TEST DE DETECTION DE PUITS DE MARNIERE EN NORMANDIE

Raphaël BENOTLaboratoire des Ponts

et Chaussées de RouenNovembre 2005

2

PARTIE 1 : essai de la radiométrie infarouge-thermique1 Utilisation de la radiométrie infrarouge thermique

2 Première zone d’étude : Campagne été 1999/hiver 2000

3 Deuxième zone d’étude : Campagne été 2000/hiver 2001

4 Conclusions – Perspectives

PARTIE 2 : essai d’autres méthodes1 Le RADAR

2 L’EM 31

3 L’ARP

4. Site test

5. Résultats

CONCLUSION

3

PARTIE 1 : UTILISATION DE LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGE

4C)anomalie froide (transfert du puits vers la surface) dans auréole chaude provenant du remblai.

T

Puits de marnière :

température constante de 14 - 15 °C

1. Modèles d’anomalies attendues : hypothèses été , fin de journée

B) transfert du puits vers la surface du sol à travers le remblai

T

A)

T

A) anomalie chaude issue du remblai plus poreuxB)

5

Bleu (0,45)Vert (0,55)Rouge (0,65)

106

107

108

109

1010

1011

1012

1013

1014

1015

1016

1017

1018

1019

1020

300 m

30 m

3 m

30 cm

3 cm

0,3 cm

300 m

30 m

3 m

0,3 m

30 nm

3 nm

0,3 nm

0,03 nm

0,003 nm

LF et MF

HF

VHF

UHF

SHF

EHF

Ultra violet

RX mous

RX durs

rays

Infrarouge

Visible

Visible

Proche IR

Moyen IR

IR thermique

IR lointain

UV

30

15108654

3

2

1,5

1

0,78

0,3

Longueurs d'ondes ( m)

Longueurs d'ondes

( )

Fréquences (Hz)

Télédétection passive (ondes réfléchies)

Télédétection active (Ondes émises)

8 m

15 mIR

C =

scannerchaleur rayonnée par le sol

température apparente

terrain

Tapp

1. Principe de la thermographie infrarouge

Par avion

6

2. PREMIERE ZONE D’ÉTUDEcampagne Été 1999- Hiver 2000

7

2. Zone d ’étude : commune d’Epreville en Roumois - 27 -

8

2. Carte de localisation de la zone test

9

vitesse de l ’avion (BN2) : 200 - 300 km / h

précision du suivi des axes : 100m (GPS)

bande spectrale: 8-12µm angle de balayage: 90° vitesse d'analyse: 200 lignes/seconde angle instantané d'analyse: 1,5 mrad sensibilité thermique: 0,2°C

2.1 Paramètres d’acquisition

10

2.1 Appareil utilisé, de type BN2

11

2.1 Influence de divers paramètres

. Saisons - Heures

. Hauteur de vol

. État de surface

12

Date Heure Température au sol 16h30-17h15 30°C 17h15-18h 30°C

27 juillet 1999

17h15-18h 30°C 4h50-5h40 15-17°C 5h40-6h15 15-17°C 5h40-6h15 15-17°C 11h-11h30 11h30-12h

28 juillet 1999

11h30-12h 2h30-3h30 2°C 3h30-4h30 2°C 3h30-4h30 2°C 15h-16h 13°C 16h - 17h 13°C

26 Février 2000

16h – 17h 13°C

périodes climatiques extrêmes (estivale caniculaire ou gel hivernal)

• vols : fin de jour et fin de nuit

2.1.1 Paramètres de vol : saisons et heures

13Anomalie 98 : non visible l ’hiver 2000

2.1.2 Influence de la saison

Hiver 2000 - 2000 pieds

98

Été 1999 - 2400 pieds

98

14

22

Été 99-17h00-1400 pieds

facilement discernable

22

indiscernable

Été 99-05h00-1400 pieds

22

visible

Été 99-11h00-1400 pieds

2.1.3 Influence de l’heure de vol

Fin de journée : chaleur emmagasinée par le sol meilleur contraste

Bottes de paille

15

Altitude de vol (m)Pieds mètres

Hauteurde vol (m)

résolutionau sol (m)

largeur de la bandesurvolée (m)

