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STAGE PROFESSIONNEL
AUSCULTATION DU SOUS-SOL PAR RADAR GÉOLOGIQUE ET
MÉTHODES ÉLECTROMAGNÉTIQUES
Application au génie civil
Diagnostic structural et détection de réseau enterrés
Rapport soutenu le lundi 1er septembre 2014
par
Arthur CROSSE
Master Sciences de la Terre, de l’Environnement et des Planètes (STEP) – Université Paris Diderot – Institut de Physique du Globe de Paris – 01 44 27 21 85
Master Pro STEP
Géophysique de Surface et de Sub-surface (G2S)
Institut de Physique du globe de Paris
(2013-2014)
M1 : UE 39U4GE53
Tuteur de Stage
M. Fernand LOPES
Ingénieur de recherche
Équipe paléomagnétisme
Institut de Physique du Globe de Paris
Maître de stage
M. Nicolas Lombard
Directeur d’agence
SATER Géomesure
Les Ulis (91)
Institut de Physique du Globe de Paris
2
Faute de pouvoir voir clair, nous voulons, à tout le moins, voir clairement les obscurités
Sigmund Freud (1856 - 1939)
II
Table des figures
Figure 1 : Organigramme de la division Géomesure de la SATER................................................................. 2
Figure 2 : Schéma du fonctionnement du radar GPR ................................................................................... 7
Figure 3: Mode d'acquisition à offset constant. Le profil radar s'obtient en déplaçant l'antenne le long
d'un profil horizontal........................................................................................................................................... 8
Figure 4 : Représentation d'un radargramme .............................................................................................. 8
Figure 5 : Exemple de représentation 3D - Image obtenue sur Radan 6.6................................................... 9
Figure 6 : Comparaison de deux signaux .................................................................................................... 12
Figure 7 : Unité d'acquisition SIR 3000 ....................................................................................................... 13
Figure 8 : Antennes radar utilisées à la SATER............................................................................................ 13
Figure 9 : Poussette et roue codeuse ......................................................................................................... 14
Figure 10: Principe de la localisation en x, y d'une conduite par radiodétection....................................... 15
Figure 11 : Principe de la localisation en z d'une conduite par radiodétection.......................................... 16
Figure 12 : Mode actif Radiodétection - Types de branchement ............................................................... 17
Figure 13 : Récepteur RD 8000 ................................................................................................................... 18
Figure 14 : Générateur RD 8000 ................................................................................................................. 18
Figure 15 : Accessoires RD 8000 - Flexi-trace et pince à induction ............................................................ 19
Figure 16 : Pack GEO XH 6000..................................................................................................................... 19
Figure 17 : Antenne externe Zéphyr........................................................................................................... 19
Figure 18: Récepteur Geo XH 6000............................................................................................................. 20
Figure 19 : Géoréférencement des points sur site ..................................................................................... 20
Figure 20 : Matériel habituellement utilisé lors d'une mission de recherche des réseaux enterrés ......... 21
Figure 21 : Reims, rue des Louvois - Localisation de l'emprise du projet................................................... 22
Figure 22 : Reims, rue des Louvois - Exemple de radargramme et interprétation des données ............... 23
Figure 24 : Reims, rue des Louvois - Localisation de la BT, induction du réseau pour radiodétection ...... 24
Figure 23 : Reims, rue des Louvois - Localisation de la BT, zone d'incertitude .......................................... 24
Figure 25 : Reims, rue des Louvois - Extrait du plan final ........................................................................... 25
Figure 26 : Reims, rue des Louvois - Fouille ouverte .................................................................................. 25
Figure 27 - Verrières le Buisson, EHPAD - Plan d'emprise .......................................................................... 26
Figure 28 : Verrières le Buisson, EHPAD - Exemple de radargramme ........................................................ 27
Figure 29 : Implantation des profils radar pour réalisation d'un bloc 3D................................................... 27
Figure 30 : Verrières le Buisson, EHPAD - Bloc 3D, 0.5 mètre de profondeur............................................ 27
Figure 31 : Verrières le Buisson, EHPAD - Bloc 3D, 1 mètre de profondeur............................................... 28
Figure 32 : Conclusion de l'étude après modélisation des blocs 3D........................................................... 28
Figure 33 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Vue à l'intérieure de l'ouvrage, fissuration, mise en oeuvre de
l'auscultation radar............................................................................................................................................ 30
Figure 37 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Canalisation à proximité de l'ouvrage...................................... 31
Figure 34 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage –.................................................................................................. 31
Figure 35 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Joint.......................................................................................... 31
Figure 36 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Radargramme, antenne 400 MHz............................................ 31
I
II
Remerciements
Ce stage a été pour moi un véritable moment de partage, tant sur le plan de la connaissance que sur le
plan humain. J’aimerai donc avant toute chose remercier les personnes qui m’ont offert la possibilité de
faire ce stage, celles qui m’ont accompagné et parfois épaulé, celles qui m’ont enseigné et fait rigoler.
D’abord merci à Nicolas Lombard qui m’a permis d’effectuer ce stage au sein de la division Géomesure
de la SATER. Merci pour ton humour qui participe à détendre l’atmosphère et merci pour tes perruches qui
nous ont accompagnées en poussant la chansonnette tous le mois de juillet. Merci de m’avoir offert la
possibilité de descendre dans les égouts et de réaliser un de mes (nombreux) rêves.
Merci également à Fernando Lopes d’avoir accepté d’être mon tuteur de stage. Malgré ses réticences à
considérer la recherche de canalisation par géoradar comme une vraie discipline géophysique je suis sûr qu’il
ne pense pas ce qu’il dit.
Merci à Olivier et ses baguettes de sourcier pour son professionnalisme qui dénote pourtant avec ses
croyances ésotériques. Nous avons peu travaillé ensemble et c’est à regret.
Merci aussi à Laetitia qui nous a très souvent facilité le travail avec ses pochettes bien préparées.
Continue d’essayer de lever les gens avec deux doigts, comme tu dis il faut y croire pour y arriver alors
continue d’y croire.
Enfin, et c’est à eux que je dis le plus merci, merci à Cyril et Amel. J’ai rencontré deux personnes très
intelligentes et très professionnelles, pédagogues et patientes (ce n’était pas toujours évident je l’admets…)
et qui en plus de ça ont le cœur sur la main. Merci donc à Cyril, sa guitare et ses ongles qui ont alimenté tant
de conversations et merci à Amel et son couscous imaginaire (un jour peut être… ).
J’ai passé de très bon moments avec vous tous et j’espère pouvoir retrouver une ambiance de travail
aussi sympathique à l’avenir.
J’adresse également un remerciement spécial à l’attention de Frédéric Perrier. Il fait preuve d’une réelle
volonté de transmettre un savoir et d’une conviction en ses élèves qui ne laisse personne indifférent. Sans
son implication et son aide ce stage n’aurait tout simplement pas eu lieu.
Pour finir merci à celle qui partage mes journées et qui supporte mes nuits blanches. Ton soutien et ta
patience m’ont été d’une grande aide dans les moments difficiles. Merci à toi petite femme.
III
Résumé
Le radar est depuis longtemps utilisé pour la recherche de structures enterrées. Simple à mettre en
œuvre et peu chère, il n’a pas son pareil pour l’auscultation non-intrusive de la subsurface.
La réforme DT-DICT sortie en 2012, obligeant les conducteurs de travaux à géolocaliser et géoréférencer
tous les réseaux présents sur l’emprise de leur projet, a conduit à l’essor du géoradar pour la recherche de
réseaux enterrés.
Ce rapport présente le fonctionnement du géoradar et de la radiodétection et comment ces méthodes
peuvent être utilisées pour aider l’entreprise SATER dans la détection des réseaux enterrés.
