Le réseau RESUM : trois ans de démonstrations et ...infoterre.brgm.fr/rapports/RP-52807-FR.pdf · Vallée, soutenue également par le réseau RTE. Les pôles d’activité portaient

Le réseau RESUM : trois ans dedémonstrations et développements sur les

subsidences urbaines et minières par lestechniques d’interférométrie différentielle

Rapport final

BRGM/RP-52807-FRdécembre 2003

Le réseau RESUM : trois ans dedémonstrations et développements sur les

subsidences urbaines et minières par lestechniques d’interférométrie différentielle

Rapport final

BRGM/RP-52807-FRdécembre 2003

Contrat MR 00T062701Contrat CNES 794/01/CNES/8989/00

Auteurs du rapport final RESUMC. King, C. Carnec, D. Raucoules,

avec la collaboration deBRGM H. Modaressi, S. Le Mouélic, D. Feurer

Altamira A. Arnaud, G. Fitoussi, C. BarbeyCentrale SA D. Aubry, T. Bing, T. A.Pham

Charbonnages de France M. Laversanne, M. Pentel,Y. GuiseCNES F. Sarti, J. IngladaGaz de France G. Durup

IGN M. Kasser, T. Person , V. Michel,C. RomieuImage C. Delacourt, F. NicolasLCPC R. Potherat, C. Léonard

Magnitude C. MaisonsTRE C. Colesanti

Mots clés : Interférométrie, InSAR, Permanent Scatterers, Subsidences urbaine et minière,Télédétection.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

King C., Carnec C., Raucoules D. et al. (2003) - Le réseau RESUM : trois ans dedémonstrations et développements sur les subsidences urbaines et minières par lestechniques d’interférométrie différentielles - RESUM, rapport exécutif. BRGM/RP-52807-FR.72 p. 12 fig., 1 tabl., 4 ann.

© BRGM, 2004, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM

RESUM – Rapport exécutif

BRGM/RP-52807-FR – Rapport final 3

Synthèse

e rapport fait la synthèse des travaux réalisés au sein du Réseau d’Etudes desSubsidence Urbaines et Minières qui s’est déroulé sur trois années, de décembre

1999 à décembre 2003. Il a obtenu le triple soutien du CNES et de deux réseauxtechnologiques du MENRT, à savoir le réseau « Terre et Espace » et le réseau« Génie Civil et Urbain ».

Il présente une synthèse des résultats obtenus, l’adéquation des techniquesinterférométriques aux besoins exprimés par les utilisateurs, les points de blocage etles pistes de recherche complémentaires, les différents modes de valorisation réalisés,les bases du groupement commercial qui s’est structuré à l’issue du projet pour porterl’offre technique RESUM sur le marché national et international, enfin les opportunitéseuropéennes qui se sont ouvertes.

Le but du projet RESUM a été de développer une activité innovante sur la mesure desphénomènes de subsidence urbaine et minière grâce à l’interférométrie SARdifférentielle, technique qui permet un accès rapide au paramètre « différencetemporelle de l’altitude des terrains ∆z ». Que les déformations des terrains instablessoient liées à des cavités naturelles ou artificielles, explorer le potentiel de cettetechnique vise à apporter des garanties complémentaires à celles des méthodesconventionnelles quant à la protection des personnes et des biens sus-jacents.

Sous la coordination du BRGM, le partenariat a rassemblé des spécialistes privés oupublics de la surveillance de sites instables, des spécialistes privés ou publics dutraitement des données interférométriques, et des industriels en charge d’exploitationssouterraines : Charbonnages de France, le CNES, l’École Centrale de Paris, Gaz deFrance, l’IGN, le LCPC, Magnitude, Kinoa-Altamira.

Ces partenaires ont déployé le projet selon trois pôles d’activité avec l’appui de deuxéquipes sous-traitantes (TRE et Image) et la collaboration de l’Université Marne-la-Vallée, soutenue également par le réseau RTE.

Les pôles d’activité portaient sur l’aspect pré-opérationnel, les travaux de confrontationdes méthodes et un aspect de recherche prospective. Ils se sont appuyés sur des sitesde démonstration confidentiels (11 sites) ou coopératifs (bassin ferrifère Lorraine etParis). Aux chaînes de traitement de données existantes (Gamma, Diapason) ont étéadjoints des développements spécifiques au suivi des déformations lentes. L’objectif aété d’apporter de nouvelles données et de nouveaux outils d’aide à des politiques deprévention pour tenter de compléter les dispositifs métrologiques de surveillanceconventionnels.

L’essentiel des résultats a été diffusé publiquement sous forme de rapports,communications ou publications dans des revues internationales, dont la liste estaccessible en annexe et sur le site Internet http://resum.brgm.fr.

C


4 BRGM/RP-52807-FR – Rapport final

L’interférométrie différentielle classique a atteint un très fort taux de succès sur lesmilieux urbains ou à faible couvert végétal. Pour ces milieux, ces possibilités dedétection de déformation du sol apportent des outils de diagnostic dans le cas desévolutions cinématiques lentes.

Par contre, les contextes très végétalisés ou à relief accidenté ne se sont pas prêtés àl’investigation. Dans ces contextes, une approche plus complète, de type PermanentScatterers, laisse augurer une augmentation considérable du taux de détection,comme le montre l’exemple du bassin ferrifère lorrain. L’expérience ainsi acquise dansle cadre de RESUM permet maintenant de choisir a priori les sites ayant une grandeprobabilité de succès.

Certains sites resteront cependant inobservables avec des radars en bande C du faitd’un contexte trop rural (trop de végétation et donc trop peu de réflecteurs permanents)ou de mouvements à dynamiques trop rapides. Deux orientations sont encore au stadede recherche au niveau européen : l’équipement des sites en réflecteurs artificiels,alternative proposée par les équipes italiennes et anglaises. Les premiers essaisd’utilisation de radars en bande L, moins sensibles à la végétation, montrent qu’il serapossible de s’affranchir de certaines de ces contraintes.

Le projet RESUM a ainsi conduit à la définition et la livraison de produits et deservices dédiés à la détection, la surveillance voire les pronostics d’évolution desubsidences urbaines et minières directement utilisables par les services de l’État oules bureaux d’étude, dans le cadre d’une politique de prévention. Un groupementcommercial a été créé sous la marque déposée RESUMTM pour porter une offretechnique issue de cette expertise collective auprès des interlocuteurs nationaux ouinternationaux. Elle peut aller jusqu’à la transmission et la manipulation de données àdistance par l’utilisateur.

Un autre aspect des retombées positives de ce projet est bien sûr lié à la stimulationdes équipes. En effet parmi les partenaires, trois d’entre eux n’appartenaient pas au« monde du spatial » et sont maintenant des acteurs convaincus de l'intérêt destechniques d’observation de la terre en appui à leurs propres approches : Magnitudeest maintenant mandataire du groupement commercial RESUM, le LCPC a recruté uningénieur et acquis l’autonomie suffisante pour produire ses propres produits,Charbonnage de France intègre ce potentiel dans la prospective de surveillance desites dont il a la charge.

Par ailleurs d’autres perspectives se sont ouvertes dans le cadre des projets del’Agence Spatiale Européenne et plusieurs acteurs de RESUM ont élargi leurpartenariat français ou international, ainsi avec SOLETANCHE BACHY(http://www.soletanche-bachy.com/Projects/uramis) ou NPA (UK), avec qui ils appuientle déploiement d’une offre structurée et homogène à l’échelle des grandes villeseuropéennes (http://www.terrafirma.eu.com).



Sigles utilisés

A-SAR : Radar à Synthèse d’ouverture de la plate forme ENVISAT (ESA)

CENTRALE SA : Bureau d’études de l’École Centrale de Paris

CETE : Centres d’Études Techniques de l’Équipement

CNES : Centre National d'Études Spatiales

DR : Direction de la Recherche du BRGM

ECP : École Centrale de Paris

ENVISAT : Environmental Satellite

ERS : European Remote Sensing Satellite(ESA)

ESA : Agence spatiale européenne

GdF : Gaz de France

GISOS : Groupement d’Intérêt Scientifique Ouvrages Souterrains

IGN : Institut Géographique National

INSAR : Interférométrie par radar à Synthèse d’Ouverture

LCPC : Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

MJENRT : Ministère de la Jeunesse, de l’Éducation Nationale et de laRecherche

NPA : Nigel Press Associates

OT : Observation de la Terre

PNTS : Programme National de Télédétection Spatiale

POLIMI : Politecnico di Milano

PS : Permanent Scatterer

RADARSAT : RADAR SATellite (Agence Spatiale Canadienne)

SAR : Radar à synthèse d'ouverture

TRE : TeleRilevamento Europa SrL





Sommaire

1. Introduction .............................................................................................................11

2. Objectifs et partenariat ...........................................................................................13

2.1. PARTENARIAT..................................................................................................13

2.2. ORGANISATION ...............................................................................................13

3. Évaluation des résultats .........................................................................................17

3.1. RAPPEL DES ATTENTES ET DES CARACTÉRISTIQUES DES SITES .........17

3.1.1.Qualité de la détection..............................................................................18

3.1.2.Potentiel en tant qu’outil de diagnostic .....................................................18

3.1.3.Services associés attendus ......................................................................18

3.2. ANALYSE DES RÉSULTATS............................................................................18

3.2.1.Pôle pré-opérationnel ...............................................................................18

3.2.2.Pôle coopératif..........................................................................................23

3.3. BILAN DES PERFORMANCES.........................................................................27

4. Produits et service définis, adéquation aux besoins des utilisateurs finaux....29

4.1. DÉVELOPPEMENTS ALGORITHMIQUES.......................................................29

4.2. PRODUITS ET SERVICES................................................................................30

4.3. ADÉQUATION AUX BESOINS..........................................................................31

4.4. BILAN ................................................................................................................33

5. Les avancées en recherche....................................................................................35



6. Le problème de la continuité des observations satellites .................................. 39

7. Valorisation ............................................................................................................. 41

7.1. BILAN DES VALORISATIONS.......................................................................... 41

7.1.1.Les actions de valorisation par la communication.................................... 41

7.1.2.Les actions de valorisation par la formation............................................. 43

7.1.3.Les actions de valorisation par les réalisations et ouvragesexpérimentaux.......................................................................................... 43

7.1.4.Les actions de valorisation par la normalisation et la réglementation...... 44

7.1.5.Les actions de valorisation par l'exploitation des résultats....................... 44

7.2. PROPOSITIONS EN AVAL DU PROJET : CAPITALISATION ETEXPLOITATION DES RÉSULTATS.................................................................. 45

7.2.1.Les actions de valorisation envisageables par la normalisation et laréglementation ......................................................................................... 45

7.2.2.Les actions envisageables par le soutien d’acteurs externes desprojets ...................................................................................................... 45

8. Conclusion .............................................................................................................. 47



Liste des figures

Fig. 1 - Organisation et attendus du Réseau. ...........................................................................14

Fig. 2 - Répartition des rôles des partenaires du Réseau. .......................................................15

Fig. 3 - Site OP4. 3,5 franges (10,5 cm de déformation) entre le 4/06/1992 et le29/07/1993 puis 5 franges (15 cm) entre le 29/07/1993 et le 20/08/2000d’après les interférogrammes du haut. Les interférogrammes du bas indiquent5 franges (15 cm) entre le 26/11/1992 et le 9/12/1995 puis 1,5 franges(4,5 cm) entre le 9/12/1995 et le 7/05/2000 (traitements BRGM). ..............................19

Fig. 4 - Site OP7. L’analyse InSAR révèle la géométrie (8 km de diamètre),l’amplitude et la vitesse de déformation (2 cm/an) sur le site OP7. Il y a unbon accord avec le nivellement existant (à droite – rms < 2 mm/an). L’InSARa montré que la position du réseau de suivi au sol n’est pas optimisée. .....................20

Fig. 5 - Site OP5. a) Image d’intensité moyenne géocodée (résolution 25 m).b) Interférogramme couvrant la période 28/09/1992 - 07/04/1996. c)Interférogramme 13/08/1993 – 28/01/1996. d) Interférogramme 24/03/1997 -13/04/1998....................................................................................................................21

Fig. 6 - Détection d’auréoles de subsidence sur le site OP11..................................................22

Fig. 7 - Détection d’auréoles de subsidence sur la ville de Prato (Italie). Des tauxde déformation de 8 cm par an ont été observés à trois endroits différents(Raucoules et al., 2002)................................................................................................23

