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Wikigeotech:Le radar géophysique
Le Radar Géophysique (GPR) aussi appelé fréquemment radar géologique, est un appareil utilisé pour la détermination des couches de terrain ou des hétérogénéités du sous-sol grâce à la réflexion d'ondes électromagnétiques.
Sommaire |
principe
La méthode consiste à émettre une impulsion d'ondes radar dans le sous-sol (de 40 Mhz à qques Ghz). Ces ondes se réfléchissent partiellement sur les interfaces de milieux présentant un contraste di-électrique. L'onde ainsi réfléchie est captée par l'antenne. L'antenne est déplacée le long d'un profil. On obtient ainsi une coupe temps radar ou radargramme brut.
Méthode dérivée
Le radar de forage s'apparente à une diagraphie radar. La coupe-temps radar est réalisée le long du forage. La profondeur d'investigation correspond à la distance au forage. Elle utilise une antenne spécifique appelée sonde radar de fréquence centrale variable autour de 100MHz.
La méthode CMP (« Point commun milieu ») est peu utilisée en géotechnique.
Mise en Oeuvre
L'auscultation radar se fait en traînant l'ensemble du dispositif émetteur récepteur au-dessus du sol. En chaque point de mesure défini le long d'un profil repéré en mètre est enregistré un signal. Il représente les variations d'amplitude (du champ électrique mesuré) en fonction du temps de propagation des ondes dans le terrain (mesuré en nanoseconde). L'amplitude de chaque signal est graduée en niveau de couleur, et les signaux sont juxtaposés. La représentation obtenue s'appelle un radargramme, ou coupe temps, et est similaire aux représentations obtenues en sismique.
La connaissance des vitesses dans le milieu permet de représenter les signaux en fonction de la profondeur (m). La juxtaposition de plusieurs radargrammes permet aussi de visualiser les mesures en trois dimensions (surface auscultée en coordonnées horizontales et profondeur en coordonnées verticales), par des coupes en plan à une profondeur donnée ou selon un profil donné.
Personnel
La mise en oeuvre sur le terrain nécessite un radariste confirmé et un opérateur qualifié ayant reçu une formation adéquate et disposant d’une expérience significative (validation in situ de la qualité des signaux).
Matériel
Le matériel nécessaire comprend une gamme d'antennes radar adaptées de fréquences centrales différentes, une unité de contrôle (i.e. Le radar).
Traitement
Le traitement du signal se fait grâce à des logiciels spécifique de pointés, complété par des calculs sur ordinateur à l’aide d’outils très variables (depuis la simple feuille de calcul aux logiciels spécifiques très sophistiqués permettant une visualisation plus confortable des images), ainsi que l'illustration 3D et la cartographie, l'intégration de la topographie.
Rendement terrain
Très variable, le rendement dépend de l'accessibilité du site et de sa superficie. En général, une surface de 5000 m2 est couverte en une journée complète de travail (sauf anomalies).
L'implantation doit être planifiée parfois
Applications
Géologie
Détermination de la position d’interfaces entre des terrains caractérisés par des contrastes de permittivités diélectriques, mise en évidence de la stratigraphie, ...
Géotechnique
Détermination de la profondeur de la nappe phréatique, de la géométrie de structures d'ouvrages (soutènements...).
Localisation d’anomalies ponctuelles
Localisation de fractures sub-verticales (failles), recherche de cavités peu profondes (comblées ou maçonnées), pollutions (objets enfouis, imprégnation des sols...)...
Détail du fonctionnement de l'outil
Pénétration du signal en profondeur
La profondeur de pénétration de l'onde dans le sol est fonction de l'antenne utilisée et de la nature de l'encaissant :
- dépend de la fréquence centrale de l'antenne : plus la fréquence de l'antenne est basse plus la pénétration sera importante (mais moins bonne sera la résolution de détail) (voir figure ci-dessous)
- dépend de l'atténuation du milieu encaissant : par exemple, dans les milieux argileux et conducteurs, le signal est très rapidement amorti. A l'inverse dans les milieux très résistants, le signal pénètre très profondément.
Résolution
De Lamda/2 env. De l’ordre de 40 cm pour une antenne 400MHz.
Précautions de mise en oeuvre sur le terrain
L'appareil est tracté derrière un véhicule ou peut être porté à la main. IL ne présente donc que très peu de difficulté de mise en oeuvre. Par contre, le résultat doit pouvoir facilement être mis en regard d'une carte ou d'un fond de plan, par conséquent la localisation de l'enregistrement doit particulièrement être soignée.
Les avantages du Radar Géophysique (ou géologique)
Il s'agit d'une méthode particulièrement facile de mise en oeuvre et qui est relativement économique. Très mobile, elle est facilement applicable en milieu urbain (bien que l'interprétation peut être alors plus difficile).
Les limitations
Le radar ne présente aucun intérêt en contexte argileux ou en présence d'eau (effet de masque).
Comment passer une bonne commande
Ce qu'il faut spécifier :
- la taille des cibles à observer (conditionne la résolution)
- les conditions de terrain (une visite est souvent nécessaire) et particulièrement l'environnement (cas des antennes non blindées)
- Organiser une visite préalable
- Disposer du contexte géologique ou de sondages pour évaluer la faisabilité
- La qualification des intervenants, notamment si un radariste expérimenté est souhaité.
- Le rendu final : préciser si une copie des enregistrements bruts est souhaitée ou non, demander un relevé précis sur profil en long.
Contrôles des prestations
Sur le terrain, vérifier l'implantation réelle des mesures. Vérifier le résultat dans le récolement S'assurer qu'un contrôle qualité des enregistrements est effectué sur site.
Référentiel technique
Code de bonne pratique de la géophysique appliquée fiche EMA 31 et EMA32 (radar de forage)
Technique radar appliquées au génie civil – Xavier Dérobert (Oct 2003 – LCPC)