Outre sa fonction de recherche de réseau le radar peut être utilisé pour contrôler l’état des ouvrages
d’art. Le présent rapport présentera donc également un cas d’utilisation du géoradar pour le génie civil.
Mots clés : Géoradar, radiodétection, réseaux, géoréférencement, génie civil
Abstract
The radar has long been used to search for underground structures. Easy and cheap to implement and, there
is no equivalent for auscultation of the subsurface
The DT-DICT reform forcing works supervisor to geolocalize and reference all conduits on the construction
area. ect, leading to the development of radar in search of buried pipes.
This report shows how the GPR and Radiodetection method work and how these methods can be used to
help the SATER company to detecting underground pipes.
Besides its function as pipes research, the GPR can be used to monitor the condition of structures. This
report therefore also presents a case of using GPR for civil engineering.
Tags: GPR, radiodectection, pipes, georeferencing, civil engineering
1
Introduction
Dans le cadre de ma première année de Master G2S (Géophysique de surface et de subsurface) j’ai
effectué mon stage de fin d’année au sein de l’entreprise SATER. Ce stage s’est déroulé du 7 avril 2014 au 29
aout 2014 au sein de la division Géomesure de la SATER située aux Ulis (91). Cette entreprise effectue des
investigations au géoradar pour détecter et ausculter les ouvrages enterrés.
Plus largement ce stage a été l’opportunité pour moi d’appréhender l’utilisation du géoradar et
l’interprétation de ses mesures. Il m’a également permis de voir le fonctionnement et les attentes d’un
bureau d’étude.
Au cours du siècle dernier, l’urbanisation s’est énormément accrue sur le territoire français. Cette
urbanisation s’est accompagnée par l’expansion rapide des villes et par conséquent de l’expansion des
différents réseaux de distribution (électrique, eau potable, réseaux de télécommunication,
assainissement…).
A l’heure actuelle on se rend compte que ces réseaux, installés à la va-vite pour répondre à une
demande sans cesse grandissante, sont peu ou mal référencés. De nombreux accidents graves liés à
l’arrachement de réseaux au début des années 2000 ont poussé les institutions dirigeantes à légiférer les
travaux à proximité de réseau. C’est dans ce contexte qu’est sortie en 2012 la réforme DT-DICT obligeant les
conducteurs de travaux à connaître tous réseaux présents sur la zone d’emprise de leur projet avec une
précision minimum de 40 centimètres. Devant l’absence de plan précis recensant ces réseaux, les chefs de
projet sont alors obligés d’effectuer des investigations complémentaires pour localiser les réseaux à
proximité de leur projet.
La recherche et la localisation de canalisation est un domaine qui, de prime abord, peut paraître anodin
mais ce serait sans compter les responsabilités qui en découlent. Rappelons par exemple qu’une canalisation
de transport de gaz peut atteindre les 90 bar de pression et que l’arrachement d’une telle conduite peut
avoir des conséquences dramatiques, aussi bien sur le plan matériel qu’humain.
Les méthodes de prospection géophysique sont depuis longtemps utilisées pour imager la subsurface.
Cependant pour l’imagerie de la très proche surface le géoradar n’a pas son pareil, que ce soit en termes de
précision ou de facilité de mise en œuvre. Ces techniques offrent en plus de cela l’avantage d’être non
intrusives et peu chères. C’est donc assez logiquement que les professionnels du secteur se sont tournés
vers des méthodes géophysiques et plus particulièrement vers le radar.
Après un bref aperçus de la situation actuelle et une présentation des caractéristiques des réseaux que
l’on peut rencontrer, ce rapport s’intéressera à détailler le fonctionnement de la méthode radar et à
identifier son utilité dans la recherche de réseaux enterrés. Nous présenterons également la technique de
radiodétection. La suite du rapport s’articulera autour de la présentation de différentes missions réalisées au
cours de ce stage et qui offrent un bon aperçu des possibilités offertes par l’utilisation du géoradar.
2
Généralités
1.Présentation de l’entreprise SATER
L’entreprise SATER, filiale de la SADE, elle-même filiale du groupe VEOLIA Eau, a été créée en 1993. Depuis
cette date l’entreprise n’a cessé de se développer pour devenir leader dans son activité historique : le contrôle et
la maintenance des réseaux d’assainissement.
L’entreprise emploie actuellement plus d’une centaine de collaborateurs et possède 9 agences, réparties
essentiellement au nord et à l’est du territoire français. Malgré cette répartition inégale sur le territoire, la SATER
reste une entreprise très active et propose ses services dans toute la France.
En 2006, la SATER, dans une politique de diversification de son activité, créée la division Géomesure et achète
son premier radar géologique. Initialement variée (recollement de réseau, recherche de cavité, contrôle de voile
et d’ouvrages bétonnés…), l’activité de la division Géomesure s’est essentiellement tournée en 2012 vers la
recherche des réseaux enterrés. Ce changement dans la politique d’activité de la division Géomesure fait suite à
la réforme DT-DICT de 2012 obligeant les entreprises du bâtiment a effectué des investigations avant travaux afin
de connaitre les réseaux présents sur leur zone d’emprise.
Figure 1 : Organigramme de la division Géomesure de la SATER
3
Pour les accompagner dans leurs missions, les collaborateurs de la division Géomesure de la SATER
possèdent toute une batterie d’outils matériels et logiciels. Cette liste est non-exhaustive :
Moyens matériels :
- Deux géoradars opérationnels comprenant le système d’acquisition SIR 3000, une poussette avec
roue codeuse, câbles de branchement…
- Plusieurs antennes :1*200 Mhz, 2*270 MHz, 2*400 MHz, 1*900 MHz, 1*1.5 GHz
- Trois appareils de radiodétection RD 8000 avec sonde flexi-trace, pince inductrice, générateur et
détecteur
- Deux GPS Trimble de précision centimétrique
Moyens logiciels :
- Licences Autocad
- Licences Radan
- Pathfinder…
2.Législation en vigueur – La réforme DT-DICT
Sortie en 2012, cette nouvelle réglementation vise à améliorer la sécurité des travaux réalisés à proximité des
réseaux, c’est-à-dire :
- non seulement, bien entendu, d’éviter les accidents de personnes (les personnels des entreprises et les
riverains),
- mais aussi d’éviter les dommages causés aux réseaux, car leurs conséquences sont souvent lourdes en
termes de coûts (réparations, interruptions de chantiers…), d’interruptions des services assurés par ces réseaux,
voire d’atteintes parfois graves à l’environnement.
Cette réforme oblige, sous peine de sanction, les maîtres d’œuvre à faire une déclaration de projet de
travaux (DT) dès le stade d’élaboration d’un projet de travaux et indiquant l’emplacement, la nature et la date
prévue des travaux à réaliser.
L’exécutant des travaux doit ensuite adresser une déclaration d’intention de commencement de travaux
(DICT) à chaque exploitant d’ouvrage concerné. Les exploitants des réseaux concernés sont alors tenus de
répondre à ces déclarations en indiquant la localisation des réseaux en services (avec la classe de précision) et les
précautions à prendre lors des travaux.
Si les réseaux concernés ne sont pas suffisamment bien localisés (classe B ou C), le maître d’ouvrage doit
alors lancer des investigations complémentaires afin de localiser et géo-référencer précisément (classe A) les
réseaux en question. C’est à ce niveau que la division Géomesure de la SATER intervient.