Fig. 8 - Visualisation de la déformation au sud de la gare Saint-Lazare à l’aide d’unesomme d’interférogrammes. Une frange représente 3 mm de soulèvementvertical (Le Mouélic et al., 2002)..................................................................................24

Fig. 9 - Localisation de trois réflecteurs permanents dont les séries temporellesindiquent clairement la présence d’un affaissement (PS n° 41 et 42). Cesmesures sont confirmées par les données de terrain (rap. BRGM/RP-52043-FR). ...............................................................................................................................25

Fig. 10 - L’analyse de séries temporelles PS isolées peut se révéler délicate. Onpourrait croire ici à un soulèvement de quelques centimètres, alors qu’il s’agiten réalité d’un affaissement de plusieurs dizaines de centimètres. Il fautobligatoirement pouvoir disposer du maximum de points de mesure PS pouréviter toute ambiguïté liée à l’incertitude sur la mesure modulo 2π de la phase(et donc de la déformation modulo 3 cm). ....................................................................26

Fig. 11 - Visualisation des interférogrammes sous le serveur NET- RESUM de IMAGE............31

Fig. 12 - Application à un site réel OP7. a) Géologie, b) Modélisation géologiquesimplifiée 3D, c) Maillage adaptatif et insertion des cavités, d) Tassementsobtenus en profondeur (D.Aubry et al., 2003.) ............................................................36



Liste des tableaux

Tabl. 1 - Récapitulatif des sites traités dans le cadre de RESUM et volumes desdonnées utilisées.......................................................................................................... 17

Liste des annexes

Annexe 1 - Principe de la méthode préconisée........................................................................... 49

Annexe 2 - Bibliographie internationale....................................................................................... 53

Annexe 3 - Bibliographie du projet : articles, communications, rapports. ................................... 61

Annexe 4 - Groupement RESUM. ............................................................................................... 69



1. Introduction

‘intérêt de l’interférométrie satellitaire radar est de pouvoir obtenir une visionsynoptique des déformations topométriques manifestées en surface et d’autoriser

une mesure des déplacements de points réflecteurs stables, et ce sans aucuneinstrumentation spécifique au sol. L’imprécision atteinte sur la mesure ∆z est inférieureau centimètre (principe en ann. 1), voire une fraction de mm/an dans le cas destechniques sur points réflecteurs stables. De plus, le radar peut observer de jourcomme de nuit, et cela même à travers les nuages. Des déformations du solcaractérisées par des extensions spatiales de plusieurs dizaines de mètres et desamplitudes centimétriques peuvent ainsi être mises en évidence.

Ces approches ne permettent pas de traiter directement les trois questions conjointes« présence, dimensionnement et comportement de la cavité ». Mais elles apportent unmoyen complémentaire voire préalable de signaler la présence probable d’une cavitéou son impact mesurable sur la déformation de surface. Le lien avec des ouvragessouterrains (tunnels, métros), des pompages ou des remontées de nappes, l’existenced’anciennes carrières ou exploitations minières, peut être établi vers ces sources deperturbations potentielles.

Être capable de détecter et de suivre ces déformations et ce, de manière systématiqueà partir d’images satellites, peut donc contribuer à renforcer les possibilités desurveillance de sites instables. C’est le mandat que s’est fixé le projet RESUM (Réseaud’Études des Subsidences Urbaines et Minières).

Les données actuellement disponibles sont issues principalement de trois systèmesde radar satellitaire : ERS, ENVISAT et Radarsat dont les spécificités et performancessont décrites en annexe 1.

Leurs possibilités de détection sont maintenant avérées. Tous les travaux ont jusqu’àprésent produit leur démonstration à partir de l’archive existante de ERS et a posteriori.Cette capacité de mémoire cumulative de la technique suscite le plus vif intérêtd’équipes sous contraintes : celles qui ne peuvent pas toujours installer une métrologieoptimale sur des sites sensibles et celles qui travaillent sur des sites où le cœur de lasubsidence est mobile au cours du temps. Un rapport1 en a fait l’état de l’art pourRESUM.

Mais ces techniques ne sont pas encore totalement du domaine de l’opérationnel, cartrois réserves principales sont à faire :

- les sources d’artefacts sont nombreuses ;

1 Carnec C., King C., Raucoules D., avec la collaboration de Sarti F. (CNES), Potherat P. (LCPC) et Person M. (IGN)

2001 - « État de l’art des techniques de mesure des déformations de surface appliquées aux problèmes desubsidence en environnement urbain et minier ». Rapport BRGM/RP-51257-FR.

L



- les systèmes radars actuels ont tous des limitations particulières freinantl’opérationnalité pour l’instant ;

- enfin les délais d’acquisition et de traitement ne permettent pas d’envisager desapproches temps réel.

Les enjeux actuels de développement des zones urbaines peuvent être un moteur demobilisation des industriels et des services de l’État en charge de missions similairesen matière de surveillance de sites instables car ce phénomène de subsidence affecteun grand nombre de cités européennes.

L’histoire du développement des villes est en effet très souvent liée à l’extraction dematériaux miniers ou de construction, phénomène qui s’est accentué au XIXe siècledans des régions encore très densément peuplées. L’évolution des cavités induitesconduit fréquemment à des risques de collapses et appelle un urgent besoin deremédiation mais aussi des techniques efficaces de surveillance et d’alerte. Dansl’étude de marché conduite en parallèle avec SOLETANCHE-BACHY pour l’ESA, leschiffres actuels, soulignent qu’environ 7 millions d’européens sont ainsi concernés2. EnFrance, plus de 5 000 des 30 000 communes sont considérées comme sévèrementsous-minées. La mortalité est de fait très faible, mais le coût total des travaux deremédiation est estimé à 50 milliards d’euros ; or la ressource annuelle atteignable estd’au mieux 60 M€, si bien que l’atteinte de cet objectif de remédiation pourrait prendrejusqu’à 830 ans…

À cela s’ajoute une croissance urbaine accélérée partout à un rythme largementsupérieur à la croissance globale de la population. Ces explosions urbaines etspatiales font de la gestion des villes un enjeu majeur. On note une très nettetendance à développer davantage d’infrastructures souterraines (métros, tunnels,parkings, réseaux de fluides, etc…), du fait des conflits d’usage des surfacesdisponibles2. Cette pression du génie civil s’accompagne d’une plus grande exigencedes autorités quant au suivi des déformations induites et aux garanties de préservationdes équipements sus-jacents et de leur fonctionnalité.

Ce rapport exécutif présente une synthèse des résultats obtenus dans le cadre deRESUM, l’adéquation des techniques interférométriques aux besoins exprimés par lesutilisateurs, les points de blocage et les pistes de recherche complémentaires, lesdifférents supports de valorisation qui ont été proposés, enfin les bases du groupementcommercial qui s’est structuré à l’issue du projet pour porter l’offre technique RESUMsur le marché.

2 URAMIS (2003) - Urban and Mining Subsidence Geo-Information Market Drivers - Étude de marché sousleadership Soletanche-Bachy- ESRIN Contract N° 16695/02/I-LG.



2. Objectifs et partenariat

Le partenariat constitué a rassemblé des spécialistes privés ou publics de lasurveillance de site instables, des spécialistes privés ou publics du traitement desdonnées interférométriques, et des industriels en charge d’exploitation souterraine.

Ce partenariat vise à favoriser une adéquation rapide entre l’offre issue des techniquesspatiales et les besoins actuels des responsables de sites instables. L’objectif est dedéfinir la viabilité commerciale d’une cellule de production : elle devra assurer la miseà disposition de données élaborées mais surtout un réel service de diagnostic quicomplète les dispositifs métrologiques de surveillance conventionnels des utilisateursfinaux, voire apporte de nouveaux outils d’aide à des politiques de prévention.

Le projet a fédéré les compétences aux trois niveaux : (1) traitements d’images, (2)expertise sur la mesure de subsidence par techniques conventionnelles ou parinterférométrie et (3) professionnels en charge des sites déstabilisés par divers typesde sollicitation souterraine.

2.1. PARTENARIAT

Cette fédération regroupe sept établissements publics (BRGM, CNES, ECP, IGN,LCPC, Groupe Charbonnages, Gaz de France), deux PME européennes spécialiséesdans le traitement interférométrique (KINOA et TRE). TRE (start-up du Polimi) etKINOA (alliance de Silogic et Altamira) sont des PME : l’une italienne et l’autre franco-espagnole. Enfin une PME (MAGNITUDE), qui avec GDF et le Groupe Charbonnagesde France, représentent les utilisateurs finaux.

Une sous-traitance régulière a aussi impliqué la PME IMAGE (start-up de l’Universitéde Lyon), équipe soutenue par ailleurs par le réseau RTE pour faciliter l’accès parInternet des outils de traitements de données satellitaires à des usagers non familiers.

Enfin, des actions de collaboration sur un site coopératif ont permis de s’associer àl’équipe de l’Université Marne-la-Vallée, en charge d’un projet d’étude de subsidencesur Paris.

Le partenariat ainsi constitué a donc allié les établissements publics français auxpartenaires les plus pointus, industriels ou PME, pour qu’à court terme une offrespatiale liée aux subsidences puisse être structurée au niveau national et européen.

2.2. ORGANISATION

Afin d'évaluer les performances, les limitations et surtout l'aspect opérationnel del'interférométrie radar pour la cartographie et la mesure des subsidences, le projet aété organisé en trois pôles (fig. 1) :



- le volet pré-opérationnel a concerné les sites confidentiels proposés par lesutilisateurs finaux impliqués dans le projet, deux industriels (Gaz de France &Groupe Charbonnages) et une PME (Magnitude). Ce pôle, organisé en service deprestations confidentielles a permis le traitement de 11 sites (tabl. 1) ;

- le volet coopératif a permis à chaque partenaire d'apporter ou tester les méthodesde pointe qu'il détient pour les besoins suivants : qualifier les produits, les valider,améliorer la sémiologie des documents et les interprétations, proposer une gammede produits efficaces car intégrés à la problématique des utilisateurs lors de lacommercialisation. Deux sites ont été traités (Paris et le bassin lorrain) ;

- le volet recherche a visé le développement des méthodes d’assimilation desdonnées spatiales dans les modèles déterministes de déformations des terrains.

Fig. 1 - Organisation et attendus du Réseau.

La répartition des rôles dans ce schéma s’est faite selon la figure 2.



Fig. 2 - Répartition des rôles des partenaires du Réseau.





3. Évaluation des résultats

3.1. RAPPEL DES ATTENTES ET DES CARACTÉRISTIQUES DES SITES

• Les causes d’instabilité

La surveillance d’une exploitation souterraine ou la réhabilitation d’un site font partiedes mandats de plusieurs des partenaires : chacun d’entre eux doit donner lesmeilleures garanties quant à la protection des personnes et des biens dansl’environnement immédiat des sites dont ils ont la charge. En s’appuyant sur leursmissions respectives, les partenaires ont proposé une douzaine de sites documentéspour tester le potentiel interférométrique.

Les causes d’instabilité de ces sites sont d’ordre très divers, naturel ou anthropique,mais sont représentatives de la majorité des situations rencontrées tant au niveaufrançais qu’européen :

- cavités naturelles (gypse, sel…) ;

- mines (substances concessibles) ;

- pompage industriel et ou remontée de nappes (fluide, gaz) ;

- sites abandonnés ou sites de stockage ;

- autres cavités anthropiques (réseaux dédiés aux transports, sapes, galeries...).

Code Cause de la subsidence Hôtes majeurs Traitement Nb images

acquises Autres sources Détection de mouvements

OP1 Minier Charbonnages BRGM 10 Non (InSAR)OP2 Minier Charbonnages KINOA-Altamira 9 Non (InSAR)OP3 Gypse LCPC LCPC/BRGM 0 LCPC : 8 - CNES : 48 Non(InSAR)OP4 sel Magnitude KINOA / BRGM 10 + 10 Oui (InSAR)OP5 minier Charbonnages BRGM 10 BRGM : 8 Oui (InSAR)OP6 stockage GdF KINOA -Altamira 15 Non (InSAR) Oui (R3S)OP7 sel Magnitude BRGM 10 OP2 : 9 Oui (InSAR) Oui (R3S)OP8 sel Magnitude BRGM 9 Non (InSAR)OP9 Travaux souterrains LCPC BRGM 15 Non (InSAR)OP10 exploitation LCPC LCPC 0 LCPC : 11 Non (InSAR)OP11 minier Charbonnages BRGM 0 BRGM : 22 Oui (InSAR)Lorraine Minier BRGM/TRE BRGM : 22 Non (InSAR) Oui (PS)Paris diverses BRGM/TRE LCPC : 8 - CNES : 48 Oui (InSAR et PS)

100 184

Tabl. 1 - Récapitulatif des sites traités dans le cadre de RESUMet volumes des données utilisées.



