Le Georadar

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Le Géoradar – Principe et applications

_______________________________________________________________ Le géoradar (en anglais GPR pour Ground Penetrating Radar), est une méthode non destructive éprouvée pour l’imagerie interne de nombreux types de matériaux géologiques comme les sols, roches ainsi que les matériaux artificiels de construction comme le béton, l’asphalte, ou le bois. Le géoradar peut être utilisé pour la localisation d’objets métalliques ou non métalliques tels que câbles, conduites, égouts, fondations, ferraillages, ancrages et de nombreuses autres structures enterrées. En géologie et géotechnique, on peut l’utiliser pour étudier la disposition et l’épaisseur des différentes couches de terrain au préalable à différents types de travaux. L’utilisation judicieuse du géoradar peut permettre un gain d’efficacité et de temps lors de travaux et apporter une sécurité supplémentaire en prévenant des dommages lors de creusements et percements. _______________________________________________________________

Introduction Le géoradar envoie des impulsions électromagnétiques dans la structure étudiée et enregistre les échos électriques causés par les différences de caractéristiques diélectriques entre les différents matériaux. Quand le radar est déplacé en surface par l’opérateur, une image est crée à la façon d’un scanner à ultrasons. Les échos peuvent être dus à des phénomènes naturels comme la stratification du sous-sol ou artificiels comme des conduites, citernes, vides, etc. Cet outil est ainsi capable de détecter avec précision une grande variété de cibles. Le géoradar peut être utilisé pour des applications allant de la détection de conduites (métalliques ou non), câbles, collecteurs d’eau usée, fondations, citernes, et vides, jusqu’à l’auscultation d’ouvrages en béton (ferraillages, ancrages, vides, zones altérées) en passant par des applications plus spécifiques comme en archéologie ou en criminologie. La profondeur de pénétration et la résolution des mesures dépendent de plusieurs facteurs. La réponse est dépendante du type de sol. Les sables, graviers, remblais sont généralement facilement traversés, les roches le sont également. Les bétons, de par leur bonne homogénéité donnent de bonnes images de leur structure interne. L’eau et la neige sont également facilement traversés. En revanche des sols électriquement très conducteurs comme les argiles ou les sols riches en sels peuvent constituer des obstacles. Le matériel Le géoradar fonctionne selon le principe de l’analyse de signaux émis puis réfléchis par des hétérogénéités du milieu étudié. Il prend en compte le temps de trajet aller-retour de l’impulsion électromagnétique ainsi que son amplitude, à la manière d’un échosondeur. Le signal émis possède une large bande de fréquences comprises entre 10 MHz et 2 GHz, l’utilisation de différentes antennes permettant de balayer l’ensemble du spectre en fonction de la profondeur d’investigation désirée et de la taille des objets que l’on recherche. En effet, à basse fréquence (entre 10 et 100 MHz), la profondeur d’investigation est élevée (> 10m) mais la résolution est


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plus faible. En revanche, pour des antennes centrée sur 1 GHz ou plus, l’inverse est obtenu et permet par exemple de visualiser de fins détails dans les bétons. Le géoradar se compose de plusieurs éléments, tous aisément manipulables par une seule personne. L’antenne émettrice/réceptrice est déplacée au dessus de la surface étudiée et sa taille est inversement proportionnelle à sa fréquence centrale. Elle est reliée à une partie électronique de gestion du signal, lequel est transféré à un moniteur d’analyse et de visualisation sur lequel l’opérateur voit en temps réel un profil vertical de sol/structure généré par les multiples réflexions des fronts d’ondes. L’image ci-contre montre un système géoradar portatif comportant une antenne centrée sur 400 MHz. Ce système permet une profondeur d’investigation de 2 à 3 mètres environ avec une résolution de 5 à 10 cm. Cette configuration est parfaitement adaptée à la détection/localisation de conduites enterrées et manipulable par une seule personne tout en permettant l’étude rapide de grandes surfaces. Les données sont affichées en continu et à l’avancement pour un repérage immédiat ou stockées dans une mémoire pour un traitement logiciel à posteriori (cartographie, modélisation 3D, interprétation). Au fur et à mesure de l’avancement, un profil est calculé et affiché en temps réel afin de permettre à l’opérateur une pré localisation immédiate. Sur l’image ci-dessous, les échos prennent la forme d’hyperboles dont le sommet indiquent la position d’un réflecteur. En organisant la reconnaissance de façon à recouper les structures recherchées suivant plusieurs lignes repérées à l’avance, ou grâce à l’interface GPS, il est possible de cartographier un réseau en limitant les temps d’intervention sur le terrain, un logiciel permettant de synthétiser les données sous forme de plans (cadastres, SIG) ou d’images tridimensionnelles.