Classe de précision
 Classe A : un ouvrage ou tronçon d'ouvrage est rangé dans la classe A si l'incertitude maximale de
localisation indiquée par son exploitant est inférieure ou égale à 40 cm et s'il est rigide, ou à 50 cm s'il
est flexible (l'incertitude maximale est portée à 80 cm pour les ouvrages souterrains de génie civil
attachés aux installations destinées à la circulation de véhicules de transport ferroviaire ou guidé
lorsque ces ouvrages ont été construits antérieurement au 1er janvier 2011),
 Classe B : un ouvrage ou tronçon d'ouvrage est rangé dans la classe B si l'incertitude maximale de
localisation indiquée par son exploitant est supérieure à celle relative à la classe A et inférieure ou
égale à 1,5 mètre,
4
 Classe C : un ouvrage ou tronçon d'ouvrage est rangé dans la classe C si l'incertitude maximale de
localisation indiquée par son exploitant est supérieure à 1,5 mètre, ou si son exploitant n'est pas en
mesure de fournir de données de localisation.
Tout exploitant de réseau enterré ou aérien, sensible ou non sensible pour la sécurité, a obligation de
ranger tous les tronçons des réseaux qu'il exploite dans l'une de ces 3 classes de précision lorsqu'il
répond à une DT ou à une DICT
Tableau 1 : Classe de précision
3.Connaissances générales sur les réseaux
La recherche de réseau implique d’abord de bien connaitre ces réseaux, leurs particularités, les pièges à
éviter, où on peut les rencontrer…
3.1.OUVRAGES SENSIBLES ET NON SENSIBLES
Dans la plupart des cas, les canalisations enterrées sont accompagnés d’un dispositif avertisseur, de couleur différente
selon leur fonction, placé à environ 20 cm au-dessus de la canalisation et servant à avertir les ouvriers lorsqu’ils effectuent
des travaux à proximités des ouvrages. Cependant dans certains cas (réseau ancien, forage dirigé, branchement,
négligence…) ce dispositif n’est pas présent et peut induire un risque d’arrachement.
Quels sont les réseaux sensibles pour la sécurité ?
Les réseaux sensibles pour la sécurité sont les :
- canalisations de transport et canalisations minières contenant des hydrocarbures liquides ou
liquéfiés
- canalisations de transport et canalisations minières contenant des produits chimiques liquides ou
gazeux
- canalisations de transport, de distribution et canalisations minières contenant des gaz
combustibles
- canalisations de transport et de distribution de vapeur d'eau, d'eau surchauffée, d'eau chaude, d'eau
glacée et de tout fluide caloporteur ou frigorigène, et tuyauteries rattachées en raison de leur
connexité à des installations classées pour la protection de l'environnement en application de
l'article R. 512-32
- lignes électriques et réseaux d'éclairage public mentionnés à l'article R.4534-107 du code du
travail
- installations destinées à la circulation de véhicules de transport public ferroviaire ou guidé
- canalisations de transport de déchets par dispositif pneumatique sous pression ou par aspiration
5
Les installations de communications électroniques sont des ouvrages sensibles pour la vie économique. Ils ne
sont pas considérés comme sensibles pour la sécurité des tiers et rentrent de ce fait dans la catégorie des
ouvrages non sensibles sur le téléservice.
Quels sont les réseaux non sensibles (pour la sécurité) ?
Les ouvrages sensibles pour la vie économique :
- installations de communications électroniques
Les réseaux considérés a priori comme non sensibles :
- installations de communications électroniques, lignes électriques et réseaux d'éclairage public
autres que ceux mentionnés à l'article R.4534-107 du code du travail
- canalisations de prélèvement et de distribution d'eau destinée à la consommation humaine, à
l'alimentation en eau industrielle ou à la protection contre l'incendie, en pression ou à écoulement
libre, y compris les réservoirs d'eau enterrés qui leur sont associés
- canalisations d'assainissement, contenant des eaux usées domestiques ou industrielles ou des
eaux pluviales
3.2.RESEAU ELECTRIQUE
Le réseau électrique français représentait en 2013 environs 100.000 km (source Commission de régulation de
l’énergie) répartit en plusieurs catégories en fonction de leur nature (transport, distribution, alimentation) et de
leur voltage :
 HTB : réseau de haute et très haute tension (63 kV à 400 kV), utilisé pour le transport longue distance
(au niveau national et régional) de l’électricité. Géré par RTE (Réseau de transport électrique).
Transport le plus souvent en aérien. Jamais rencontré sur chantier
 HTA : réseau moyenne tension (60 kV>U>1 kV), servant à la distribution. Transport en aérien et
enterré. Profondeur située en générale entre 0.80 et 1.20m, pouvant atteindre plusieurs mètres à
certains endroits. Reconnaissable visuellement car composée de 3 câbles tressés (triphasé).
 BT : réseau basse tension (U<1 kV), servant à la consommation. Transport en aérien et enterré. C’est
ce réseau qui alimente les foyers. Profondeur située en générale entre 0.5 et 1.0m.
 Eclairage public : basse tension servant à l’alimentation des candélabres et des feux de signalisation.
Profondeur moyenne de 0.4 mètres.
La détection des réseaux électriques peut se faire via le géoradar ou l’appareil de radiodétection. Celon les
cas on préconisera l’une ou l’autre des méthodes. On le référence sur les plans avec la couleur rouge.
Les affleurants que l’on peut rencontrer son des postes haute ou basse tension, des boitier de branchement,
des transformateur ou encore des descente aériennes.
3.3.RESEAU GAZ
Le réseau de gaz en France est bâtit sur le même schéma que le réseau électrique vu précédemment
(transport, distribution). Il se décompose ainsi en deux réseaux dont les fonctions sont distinctes :
 Réseau de transport (GRT ; canalisations haute-pressions et gros diamètre) : Dangereux en cas de
rupture, il est très bien référencé. Nous avons rencontré une fois sur chanter un GRT régional avec
6
obligation de faire une déclaration à l’exploitant (ici GRTF) qui vient tracer lui-même le cheminement
du réseau.
 Réseau de distribution (GRD) : Près de 200.000 km de réseau majoritairement géré par GrDF (96%,
filiale de GDF Suez), les plus souvent les canalisations sont en PE/PVC (Il arrive néanmoins que
d’anciennes conduites soient en fonte.), d’un diamètre compris entre 20 mm et 200 mm et avec des
pressions comprises entre 50 mbar et 25 bar pour les réseaux moyenne pression (agglomérations) et
inférieures à 50 mbar pour les réseaux basse pression (zones rurales).
Dans la grande majorité des cas on détecte le réseau de gaz à l’aide du radar. Il est toujours référencé sur les
plans en jaune selon la norme en vigueur. En surface les affleurants sont les plus courants des vannes gaz et des
boitiers de branchement.
3.4.RESEAU DE TELECOMMUNICATIONS
Les réseaux de télécommunication sont dans la grande majorité en PVC. De petit diamètre, ils sont
difficilement détectables au géoradar. On utilise dans la plupart du temps la méthode de radiodétection
pour leur localisation. Il est important que les câbles de fibre optique, non conducteurs et très fins, sont
généralement très difficiles à détecter. La profondeur moyenne des câbles de télécommunication est de 0.6
mètre.
Les affleurants que l’on peut rencontrer en surface sont des descentes aériennes, des poste de
répartition ou encore des plaques PTT.
3.5.RESEAU D’ABDUCTION D’EAU POTABLE
Le réseau de distribution d’eau potable est de loin le plus grand et le plus ancien de tous les réseaux. On
estime qu’en 2009 il totalisait 850 000 km de canalisations. De diamètre variable selon la fonction de la
canalisation, il est en général en fonte ce qui le rend détectable par le géoradar et la radiodétection.
Cependant les nouvelles canalisations sont en PVC, plus résistants, laissant plus de libertés pour la géométrie
de l’ouvrage et moins cher.
Le réseau d’eau potable est systématiquement représenté en bleu sur les plans.
Les affleurants de surface sont des bouches à clé et des compteurs domestiques d’eau. On peut
également rencontrer dans certains cas des vannes d’arrêt.