• Les besoins des utilisateurs

Pour tous ces types de sites, les utilisateurs ont des questions de trois ordres, lesdeux premières étant à la fois essentielles et indissociables, les troisièmes étantd’ordre plus ergonomique.

3.1.1. Qualité de la détection- Sur le plan spatial : il y a besoin d’une représentation plus complète de l’espace des

dangers, -exactitude des mesures de déformation, localisation et étendue spatialedes déformations, voire localisation de déformations inconnues.

- Sur le plan temporel : répétitivité et capacité de suivi, précocité de l’information,connaissance de l’amplitude des déformations et de l’évolution cinématique desdéformations sur la période étudiée.

3.1.2. Potentiel en tant qu’outil de diagnostic

Ce besoin est lié à la pertinence de la détection et à la compréhension de ladéformation constatée. L’accès à des données quantitatives spatialisées devrait aiderà mieux suivre et comprendre la physique des processus évolutifs des déformations,l’aide à la mise en œuvre d’actions de diagnostic tactique (auscultations locales) etd’actions préventives, la fourniture d’un apport original dans la modélisation del’évolution de certains désordres, l’information légale opposable aux tiers, etéventuellement l’appui à la gestion de crise.

3.1.3. Services associés attendus

Rapidité de délivrance, capacité d’interopérabilité avec leurs propres données,confidentialité.

3.2. ANALYSE DES RÉSULTATS

3.2.1. Pôle pré-opérationnel

Les résultats relatifs à la détection de mouvements de terrain ont été entièrementdétaillés dans des rapports individualisés auprès des utilisateurs finaux concernés etdiffusés en accès public sous une version banalisée, une synthèse3, voire despublications. Ne sont rappelés ici que les exemples les plus pédagogiques quant auxdétections de déformations.

3 Le Mouélic S., Raucoules D., Carnec C. (2003) - RESUM : Analyse critique des résultats et taux desatisfaction des utilisateurs finaux, rapport final – BRGM/RP-52405-FR, juin 2003.



• Sites ruraux

Tout d’abord d’excellents résultats sur deux sites ruraux (OP4 et OP7), les autres sitesruraux, infructueux, n’étant pas présentés, mais commentés ensuite.

OP4 : sur ce site d’exploitation minérale dans un contexte très peu végétalisé, l’analysepar interférométrie différentielle classique met très clairement en évidence l’évolutioncinématique de la déformation sur ce site (jusqu’à 25 cm d’affaissement observé sur lapériode 1992-2000, fig. 3). Plusieurs interférogrammes révèlent l’amplitude et l’emprisede la déformation. Les traitements ont été effectués par Kinoa sur dix images(rap. Rigollier et al., KINOA, 2001), puis par le BRGM sur ces dix images et dix imagessupplémentaires.

Fig. 3 - Site OP4. 3,5 franges (10,5 cm de déformation) entre le 4/06/1992 et le 29/07/1993puis 5 franges (15 cm) entre le 29/07/1993 et le 20/08/2000

d’après les interférogrammes du haut. Les interférogrammes du bas indiquent5 franges (15 cm) entre le 26/11/1992 et le 9/12/1995 puis 1,5 franges (4,5 cm)

entre le 9/12/1995 et le 7/05/2000 (traitements BRGM).



OP7 : site d’exploitation du sel par dissolution. Des résultats spectaculaires ont étéobtenus par interférométrie différentielle classique (ref.4 et rap. BRGM/RP-51385). Desfiltrages adaptatifs assez forts ont été utilisés pour rehausser le faible niveau decohérence (végétation de type vigne). La géométrie de la déformation, son amplitudeet sa vitesse ont pu être mises en évidence et validées grâce aux mesures denivellement existantes (fig. 4). Les résultats InSAR montrent en particulier que laposition du réseau de nivellement existant (lignes noires et blanches) n’est pasoptimale : en effet les points de stabilité du réseau se situent dans une zone instable.Ce réseau de nivellement a été modifié suite à l’étude interférométrique, ce qui est undes points stimulants du projet : interaction entre techniques in situ et techniquessatellitaires.

Fig. 4 - Site OP7. L’analyse InSAR révèle la géométrie (8 km de diamètre), l’amplitude etla vitesse de déformation (2 cm/an) sur le site OP7. Il y a un bon accord avec

le nivellement existant (à droite – rms < 2 mm/an). L’InSAR a montré que la positiondu réseau de suivi au sol n’est pas optimisée.

OP5 : site minier en mouvements résiduels. Le traitement a été effectué sur deux jeuxd’images disjoints (10 + 8 images). Des déformations faibles sur plusieurs secteursétendus ont été mises en évidence par interférométrie différentielle classique (fig. 5).La confrontation des résultats avec des mesures de nivellement a pu être effectuéedans une partie du secteur couvert (rap. BRGM/RP-51952-FR). Cette confrontationmontre un bon accord général entre les deux types de mesures en relatif. Par contre,l’étude par interférométrie radar montre que le point fixe choisi pour le réseau denivellement est très probablement situé dans une zone instable de façon semblable àOP7, mais altérant considérablement plus les résultats. Ceci perturbe l’analyse desdonnées de nivellement absolues (interprétation d’un affaissement comme ungonflement du fait d’un choix non optimum du point de référence). L’étude

4 Raucoules D., Maisons C., Carnec C., Le Mouelic S., King C. (2003) - Monitoring of slow grounddeformation by ERS radar interferometry on the Vauvert salt mine (France). Comparison with groundbased measurement, Remote Sensing of Environment , vol. 88, n° 4, p. 468-478.



interférométrique apporte donc une information complémentaire importante pour cesite.

Fig. 5 - Site OP5. a) Image d’intensité moyenne géocodée (résolution 25 m).b) Interférogramme couvrant la période 28/09/1992 - 07/04/1996. c) Interférogramme

13/08/1993 – 28/01/1996. d) Interférogramme 24/03/1997 - 13/04/1998.

OP11 : site minier. Les images (22 images dont seulement 14 sur la même scène) ontété traitées avec des procédures améliorées et ont permis de mettre en évidence cinqzones de subsidence, malgré un fort niveau de bruit dû au couvert végétal (fig. 6).



Fig. 6 - Détection d’auréoles de subsidence sur le site OP11.

Il faut enfin noter que lors de l’analyse infructueuse des images de l’un des sites pré-opérationnels suivant, des phénomènes de subsidence de forte ampleur ont pu êtredétectés de manière fortuite sur une autre partie de l’image (une scène radar couvrantune zone de 100 x 100 km). Des déformations significatives insoupçonnées ont ainsiété clairement mises en évidence sur un site supplémentaire (Raucoules et al., 20035)(fig. 7).

5 Raucoules D., Le Mouélic S., Carnec C., Maisons C., King C. (2003) - Urban subsidence in the city ofPrato (Italy) monitored by radar satellite radar interferometry. International Journal of Remote Sensing.Vol. 24, n° 4, p. 891.



Fig. 7 - Détection d’auréoles de subsidence sur la ville de Prato (Italie). Des tauxde déformation de 8 cm par an ont été observés à trois endroits différents

(Raucoules et al., 2003).

3.2.2. Pôle coopératif

Site coopératif de Paris. Des déformations de faible amplitude ont pu être mises enévidence à la fois par interférométrie différentielle classique (chantier EOLEnotamment, fig. 8, Le Mouélic et al., 2002), par approches multi-interférogrammes (cf.rap. BRGM/RP-51825-FR et BRGM/RP-52362-FR) pour les zones de Montmartre oudu Grand Palais notamment, ou encore par Permanents Scatterers (Colesanti et al.,2003). Le fort niveau de cohérence de la zone (ce qui sera le cas de touteagglomération urbaine très étendue), associé à la disponibilité d’un nombre importantd’images (base de données du CNES mise à disposition du projet), a permis deréaliser des traitements exhaustifs sur cette zone. La comparaison avec la carte descarrières de Paris montre que les zonages obtenus peuvent s’expliquer par la



présence d’anciennes carrières de gypse dans le cas de Montmartre et des ButtesChaumont.

Fig. 8 - Visualisation de la déformation au sud de la gare Saint-Lazare à l’aide d’une sommed’interférogrammes. Une frange représente 3 mm de soulèvement vertical

(Le Mouélic et al., 2002).

Bassin ferrifère lorrain. Les traitements effectués par InSAR classique sur un jeu de14 images n’ont pas donné de résultat probant, en dehors de la détection d’unaffaissement de faible ampleur sur la ville de Jarny (rap. BRGM/RP-51825-FR). Enrevanche, la méthode des Permanents Scatterers, appliquée à un jeu de 56 images, apermis d’obtenir des résultats significatifs sur plusieurs secteurs du bassin ferrifère(cf. rap. BRGM/RP-52043-FR). La comparaison avec des données de terrain(historique des principaux évènements de déformation, nivellement, constatation desdésordres) confirme les résultats de l’analyse interférométrique. Il faut cependant noterdans ce cas que l’amplitude pluri-décimétrique des principaux évènements dedéformation ne peut pas être déduite des séries temporelles radar. Des signesprécurseurs de l’affaissement à dynamique rapide de Roncourt ont pu être observés(fig. 9). En revanche, dans un contexte géologique et minier semblable, d’autresaffaissements ne présentent pas de signe précurseur évident sur les sériestemporelles radar.



Fig. 9 - Localisation de trois réflecteurs permanents dont les séries temporelles indiquentclairement la présence d’un affaissement (PS n° 41 et 42). Ces mesures sont confirmées par

les données de terrain (rap. BRGM/RP-52043-FR).

D’un autre côté, les tests effectués montrent que l’analyse d’un ou deux points demesure PS isolés peut se révéler très délicate. Comme le montre la figure 10,l’interprétation de seulement deux séries temporelles pourrait suggérer un simplegonflement de 2 à 3 cm sur une zone qui a en réalité subi un affaissement à



dynamique rapide de plusieurs dizaines de centimètres. L’évènement s’est produit surune échelle de temps trop courte pour que le radar puisse suivre la déformation (lamesure radar est une mesure de phase modulo 2π, qui correspond à une déformationmesurée modulo 3 cm. La vitesse maximale de déformation que l’on peut suivre estdonc de 1,5 cm en 35 jours – sauf cas de paires d’images tandem à 1 jour). Seulel’analyse de l’ensemble des PS de la zone permettrait de lever une partie del’ambiguïté sur la nature de la déformation.

Fig. 10 - L’analyse de séries temporelles PS isolées peut se révéler délicate. On pourrait croireici à un soulèvement de quelques centimètres, alors qu’il s’agit en réalité d’un affaissement de

plusieurs dizaines de centimètres. Il faut obligatoirement pouvoir disposer du maximum depoints de mesure PS pour éviter toute ambiguïté liée à l’incertitude sur la mesure modulo 2π de

la phase (et donc de la déformation modulo 3 cm).



3.3. BILAN DES PERFORMANCES

Sur un total de 13 sites, l’interférométrie différentielle classique a donné des résultatstrès intéressants sur 5 sites (OP4, OP5, OP7, OP11 et Paris).

Pour les sites OP1, OP2, OP3, OP6, OP8, OP9, OP10 et le Bassin ferrifère lorrain, laperte de cohérence due au couvert végétal, et/ou dans une moindre mesure la tropfaible extension spatiale ou forte amplitude des déformations attendues, semblent êtreles facteurs limitants principaux. La méthode R3S de Altamira (interférométrie surréseaux de points), développée en parallèle de RESUM avec l’appui du CNES, adonné des résultats prometteurs pour les sites OP3 et OP7.

Dans le cas du bassin ferrifère lorrain, l’analyse InSAR classique ne donne que peud’information principalement du fait du couvert végétal important. L’analyse parPermanent Scatterers de TRE fournit en revanche des résultats très significatifs sur cebassin, ce qui suggère que plusieurs des sites n’ayant pas donné de résultat parInSAR classique pourraient également donner des résultats avec une approche detype Permanent Scatterers. De même, des études utilisant un radar en bande L(exemple du satellite japonais JERS1 ayant fonctionné avant 1998) pourraientpermettre de s’affranchir d’une partie des limitations induites par la végétation.