Conduite ciment inclinée D200 recoupée 4 fois lors d’un profil


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Applications Le géoradar possède de nombreux domaines d’application en fonction de la configuration et du type d’antenne utilisé. Il est utilisable dans tous les cas ou l’on a besoin de connaître le contenu d’un milieu naturel ou artificiel sans le recours à des méthodes destructives. Sa rapidité de mise en œuvre et les résultats obtenus en font un outil qu’aucune autre méthode indirecte ne peut concurrencer à l’heure actuelle. 1- Localisation de réseaux Dans la configuration précédemment décrite, le géoradar est particulièrement adapté à cet objectif. Il permet d’obtenir des informations de profondeur, position, diamètre et matériaux (après post-traitement). Utilisé de façon ponctuelle, il peut fournir une sécurité et un gain de temps non négligeable lors de travaux de creusement lorsque les plans des ouvrages existants sont sujets à caution. Dans ce cas le repérage est effectué in situ grâce à un marquage au sol direct. Le recensement des structures existantes est également possible, pour les réseaux d’eau, électricité, télécoms (conduites, chambres de connexion, etc.). La détection s’effectue sur tous les matériaux (ciment, PVC, PE, métal, composites) sans interférences ni entre les cibles ni avec l’environnement jusqu’à environ 2 mètres avec une résolution de 5 à 10 cm. Dans le cas d’anciens réseaux ou de structures urbaines complexes, le géoradar peut apporter des solutions et peut permettre, en complément des documents et informations existants de préciser ou d’établir une cartographie du sous-sol. 2- Bâtiments et ouvrages d’art Il existe de nombreuses applications possibles du géoradar en génie civil, notamment pour ce qui concerne l’auscultation des bétons et des matériaux de construction. Equipé d’une antenne haute fréquence légère, un opérateur est en mesure de détecter rapidement et de localiser très précisément les composants internes métalliques ou non (ferraillages, ancrages, câbles, tuyaux, défauts, etc.) sur des murs, radiers, piles et tabliers de ponts, parements, avec une profondeur d’investigation pouvant aller jusqu’à 1 m. Il est également possible d’en estimer l’état de vieillissement interne (cartographie d’amplitude), ou de détecter la présence de vides. Le béton étant un matériaux relativement homogène, les images délivrées sont souvent de bonne qualité et permettent, si besoin est, d’obtenir par voie logicielle une modélisation tridimensionnelle de structure interne. Le géoradar est actuellement la technique la plus compétitive dans ce domaine.

Double niveau d’armature dans une dalle béton

GSSI StructureScan


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3- Voies de communication Dans le cas de travaux routiers (création ou réfection), le géoradar peut permettre, en complément à d’autres méthodes de diagnostic, de connaître l’épaisseur et la répartition des différentes couches de chaussée ainsi que les éléments situés en dessous (canalisations, objets divers). En phase de terrassement, la profondeur du substratum rocheux peut être estimée sur de grandes distances et avec rapidité afin de limiter les campagnes de sondages. Le géoradar est également utilisé afin de préciser la géométrie et la continuité des différentes couches constitutives d’un ballast ferroviaire. Il permet par ailleurs d’apporter des solutions dans le cas d’auscultation de parois de tunnels en détectant des vides, épaisseurs de parements, ou encore la présence d’interfaces synthétiques. 4- Géotechnique, géophysique Le géoradar est une méthode géophysique qui, seule ou associée à d’autres méthodes (sismique, électrique, VLF, EM), de préciser la géométrie du sous-sol grâce à l’utilisation d’antennes basses fréquences permettant des profondeurs d’investigation de plusieurs mètres. De nombreuses utilisations sont possibles, comme par exemple la localisation d’un toit rocheux, la stratigraphie, la visualisation d’une nappe d’eau souterraine, l’étude des fonds lacustres ou profils de rivières, l’étude de sites contaminés, la recherche de vides, failles, ou cavités ou encore l’aide au forage dirigé. Dans le domaine de la gestion des sites pollués, le radar peut dans certains cas permettre d’orienter des reconnaissances plus ciblées par détection d’anomalies de conductivité du sous-sol (laquelle influence l’atténuation du signal), voire par détection directe d’objets. 5- Archéologie La détection de structures anciennes aujourd’hui invisibles en surface est également possible. Cette méthode est utilisée dans le cas de recherche de fondations ou vestiges enfouis, au préalable à l’utilisation de méthodes directes, afin de cibler plus efficacement les secteurs intéressants.

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