3.6.RESEAUX D’EAUX USEES ET EAUX PLUVIALES
Les réseaux d’eaux usées et d’eaux pluviales servent à la collecte des eaux pour les traiter et les
réinjecter dans le cycle de consommation. Les dimensions des réseaux d’assainissement sont très variables
(métrique pour les visitables jusqu’à centimétrique). Leur profondeur est également très variable, pouvant
atteindre dans certains cas la dizaine de mètre voir plus. La détection et la localisation des réseaux
d’assainissement est rarement demandée car ils sont souvent profonds et bien localisés.
Les réseaux d’assainissement sont indiqués en marron sur les plans.
En surface les indices indiquant la présence d’un réseau d’assainissement (eaux pluviales ou eaux usées)
sont des plaques d’égout, des grilles ou encore des avaloirs.
7
4.Techniques d’investigation géophysiques
4.1.RADAR GPR
a. PRINCIPE GENERALE
Le radar géologique impulsionnel (aussi appelé géoradar ou GPR pour Ground Penetrating Radar) est
une méthode de prospection géophysique, non destructive et non intrusive, basée sur la propagation des
ondes électromagnétiques hautes fréquences (de l’ordre de la dizaine de mégahertz jusqu’au gigahertz).
Cette technique est très comparable à la méthode de sismique réflexion en prospection géophysique, à
cela près que l’atténuation rapide des ondes électromagnétique dans le sol la cantonne à n’être utilisée que
pour l’auscultation de la subsurface.
Le géoradar est composé de deux antennes, l’une émettant une impulsion électromagnétique
(émetteur) et l’autre la recevant (récepteur). Le principe de base du géoradar est finalement assez simple :
l’antenne émettrice émet un pulse électromagnétique bref qui va se propager dans le sol. Lorsque le signal
rencontre une discontinuité de constante diélectrique, une partie de l’énergie initiale du signal est réfléchie
tandis que le reste continu son trajet dans le sol jusqu’à être à son tour réfléchi.
Ces discontinuités, marquant un changement de nature du milieu (i.e. changement de constante
diélectrique), peuvent correspondre à l’interface entre le milieu environnant (le sol) et une hétérogénéité
quelconque : changement de lithologie, présence d’un vide, d’une nappe phréatique, d’un objet ou encore
d’une canalisation…
Les mesures en surface des temps d’arrivée des ondes ainsi que les amplitudes enregistrées vont alors
apporter des informations sur la nature des sols, les interfaces existantes, les vides ou inclusions etc…
Figure 2 : Schéma du fonctionnement du radar GPR
8
Le mode d’acquisition des mesures utilisé à la SATER est appelé mode à offset constant. C'est-à-dire que
l’on va déplacer l’antenne le long d’un profil en gardant toujours la même distance (offset) entre l’antenne
émettrice et l’antenne réceptrice.
Figure 3: Mode d'acquisition à offset constant. Le profil radar s'obtient en déplaçant l'antenne le long d'un profil horizontal
A chaque point de mesure le long du profil est associée une trace radar. La répétition des mesures à
différents points du profil permet d’obtenir une suite de trace radar et ainsi de produire ce que l’on appelle
un radargramme. C’est à partir des radargrammes que l’on peut interpréter les données reçues.
Figure 4 : Représentation d'un radargramme
Image tirée de la thèse de F. Lopes
9
Un radargramme est une représentation en 2D du sous-sol. On peut aller encore plus loin en compilant
plusieurs radargrammes pour obtenir une représentation 3D de la zone. Pour se faire on met en place un
quadrillage formé de profils longitudinaux et transversaux. Chaque profil est espacé d’une distance d
constante (généralement 1 mètre) et c’est en compilant ces profils à l’aide du logiciel dédié Radar 6.6 que le
bloc 3D est créé. Cette approche offre une vision d’ensemble d’une zone et est plus intuitive. Cependant elle
met plus de temps dans sa mise en œuvre (implantation des profils, compilation ultérieure…) et peut parfois
donner des résultats aberrants due à l’interpolation.
b. UN PEU DE PHYSIQUE
Les équations de Maxwell permettent d’établir l’équation de propagation d’une onde
électromagnétique dans un milieu isotrope homogène. Le champ électrique associé à la propagation d’une
onde plane vérifie l’équation :
∇2
𝐸 = 𝜇𝜎
𝛿𝐸
𝛿𝑡
+ 𝜇𝜀
𝛿2
𝐸
𝛿𝑡2
(1.1)
Avec 𝜇 la perméabilité magnétique du milieu ( 𝜇 = 𝜇0 𝜇 𝑟 )
𝜀 la permittivité diélectrique du milieu ( 𝜀 = 𝜀0 𝜀 𝑟 )
𝜎 la conductivité du milieu
Dans cette équation le premier terme est un terme de diffusion ( 𝜇𝜎 𝛿𝐸
𝛿𝑡 ) alors que le second traduit le
phénomène de propagation ( 𝜇𝜀 𝛿2
𝐸
𝛿𝑡2 ). En prospection radar on va chercher à favoriser l’effet de
propagation au détriment du phénomène diffusif.
Pour une propagation suivant la direction z (verticale ; approximation de l’onde radar) l’équation
précédente s’écrit alors :
𝛿2
𝐸
𝛿𝑧2
= 𝜇𝜎
𝛿𝐸
𝛿𝑡
+ 𝜇𝜀
𝛿2
𝐸
𝛿𝑡2
(1.2)
Figure 5 : Exemple de représentation 3D - Image obtenue sur Radan 6.6
10
Une solution de cette équation s’écrit :
𝐸 𝑧, 𝑡 = 𝐸0 𝑒 𝑖(𝜔𝑡−𝑘𝑧) (1.3)
Avec 𝐸0 l’amplitude initiale (à t=0 et z=0)
𝑘 le nombre d’onde
𝜔 la pulsation de l’onde électromagnétique
On peut, à partir des équations (2) et (3), déterminer le coefficient d’atténuation (noté 𝛼 ; en dB.m-1
)
ainsi que la vitesse de propagation des ondes dans un milieu donné (noté 𝑣 ; en m.s-1
; usuellement on la
convertit en cm.μs-1
).
Les paramètres de l’antenne (sa fréquence) et les propriétés du milieu (conductivité diélectrique,
résistivité…) vont entièrement déterminer la qualité de la mesure (profondeur d’investigation, résolution…)
Vitesse de propagation de l’onde radar
Dans le cas où l’on recherche une inclusion dans le sol (une canalisation par exemple) on pourra
approximer le milieu encaissant (le sol) a un terrain relativement homogène possédant des paramètres
diélectriques variant peu. La vitesse de propagation est alors donnée par :
𝑣𝑒𝑚 =
𝑐
𝜀 𝑟
(1.4)
Avec 𝑣𝑒𝑚 la vitesse de propagation de l’onde électromagnétique dans le milieu (m.s-1
)
𝑐 la vitesse de la lumière dans le vide (m.s-1
)
𝜀 𝑟 la permittivité diélectrique relative (ou constante diélectrique ; sans dimension)
Chaque matériau possède une constante diélectrique qui lui est propre. Elle traduit la réponse d’un
milieu donné à un champ électrique. C’est la différence entre les constantes diélectriques à l’interface entre
deux matériaux qui va provoquer la réfraction/réflexion d’une partie du signal électromagnétique.
Au niveau microscopique, la constante diélectrique est liée à la capacité des molécules ou atomes
constituant le milieu à se polariser.
