DETECTION DE CAVITES SOUTERRAINES PAR METHODES GEOPHYSIQUES
LIENS MENU NEWS LE RADAR GÉOLOGIQUE Principe Les méthodes de reconnaissance radar sont basées sur l'émission et la réception des ondes électromagnétiques dans le sol (impulsion temporelle), dans une bande de fréquence de quelques dizaines de MHz à quelques GHz. Elles interagissent avec la matière lorsqu’elles rencontrent un contraste électromagnétique, se réfléchissent partiellement vers la surface où leurs caractéristiques sont mesurées par une antenne et sont analysées pour en déduire les propriétés du sous-sol. Grandeur mesurée On mesure un signal qui représente les variations d'amplitude du champ électrique en fonction du temps (mesuré en nanosecondes) de propagation des ondes dans le terrain. Le champ électromagnétique varie en fonction de la permittivité complexe (sans dimension) des matériaux. Résultats attendus 1- Le premier résultat attendu s'appelle un radargramme brut ou coupe temps. Il est similaire aux représentations obtenues en sismique : l'amplitude de chaque signal est graduée en niveau de couleur, et les signaux sont juxtaposés en fonction de leur position en surface. 2- Le deuxième résultat attendu est le radargramme interprété : la connaissance des vitesses dans le milieu et la mesure du temps de propagation des ondes permet de représenter les signaux en fonction de la profondeur (m). 3- La signature d'une cavité est un contraste plus ou moins prononcé sur le radargramme brut, proportionnel au rapport des permittivités effectives de l'encaissant et de la cavité et fonction de l'atténuation intrinsèque du sol. Ce contraste est relativement fort pour une cavité vide. Il est très élevé pour une cavité ennoyée. En revanche le signal est fortement atténué lorsqu'il traverse un milieu encaissant conducteur. Domaine d'application La méthode s'applique en milieu rural et en milieu urbain dans des sols relativement résistants (résistivité apparente supérieure à 100 Ω.m) pour la recherche de vides et de conducteurs. La méthode est déconseillée dans des milieux conducteurs comme les limons et les argiles saturés en eau. Elle est bien adaptée en milieu karstique. Profondeur d'investigation Elle dépend essentiellement de la résistivité du milieu encaissant, s'il est considéré à pertes ou faibles pertes, et suivant les fréquences utilisées. Par expérience, les cavités souterraines au-delà de 20 m sont rarement détectables. Rendement Son rendement est grand (plusieurs centaines de mètres à quelques kilomètres par jour). Suivant les matériels et les conditions, le dispositif peut être porté par l'opérateur pour des zones difficiles d'accès ou traîné par un véhicule. Limites La présence d'une couche conductrice en surface (couvert végétal) limite la pénétration des ondes dans le sol. Plus les fréquences des ondes électromagnétiques sont élevées, meilleure est la résolution et moins grande est la profondeur de pénétration des ondes. A l'opposé, plus basses sont les fréquences utilisées, plus grande est la profondeur de pénétration mais moins bonne est la résolution. Bien que qu'il soit relativement aisé d'obtenir une image radar sur le terrain, la mise en oeuvre et l'interprétation de cette technique complexe requièrent des professionnels expérimentés. METHODES ELECTROMAGNETIQUES BASSE FREQUENCE EN CHAMP LOINTAIN Principe Le principe des méthodes électromagnétiques en champ lointain repose sur l'émission d'un champ primaire et la réception du champ total, somme du champ primaire et du champ secondaire créé par une anomalie résistante ou conductrice dans le sol. Les méthodes décrites ici sont les méthodes VLF (very low frequency, 10-30 kHz) et la RMT (radio magnétotellurique, 10 kHz-1MHz). Grandeur mesurée Pour un émetteur dipôle électrique vertical, le mode tout magnétique, aussi qualifié de « mode inclinaison », (encore appelé VLF-EM ou VLF-Z) permet de mesurer les composantes du champ magnétique total. Pour un émetteur dipôle électrique vertical, le mode électrique-magnétique ou « mode résistivité » (encore appelé VLF-R) permet de mesurer le champ électrique total et le champ magnétique total. La RMT et le VLF-R correspondent à la même méthode, mais sur des plages de fréquences différentes. Résultats attendus Les résultats attendus en fonction de la distance en mode inclinaison sont : - l’amplitude du champ magnétique vertical, exprimée en pourcent du champ horizontal de référence, en fonction de la distance. La juxtaposition de plusieurs profils permet de représenter les mesures en cartes de couleur graduées en fonction du rapport des champs, - la phase de ce même champ par rapport au champ horizontal de référence, - l’inclinaison (le tilt) du grand axe de l’ellipse de polarisation, et l’ellipticité, rapport du petit axe sur le grand axe de l'ellipse.
