Bibliographie & annexes
Présentation
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 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
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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.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2010 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 a 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...
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Traitement des signaux reçus
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).
-
(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).
-
(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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