Sur l’ensemble des tests effectués dans le cadre de RESUM, des résultatsintéressants ont donc été obtenus dans environ 50 % des 13 cas. Mais la présentationla plus objective et un taux de succès de 80 % dans les zones urbaines, de mêmequ’en environnement à végétation peu couvrante et de 20 à 30 % en zones rurales.Dans ces contextes favorables, urbain ou surfaces peu végétalisées, un bon accordgénéral avec le nivellement est obtenu lorsque les deux types de mesures coexistent,ce qui fournit une validation indépendante de la mesure interférométrique.

Certains résultats sont explicites au point d’avoir eu des conséquences sur le dispositifdes mesures in situ en assurant une optimisation de la géométrie du réseau denivellement au sol (site OP7), ou même sur l’interprétation a posteriori des mesuresexistantes par identification d’un point de référence stable pour le nivellement (siteOP5).

On retrouve ainsi de bonnes raisons de privilégier l’usage de ces techniques sur lescibles urbaines ou désertiques. C’est le choix de cibles prioritaires proposé par le projeteuropéen GMES-GSE « Terrafirma » auquel participent plusieurs partenaires deRESUM.





4. Produits et service définis, adéquationaux besoins des utilisateurs finaux

4.1. DÉVELOPPEMENTS ALGORITHMIQUES

Nous ne présentons pas dans ce rapport les développements méthodologiques qui ontconduit à optimiser l’approche par interférométrie classique (réalisation de couplesinterférométriques individuels). Ils ont visé à la fois à gagner en temps de calcul,assurer l’exhaustivité des traitements, et aboutir à la réalisation de produits tirant lemeilleur parti de l’information présente dans les images radar.

Une méthode d’analyse exhaustive des interférogrammes, basée sur une inversion parmoindres carrés, est présentée dans Le Mouelic et al.6 . Elle intègre la coregistrationde l’ensemble des images à une image de référence, le calcul des n(n-1)/2combinaisons possibles, la correction des franges orbitales et topographiques, lesfiltrages et géocodages, la sélection des meilleurs interferogrammes, le déroulement etnormalisation des franges, la production d’une carte de vitesse moyenne, enfin laproduction d’une image de déformation par date (moindre carrés) et filtrage temporel.

Cette combinaison de l’ensemble des paires interférométriques permet de s’affranchird’une partie des limitations de l’interférométrie différentielle classique basée surl’analyse d’interférogrammes individuels. Cette approche permet de pallier en partie lefaible niveau de cohérence de certains interférogrammes, et de réduire l’influence desartéfacts atmosphériques à l’aide d’un filtrage temporel. Une inversion par moindrescarrés permet de recréer une image de déformation par date, ce qui permet ensuitesoit d’extraire des séries temporelles (d’une manière similaire aux résultats desPermanent Scatterers, voir fig. 8), soit de visualiser l’évolution temporelle desdéformations à l’aide d’une séquence chronologique.

Le cas de Paris, l’un des deux sites du pôle coopératif de RESUM a été pris commeexemple d’application. Cette approche permet d’obtenir des séries temporelles dedéformation, ainsi qu’une carte de vitesse de déformation moyenne. Une comparaisonavec l’approche par Permanent Scatterers montre que les deux approches sontglobalement concordantes. Mais des études plus approfondies seront nécessairespour évaluer la capacité des Permanent Scatterers à détecter des évènementsponctuels (à l’échelle d’un seul pixel) sans l’apport d’une information a priori. Cettequestion reste d’actualité et fait l’objet d’un nouveau programme de recherche à l’ESA(le projet PSIC4).

6 Le Mouélic S., Raucoules D., Carnec C., King C. (2003) - “A Least-squares adjustment of multi-temporal InSAR data – Application to the ground deformation of Paris” Photogrammetric Engineering &Remote Sensing, accepté (septembre).



4.2. PRODUITS ET SERVICES

En résumé, à partir de ces diverses représentations des résultats et de leur validation,trois produits ont été définis en accord entre les utilisateurs (GdF, CdF, Magnitude,LCPC, IGN) et les producteurs( BRGM, Altamira, CNES) :

- interférogrammes géocodés seuls (du type fig. 3, 4 , 6, 7) ;

- profils temporels des déformations (du type fig. 9 ou 10) ;

- carte de vitesse de déformation moyenne sur une période donnée ou le taux annuel(du type fig. 5 et 8).

Ils ont tous été associés à l’obligation de fournir un rapport sur la qualité des donnéesutilisées, les options de traitement, les interprétations associées, rapport validé parl’utilisateur concerné.

Pour les services, un Serveur Internet Sécurisé d’applications a été développé et misen démonstration sous le terme NET-RESUM par l’équipe IMAGE. Ce serveurs’appuie en partie sur des développements du Projet SAFE-TIMES - Réseau Terre etEspace conduit par l’ENS Lyon. Ce serveur comporte :

- le développement d’une application Internet facilitant la mise à disposition desdonnées spatiales auprès des utilisateurs finaux (collectivités locales, exploitant desite industriel…). Cette application comprend un ensemble d’outils conviviaux devisualisation, traitement et manipulation de données de télédétection permettant degénérer de manière interactive toute une gamme de produits. Les différentsinterférogrammes peuvent être ainsi représentés en 3D, avec la possibilité desurimposer les positions des cibles sur lesquelles des mesures de nivellement ontété réalisées. Des profils de déformations peuvent être réalisés et directementcomparés aux mesures in situ. En outre, les mesures de nivellement peuvent êtreinteractivement mises à jour ;

- l’insertion d‘une gestion interactive de l’intervalle temporel entre lesinterférogrammes, qui répond plus spécifiquement aux besoins d’utilisateurs deséries d’interférogrammes.

Pour montrer un aperçu de la souplesse du service proposé par IMAGE, la mise enplace d’un nouveau site sécurisé comportant le téléchargement via FTP de 16 inter-férogrammes différentiels calculés par le BRGM n’a nécessité qu’une heure de miseen place chez un utilisateur distant.

Par ailleurs la nécessité d’un service confidentiel a été formulé par la quasi totalitédes utilisateurs et a fait l’objet d’une analyse spécifique7.

7 Raucoules D., avec la collaboration de King C., Sureau J.F., Arnaud A. (2001) - « RESUM - Pôle Pré-Opérationnel Contraintes de confidentialité : Inventaire des moyens à mettre en œuvre ». RapportBRGM/RP-51383-FR.



Gestion interactive Gestion interactive de l’intervalle temporelde l’intervalle temporel

Fig. 11 - Visualisation des interférogrammes sous le serveur NET- RESUM de IMAGE.

4.3. ADÉQUATION AUX BESOINS

L’évaluation des produits a été faite par enquête soumise aux utilisateurs finauxassociés à RESUM directement (Charbonnages de France, Gaz de France,Magnitude, LCPC) ou dans le contexte des sites coopératifs (Géodéris, DAR-PMI),selon un questionnaire établi en référence à l’exposé des besoins initiaux exprimés parles utilisateurs8.

Cinq sur dix des enquêtes ont été remplies, ce qui ne permet pas d’obtenir de vraiesstatistiques, mais en revanche permet de dégager certaines tendances très bienreproduites dans les enquêtes européennes auxquelles le BRGM participe (Uramis,Terrafirma).

8 Raucoules D., avec la collaboration de King C., Sureau J.F., Arnaud A. (2001) - « ReSUM - Pôle Pré-

Opérationnel Contraintes de confidentialité : Inventaire des moyens à mettre en œuvre » Rapport BRGMRP-51383-FR.Potherat P., Leonard C. (2001) - RESUM contribution du LCPC, rapport annuel 2001.Person T. (2001) - « Contribution IGN au projet RESUM CR annuel », décembre 2001.Carnec C.8, King C., Raucoules D., Guise Y., Paquette Y. (2001) - « Suivi de mouvements résiduelssur sites miniers par interférométrie radar -Perspectives et applications » par SIM Environnement, n° 14,p. 21-23.



• Connaissance de l’interférométrie radar avant ce test OUI (4)/NON (1)• Jugement des résultats radar sur leurs sites ? UTILES (4)/ INUTILES (0)

Dans le cas où ils sont jugés utiles, leur apport est jugé Moyen/ Intéressant (3)/ Majeur (1)• Pour les secteurs dont l’utilisateur a la charge, les résultats radar ont-ils donné des

informations nouvelles dans les domaines suivants :- localisation des déformations ? OUI (1)/ NON (4)- étendue spatiale des déformations ? OUI (3)/NON (2)- localisation de déformations inconnues OUI (3)/NON (2)- amplitude des déformations ? OUI (2)/NON (3)- évolution cinématique des déformations sur la période étudiée OUI (2)/NON (3)• Au vu des résultats de l’interférométrie radar, l’utilisateur modifierait-il la

géométrie de son réseau de suivi au sol, afin de l’optimiser OUI (3)/NON (2)• L’utilisateur envisage-t-il de remplacer les mesures in situ par des

mesures satellite OUI (2)/NON (3)

En général, les utilisateurs connaissent déjà bien les déformations en jeu. Parcontre d’autres demandes complémentaires ont été formulées et ont nourri l’offre deproduits et services présentés au chapitre 8 :

- reconstitution de l’historique à partir des archives (depuis 1992) ;

- étude comparative de la cinématique sur des points de calage,

- extrapolation spatiale et analyse prospective de tendance ;

- nécessité de recherches complémentaires concernant l’étendue spatiale desdéformations.

- Intérêts exprimés par rapport aux méthodes conventionnelles de type nivellement ou GPS · c'est une option qui sera peut-être un jour intéressante techniquement. Ce jour-là, on

bénéficiera de ses principaux attraits : plus rapide et moins cher,· détection de zones en mouvement ou ayant subi des déformations dans le passé,

notamment celles qui sont difficiles d’accès ou qui ne comportent pas d’enjeuactuellement,

· évaluation et expertise sans intervention humaine au sol,· les méthodes sont complémentaires des méthodes de nivellement au sol,· précision et possibilité de contre-mesures.

En général les utilisateurs sont prêts à intégrer ces nouvelles mesures dans leurprotocole, quitte à le modifier.

Le prix d’une étude interférométrique dans un cadre commercial a aussi été soumis àune estimation acceptable en adéquation avec les résultats attendus, compte tenu desenjeux des utilisateurs :

- Interférométrie classique : 10-15 images à 500 euros chacune + 15 joursd’ingénieur, soit environ 12,5 à 15 k€ ? OUI (1) /NON (2)

+ 1 autre oui à condition que les résultats soient là



- Technique des Réflecteurs Permanents : 40 à 60 images + 3 mois d’ingénieur,soit environ 40 à 60 k€ OUI (1) /NON (2)

+1 autre oui à condition que les résultats soient là

- Classement par ordre d’intérêt des produits suivants ? (1 = très intéressant, 4 =intérêt limité)

DARPMI Geoderis Mag. GDF CdF· carte de vitesse de déformation moyenne 1 1 2 1 1· interférogrammes géocodés seuls - 2 3 - 3· profils temporels des déformations 1 1 1 - 2

- Accès aux résultats sous forme numérique (pour pouvoir faire eux-même desprofils des déformations, par exemple) ? OUI (2) /NON (3)

- Souhait d’utiliser l’interférométrie radar comme outil d’investigationsupplémentaire pour quantifier les déformations du sol ? OUI (1) /NON (0)

- Vérification et validation : l’utilisateur envisage-t-il d’effectuer des testsinterférométriques sur d’autres sites que ceux traités dans le cadre deRESUM ? OUI (5 )/NON (0)

4.4. BILAN

Les utilisateurs finaux se sont montré intéressés par les résultats de l’interférométrieradar, ils y ont vu une possibilité d’améliorer leur perception d’un mécanisme déjàconnu et un recul temporel ou une mise à jour qu’ils ne détenaient pas. Néanmoins lemessage principal a été que l’interferométrie RADAR est une techniquecomplémentaire et viendra compléter un diagnostic établi sur la base de méthodesconventionnelles de suivi. Elle doit être intégrée dans une étude générale.