Milieu Constante diélectrique Vitesse de l’onde (cm.ns-1
)
Air 1 30
Eau distillée 81 3.3
Eau douce 81 3.3
Glace 4 15
Calcaire 8 10.6
Argile saturée 10 9.5
Sable saturé 30 5.5
Béton 6 12.2
PVC, plastique… 3 17.3
Tableau 2 : Vitesse de propagation d'une onde électromagnétique pour différents milieux
11
Profondeur d’investigation
L’équation (3) nous apprend que l’amplitude initiale du signal décroit exponentiellement avec la
profondeur. On remarque aussi que plus la fréquence est élevée et plus l’atténuation se fait rapidement. La
résistivité du milieu est également déterminante. Les milieux très conducteurs (argile saturé, nappe
phréatique, métal, roches ferromagnétiques…) forment un véritable écran qui limitera la profondeur
d’investigation à quelques centimètres. A l’inverse, la méthode radar donne de bons résultats avec des
milieux peu conducteurs comme la glace ou plus généralement les sols secs.
Fréquence antenne Profondeur de pénétration Applications
1.5 GHz 0.5 m Diagnostique structurale béton
900 MHz 1 m
Diagnostique structurale béton,
recherche de vide superficiel
400 MHz 4 m
Recherche de vide, recollement
des réseaux
270 MHz 6 m
Recherche de vide, recollement
des réseaux, recherche de
structures enterrées, détection de
nappe phréatique
200 MHz 9 m
Recherche de vide, recollement
des réseaux, recherche de
structures enterrées, détection de
nappe phréatique
Tableau 3 : Profondeur de pénétration des différentes antennes de la SATER - Valeurs données par le fabriquant GSSI
Résolution spatiale
La résolution spatiale est directement liée à la fréquence de l’antenne. Plus la fréquence sera grande et
plus la résolution sera élevée. On distingue la résolution verticale (résolution en profondeur) de la résolution
latérale (en x, y).
La résolution verticale rend compte de la capacité à séparer deux réflecteurs à des profondeurs proches.
Dans un milieu homogène on peut facilement exprimer la profondeur investiguée en fonction de la vitesse
de propagation de l’onde et du temps d’arrivée de l’écho réfléchi telle que :
𝑡 =
2𝑧
𝑣
↔ 𝑧 =
𝑣𝑡
2
(1.5)
D’où :
𝛿𝑧 = 𝑣
𝛿𝑡
2
(1.6)
Avec 𝑧 la profondeur investiguée (en m)
𝑡 le temps d’arrivé de l’écho réfléchi (en s)
𝛿𝑡 la résolution temporelle de l’appareil
𝑣 la vitesse de propagation de l’onde dans le milieu investigué (en m.s-1
)
12
La résolution temporelle rend compte du côté impulsionel du signal. Plus la durée de l’impulsion du
signal est courte et plus la résolution temporelle sera basse. Généralement on relie la résolution temporelle
à la largeur de bande B à -3dB tel que 𝐵 = 1
𝛿𝑡 .
Figure 6 : Comparaison de deux signaux
Le premier est plus impulsionel que le second
Connaissant l’expression de la résolution verticale on peut facilement trouver l’expression de la
résolution latérale telle que :
𝛿𝑥 = 𝛿𝑧² + 2𝑧𝛿𝑧 (1.7)
Résolution verticale
200 MHz 400 MHz 900 MHz
Argile 15 10 5
Sable sec 25 18 10
Résolution latérale
200 MHz 400 MHz 900 MHz
Argile 22 11 8
Sable sec 29 25 11
Tableau 4 : Ordre de grandeur des résolutions verticales et latérales pour différentes antennes
Pour résumer les paramètres intrinsèques de l’antenne ainsi que les propriétés du milieu encaissant vont
déterminer les mesures. En règle générale l’augmentation de la fréquence utilisée limitera la profondeur
d’investigation mais augmentera la résolution des images. Les sols les plus adaptés à l’utilisation du géoradar
sont les sols peu conducteurs (glace, béton, terrains sec…). A l’inverse le géoradar servira peu ou pas pour
les sols très conducteurs (sols saturés en eau).
Il est évident que les équations et les chiffres présentés dans cette section sont des approximations et ne
sont pas strictement exacts. Ils figurent seulement à titre indicatif et permettent d’avoir une idée des
relations qui peut exister entre les différents paramètres du problème.
13
c. INSTRUMENTATION
Le système d’acquisition des données radar utilisé à la SATER est composé de plusieurs instruments :
- Unité d’acquisition SIR 3000, développé par GSSI : c’est le cœur du système. Il transmet l’énergie
nécessaire à l’émission du pulse électromagnétique à l’antenne. Il offre une grande possibilité de
réglage et toute une série de prétraitement du signal qui permettent d’avoir une image plus
lisible directement sur le terrain. Un panneau d’affichage intégré permet de visualiser en direct
les données obtenues et donc de tracer directement au sol l’emplacement et la profondeur des
observations. Le SIR 3000 est munie d’un port USB permettant de transférer ultérieurement les
données sur ordinateur pour les traiter avec un logiciel dédié (Radan 6.6).
- Antenne radar : l’antenne radar est en réalité composée de deux antennes réunies dans le même
instrument. L’une émet le signal radar tandis ce que l’autre le reçoit. L’antenne est blindée, tant
pour la sécurité des opérateurs (surtout avec les hautes fréquences) que pour la qualité des
mesures (peu de perturbation des sources électromagnétiques environnantes). Plusieurs
antennes sont disponibles et le choix de l’une ou l’autre sera motivé par les besoins et finalités
des investigations.
Figure 7 : Unité d'acquisition SIR 3000
Figure 8 : Antennes radar utilisées à la SATER
400 MHz
270 MHz
200 MHz
900 MHz
1.5 GHz
14
- Roue codeuse et poussette : la roue codeuse apporte une information sur la distance parcourue
le long du profil depuis le début d’un enregistrement. Elle permet ainsi d’associer à chaque point
du profil une trace radar et donc de pouvoir former un radargramme. L’antenne peut être
tractée manuellement ou à l’aide d’un dispositif de transport (poussette, véhicule…).
d. INSTRUMENTATION
Les données radars obtenues sur le terrain nécessitent parfois un traitement ultérieur pour améliorer la
qualité et la lisibilité des radargrammes. Ce traitement s’effectue à l’aide du logiciel dédié Radan 6.6
développé par GSSI. Les traitements sont à utiliser avec parcimonie. En effet certains filtres ne permettent
pas de récupérer le signal originel à partir du signal filtré. Un signal filtré ne se « défiltre » pas.
On applique généralement les traitements suivant :
- Positionnement du zéro : sur le radargramme la position du sol, représentée par l’arrivée de
l’onde direct du sol, est toujours décalée de quelques nanosecondes par rapport au temps t0 où
le signal est émis. On ajuste donc les axes pour que la profondeur z=0 corresponde à la surface
du sol
- Compensation des amplitudes par un réajustement des gains : ce réajustement permet de palier
à l’atténuation du signal avec la profondeur et de « lisser » les amplitudes
- Filtrages verticaux passe-haut et passe-bas centrés sur la fréquence nominale de l’antenne : la
fréquence indiquée par le constructeur ne correspond pas exactement aux signaux émis par les
antennes. Dans la pratique, les spectres d’émission forment une gaussienne autour de la
fréquence nominale avec un décalage plus élevé vers les basses fréquences. On filtre donc les
composantes du signal éloignées de la fréquence nominale. En règle générale on filtre toute
fréquence inférieure à 1/3 de la fréquence nominale ou supérieure à 3 fois cette dernière.
- Déconvolution : on applique un opérateur de déconvolution essentiellement pour supprimer les
multiples et pour « affiner » le radargramme. L’observation et la lisibilité des interfaces et des
anomalies est meilleure.
