Le GPR (“ground penetrating radar”) est une technique de prospection géophysique non destructive basée sur l’analyse des phénomènes de propagation (réfraction, réflexion et diffraction) des ondes électromagnétiques à haute fréquence (10 MHz à 2 GHz) dans le sous-sol. Le géoradar, initialement de nature impulsive, est basé sur l’excitation du sous-sol, à partir d’une antenne émettrice, à travers un court train d’impulsions (1 à 50 ns) afin de détecter, au moyen d’une antenne de réception, échos successifs associés aux contrastes de permittivités ou de conductivités rencontrés par les ondes électromagnétiques au cours de leur propagation. Ces contrastes reflètent la présence de cibles enfouies ou la stratification du sous-sol. L’utilisation du GPR basé sur la fréquence est beaucoup plus récente en raison de ses contraintes instrumentales associées et fait l’objet d’un nombre important de recherches actuelles.
C’est le mouvement du radar à la surface ou dans le sol qui permet d’acquérir des traces (sections de radar ou balayages) sur une fenêtre de temps, et de former des radargrams (ou des images radar) de la structure du sous-sol. Les applications visant à détecter des objets ou des anomalies sont distinguées de celles visant à déterminer les propriétés intrinsèques du sous-sol. Les applications sont multiples : géologie, hydrologie, glaciologie, environnement, exploration minérale, néotectonique, archéologie et génie civil, entre autres. Ces applications comprennent l’emplacement d’objets enfouis métalliques ou non métalliques comme des câbles, des tuyaux, des fondations, des renforts, des cavités, des zones altérées, des mines et la caractérisation des propriétés intrinsèques des matériaux géologiques (sols, roches) ou des matériaux artificiels. (Béton, asphalte ou bois). Chaque type d’application nécessite une mise en œuvre expérimentale spécifique (acquisition en réflexion ou transmission, échantillonnage spatial, cartographie 2D ou 3D, fréquence nominale d’excitation) et un traitement associé aux signaux bruts (filtrage, migration, inversion de données) afin de reconstruire un modèle souterrain. L’amélioration de la détection GPR est actuellement due au développement de nouvelles techniques de traitement du signal et de tomographie. Nous présentons ici les différentes étapes qui conduisent à la définition des paramètres d’acquisition optimaux pour l’exploration des radars géothermiques.
Fiabilité des mesures
Les premières détection d’infrastructures souterraines étaient traditionnellement effectuées à l’aide d’une ou deux antennes montées sur un chariot poussé par un opérateur. Cette technique exige des fermetures de voies et la présence de signaleurs. Par la suite, le nombre de tabliers de pont à étudier par GPR a augmenté. Ainsi, pour augmenter le taux de lecture, il a fallu arrêter d’utiliser un opérateur qui marche sur les voies de circulation. En outre, sans opérateur sur les voies, il est possible de réaliser les enquêtes en utilisant des panneaux pour les travaux mobiles similaires aux dispositifs de signalisation requis. La signalisation pour le travail mobile est moins coûteuse et beaucoup plus facile à installer, mais cette adaptation de la technique ne doit pas se faire au détriment de la qualité des mesures GPR obtenues avec l’ancienne technique. Par exemple, si les antennes étaient accrochées directement à un véhicule, cela provoquerait des vibrations qui entraîneraient un bruit visible sur les profils du GPR. La solution retenue est donc celle d’un chariot à quatre roues sans amortisseur fixé à un véhicule au moyen de deux barres métalliques munies de pivots. L’idée du pivot est d’empêcher les vibrations verticales du véhicule d’être transmises au chariot à quatre roues (figure 3). De plus, le même système de bac a été installé pour les quatre antennes que pour le chariot à trois roues d’origine. Les plateaux étaient en téflon couplé au sol et équipés d’un système facilitant les mouvements verticaux.
Applications GPR :
Détection des variations dans les structures – Zones homogènes
Les interfaces entre les couches peuvent être visualisées le long d’une section donnée, qui peut être utilisée pour détecter les variations dans la structure de la chaussée et ainsi déterminer les zones homogènes. On peut aussi voir le nombre d’interfaces et leurs positions relatives.
Méthode électrique par panneau électrique
Il s’agit d’une technique d’imagerie utilisée pour obtenir un modèle de la résistivité du sous-sol. La résistivité est un paramètre qui fournit des informations sur la nature du sous-sol. Cette technique peut être utilisée dans les milieux aquatiques.
Méthode électrique capacitive
Cette technique mesure la résistivité du sous-sol avec une grande efficacité car il peut être remorqué derrière un véhicule. Cette technique est très sensible et idéale pour la détection des roches.
Méthode électromagnétique
C’est la technique utilisée pour mesurer la résistivité des sous-sols à haut rendement. Souvent utilisé dans la cartographie de terrain difficile en raison de sa capacité à être facilement mis en œuvre.
Méthode géoradar
Il s’agit d’une technique d’imagerie utilisée pour refléter les ondes radar sur les obstacles rencontrés dans les sous-sols. C’est une méthode idéale pour inspecter les travaux dans les digues et les chaussées, ainsi que lors de la recherche de cavités et d’objets enfouis.
Méthode de réfraction sismique
Technique d’imagerie de la vitesse des ondes sismiques de type P dans le sous-sol. Cette méthode fournit des informations sur l’ondulation d’une masse rocheuse. Peut être utilisé en milieu aquatique.
Microgravimétrie
Utilisé pour l’imagerie des zones et cavités compressées.
En comparaison avec d’autres méthodes d’enquête, le GPR est devenu l’une des meilleures technologies qui fournissent des évaluations précises. Il est moins intrusif et peut localiser les tuyaux et servir d’aide visuelle puissante dans le diagnostic souterrain sans creuser, sonder, ou de forage de toute sorte.
Le GPR est utile dans toutes les applications de services publics, que ce soient des tuyaux en argile, en plastique ou en PVC, des tuyaux en béton, des tuyaux en métal, des vannes manquantes, des boîtes à eau, des lignes abandonnées, des connexions illégales ou inconnues, des conduits, de l’eau, des eaux usées, du gaz, de l’électricité, des câbles de télécommunications, des réservoirs à fibre optique, des fosses septiques, vides ou trous d’homme.
Conclusion :
La technologie de détection par géoradar est un outil important dans le domaine routier et peut avoir plusieurs applications, ce qui lui confère de nombreux avantages. Elle offre également :
– essais non destructifs
– rapidité de mise en œuvre des mesures
– exhaustivité et continuité des données
– capacité de mesurer sans réduire le trafic
Cependant, pour certaines applications où la précision est primordiale, il doit être couplé avec le carottage.