Au niveau des produits requis, une carte de vitesse moyenne ainsi que dans unemoindre mesure des profils de déformations sont plus demandés que de simplesinterférogrammes différentiels géocodés. L’accès aux données numériques n’est pasrequis systématiquement. Pour certains utilisateurs un rapport détaillé suffit à l’heureactuelle, mais il est prévisible que les pratiques ergonomiques évolueront rapidement.Enfin, l’ensemble des utilisateurs sondés est prêt à effectuer d’autres testsd’interférométrie.

L’une des difficultés rencontrées dans un cadre purement commercial concernel’avenir de l’archive consultée, il est traité en chapitre 6, mais c’est aussi le prix desdifférents niveaux de produits. Compte tenu de l’impossibilité de donner un diagnostica priori sur la détection des déformations, l’offre commerciale doit pouvoir garantir defaire un test avec une méthode donnée, mais ne peut pas garantir à coup sûrl’obtention de résultats avec ce test.

Ces éléments sont constitutifs de l’offre du groupement RESUM présentée enannexe 4.





5. Les avancées en recherche

Plutôt que de s’investir sur les algorithmes de traitement du signal radar, soutenus pard’autres programmes de développement des agences spatiales ESA et CNES, le voletrecherche a pris l’option de préparer l’exploitation thématique des données inter-férométriques pour améliorer la compréhension des mécanismes de déformations desterrains.

L’École Centrale de Paris en a coordonné les actions en visant le développement desméthodes d’assimilation des données spatiales dans les modèles déterministes degéomécanique. Elle a privilégié le cas où les cavités ne sont pas ou peu connues apriori, ce qui exclut ordinairement les approches par modélisation directe.

Deux objectifs pouvaient être poursuivis : soit contraindre les modèles de déformationgéomécanique par les données INSAR et en déduire des données d’entréemanquantes, soit les valider objectivement avec un constat de déformationindépendant de la déformation globale proposée par le modèle.

L’option retenue a été la première : c’est-à-dire coupler les données interférométriquesradar avec une modélisation numérique contenant déjà une connaissance a priori dusous-sol en terme de géologie, topographie et comportement mécanique. Enparticulier, l’origine du mouvement de terrain est supposée connue comme parexemple une subsidence due à la présence de mines ou de cavités salines.

L’idée est que le croisement des données interférométriques et des calculsgéomécaniques doit permettre une description plus précise de l’évolution des terrains,ce qui est inenvisageable par une seule approche. Le cadre utilisé a été celui duproblème inverse où on essaie de trouver les données manquantes en confrontant lemouvement de surface prédit par la simulation associée à ces données avec lemouvement observé par interférométrie en surface. Une erreur est associée à l’écartentre ces deux grandeurs et par itérations successives, on modifie les donnéesmanquantes pour améliorer le calage entre prédiction et mesures.

L’approche numérique décrit le champ de déplacement du milieu sous l’effet de lapesanteur, en tenant compte des conditions de surfaces libres et de la présenced’éventuelles hétérogénéités. En utilisant une méthode d’optimisation de Newton, oncherche à inverser un champ de module d’Young E dans une zone du sous-sol où sontsupposées se trouver les cavités, de telle sorte que le déplacement associé en surfacesoit le plus proche possible des données radar.

Différents calculs tridimensionnels ont été menés, afin de tester les performances etles difficultés. Ils montrent qu’on retrouve très bien la position d’une cavité théoriqueinitiale.

Puis, on a appliqué cette modélisation sur un site topographique et géologique réel(site OP7). Les premiers résultats ont montré qu’il est possible de prendre en compte



une géométrie tridimensionnelle relativement complexe et proche des coupesgéologiques et qu’un modèle géologique recalé fournit des informationssupplémentaires comme le tassement en profondeur inaccessible autrement.L'approche numérique amène une cohérence très intéressante entre des jeux dedonnées d'origines distinctes et cette approche a une valeur de généralisation àd’autres sites.

Fig. 12 - Application à un site réel OP7. a) Géologie, b) Modélisation géologique simplifiée 3D,c) Maillage adaptatif et insertion des cavités, d) Tassements obtenus en profondeur

(D.Aubry et al., 2003.)

Ces résultats ont déjà fait l’objet de communications dans des conférencesspécialisées9. Il restera à raffiner ce modèle avec des éléments de complexitésupplémentaire, à tester le problème inverse et à coupler aux donnéesinterférométriques.

Les perspectives à ce jour sont de progresser dans les capacités de simulation desmécanismes par injection de connaissances sur le comportement du milieu issues dudomaine satellitaire. À terme, on peut espérer proposer des outils de simulation qui

9 Aubry D., Bing T. (2003) - Data assimilation and adaptative inverse approach, invited conferenceGöTEBORG Adaptative modelling conference, septembre.

Aubry D., Bing T. (à paraître) - Adaptative identification of cavities in elastic media - Computer Methodsapplied Mechanics and Engineering, à paraître.



s’appuieront sur les séquences temporelles reproduites et pourront tenter despropositions prédictives utiles en remédiation et prévention. Cette recherche doit sepoursuivre et être irriguée par la mise au point de modèles géomécaniques adaptésaux diverses sollicitations physiques (vides effectifs, pompages, fluages, etc.).





6. Le problème de la continuitédes observations satellites

Les résultats acquis dans le cadre de RESUM mettent clairement en évidence l’intérêtopérationnel des méthodes d’interférométrie radar pour la mesure des déformations desurface, en complément d’autres techniques d’investigation.

Mais, une des questions majeures des années à venir concerne la continuité desobservations satellites. En effet, ERS1 ne fonctionne plus depuis 1999, et le satelliteERS2 arrive en fin de vie. Depuis début 2001, le dysfonctionnement des gyroscopesde bord induit des contraintes supplémentaires pour le traitement interférométrique desdonnées, une partie des nouvelles images n’étant tout simplement plus exploitabled’un point de vue interférométrique. TRE (TeleRilevamento Europa, spécialiste desPermanent Scatterers), estime qu’environ 40 % des images ERS actuelles peuventencore servir pour la technique des Permanents Scattterers.

Des tests concluants ont été réalisés avec le satellite canadien Radarsat10, qui offrel’avantage de pouvoir acquérir des images tous les 24 jours (voir par exemple lerapport RESUM BRGM/RP-51953-FR). En revanche, Radarsat peut fonctionner selonplusieurs modes d’acquisition, avec plusieurs résolutions spatiales et plusieurs anglesd’incidence, ce qui rend l’archive extrêmement disparate. Or, sans une archivehomogène, une étude interférométrique performante ne peut pas être menéecorrectement. Il en va de même pour le nouveau satellite européen ENVISAT, lancéavec succès en février 2002 (capacité d’observation multi-incidence, multi-résolution etmulti-polarisation). Seul le choix stratégique de favoriser un mode d’acquisition pardéfaut peut remédier à ce problème. À l’heure actuelle, cette solution est déjàenvisagée à la fois pour Radarsat (choix probable des modes S2 et S7) et pour Envisat(choix du mode le plus proche d’ERS) selon le terme « background mission ». Il fautcependant attendre que l’archive se constitue pour que des traitements significatifspuissent être menés à bien.

Dans le cas d’une utilisation croisée de données ERS et ENVISAT, le premierinterférogramme mixte a été publié par le DLR (disponible sur le sitewww.esa.int/export/esaSA/SEM97H5V9ED_earth_0.html). Il s'agit d'un interféro-gramme non différentiel (équivalent MNT) et non déroulé. Malgré le décalage enfréquence du radar d’ENVISAT par rapport à celui d’ERS, plusieurs équipes ont depuisconfirmé les possibilités de combiner les deux types de données.

On peut finalement noter qu’un satellite ERS3 ou ERS4 (de simples copies conformesdes ERS1 et 2), revenant 20 fois moins cher qu’ENVISAT, est une solution préconisée

10 Raucoules D., Cruchet M., Delacourt C., Carnec C., Le Mouelic S., Feurer D. (2003) - Landslidemonitoring on the la Réunion Island using Remote Sensing methods Fringe 2003- Frascati.



par plusieurs équipes pour rendre parfaitement opérationnelle la techniqued’interférométrie radar. Il reste qu’en 20 ans la technologie des segments sols a aussiévolué et que son renouvellement devrait être comptabilisé pour une comparaisoncorrecte et crédible de l’effort à fournir.

Enfin, de nouvelles générations de satellites devraient voir le jour à l’aube 2005 :satellite Japonais ALOS, satellite argentin SAOCOM, satellite Radarsat 2 canadien,satellite TerraSAr bande X. Au-delà, des projets candidatent sérieusement comme lagrappe de satellites Cosmo-Skymed, et moins avancés, les projets de Terra Sar BandeL ou de la roue interférométrique (ann. 1). Les potentialités de ces nouveaux capteursdevront à nouveau être testées pour évaluer leurs capacités pour des applicationsinterférométriques dans un cadre purement opérationnel. L’homogénéité des futuresarchives sera là encore un point critique des performances que pourront offrir cesnouveaux satellites.

En résumé, ces aspects « filière radar interférométrique » et « archive longue durée»sont sous la dépendance des priorités des agences spatiales. L’enjeu de groupementsd’utilisateurs comme celui de RESUMTM est de porter à connaissance des agencesl’émergence d’applications issues de tels systèmes et qui ouvrent de nouveauxmarchés. Il faudra de plus que les équipes positionnées sur le domaine desmouvements de terrain en général (glacier, tremblements de terre, subsidence,glissements de terrain, déformations volcaniques) s’organisent vis-à-vis des agencesspatiales et des industriels pour des acquisitions d’archives homogènes (orbite,incidence, fauchée, PRF, Doppler), de façon à définir des modes d’acquisition nepénalisant pas certaines applications.

C’est pourquoi, simultanément aux dossiers préparatoires des futurs capteurs offrantles mêmes séries de données, il faut faire percoler ces technologies vers lesutilisateurs potentiels du domaine de l’équipement et de l’activité souterraine et devenirconvaincant sur les réels besoins de ce marché solvable.



7. Valorisation

Le projet RESUM étant labellisé et soutenu par deux réseaux technologiques (RGC&Uet RTE), l’exigence de valorisation a été double :

- pour le RGCU il fallait améliorer le couplage entre la recherche publique d'une partet la recherche privée et les industriels ;

- pour le RTE il fallait aussi faciliter les conditions d'accès aux données d'observationde la Terre à des utilisateurs peu familiers du monde du spatial, dès lors que ceux-cienvisagent d'inclure ces données dans des processus opérationnels : accès simpleet convivial sur les outils habituels de travail, délais de diffusion très courts pour desapplications telles que la gestion des risques naturels.

Prise en charge dès le lancement du projet, la valorisation a porté sur un certainnombre d’actions sensibles qui seront résumées ci-dessous.

Nous ne rappelons pas ici les précautions prises au moment de la signature descontrats (les déclarations des participants sur les travaux antérieurs et en cours, lesaccords de confidentialité, accords de groupement, qui sont inhérent à ce type deprojet de réseau technologique…).

Nous dressons simplement le bilan des valorisations et des modalités d’exploitationdes résultats qui ont été mises sur pied, en utilisant le référentiel NODAL proposé parle RGCU.

En aval, à l’issue du projet, des propositions sont faites pour élargir l'exploitation deses résultats.