Pour finir il convient de préciser que le traitement des données radars n’est pas fréquent pour les
missions de recollement des réseaux. En effet la plupart du temps les observations de terrain permettent
directement de tracer les réseaux avec une précision acceptable du point de vue de la réforme DT-DICT. Le
traitement des données est en revanche très utile pour d’autre type de mission (diagnostique d’ouvrage,
recherche de vide, inclusions…)
Figure 9 : Poussette et roue codeuse
15
4.2.RADIODETECTION
a. PRINCIPE GENERAL
La radiodétection est une méthode d’investigation non-intrusive et non-destructive basée sur la mesure
de l’intensité du champ magnétique induit par un courant électrique. Les équations de Maxwell nous
apprennent qu’à tout déplacement de charge (courant) est associé un champ magnétique. Un courant
électrique oscillant à une fréquence donnée produira un champ magnétique oscillant à la même fréquence.
La méthode de radiodétection permet la localisation en x, y et z d’une conduite. Cette technique a été
dévelopée pour le recollement et la localisation des réseaux. A l’heure actuelle elle n’est utilisé que dans ces
buts.
Le champ d’induction magnétique 𝐵 vérifie également l’équation (1.1) et (1.2). Cependant dans la
plupart des matériaux, à l’exception des objets métalliques, la perméabilité magnétique relative est proche
de 1 [Teldford et al. 1976]. Cela revient à dire que l’on considère que 𝜇 = 𝜇0. On fera cette approximation de
la suite des calculs.
Autour d’un fil parcouru par un courant d’intensité I, les lignes de champ magnétique sont circulaires. Le
champ magnétique en un point P dépend de l’intensité du courant et de la distance avec le conducteur. Il est
noté B et en exprimé en Tesla. On calcule sa valeur à partir de la formule suivante :
𝐵 = 𝜇0
𝐼
2𝜋𝑟
(2.1)
Avec 𝐵 le champ magnétique (en T)
𝜇0 la perméabilité magnétique du vide ( 4𝜋. 10−7
H.m-1
)
𝐼 l’intensité du courant parcourant le fil
𝑟 la distance entre la source du champ et le point P
La localisation en x, y est basée sur la distribution de l’amplitude du signal mesurée. L’amplitude est
maximale à l’aplomb de la conduite (distance minimale).
Figure 10: Principe de la localisation en x, y d'une conduite par radiodétection
16
La localisation en z de la conduite nécessite au préalable la localisation en x, y. On peut, à partir de la
relation (2.1), trouver la distance de la mesure à la source en fonction de l’intensité du champ magnétique
mesuré. Cependant cela implique la connaissance de l’intensité I du courant dans le fil, ce qui est rarement
le cas. Pour contourner le problème il suffit d’effectuer une seconde mesure de l’intensité du champ à une
distance r2 de la source.
On obtient alors :
𝐵1 = 𝜇0
𝐼
2𝜋𝑧
𝐵2 = 𝜇0
𝐼
2𝜋(𝑧 + 𝑥)
(2.2)
Quelques simples étapes de calcul permettent d’arriver à :
𝑧 =
𝑥𝐵2
(𝐵1 − 𝐵2)
(2.3)
Avec 𝐵 le champ magnétique (en T)
𝜇0 la perméabilité magnétique du vide ( 4𝜋. 10−7
H.m-1
)
𝐼 l’intensité du courant parcourant le fil
𝑟 la distance entre la source du champ et le point P
Les équations de Maxwell nous apprennent qu’à tout déplacement de charge (courant) est associé un
champ magnétique. Un courant électrique oscillant à une fréquence donnée (courant alternatif) produira un
champ magnétique oscillant à la même fréquence. C’est sur cette propriété que se base l’appareil de
radiodétection pour différencier les sources des champs magnétiques mesurés.
Figure 11 : Principe de la localisation en z d'une conduite par radiodétection
17
L’appareil de radiodétection peut être utilisé en mode passif ou en mode actif :
 Mode actif
Le mode actif se base sur la détection du champ magnétique induit par la circulation d’un courant
alternatif directement injecté dans la conduite. Cette méthode suppose la connaissance et l’accès au réseau
en certains points (vanne, bouche à clé, regard…).
On applique au câble ou à la canalisation un courant alternatif connu au moyen d’un générateur. La
fréquence du courant qu’on injecte est généralement de 33 kHz.
On injecte le courant issu du générateur soit par connexion directe à l’aide d’un câble relié au
générateur, soit par induction à l’aide d’une pince (bobine à 1 spire) que l’on place autour de la conduite. Le
courant circulant dans la pince va induire un champ magnétique qui va lui-même induire un courant de la
même fréquence dans la conduite.
Quand la conduite n’est pas conductrice et qu’on a accès au fourreau ou directement à l’intérieure de la
conduite, on peut y insérer une sonde (flexi-trace) à l’aide d’un jonc. Cette sonde, reliée au générateur,
émettra alors un champ magnétique que l’on pourra détecter en surface.
 Mode passif
Le mode passif se base sur la détection du champ magnétique associé aux signaux naturellement portés
par les câbles électriques (f=50 Hz). On évite au maximum d’utiliser le mode passif car la localisation est peu
précise (perturbation des champs magnétiques environnant oscillant également à 50 Hz). Il est
essentiellement utilisé pour la détection des lignes haute-tension, ces dernières présentant rarement un
accès au réseau.
Pour finir on peut dire que la méthode de radiodétection est très utile sur chantier car elle est facile et
rapide à mettre en œuvre et donne de très bons résultats. Cependant elle connaît certaines limites qu’il faut
garder à l’esprit lors de son utilisation, notamment quand plusieurs conduites conductrices sont proches ou
que la mesure est effectuée près d’une singularité (coude, virage brusque, armature béton, conduite
verticale…). En effet le signal injecté peut être transféré par induction sur les conducteurs proches, pouvant
induire une erreur de tracé. Même si l’on échappe à cette erreur, la distorsion du champ magnétique
engendrée est source d’imprécision en position et en profondeur.
Figure 12 : Mode actif Radiodétection - Types de branchement
18
b. INSTRUMENTATION
L’appareil de radiodétection utilisé par la SATER est le RD8000 de l’entreprise SPX. Il s’accompagne de
plusieurs autres instruments complémentaires :
- Récepteur : permet de mesurer l’intensité du champ magnétique en surface. On peut choisir si
on veut l’utiliser en mode actif ou passif et quelle fréquence on utilise. On peut également reglé
les gains que l’on souhaite appliquer (amplification du signal). Il est également muni d’un
panneau d’affichage indiquant la fréquence choisie, l’amplitude du champ magnétique mesuré,
la profondeur théorique du réseau détecté, sa direction, ainsi que les gains utilisés.
Figure 13 : Récepteur RD 8000
- Le générateur : uniquement utilisé en mode actif, il permet de créer un courant alternatif
oscillant à une fréquence donnée. Le panneau de contrôle permet de choisir la fréquence du
courant en sortie et la puissance du signal. L’écran intégré affiche les paramètres choisis.
Figure 14 : Générateur RD 8000
- Pince à induction : reliée au générateur, ellepermet d’induire un courant dans la conduite si on
ne peut pas se brancher directement dessus (câbles électriques, télécom ou présence d’un
fourreau autours de la conduite par exemple).
19
- Flexi-trace : reliée au générateur, elle permet dans certains cas de détecter et suivre les
canalisations non-conductrices.
- Accessoire de raccordement : permet de relier le générateur directement à la conduite et à la
terre
Figure 15 : Accessoires RD 8000 - Flexi-trace et pince à induction
4.3.RELEVE GNSS ET GEOREFERENCEMENT
Le géoréférencement des observations est une étape cruciale dans le travail effectué. Il permet
d’implémenter sur un plan le tracé des réseaux. Pour satisfaire aux normes de la classe A les mesures de
positionnement doivent être très précises (centimétriques). Elles sont effectuées à l’aide du récepteur GNSS
relié à une antenne. Quand la réception des signaux GNSS (GPS, Glonass, Galileo…) est mauvaise ou
impossible, on doit coter à la main les observations et les reporter sur un plan géoréférencé.