3700 1125 1000 1,5 20002400 725 600 0,90 12001800 550 425 0,63 8501400 425 300 0,45 600

2.1.4 Influence de la hauteur de vol et résolution

16

22 2222

Boules de pailles

facilement discernables

Été 99-1400 pieds

Visibles

Été 99-2400 pieds

Résolution intéressante : entre 1400 pieds - 2400 pieds

Prochaine campagne (Eté 2000) : 1800 pieds

indiscernables

Été 99-3700 pieds

2.1.5 Influence de la hauteur de vol

17

Puits 5

Été 99-5h00-2400 pieds

lignes HT

Puits 5

5 ’

2.1.6 Résolution

Été 99-17h00-2400 pieds

18

2830

2830

28 30

628

7

30

Été 2000-17h00-1800 piedsÉté 99-16h40-2400 pieds

628

30

Mise à nu du champ : apparition de l’anomalie 7

2.1.7. Influence de l’état de surface

19

2.2 QUELQUES RESULTATS DE LA PREMIERE CAMPAGNE

20

• Été : chaud

Été 99-16h47-2400 pieds

10

• Hiver : anomalie diffuse, plus froide que l’encaissant

Hiver 99-03h02-2000 pieds

10

Puits de marnière bouchés (plaque de béton)

2.2 Repérage des puits de marnière visibles sur le terrain

21

• Été - fin de journée : cœur froid + parfois auréole chaude

Été 99-16h47-2400 pieds

• Hiver : anomalie diffuse, plus chaude que l’encaissant

Hiver 99-03h02-2000 pieds

(Correspondant à un indice de recensement)2.2. Repérage des puits de marnières non visibles sur le terrain

22

3. DEUXIEME ZONE D’ÉTUDECAMPAGNE ETE 2000/ HIVER 2001

23

2527

32

3334

3637

39

4142 43

44

2928=26 31

88 30

93

35 3840

44

45 48

4749

104

5150

52

8589

90

138

137

87=136

94

95

139 140141

96

97

98144

144 bis

99

102101

146

145147

152154153

103=155

105159

157

158156

149

212

214 215

216 218

217

219

272

270

220

142 143

222223

150151

225

224

226

227221

277281

284286

271

273=341

274

344

275 276

346

280279

283285

356355

282352350=278

349

238

410

415 340 339

412

416 342419

418

343

420

414

345 423347 348

425

351 429431

353354

434436

435433

432486

485

484

430 428426

427482

422421

480479

477

417

478

413411

551 552

511

555

513=552

553

515

556

516

557 558

559

517514

481 483

517512

476474475473

100

148

554

Les points indiquent le centre de l ’image capturée sur les thermographiesindique une anomalie seuleindique plusieurs anomalies

2

3

14

567

6

7 8

10

9

11

14

13

1215

16

17

1819

20

2122

23 24

25

26

27

59 60

626463

6165 124

66=125126

128

6870

76

130 131

71

73

72

74

133

132

7778

134

75

8179

80

8283

8485

135136

122

187 189190

191

123=192

192193

195 127 129

196

200

199 201

202 204 206

205207

208

209

133 bis

210

211

212

214

188

247

248

949

194197

252251

198

254 255 256

257

203

262261

264

265268

270

212

317

316319 323

325

253

318

321

322324

320 385

384 383

388

326=392

327

390

328

329

393

330

331

260

259

258 263

332

266

335

267

269

336337

338406403

405409

399333

398 334

407

550549

548544543

507503

539540

545509

510

473

508505

506504

386

458

457461

387

459

466

382

462 463

389

464

391=465467

394395

468469

396397

400401

408404

470 472

474

460

547

213

3.1 Test sur une zone de 100 KM2 : anomalies été 2000

24

3.1 Sélection d’anomalies

2- l’absence d’indice sur le terrain 18 indices (RAS en surface, accès)

1- sur images, en fonction de:

leur taille,leur position topographique, 59 indices retenusleur apparition été/hiver (…)leur signature (…)

en 2 étapes :