7.1. BILAN DES VALORISATIONS

7.1.1. Les actions de valorisation par la communication

Actions et cibles Nb Références en annexe 1 ActeursRéunionsd’animation et desuivi du projet

7 2001 : 2 dont le lancement2002 ; 22003 : 22004 : 1 clôture

Comité depilotage etacteurs du projet

Rapports desactions du projet

28 2001 : 102002 : 102003 : 8

BRGM, IGN,Altamira, LCPC,Kinoa, CentraleSA, TRE,Magnitude



Actions et cibles Nb Références en annexe 1 ActeursArticles scientifiquesde rang A

7 2002 Le Mouelic et al. in GRL2003 Raucoules et al. in IJRS2003 Raucoules et al. RSELe Mouelic et al. accepté à PERSColesanti et al. accepté à IJRSAubry et al. soumis à CMAM&ERaucoules et al., soumis à IJRS

BRGM, ECP,TRE, CdF

Abstracts etcommunicationsdans desmanifestationsspécialisées

23 Geri : Carnec et al. 2001AGAP : Le Mouelic et al. 2002IGARSS : Raucoules et al. 2002IGARSS : Le Mouelic et al. 2002XXVII EGS :Aubry et al. 2002XXVII EGS : Raucoules et al. 2002XXVII EGS : Le Mouélic et al. 2002GTN-GMES : Carnec et al. 2002SIRNAT : Carnec et al. 2003GISOS : Le Mouélic et al. 2003TP TECH-CNIT : Carnec et al. 2003XXVIII EGS: Le Mouélic et al. 2003XXVIII EGS: Raucoules et al. 2003IGARSS : Raucoules et al. 2003IGARSS : Carnec et al. 2003AMC : Aubry et al. 2003JSGF : Feurer et al. 2003Fringe : Fruneau et al. 2003Fringe : Feurer et al. 2003Fringe : Le Mouélic et al. 200332e IGC Firenze : Thierry et al. 2004JNGG : Guise et al. 2004JNGG : Maisons et al. 2004

BRGM, ECP,TRE, UMLV,CdF

Articles techniquesdans des revuesprofessionnelles

2 2001 Carnec et al. 2001 inIM.Environnement2004 Carnec et al. in RFG

BRGM, CdF

BRGM, CdFArticles techniquesdans des revuesinternes auxentreprises

2 2002 Géorama2003 Centrale2003 I-Space

BRGM, ECP

Participation à desgroupes de travailministériels

3 MENRT- GTN-GMES : King et al. 2002MENRT- GTN-GMES : Carnec et al. 2002MEFI –Com 3S : Carnec et al. 2002MEFI - DAR PMI : Le Mouelic et al. 2003Bureau des Longitudes : Carnec 2003

BRGM

Organisation demanifestationpublique

1 SIRNAT : King 20033e journées pour la Prévention desRisques Naturels

BRGM

participation à desmanifestations grandpublic

2 Geoévènement Carnec et al. 2002SITEF : Carnec et al. 2002

BRGM



Actions et cibles Nb Références en annexe 1 ActeursSite Web et Extranet(communicationentre les participants)

Tous http://resum.brgm.frsite en français et anglaispublication des résultats sur le site ; miseen ligne de documents et exemplesaccès filtré pour les partenaires

Equipe projet,cellule animation

7.1.2. Les actions de valorisation par la formation

Actions et cibles ActeursCours dans écolesd’ingénieurs et universités

Cours au GDTA, univ. Bordeaux,Univ.Orléans

BRGM

Formation de partenaires Apprentissage pour une appropriation destechniques par le LCPC qui a recruté uningénieur

BRGM - LCPC

Démonstrateur NET-RESUM

Démonstrateur de mise en ligne desrésultats et de leur manipulation à distanceQui devient une option des prestationscommerciales du groupement constitué

IMAGE, BRGM etMagnitude

Stages Stagiaire en modélisation ECPEncadrement de thèse Univ.Laval (Québec)-CRG BRGM

7.1.3. Les actions de valorisation par les réalisations et ouvragesexpérimentaux

Actions et cibles Réalisé ActeursMise en œuvre desprocédés sur des ouvrages« réels »

• 13 sites testés en lien avec les maîtresd’ouvrage

Incontournable pour le développementde l’innovation

Partenaires du projet,et donneurs d’ordreexternes : DRIRE,GEODERIS

Organisation de voletméthodologique pilote

• Sur la Lorraine et Paris : mise en placed’un outil de comparaison desméthodologies pour l’aide à la décision

• Et base de données communes sousconvention

Partenaires du projet

UMLV, EHESS, IGC

Réalisation de film vidéo deprésentation

Diffusion sous forme de CD de la sérietemporelle dynamique sur Paris

BRGM

Démonstrateur NET-RESUM

Démonstrateur de mise en ligne desrésultats et de leur manipulation àdistanceQui devient une option des prestationscommerciales du groupement constitué

IMAGE , BRGM etMagnitude



7.1.4. Les actions de valorisation par la normalisation et la réglementation

Actions et cibles Réalisé ou prévu ActeursCMIS Associationd’organismes normatifs(grâce aux représentants duprojet dans les instancesnormatives)

• Conférence Budapest. GdF, Magnitude

Base de données • Base de données communes sousconvention sur Paris pourcapitalisation des résultats d’essais,voire de synthèse de ces résultats

Équipe projet et UMLV,EHESS, IGC

7.1.5. Les actions de valorisation par l'exploitation des résultats

Actions et cibles Réalisé ActeursAccord de groupement pourla durée du projet

définit les modalités de fonctionnement duGroupement constitué entre les Parties,aux fins de réaliser le Projet RESUM etprévoit la répartition entre les Parties desdiverses tâches

Partenaires du projet

Dépôt de marque RESUMauprès de l'INPI

La dénomination « RESUM » est destinéeà un service d’étude des mouvements deterrains verticaux…, surveillance des sitesminiers, logiciels associés.Ce dépôt est destiné à préparer la cellulecommerciale opérant sous un protocolede référence et en prévision de transfertsde technologies et concession de licences

BRGM

Création d’un groupementcommercial temporaireRESUMVoir annexe 4

Ce groupement est temporaire, maispourra se poursuivre. Il regroupeMagnitude, BRGM et IMAGE. Il acompétence pour formuler en France et àl’étranger une offre commerciale et pourl’exécuter.

Magnitude, BRGM etIMAGE.

Site web Site de présentation de ce groupementcommercial et son nouveau logo

Magnitude, BRGM etIMAGE.

Recherche sous contrat ESA URAMIS : étude du marché potentiel de lasubisdence urbaine et minière pourl’observation de la terre

BRGM , AltamiraIndustriel Soletanche–Bachy,

Insertion dans un projeteuropéen

Le projet GMES –Terrafirma financé parl’ESA associe maintenant plusieursmembres de Resum du fait leurexpérience et de leur visibilité nationale. Ilvise à terme à mettre en place un serviceeuropéen d’informations sur lesdéformations dans les villes européennes

BRGM, Altamira,Soletanche-Bachy



7.2. PROPOSITIONS EN AVAL DU PROJET : CAPITALISATION ETEXPLOITATION DES RÉSULTATS

Conformément aux objectifs initiaux du projet, l’équipe s’est donné les moyens destructurer un groupement commercial qui est décrit au chapitre 8.

C’est dans ce cadre que des actions de valorisation complémentaire peuvent êtreportés ou enrichies.

7.2.1. Les actions de valorisation envisageables par la normalisationet la réglementation

Recommandationsissues d’expériences

• Nécessité d’un suivi au-delà de la fin duprojet avec les ministères et organismespublics

• Valeur du label RGC&U

Laboratoire de recherche,Institutionnels, ministères

Aides à laprescription

• Participation à des comités techniques• Intégrer les associations et les lieux

d’innovation

Équipe projet

7.2.2. Les actions envisageables par le soutien d’acteurs externes desprojets

D’autres partenaires externes au projet peuvent être des soutiens de la valorisation.Ces partenaires externes (souvent intervenants ou bénéficiaires) peuvent être :

Partenaires externes Soutien ou actions de valorisation envisageablesEntreprises, industriels,exploitants

Réalisation d’ouvrages réels et valorisation économique del’innovation

Journalistes Articles, réalisation de journaux internesOrganismes de formation Formations professionnellesOrganismes normatifs Évolution des normes par l’Afnor et la CEN (Europe)Organismesréglementaires

Evolution de la réglementation par les Ministères et lesinstitutionnels : le BRGM, le LCPC, l’IGN participent de part leursmissions à ces commissions et doivent y être vigilants

Organismesprofessionnels

Diffusion auprès des professions minière et du BTP

Institutions étrangères : Diffusion internationale, réglementation dans d’autres pays par lecanal des Geol surveys européens

Associations decommunes

Remontée des besoins et des préoccupations environnementaleset sociétales





8. Conclusion

e Réseau d’Études des Subsidences Urbaines et Minières a contribué à faireémerger une technique de détection et surveillance des déformations lentes du sol,

très performante en termes de précision altimétrique et de localisation. En apportantune vision continue et une capacité de rétrospective, cette technique est trèscomplémentaire des techniques de nivellement ou de suivi géodésiques utiliséesactuellement.

Au niveau des performances, la mise en œuvre de l’interférométrie radar s’est avéréeparfois complexe dans les contextes ruraux, du fait de contraintes liées aux conditionsdu milieu (relief, végétation, changements agricoles, etc.) ou dans les cas dedéformations à trop faible extension spatiale.

Mais en contexte urbain et à la condition que le paysage urbain n’évolue pas trop vite,elle est très puissante pour détecter et quantifier avec une précision millimétrique desdéformations, en particulier dans le cas des évolutions cinématiques lentes. L’apportspécifique de l’interférométrie est :

- l’obtention d’une vision synoptique de la déformation (mesure 2D), par opposition aunivellement (1D) ou au GPS (1D ou réseau de points), sur une zone pouvantatteindre 100 x 100 km, avec une précision subcentimétrique ;

- la possibilité d’effectuer une étude rétrospective des déformations sur des sites oùaucune autre mesure n’est disponible ;

- la possibilité d’étudier un site sans qu’aucune intervention humaine sur ce site soitnécessaire.

Une approche plus complète, de type Permanent Scatterers ou Points Stables, permetd’augmenter considérablement ce taux de détection en contexte rural, comme lemontre l’exemple du Bassin ferrifère lorrain.

L’essentiel des résultats sur les sites pré-opérationnels (11) ou les sites coopératifs(Paris et la Lorraine) a été collectivement publié dans des colloques et revuesinternationales. Ils donnent une claire vision des performances et limites des méthodesexistantes.

Dans le contexte actuel, il est clair que plusieurs facteurs économiques,démographiques ou environnementaux vont multiplier les causes de déformationsconstatées en contexte urbain ou minier et affecter les bâtis et équipements sus-jacents (travaux souterrains, anciennes cavités abandonnées, pompages,extraction…). Aussi les retombées de l’activité du réseau sont-elles de quatre ordres :

- plusieurs des utilisateurs ont vu un bénéfice à ces développements et à l’usage destechniques spatiales (IGN, Magnitude, CdF, GdF). Ils ont déjà modifié leursprotocoles de surveillance pour assurer dans des conditions plus économiques lescharges et devoirs qui leur incombent quant à la sécurité et la surveillance de sites.

L



- les équipes qui assurent déjà un service ou une prestation dans ce domaine,(BRGM, LCPC, Altamira ) ont conforté leur action et normalisent leur offre auprèsd’autres clients ou interlocuteurs ayant des besoins similaires. De plus, grâce àl’entremise du RGCU des actions conjointes avec Solétanche-Bachy pour l’ESA ontété aussi une ouverture importante qui élargit le périmètre au domaine du BTP.

- la structuration d’une cellule de production dédiée au marché identifié dans cetteétude s’est mise en place et a défini la gamme de services associés qui sont offerts.La création de ce groupement commercial temporaire RESUMTM associe plusieursdes membres de RESUM, en suite logique de la convention de groupement initial.Son expérience et son champ d’action vont se fonder sur les points forts et lesprécautions à prendre, notamment pour choisir à priori les sites ayant une plusgrande chance de succès.

- enfin, on peut dire que les services délégués de l’Etat , informés de ces résultats parle Comité de Pilotage, n’ont certes pas encore modifié leurs réglementations quantaux garanties à apporter avant la prise en charge de sites par l’Etat, mais ont déjàfait préconiser des procédures d’arrêtés préfectoraux pour influer sur les devoirs demétrologie.

L’équipe a trouvé dans ce mode de fonctionnement avec les réseaux RGCU et RTEdes conditions stimulantes et structurantes puisque des PME hors du monde spatialsont maintenant des acteurs convaincus de l'intérêt des techniques spatiales en appuià leurs propres approches et que l'offre française se trouve à un niveau tout à faitcompétitif par rapport aux ténors européens.

La pérennité de cette technique n’est pourtant pas encore fermement assurée car elledépend de la continuité de la filière d’observation radar satellitaire. Point positif, l’ESAvient de confirmer que le radar A-SAR, lancé en février 2002 sur ENVISAT, peutpoursuivre l’acquisition d’une archive homogène et être exploité en mode compatibleERS.

Au-delà de la durée de vie de A-SAR (2007), la communauté se mobilise pour obtenirun radar de 3e génération compatible avec les précédents. Le cadre européen duprojet Terrafirma est un des supports de cette mobilisation. On y retrouve plusieurs desacteurs de RESUMTM, que le réseau RGCU a permis de faire reconnaître comme desacteurs majeurs de l’observation de la terre pour les applications en génie civil eturbain. Au sein de Terrafirma, le BRGM contribue à convaincre les autres servicesgéologiques européens (beaucoup moins investis sur ces sujets) de s'approprier cestechniques au bénéfice des actions de recherche et de service public dont ils ont lacharge.