La précision des systèmes GNSS est de l’ordre du mètre et ne permet pas d’avoir la précision nécessaire
à la classe A. Pour obtenir une précision centimétrique il faut faire des mesures différentielles. Ce type de
mesure permet d’apporter une correction en temps réel à la mesure. C’est ce qu’on appelle le mode RTK
pour Real Time Kinematic. Dans la pratique, les corrections en temps réel sont fournies par un réseau GSM.
La précision peut alors atteindre les 2 centimètres.
Le récepteur GNSS utilisé est un GEO XH 6000 de l’entreprise Trimble. L’antenne utilisée est une antenne
Zéphyr également développé par Trimble.
Figure 16 : Pack GEO XH 6000 Figure 17 : Antenne externe Zéphyr
20
4.4.LOGICIELS
Suite au travail sur le terrain s’en suit une phase de traitement et de transfert des données. On utilise
alors plusieurs logiciels dédiés :
- Radan 6.6 : Comme vu précédemment ce logiciel, développé par GSSI, est utilisé pour traiter les
données radars. Il offre tout une gamme de traitements automatisé du signal mais permet
surtout une visualisation des données. Il offre également la possibilité de réaliser des blocs 3D
par compilation de plusieurs radargrammes.
- Pathfinder : Permet l’exportation des points GPS dans le format et dans le système de
coordonné désiré.
- Autocad : le logiciel Autocad est un logiciel de dessin assisté par ordinateur très puissant. Les
nombreuses possibilités qu’il offre fait qu’il est utilisé dans de nombreux domaines. Dans notre
cas on l’utilise pour créer les plans de recollement de réseau. Une de mes missions a été de créer
une bibliothèque d’objets ainsi que des outils facilitant la réalisation des plans.
Figure 18: Récepteur Geo XH 6000
Figure 19 : Géoréférencement des points sur site
21
5.Méthodologie de travail et protocole de mesure
La méthodologie de travail est souvent la même d’une mission à une autre. Le détail ci-dessous donne les
différentes étapes du protocole de mission. Cependant cette liste est non exhaustive et pourra être modifiée en
fonction des singularités et des finalités liés à la mission.
Avant le travail de terrain
 Demande des DICT et des plans relatifs à chaque concessionnaire
 Création d’un dossier sur le serveur avec toutes les pièces administratives (bon de commande, but de la
mission…)
 Réception d’un plan Autocad géoréférencé de la zone d’emprise
 Recherche d’informations préalables (profondeur probable d’investigation, géométrie, dimension et
composition probable de la cible, caractéristiques du sol…) pour déterminer le matériel adéquat et les
techniques qu’on utilisera (radar : bloc 3D ou simple utilisation « en direct »)
Travail de terrain
 Préparation du matériel avant de partir
 Faire un tour sur la zone d’emprise afin de repérer des indices pouvant aider à la compréhension du
problème (présence de regard, indications au sol…)
 Paramétrage des mesures et étalonnage de la roue codeuse
 Acquisition des mesures (Radiodétection et radar)
 Marquage au sol selon les couleurs
 Acquisition des points GPS pour chaque réseau
 Prendre des photos de toute la zone après le marquage
Au bureau
 Exportation des données radar et des photos, transfert des points GPS
 Traitement des profils radars si besoin
 Réalisation des blocs 3D si prévu
 Exportation des points GPS sur le plan Autocad envoyé par le client
 Réalisation du plan de recollement
 Rédaction du rapport
Figure 20 : Matériel habituellement utilisé lors d'une mission de recherche des réseaux enterrés
22
Mise en œuvre sur site
A présent que nous avons vu les différentes méthodes d’investigation géophysique, nous allons voir
comment elles sont utilisées dans la pratique et qu’elles sont les informations et les réponses qu’elles
peuvent nous apporter. Tout d’abord à travers une affaire type de recherche et de localisation des réseaux
enterrés. Nous verrons ensuite comment le géoradar peut être utilisé pour rechercher des structures
enterrées et enfin comme il peut apporter des réponses pour le diagnostic d’un ouvrage béton.
5.1.RECOLLEMENT DES RESEAUX – RUE LOUVOIS – REIMS
La première affaire que nous allons détailler correspond à une affaire type de recherche et de
localisation des réseaux enterrés. Cette affaire est particulièrement intéressante puisque les travaux ayant
déjà commencé nous avons pu avoir un retour sur les observations qu’on a pu faire.
A la demande et pour le compte de la société EUROVIA, la société SATER - Division Géomesure a réalisé
une auscultation dite non intrusive afin de localiser certains réseaux préalablement définis. Cette
auscultation s’inscrit dans le cadre de travaux de pose d’un nouveau collecteur d’eaux usées. Cette
prestation s’est déroulée sur la commune de Reims (51) sur la rue des Louvois et environs 450 ml (mètres
linéaires) ont été auscultés.
L’objectif de cette étude a été de géolocaliser les différents réseaux de types : électrique (HT et BT,
éclairage public, signalisation), gaz et télécommunications. Pour ce faire, nous avons mis en œuvre une
auscultation par radar géologique avec une antenne 400 MHz permettant d’obtenir un inventaire de la
couche 0-2.5 mètres sur l’ensemble de la chaussé et des trottoirs, ainsi qu’une radiodétection.
Comme base de travail, il nous a été transmis le plan projet au format DWG représentant la zone
d’étude ainsi que les DICT des réseaux présents.
Avant de commencer le travail il est important de noter qu’en règle générale le sol de Reims (sol
Figure 21 : Reims, rue des Louvois - Localisation de l'emprise du projet
23
calcaire) se prête bien à la prospection radar. Les images obtenues sont souvent claires et la profondeur
d’investigation est bonne. Cependant on sait avant même de partir que les conduites en PVC seront
difficilement observables puisque la constante diélectrique du calcaire est de 8 et que celle du PVC est de 3
(faible différence = difficilement observable).
Chaque réseau a été détecté indépendamment donc pour plus de clarté nous les détaillerons chacun
séparément :
Réseau Gaz
Avant de s’attaquer à la détection des branchements domestiques nous avons cherché à localiser la
conduite d’alimentation principale. Ayant une idée préalable de l’emplacement et du cheminement du
réseau gaz sur la zone grâce au DICT, nous avons implanté les profils radars perpendiculairement à l’axe
théorique de la canalisation.
Par expérience on savait aussi que le réseau de distribution gaz à Reims avait une profondeur moyenne
de 1.0 mètre. On a donc augmenté les gains pour cette profondeur et cherché les signatures éventuelles.
J’ai choisi de présenter ici un seul radargramme car ce dernier est de bonne qualité et assez
représentatif. De plus l’enregistrement de ces derniers n’est pas systématique dans ce genre d’affaire
puisque l’utilisation du radar se fait « en direct ».
Figure 22 : Reims, rue des Louvois - Exemple de radargramme et interprétation des données
Sur ce radargramme on peut observer plusieurs points intéressants. D’abord on voit très bien les
différentes couches formant la chaussée. On voit également plusieurs hyperboles correspondant à différent
réseaux.
Après avoir localisé et marqué l’ensemble de la conduite de gaz on s’est intéressé aux branchements.
Pour ce faire nous nous sommes fiés aux affleurants de surface (branchement gaz) et avons utilisé le
Interprétation du
radargramme
Réseau gaz
Profondeur 0.9m
Réseau AEP
24
géoradar pour déterminer les profondeurs. Les branchements ont été localisés plus proche de la surface
avec une profondeur moyenne de 0.7 mètre.