Suivant Accueil Objectif du guide technique Cavités souterraines Cavités naturelles Définition Différents types Cavités anthropiques Définition Différents types Bibliographie Méthodologie générale Etude géologique Collecte des renseignements Inspection visuelle Méthodes géophysiques de surface Méthodes géophysiques de forage Contrôle géotechnique par forage Bibliographie Méthodes géophysiques Méthodes de surface Méthodes aériennes Microgravimétrie Méthodes sismiques Méthodes électriques Méthodes électromagnétiques Méthodes de forage Généralités Diagraphies Tomographie électriques Tomographie électromagnétiques Contact
LIENS MENU NEWS LE RADAR GÉOLOGIQUE Principe Les méthodes de reconnaissance radar sont basées sur l'émission et la réception des ondes électromagnétiques dans le sol (impulsion temporelle), dans une bande de fréquence de quelques dizaines de MHz à quelques GHz. Elles interagissent avec la matière lorsqu’elles rencontrent un contraste électromagnétique, se réfléchissent partiellement vers la surface où leurs caractéristiques sont mesurées par une antenne et sont analysées pour en déduire les propriétés du sous-sol. Grandeur mesurée On mesure un signal qui représente les variations d'amplitude du champ électrique en fonction du temps (mesuré en nanosecondes) de propagation des ondes dans le terrain. Le champ électromagnétique varie en fonction de la permittivité complexe (sans dimension) des matériaux. Résultats attendus 1- Le premier résultat attendu s'appelle un radargramme brut ou coupe temps. Il est similaire aux représentations obtenues en sismique : l'amplitude de chaque signal est graduée en niveau de couleur, et les signaux sont juxtaposés en fonction de leur position en surface. 2- Le deuxième résultat attendu est le radargramme interprété : la connaissance des vitesses dans le milieu et la mesure du temps de propagation des ondes permet de représenter les signaux en fonction de la profondeur (m). 3- La signature d'une cavité est un contraste plus ou moins prononcé sur le radargramme brut, proportionnel au rapport des permittivités effectives de l'encaissant et de la cavité et fonction de l'atténuation intrinsèque du sol. Ce contraste est relativement fort pour une cavité vide. Il est très élevé pour une cavité ennoyée. En revanche le signal est fortement atténué lorsqu'il traverse un milieu encaissant conducteur. Domaine d'application La méthode s'applique en milieu rural et en milieu urbain dans des sols relativement résistants (résistivité apparente supérieure à 100 Ω.m) pour la recherche de vides et de conducteurs. La méthode est déconseillée dans des milieux conducteurs comme les limons et les argiles saturés en eau. Elle est bien adaptée en milieu karstique. Profondeur d'investigation Elle dépend essentiellement de la résistivité du milieu encaissant, s'il est considéré à pertes ou faibles pertes, et suivant les fréquences utilisées. Par expérience, les cavités souterraines au-delà de 20 m sont rarement détectables. Rendement Son rendement est grand (plusieurs centaines de mètres à quelques kilomètres par jour). Suivant les matériels et les conditions, le dispositif peut être porté par l'opérateur pour des zones difficiles d'accès ou traîné par un véhicule. Limites La présence d'une couche conductrice en surface (couvert végétal) limite la pénétration des ondes dans le sol. Plus les fréquences des ondes électromagnétiques sont élevées, meilleure est la résolution et moins grande est la profondeur de pénétration des ondes. A l'opposé, plus basses sont les fréquences utilisées, plus grande est la profondeur de pénétration mais moins bonne est la résolution. Bien que qu'il soit relativement aisé d'obtenir une image radar sur le terrain, la mise en oeuvre et l'interprétation de cette technique complexe requièrent des professionnels expérimentés. METHODES ELECTROMAGNETIQUES BASSE FREQUENCE EN CHAMP LOINTAIN Principe Le principe des méthodes électromagnétiques en champ lointain repose sur l'émission d'un champ primaire et la réception du champ total, somme du champ primaire et du champ secondaire créé par une anomalie résistante ou conductrice dans le sol. Les méthodes décrites ici sont les méthodes VLF (very low frequency, 10-30 kHz) et la RMT (radio magnétotellurique, 10 kHz-1MHz). Grandeur mesurée Pour un émetteur dipôle électrique vertical, le mode tout magnétique, aussi qualifié de « mode inclinaison », (encore appelé VLF-EM ou VLF-Z) permet de mesurer les composantes du champ magnétique total. Pour un émetteur dipôle électrique vertical, le mode électrique-magnétique ou « mode résistivité » (encore appelé VLF-R) permet de mesurer le champ électrique total et le champ magnétique total. La RMT et le VLF-R correspondent à la même méthode, mais sur des plages de fréquences différentes. Résultats attendus Les résultats attendus en fonction de la distance en mode inclinaison sont : - l’amplitude du champ magnétique vertical, exprimée en pourcent du champ horizontal de référence, en fonction de la distance. La juxtaposition de plusieurs profils permet de représenter les mesures en cartes de couleur graduées en fonction du rapport des champs, - la phase de ce même champ par rapport au champ horizontal de référence, - l’inclinaison (le tilt) du grand axe de l’ellipse de polarisation, et l’ellipticité, rapport du petit axe sur le grand axe de l'ellipse.
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