Annexe 1

Principe de la méthode préconisée

Annexe 1 - Principe de la méthode préconisée.





Le principe de la technique d’interférométrie consiste à combiner la phase de deuximages radar prises par le satellite à des instants différents. Le terme de phase propre,variable aléatoire dépendant de l’orientation des rétrodiffuseurs au sein d’un mêmepixel, s’élimine par différence, permettant ainsi de mesurer directement la différence dedistance entre le satellite et le sol entre les deux passages du satellite.

B⊥

1Dist 2Dist

)(412 DistDist −=∆

λπϕ

1Dist

propredépl ϕλ

πϕ +=...4

Signal émis

Signal rétrodiffusé

Élimination de φ Propre par différence

1er passage2e passage

interférogramme

L’interférogramme (le terme ∆φ à droite sur la figure) permet de mesurer le relief avecprécision, ou, si le relief est connu, de mesurer par analyse multi-temporelle desdéformations de la surface, avec une résolution latérale (pixel) d’environ 20 m pour lessatellites ERS et une précision verticale centimétrique, voire millimétrique. Une frange(ou un cycle de couleur) sur un interférogramme correspond à une déformation de2,8 cm en direction du satellite, soit 3 cm de déformation verticale pour les satellitesERS compte tenu de l’angle d’incidence de 23°. Les performances sont d’autantmeilleures que les caractéristiques radiométriques et géométriques de la surface sontstables (assurant la stabilité du terme φ propre entre les deux prises de vues). Du faitde la stabilité du bâti, un contexte urbain (ou désertique) est donc beaucoup plusfavorable qu’une zone couverte par de la végétation. L’archive des données dessatellites ERS remonte jusqu’en 1991, les données étant régulièrement acquises selonun cycle de 35 jours :

- le système européen ERS (archive à fort potentiel interférométrique sur la période1992-2000 permettant des rétrospectives très intéressantes sur les mouvements deterrain. Toutefois depuis janvier 2001, le satellite ERS2 connaît une panne partiellequi limite fortement ses capacités interférométriques et ne permet pas unerétrospective efficace sur les évènements récents ;

- le radar européen A-SAR à bord du satellite ENVISAT est en place depuis avril2002, mais n’est pas encore tout à fait opérationnel, ses capacités interféro-métriques sont au stade de l’exploration sous le contrôle de l’ESA ;

- le système canadien Radarsat fonctionne depuis 1995, il a des capacitésinterférométriques moins intéressantes que ERS, mais qui peuvent être explorées.

L’un (A-SAR) comme l’autre (Radarsat) ont une capacité d’observation en modesmultiples. Avantageux pour répondre à des besoins de divers utilisateurs, celacomplique et réduit la possibilité d’accumuler des archives homogènes permettantseules une étude interférométrique. Seule une action coordonnée de programmation



auprès des agences spatiales peut garantir l’accès à des acquisitions systématiques,et dans un mode opérant pour l’interférométrie.

Source de données disponibles actuellement

Satellite Lancement/fin Bande Résolution Incidence Polarisation Répétitivité Commentaire

ERS 1/2 1991-2000

ERS2 1995 - C ~4x20 m 23° VV

35 j(1 j entreERS 1 etERS 2)

ERS-2 limité par la variationdu Doppler variation depuis2001.

EnviSAT 2001 - C ~4x20 m 15°-45° 2 pol 35 jpetite archive pour l’instant,une certaine compatibilitémais limitée avec ERS-2.

Radarsat-1 1995 - C 8- 12,5 m 20°-50° HH 24 jArchive limitée par le tropgrand nombre de modespossibles

JERS-1 1992-1998 L 18 m 35° HH 44 jArchive significative sur leJapon, mais pas surl’Europe

Planning des missions radars prévues dans un proche avenir

Satellite Année delancement Bande Résolution Incidence Polarisation Répétitivité

Radarsat-2 2005 C 3 m (1pol)9 m( 4pol) 20°-49° 4 pol 24 j

Terrasar 2005(2 satellites)

X et ( ?)L 3 m 20°-50° 4 pol L, 2 pol X 11 j

COSMO-SKYMED

2005-2007(4 satellites) X 3 m variable 2 pol 12h

SAOCOM 1A 2005-2006(2 satellites) L 10 m 20°-40° 4 pol 12h

ALOS 2004 L 10 m 18°-48° 2 pol 45 j



Annexe 2

Bibliographie internationale

Annexe 2 - Bibliographie internationale.





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Raucoules D., Maisons C., Carnec C., Le Mouelic S., King C. (2003) -. Monitoring ofslow ground deformation by ERS radar interferometry on the Vauvert salt mine(France). Comparison with ground based measurement, Remote Sensing ofEnvironment , vol. 88, n° 4, p. 468-478.

Strozzi T., Wegmüller U., Tosi L., Bitelli G., and Spreckels V. (2001) - Landsubsidence monitoring with differential SAR interferometry, PhotogrammetricEngineering and Remote Sensing, 67, p. 1261-1270, 2001.

Tarayre H. and Massonnet D. (1996) - Atmospheric heterogeneities revealed byERS1 interferometry, Geophysical Ressearch Letters, 23, p. 989-992.

Tarchi D., Rudolf H., Pieraccini M., Atzeni C. (2000) - Remote sensing of buildingsusing a ground-based SAR : application to cultural heritage survey, Int. J. RemoteSensing, vol. 21, 18, p. 3545-3551.

Tesauro,M., Berardino P., Lanari R., Sansisti E., Fornaro G. and Franschetti G.(2000) - Urban subsidence inside the city of Napoli (Italy) observed by satellite radarinterferometry, Geophys. Res. Lett., 27, p. 1961-1964, 2000.

Williams S., Bock Y. and Fang P. (1998) - Integrated satellite interferometry:tropospheric noise, GPS estimates and implications for interferometric synthethicaperture products, J. Geophys. Res., 11, p. 27051-27067, 1998.

Wegmüller U., Strozzi T. and Bitelli G. (1999) - Validation of ERS differential SARinterferometry for land subsidence mapping: the Bologna case study, Proceedings ofIGARSS’99, Hambourg, Germany, 28 june-2 july 1999.

Werner C., Wegmuller U., Wiesmann A. and Strozzi T. (2003) - Interferometric PointTarget Analysis with JERS1 L-band SAR data, Proceedings of IGARSS, 21-25 July,Toulouse, France, 2003.

Wright P. and Stow R. (1999) - Detecting mining subsidence from space, Int. J.Remote Sensing, 20, p. 1183, 1999.





Annexe 3

Bibliographie du projet :Articles, communications, rapports

Annexe 3 - Bibliographie du projet : articles, communications, rapports.





ARTICLES

Aubry D., Bing T. - Adaptative identification of cavities in elastic media- ComputerMethods applied Mechanics and Engineering, à paraître.

Carnec C., King C., Raucoules D., Guise Y., Paquette Y. (2001) - « Suivi demouvements résiduels sur sites miniers par interférométrie radar - Perspectives etapplications » par SIM Environnement, n° 14, p. 21-23.

Colesanti C., Le Mouelic S., Bennani M., Raucoules D., Carnec C., Ferretti A.(2003) - Detection of mining related ground instabilities using the Permanent Scattererstechnique – A case study in the East of France, International Journal of RemoteSensing, resoumis après intégration des corrections mineures imposées par le comitéde lecture.

Le Mouélic S., Raucoules D., Carnec C., King C. (2003) - “A Least-squaresadjustment of multi-temporal InSAR data – Application to the ground deformation ofParis” Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, accepté (septembre).

Le Mouélic S., Raucoules D., Carnec C., King C., Adragna F. (2002) - A grounduplift in the city of Paris (France) detected by satellite radar interferometry, GeophysicalResearch Letters. 29, p. 1853, 2002.

Le Mouélic S., Raucoules D., Carnec C., King C. (2002) - Détection et quantificationdes déformations du sol des villes par interférométrie radar. Exemple de la ville deParis (4 p.) AGAP (conf. de géophysique 7-8 novembre à Nantes).

Raucoules D., Le Mouélic S., Carnec C., Maisons C., King C. (2002) - Urbansubsidence in the city of Prato (Italy) monitored by radar satellite radar interferometry,International Journal of Remote Sensing. vol. 24, n° 4, p. 891-897, 2003.

Raucoules D., Maisons C., Carnec C., Le Mouelic S., King C. (2003) - Monitoring ofslow ground deformation by ERS radar interferometry on the Vauvert salt mine(France). Comparison with ground based measurement, Remote Sensing ofEnvironment, vol. 88, n° 4, p 468-478.

Raucoules D., Guise Y., Le Mouelic S., Carnec C. (2004) - Monitoring post-miningsubsidence in the Nord/Pas-de-Calais Coal Basin (France). Comparison between SARinterferometric results and levelling. International Journal of Remote Sensing (soumis).

COMMUNICATIONS

GERI 2001

Carnec C., King C., Raucoules D., Le Mouelic S. (2001) - Réseau de subsidenceurbaine et minière par interférométrie radar-RESUM. Journées Méditerranéennes pourla prévention des risques Naturels GERI2001.



Géo-événement, avril 2002, Paris : concours des Géo d’or

Carnec C., Le Mouelic S., Raucoules D. (2002) - « quand le radar scrute lesdéformations de la ville ».

IGARSS, Toronto, juin 2002

Raucoules D., Le Mouelic S. and Carnec C. (2002) - Urban subsidence in the city ofPrato (Italy) monitored by satellite radar interferometry.

Le Mouélic S., Raucoules D., Carnec C. and King C. (2002) - A ground uplift in thecity of Paris (France) revealed by satellite radar interferometry.

XXVII European Geophysical Society, Nice, 21-26 April 2002

Aubry D., Carnec C., Maisons C., Pham T.A., Raucoules D. (2002) - Subsidencedata assimilation between numerical modelling and radar interferometry.

Raucoules D., Le Mouélic S., Carnec C., King C. (2002) - Monitoring urbansubsidence in the city of Prato (Italy) using satellite radar interferometry.

Le Mouélic S., Raucoules D., Adragna F., Carnec C., King C. (2002) - Measuringground uplift in the city of Paris with radar interferometry.

Comité inter-ministériel GMES

King C. (2002) - Potentiel des travaux du cadre RESUM dans le programme GMES ouIST au MRT Paris le 24/03/02.

Carnec C. (2002) - Présentation du projet RESUM et de ses suites possibles dans leprogramme GMES ou IST au MRT Paris le 24/09/02 (présentation disponible surhttp://www.recherche.gouv.fr/espace).

Colloque SITEF 23-24 Octobre 2002 à Toulouse

Carnec C. (2002) - Conférence sur le projet RESUM.

3 posters de RESUM par BRGM, KINOA, MAGNITUDE, et en collaboration avec l’ENSLyon.

MEFI - Commission 3S

Carnec C. (2002) - Présentation de RESUM, DARPMI, 12 décembre 2002.

Colloque MINEO (11-13 décembre 2002 à Orléans)

Le Mouélic S., Carnec C., Raucoules D. (2002) - « Detection and quantification ofground deformations in mining environnements using radar interferometry ».



SIRNAT, Orléans, janvier 2003

Carnec C., Le Mouélic S., Raucoules D., Delacourt C. et King C. (2003) - Lesatellite : un instrument pour mesurer les déformations du sol de faibles amplitudes,Colloque SIRNAT, Orléans, 29-30 janvier, 2003 - abstract (4 p).

Bureau des Longitudes, janvier 2003

Carnec C. (2003) - Conférence invitée du Quai Conti Paris le 8 janvier.

GISOS Après Mine, Nancy février 2003

Le Mouélic S. et al. (2003) - « Avancées des technologies spatiales radar appliquéesà la détection des déformations de surface d’origine minière », GISOS meeting, 5-6february 2003, Nancy, France.

TP Tech, CNIT, Paris.

Carnec C., Le Mouelic S., Raucoules D. et King C. (2003) - Le satellite, un outil demesure des déformations du sol : l’exemple de RESUM.

XXVIII EGS, Nice, avril 2003

Le Mouélic S., Raucoules D., Carnec C., King C. (2003) - Monitoring small grounddeformations with radar interferometry using a least-square approachS. (présentationorale).

