
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VERSIONS
- Version courante de nov. 2016 par Florence SAGNARD, Fayçal REJIBA
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Quelques exemples d'applications4. Traitement des signaux reçus
4.1 Objectifs et précautions préalables
Les méthodes de traitement des données brutes acquises par le géoradar ont pour objectif l'obtention d'une image interprétée permettant de révéler la classification de cibles ou les caractéristiques géométriques et/ou physiques de la sub-surface. La plupart des méthodes de traitement les plus utilisées ont été empruntées aux domaines de la sismique. Cependant, les traitements développés pour des ondes scalaires doivent être utilisés avec précaution et adaptées à chaque site étudié. Le champ électromagnétique à la particularité d'être vectoriel et polarisé, et le positionnement des antennes à proximité de la surface du sol et proche l'une de l'autre (induisant du couplage) modifie de façon importante le champ proche, et affecte les plans d'onde en champ lointain. Aussi, le champ électromagnétique est particulièrement affecté dans le milieu naturel par des phénomènes d'atténuation et de dispersion. Du fait de la présence d'hétérogénéités de l'ordre de grandeur des longueurs d'onde utilisées, les phénomènes de diffraction et d'interférences contribuent à distordre la géométrie des objets dans les radargrammes. Ces phénomènes peuvent aussi être à l'origine d'un trop grand nombre d'informations qu'il devient difficile d'analyser, en particulier lorsque le sous-sol est très hétérogène.
Dans ce document, les principales méthodes de traitement de données les plus utilisées sont explicitées et l'on distingue le géoradar de surface du géoradar de forage. Tandis que le radar de surface est utilisé pour détecter, localiser et éventuellement identifier des cibles ou des anomalies, le radar de forage sert préférentiellement à estimer la distribution des propriétés diélectriques du sous-sol pour en extraire les caractéristiques hydrogéologiques (texture, porosité, teneur en eau...).
HAUT DE PAGE4.2 Radar de surface : traitement de données avancé
L'analyse des traces radar par des algorithmes de traitement de données a pour objectif la formation d'une image dévoilant la structure géométrique du sous-sol ainsi que des structures enterrées....
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Traitement des signaux reçus
BIBLIOGRAPHIE
-
(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) - MOLITON (A.) - Applied electromagnetism and materials. - Springer (2007).
-
(4) - BEHARI (J.) - Microwave dielectric behavior of wet soils. - Springer (2005).
-
(5) - SHIVOLA (A.) - Electromagnetic mixing formulas and applications. - The IEE (1999).
-
(6) - FRATTICCIOLI (E.), DIONIGI (M.), SORRENTINO (R.) - A new permittivity model for the microwave moisture measurement of wet sand. - 33rd European Microwave Conference, Munich, Germany, p. 539-542 (2003).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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/
REFLEXW http://www.sandmeier-geo.de/index.html
EMPIRE...
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