Cours GPR1 Le Géoradar (Ground Penetrating Radar ou GPR)

Cours GPR 1

Le Géoradar(Ground Penetrating Radar

ou GPR)

Cours GPR 2

Géoradar?• Méthode d’imagerie électromagnétique• A la différence des méthodes EM

inductives, les signaux EM utilisés en géoradar sont si hautes fréquences que l’induction est négligeable

• Les courants de déplacement dominent largement sur les courants de conduction

• Il es résulte que les ondes géoradar se propagent dans le sous-sol, comme les ondes sismiques

Cours GPR 3

Géoradar

• Les courants de déplacement sont sensibles à la permittivité diélectrique () du matériau et donc le géoradar sera sensible aux variations de dans le sous-sol

Cours GPR 4

Permittivité Diélectrique• Pour la plupart des matériaux géologiques

– = 0 = 8.85 10-12 F/m

• Pour l’eau = 810 !! (H2O : molécule polaire)– GPR sensible à la teneur en eau

Cours GPR 5

Relations permittivité-porosité

• Bricolons la loi de Wyllie

fme 1

• Relation empirique de Topp

32

e 7.760.1463.903.3

Cours GPR 6

Relations permittivité-porosité

Cours GPR 7

Mesures expérimentales(échantillons argileux)

Saturations en eau 60% et 40%. Mesures réalisées à 100kHz

Porosités 40% et 50%.

Données de la thèse de L. Comparon, IPG Paris, 2005.

Cours GPR 8

Valeurs typiquesMatériau Vp Vs Resist Permitt Density

Eau 1500 0 3-100 81 1

Argile 1100-2500 650-1500 3-100 8-12 1.5-1.7

Schistes 2400-5000 1400-3000 3-30 4-5 2.1-2.6

Grès 2000-4500 1200-2700 30-1000 4-5 2.15-2.65

Tills 1500-2600 900-1600 30-1000 5-10 1.5-2.0

Sables 1200-1900 700-1100 300-10000 4-30 1.6-2.0

Calcaire 3500-5000 2000-3000 300-10000 6-8 2.5-2.8

XL altérées 2500-3800 1500-2300 3-300 8-12 2.6-2.9

XL saines 5500-6300 3200-3700 > 1000 4-5 2.7-2.9

Cours GPR 9

Pour faire quoi?Problem Seismic Electric EM GPR Gravity Mag

Aquifères o + + + x x

Glissements de terrain

o + o o o x

Compétence + x x x x x

Cavités o + o + + +

Cours GPR 10

Principes

Cours GPR 11

Principes

GSSI

Cours GPR 12

Principes

Cours GPR 13

Modes d’acquisition

MALA, GSSI, S&S

Cours GPR 14

Source

Console

Temps en ns

EV/m

Onde directeaérienne

Directe sol1ère Réfléchie

2ème Réfléchie

3ème Réfléchie

…

Récepteur

Réfléchieaérienne

Principes

JF Girard, Thèse IPGS

Cours GPR 15

Physique utile

• La vitesse de propagation d’une onde électromagnétique est donnée par

• Au premier ordre, la profondeur d’une onde EM est de l’ordre de

• La résolution spatiale est de l’ordre de

1

V

mf

5032

f4

1

f4

V

4r

Cours GPR 16

Application numérique• Pour des antennes à 100 MHz et un sous-sol

pour lequel:• ε = 4 ε0 = 4*8.85x10-12

• μ = μ0 = 4πx10-7

• ρ=100 .m

On aura s/m10x5.1

10x4*10x85.8*4

11V 8

712

cm3.5010x100

100503

f503

6

cm5.3710x100*4

10x5.1

f4

Vr

6

8

Cours GPR 17

Coupe à 50 MHz

JF Girard, Thèse IPGS

Cours GPR 18

Coupe à 100 MHz

JF Girard, Thèse IPGS

Cours GPR 19

Coupe à 200 MHz

JF Girard, Thèse IPGS

Cours GPR 20

1 2 3 4 1 2 3Réflexion Offset constant

Point milieu commun

Collection de traces

JF Girard, Thèse IPGS

Cours GPR 21

Profil radar avant correction topographique

JF Girard, Thèse IPGS

Cours GPR 22

Profil radar avec correction topographique

JF Girard, Thèse IPGS

Cours GPR 23

Lignes électriquePédalage…

Réflecteurs pointés

Bruits hors sol : ondes « aériennes »

JF Girard, Thèse IPGS

Cours GPR 24

Applications

Cours GPR 25

Application: faille en milieu urbain

M. Bano, IPGS

Cours GPR 26

Application: contaminationAu gré des saisons (1)

Perte de signal →milieu conducteur

Août 2004, Saison des pluies

Marquis, Nguyen & Le, 2005

Cours GPR 27

Au gré des saisons (2)

Mai 2005, saison sèche

Interface

Marquis, Nguyen & Le, 2005

Cours GPR 28

Application: Pollution

Sensors & Software

Cours GPR 29

Application: infiltration de sel

Sensors & Software

Cours GPR 30

Application: épaisseur de sol

M. Bano, IPGS

Cours GPR 31

Application: agriculture de précision

Sensors & Software

Cours GPR 32

Application: structure de dune

100 MHz

200 MHz

M. Bano, IPGS

Cours GPR 33

Application: détection de nappe

M. Bano, IPGS

Cours GPR 34

Application: épaisseur de neige

225 MHz

450 MHz

M. Bano, IPGS

Cours GPR 35

Application: détection d’UXO

Sensors & Software

Cours GPR 36

Pool

Jacuzzi

A

House

30 m

Application: Police scientifique

1 m

GSSI

Cours GPR 37

Mesures 3D en cuve

M. Bano, IPGS

Cours GPR 38

Profils à

travers la cuve

** *

M. Bano, IPGS

Cours GPR 39

Exemples de « tirs »

M. Bano, IPGS

Cours GPR 40

Vue 3D

M. Bano, IPGS

Cours GPR 41

Mesures en forage

Réflexion

Transmission

MALA