Raucoules D., Maisons C., Carnec C., Le Mouélic S., King C. (2003) - DInSARmonitoring of slow ground subsidence over an area concerned by salt mining activity(poster).

IGARSS, Toulouse, juillet 2003

Raucoules D., Maisons C., Carnec C., Le Mouélic S., King C. (2003) - Comparisonbetween InSAR and levelling : the example of Vauvert (France) (poster).

Carnec C., Raucoules D., Durand Ph., Le Mouelic S., Cruchet M. (2003) -Deformation of the Piton de la Fournaise volcano as seen by RADARSATinterferometry between 1999 and 2002 (poster).

GöTEBORG Adaptative modelling conference, septembre 2003

Aubry D., Bing T. (2003) - Data assimilation and adaptative inverse approach, invitedconference.

MEFI, Commission des DRIRE DARPMI

Le Mouélic S. (2003) - Présentation de RESUM, avril 2003.



Journées de la Société Géologique de France « Télédétection et RisquesNaturels », Paris, novembre 2003

Feurer D., Raucoules D., Carnec C., King C. (2003) - Détection et suivi demouvements gravitaires (subsidence et glissements de Terrain) par interférométrieradar SGF – Paris.

Colloque FRINGE, Rome, décembre 2003

Fruneau B., Deffontaines B., Rudant J.P., Le Parmentier A.M, Colesanti C., LeMouelic S. and Carnec C. (2003) - Conventional and PS differential SARinterferometry for monitoring vertical deformation due to water pumping: theHaussmann-St-Lazare case example (Paris, France).

Feurer D., Le Mouelic S., Raucoules D., Carnec C., Nedellec J.L. (2003) - Détectionof the subsidence affecting a shopping center in Marseille (F) using SAR interferometry- colloque FRINGE Frascati, décembre.

Le Mouélic S., Raucoules D. Carnec C., Colesanti C., Fruneau F., Feurer D.,Deffontaines B. (2003) - Ground deformation analysis in Paris using a multi-interferogram Least-Squares approach colloque FRINGE – Frascati, décembre.

RAPPORTS RESUM PAR ORDRE D’ÉMISSION

2001

Le Mouelic S., Raucoules D. et Carnec C., avec la collaboration de Laversanne J.(Charbonnages de France) (2001) - « Réseau de suivi de Subsidences Urbaines etMinières par interférométrie radar RESUM : Étude du site OP1 ». BRGM/RP-51387-FR.

Raucoules D., Carnec C., Le Mouelic S., avec la collaboration de Maisons C.(Magnitude) (2001) - « RESUM-Pôle Pré-opérationnel, Site (OP7). BRGM/RP-51385-FR.

Raucoules D., Carnec C., Le Mouelic S., avec la collaboration de Maisons C.(Magnitude) (2001) - « RESUM-Pôle Pré-opérationnel, Site (OP8) ». BRGM/RP-51386-FR.

Le Mouelic S., Raucoules D. et Carnec C., avec la collaboration de P. Potherat ,LCPC (2001) - « Réseau de suivi de Subsidences Urbaines et Minières parinterférométrie radar RESUM : Étude d’impact de chantiers souterrains en zoneurbaine (site OP9) ». BRGM/RP-51388-FR.

Rigollier C., Arnaud A., Fitoussi G. (2001) - Compte-rendu de traitement ProjetRESUM (sites OP6 et OP4) CR-KINOA RESUM 04 B.



Carnec C., King C., Raucoules D., avec la collaboration de Sarti F. (CNES), PotheratP. (LCPC) et Person M. (IGN) (2001) - « État de l’art des techniques de mesure desdéformations de surface appliquées aux problèmes de subsidence en environnementurbain et minier ». Rapport BRGM/RP-51257-FR.

Raucoules D., avec la collaboration de King C., Sureau J.F., Arnaud A. (KINOA)(2001) - « ReSUM - Pôle Pré-Opérationnel Contraintes de confidentialité : Inventairedes moyens à mettre en œuvre ». Rapport BRGM/RP-51383-FR.

Potherat P., Leonard C. (2001) - RESUM contribution du LCPO, rapport annuel 2001.

Colesanti C., Feretti A. (2001) - « Lorraine permanent scatterers analysis », TRE.

Person P. (2001) - « Contribution IGN au projet RESUM - CR annuel », décembre2001.

2002

Raucoules D., Carnec C., Le Mouelic S., King C. (BRGM), avec la collaboration dePentel R., Laversanne J. (HBCM) (2002) - RESUM - Site OP5 : Interférométrie radar etconfrontation avec le nivellement. Étude réalisée dans le cadre du projet RESUM(contrat MR 00 T 0627 -01-). BRGM/RP-51952-FR.

Léonard C. (2002) – RESUM. Étude de la dissolution du gypse sur le site OP3. LCPC,décembre 2002.

Léonard C. (2002) – RESUM. Étude de la stabilité des terrains par interférométrieradar, site OP10. LCPC, décembre 2002.

Fitoussi G., Arnaud A., Barbey C. (2002) – RESUM, rapport scientifique final derecherche, sites OP2, OP4, OP6 KINOA (contrat MRT 00 T 0632 02).

Le Mouélic S.*, Raucoules D.*, Carnec C.*, Durand Ph.** (2002) - Utilisation desdonnées Radarsat pour le suivi de subsidences par interférométrie radar. Étuderéalisée dans le cadre du projet RESUM par le BRGM (contrat -794/01/CNES/8989/00), cadre MR 00T062701 (*BRGM, **CNES). Rapport BRGM/RP-51953-FR.

Le Mouélic S.*, Raucoules D.*, Carnec C.*, avec la collaboration de Adragna F.**,Inglada J.** et Durand Ph.** (2002) - Évaluation des performances de l’algorithme decorrélation d’interférogrammes. Étude réalisée dans le cadre du projet RESUM duBRGM (contrat 794/01/CNES/8989/00), cadre MR 00T062701 (*BRGM, **CNES).Rapport BRGM/RP-51681-FR.

Le Mouélic S., Raucoules D., Carnec C. (2002) - Interférogrammes géocodés sur lessites coopératifs : Paris et le bassin ferrifère Lorrain. Étude réalisée dans le cadre duprojet RESUM du BRGM (contrat 794/01/CNES/8989/00, cadre MR 00T062701).Rapport BRGM/RP-51825-FR.



Le Mouélic S., Carnec C., Raucoules D., avec la collaboration de Bennani M.,Mangeot E., Midot D. et Vachette C. (Géodéris), Romieu C. (IGN) (2002) - Mesures dedéformations de surface par « Permanent Scatterers » sur le bassin ferrifère Lorrain -Analyse et confrontation aux données de terrain. Étude réalisée dans le cadre du projetRESUM du BRGM (contrat 794/01/CNES/8989/00 cadre MR 00T0627 01). RapportBRGM/RP-52043-FR.

Michel V., Person T. (2002) - Activités de l’IGN dans le cadre de RESUM. Compte-rendu annuel 2002.

Aubry D., Pham T.A. (2002) - Travaux de recherche de l’ECP-CRSA dans le cadre deRESUM. Compte-rendu annuel 2002.

2003

Raucoules D., Carnec C., Le Mouelic S., Maisons C., Guise Y., Pentel R., King C.(2003) - RESUM : pôle pré-opérationnel. Validation des mesures interférométriquesSites OP5 et OP7. BRGM/RP-52389-FR.

Léonard Ch. (2003) - RESUM : site OP10, étude de la stabilité des terrains parintérférométrie radar. LCPC, juillet 2003.

Léonard Ch. (2003) - RESUM Site OP3, étude de la dissolution du gypse. LCPC.

Le Mouelic S., Raucoules D., Carnec C., Colesanti C. (2003) - RESUM :Optimisation des procédures existantes et améliorations techniques des produits.Rapport final. BRGM/RP-52362-FR, juin 2003.

Le Mouélic S., Raucoules D., Carnec C. (2003) - RESUM : Analyse critique desrésultats et taux de satisfaction des utilisateurs finaux, rapport final. BRGM/RP-52405-FR, juin 2003.

Michel V., Person T. (2003) - Activités de l’IGN dans le cadre de RESUM- compte-rendu annuel IGN.

Aubry D. (2003) - Travaux de recherche de l’ECP-CRSA dans le cadre de RESUM-Assimilation- modélisation numériques-mesures interférométriques - compte–renduannuel 2003, Central SA.

Colesanti C., Ferretti A., Rocca F., ERS (2003) - Permanent Scatterers Analysis onParis, rapport fourni dans le cadre du projet RESUM, janvier 2003.

Groupe RESUM (2003) - Le réseau RESUM : trois ans de démonstrations etdéveloppements sur les subsidences urbaines et minières par les techniquesd’interférométrie différentielles, rapport final, BRGM /RP-52807-FR.



Annexe 4

Groupement RESUM

Annexe 4 - Groupement RESUM.





1. CONSTITUTION DU GROUPEMENT

Issu du Réseau National « RESUM » soutenu par RTE-RGCU-CNES, ce groupementest la suite logique de la convention de groupement « RESUM » dont l’objectif était dedévelopper une activité innovante basée sur la mesure de subsidence grâce àl’interférométrie radar. Les pôles pré-opérationnel et coopératifs ont irriguél’expérience du groupement sur les points forts et les précautions à prendre.

1999 - 2003

2004….

Ce protocole de groupement commercial est effectif depuis fin 2003 sous une formetemporaire. Il réunit le BRGM, MAGNITUDE et IMAGE. Il a pour objectif de promouvoirles services de mesure de subsidence ou déformations de terrain par interférométrieradar ou autre procédé faisant appel aux satellites. Le produit proposé s’appuie sur dessolutions labellisées en termes techniques et confidentiels par les acquis de« RESUM » et dont la qualité repose sur la synergie des expertises de chacun desmembres du groupement. Il peut comprendre tout autre service connexe à la mesurede déformations de terrain.

Le mandat du Bureau du groupement a été clairement défini.

- Mandataire : MAGNITUDE

- Réalisation : BRGM ou IMAGE

- QC : BRGM

- Intégration des résultats / livables : MAGNITUDE

- Mise en ligne sur site internet : IMAGE

2. OFFRE DU GROUPEMENT

2.1. Produits

Il s’agit de produits directs et dérivés, définis pour la détermination de la géométrie dedéformation et l ‘évaluation de la dynamique de déformation. Ils sont accompagnés deprotocoles et documentation des sites.

TM



a. Produit de Faisabilité

La revue de site et de sa problématique, ainsi qu’un premier jeu de données test sontune nécessité avant de conclure sur l’applicabilité des techniques d’interférométriedans le contexte particulier de la problématique du client.

b. Mesures de déformations

Il s’agit de produits destinés aux sites ou l’applicabilité technique est avérée. L’objectifest de reconstituer l’extension et l’évolution temporelle des déformations à partir d’unéchantillonnage temporel adapté.

- bilan de détectabilité de mouvements (archive rétrospective ERS sur la période1992-2004) : Cohérence ; Interférogrammes bruts & QC traitement, Interféro-grammes post-traités, cartes de vitesse, restitution en déformation verticale,identification des points critiques & évolution temporelle dz = f(t) ;

- possibilités de suivi régulier avec A-SAR (35 jours) ou Radarsat (une image aumieux tous les 24 jours).

La définition des livrables est faite avec l ’usager à partir des exemples traités et de laproblématique SIG du client.

c. Analyse numérique et interprétation des déformations :

- intégration et mise en forme des résultats pour usage interactif client / serveur ;

- indicateurs d’instabilité des infrastructures ;

- complément d’interprétation par couplage de données exogènes ;

- réactualisation de séries temporelles (nouvelle campagne de niveau b) ;

- modélisation de déformation ;

- recommandations d’appui pour l’expertise et l’interprétation des données recueillies.

2.2. Services- bases de données confidentielles ;

- aide au diagnostic des causes de déformation ;

- appui au dimensionnement et à l’optimisation des réseaux de surveillance au sol,notamment en donnant des clés pour l’échantillonnage spatial des points decontrôle, seuls opposables actuellement en termes juridiques.

Centre scientifique et techniqueService aménagements et risques naturels

3, avenue Claude-GuilleminBP 6009

45060 – Orléans Cedex 2 – FranceTél. : 02 38 64 34 34

Documents

Le réseau RESUM : trois ans de démonstrations et ...infoterre.brgm.fr/rapports/RP-52807-FR.pdf · Vallée, soutenue également par le réseau RTE. Les pôles d’activité portaient