25

3.2 Décapages sur anomalies

Décapage sur 18 anomalies

26

3.2. Test sur une zone de 100 KM2

Été 2000 -1800 pieds Photographie du décapage du puits

décapage positif - un puits de marnière découvert

Anomalie 336 - RAS en surface à l’ examen terrain

27

3.3 Problème de localisation de l’anomalie

• Redressement images Décapage sur 14 anomalies

Image redressée

28

3.3 Décapage de l’anomalie 70

Décapage du puitsÉté 2000 -1800 pieds

29

3.3 Décapage de l’anomalie 446

Décapage d’un effondrement combléÉté 2000 -1800 pieds

30

3.3 Synthèse

Argiles à silexTâche sombreEffondrement comblé

263

Bouteille de verre, chaussure

Point sombre+tâche claire

Puits70

Poubelles, débris plastiques

Tâche claire+auréole sombre

Effondrement comblé

446 bis

Point clair+auréole sombre

Fracturation(remontée de fontis)

446

Débris végétaux, briques

Point sombre et tâche claire

puits336

RemplissageForme de l’indice

Structure découverte

N°indice

31

4. Conclusion

• 5.1 limite de la méthode• 5.2 modélisation• 5.3 coûts• 5.4 perspectives

32

1) Problème de localisation en environnement particulier :

• environnement thermique froid : bosquets, forêt, champs de maïs…,

•prairies en été : faible écart thermique avec le puits

• puits comblés sur une hauteur importante : anomalie thermique du matériau de remblai

2) Repérage des anomalies sur les vols d ’hiver 2001

3) Vérification nécessaire sur le terrain

4) Contraintes des cultures pour intervention(organisation à long terme)

4.1 Limites de la radiométrie infrarouge thermique

33

4.2 Modélisation

Élaboration d’un modèle de transfert thermique d’une marnière vers la surface à travers un puits

avec bouchon de 1 mètre

anomalie pas décelable pour des profondeurs supérieures à 7-8 mètres

34

4.3 Coûts

Acquisition :

50 centimes d’Euro à l’hectare

Acquisition + traitement + temps terrain

1 Euro à l’hectare

35

4.4 Perspectives

. METHODE INTERESSANTE (hors agglomération) :

5 anomalies sur 18 retenues marnière

. AMELIORATION DE LA LOCALISATION :

redressement, géophysique : partie 2

. METHODE COMPLEMENTAIRE DANS LE CADRE D’UN RICS

(si validation de la méthode)

36

PARTIE 2 : UTILISATION D’AUTRES METHODES

GEOPHYSIQUE

37

1. Méthodes utilisées

• Le radar géologique• L’EM 31• L’ARP

Choix des méthodes :

Rapidité d’acquisitionUtilisation en toutes configurations

38

1. Le radar géologique

2000/15469

LE RADAR GEOLOGIQUE

Principe de la mesure

2000/15469

LE RADAR GEOLOGIQUE

Représentation des résultatssignal

Coupe-temps

39

1.Application

Antenne de 80 MHz Antenne de 200 MHz

40

2. L’ EM 31

• Méthode électromagnétique donnant la résistivité apparente du sous sol

EM secondaire / EM primaire : conductivité apparente

41

3. ARP (SOCIETE GEOCARTA)

Injection d’un courant

électrique

Dipôles récepteurs Système en acquisition

tracté par un quad

42

4. Site test

• Parcelle sur la commune d’Epreville en Roumois

présence d’une anomalie infrarouge thermique

documents d’archives et plans

43

4. Vue du site test

Anomalie 17

Puits visible

44

4. Zone de test

Radar : profils tous les 1.50 m

EM 31 : profils tous les 1.00 m

ARP : profils tous les 1.00 m

45

5. Résultats

• Radar : 200 MHz et 400 MHz• EM 31 : mode horizontal et vertical

(environ 4 et 6 m de profondeur)• ARP : conductivité apparente sur 3

profondeurs (0.50 m , 1 m et 2m)

46

5.1 Radar

Antenne de 200 MHz- SIR 3000 – 120 ns – profondeur 4.50 m

47

5.3 ARP

48

5.4 Décapage

Zone de remblai

3.50 m

49

6. Conclusions

Anomalies repérés par chaque méthode

Chaque anomalie implantée sur terrain

Décapage au droit des anomalies

50