Réseau électrique
La détection de la HTA s’est faite à l’aide du géoradar et de l’appareil de radiodétection en mode passif
(power). Elle est souvent délicate car on a rarement d’affleurants accessibles sur ce réseau. Pour ce faire on
a balayé la zone autours de l’emplacement théorique de la conduite avec le radiodétecteur jusqu’à repérer
une signature viable. Le mode passif pouvant induire des erreurs importantes sur la profondeur on a ensuite
confirmé la profondeur en utilisant le géoradar. On a pu détecter deux lignes HTA sur l’emprise du projet,
conformément aux DICT. La profondeur des HTA présentent sur la zone varie entre 0.8 et 1.1 mètres.
La détection de la BT et du réseau d’éclairage public s’est fait avec l’appareil de radiodétection. Les
nombreux affleurants (branchement EDF, regard, candélabre…) présents sur la zone ont permis d’avoir un
accès direct au réseau et ainsi de pouvoir utiliser l’appareil de radiodétection en mode actif. On a alors
injecté un courant alternatif à 33 kHz dans la ligne BT à l’aide de la pince à induction. Le principal problème
rencontré est que à certains endroits de nombreuses BT cheminaient les unes à côté des autres et que la
différenciation de l’une ou l’autre a été délicate. Pour les branchements l’utilisation du géoradar a été
requise pour déterminer la profondeur.
Figure 24 : Reims, rue des Louvois - Localisation de la
BT, induction du réseau pour radiodétection
Figure 23 : Reims, rue des Louvois - Localisation de la
BT, zone d'incertitude
25
Réseau télécom
Le réseau télécom a été détecté uniquement à l’aide de l’appareil de radiodétection. La présence de
nombreux affleurants (plaque PTT, descentes aériennes) a permis d’utiliser l’appareil de radiodétection en
mode actif en induisant directement les câbles télécom). Le diamètre des câbles était trop petit pour pouvoir
les détecter au géoradar. La difficulté a résidé dans le fait que le réseau télécom se trouvant proche du
réseau BT, il y avait un risque de transfert du signal et donc d’une erreur de localisation. Nous avons donc
effectué la détection du réseau télécom en dernier après avoir tracé les autres réseaux et avons confirmé les
observations au RD par des indices visuelles (affleurants, trace de tranché sur le sol…).
Pour finir nous avons procédé au relevé des points à l’aide du GPS puis nous les avons exportés sur un
plan Autocad recensant l’ensemble des observations réalisées.
Cette affaire est intéressante car les travaux ayant déjà commencé nous avons pu avoir un retour sur les
observations et les conclusions que nous avons transmis au client. Les fouilles ouvertes ont alors confirmé en
partie nos observations.
Figure 25 : Reims, rue des Louvois - Extrait du plan final
Figure 26 : Reims, rue des Louvois - Fouille ouverte
26
En jaune est représenté la canalisation principale de gaz, en rouge les réseaux électriques, en vert les
réseaux télécom et en bleu le réseau d’eau potable (non détecté car déjà géoréférencé)
Ces fouilles montrent finalement assez bien les limites de l’appareil de radiodétection puisque, bien que
nous ayons détecté un réseau électrique, il nous a été impossible de dire qu’il y en avait plusieurs côte à
côte.
Les observations au radar ont également été probantes puisque la canalisation de gaz et la HTA était
effectivement à l’endroit et à la profondeur que nous avions indiqué.
5.2.RECOLLEMENT DES RESEAUX ET RECHERCHE DE STRUCTURES ENTERREES
La seconde affaire que nous allons découvrir concerne la localisation des réseaux enterrés mais
également la recherche de structures enterrées. C’est essentiellement sur cet aspect que j’axerai cette
partie.
A la demande et pour le compte de BGB Architect, la société SATER – Division Géomesure a réalisé une
auscultation par géoradar et méthodes associées afin de localiser les réseaux et structures enterrées dans la
cours d’une maison de retraite. Cette prestation s’est déroulée le 19 et 22 avril 2014 sur la commune de
Verrières le Buisson sur le terrain privé de l’EHPAD. L’objectif était de s’assurer que les différents réseaux ne
gêneraient pas l’implantation de pieu en vue du montage d’une structure temporaire.
La zone d’emprise se trouvant sur terrain privé nous n’avons pas obtenu de plan indiquant les
emplacements théoriques des réseaux (DICT). Comme document nous avons reçu un plan Autocad de la
zone. Des informations préalables ont été recueillies auprès du client et du technicien de l’établissement.
Figure 27 - Verrières le Buisson, EHPAD - Plan d'emprise
27
La localisation des réseaux enterrés s’est essentiellement faite à l’aide du géoradar équipé d’une
antenne 400 MHz. On a ainsi pu tracer le cheminement du réseau de gaz sur toute la zone d’emprise et une
partie du réseau d’eau potable partiellement localisée. La présence d’un talus de terre au-dessus d’une
partie de la canalisation d’eau potable a empêché la détection, qui augmente ponctuellement la profondeur
du réseau par rapport au terrain naturel, a empêché sa détection sur le reste de la zone d’emprise.
L’appareil de radiodétection a été utilisé pour détecter et localiser le réseau BT. Aucun affleurant n’étant
accessible la détection s’est faite en mode passive (power).
Enfin les auscultations concernaient également la recherche de cuves enterrées faisant partie de l’ancien
réseau d’assainissement de l’établissement. Ayant une idée vague de l’emplacement des cuves nous avons
implantés plusieurs profils radars afin de réaliser un bloc 3D. La taille des cuves recherchées étant métrique
nous avons décidé d’implanter des profils séparés de 50 centimètres.
Le bloc 3D obtenue donne un aperçu de la zone à une profondeur donnée. Ici sont présentés en exemple
les résultats pour z=0.5m et z=1m :
Figure 29 : Implantation des profils radar
pour réalisation d'un bloc 3D
Figure 28 : Verrières le Buisson, EHPAD - Exemple de
radargramme
Figure 30 : Verrières le Buisson, EHPAD - Bloc 3D, 0.5 mètre de profondeur
28
L’interprétation des blocs 3D n’est en général pas chose aisée. Cependant dans notre cas l’image est
assez claire et montre trois structures enterrées peu profondes (z= ~0.5m) reliées entre elles par une
canalisation plus profonde (z= ~1.0m).
Les trois structures enterrées correspondent aux cuves de décantation et de stockage appartenant à
l’ancien réseau d’assainissement de l’établissement.
Les objectifs de cette mission ont été complètement atteints et les données recueillies ont permis au
client de déterminer les endroits propices pour la mise en place des pieux de fondations. Le plan final
complet de cette affaire est disponible en annexe.
Figure 31 : Verrières le Buisson, EHPAD - Bloc 3D, 1 mètre de profondeur
Figure 32 : Conclusion de l'étude après modélisation des blocs 3D
29
5.3.DIAGNOSTIC D’OUVRAGE – COLLECTEUR
La troisième affaire présentée ici détaille une toute autre utilisation du géoradar. En effet on peut
utiliser le géoradar pour effectuer un diagnostic des ouvrages bétonnés (état général du béton et des
remblais environnant, contrôle des jointures et vérification de l’étanchéité de l’ouvrage…). Cela nécessite de
descendre dans l’ouvrage (appelé aussi visitable) pour effectuer les auscultations et un contrôle visuel.
L’affaire en question en encore en traitement donc les conclusions de l’étude ne sont pour l’instant que
partielles. Seulement une partie des résultats sera présentée ici.
A la demande du SIAVRM et dans le cadre de la réhabilitation en cours sur le collecteur G, l’entreprise
SATER – Division Géomesure a réalisé une campagne d’auscultation radar sur une partie du collecteur G de
diamètre 2400 mm situé sur la grande rue de Sèvres (92) entre le regard de visite R64 et R64 +136 sur un
linéaire de 136 ml. Ce diagnostic a eu pour objectif de contrôler l’épaisseur de l’ouvrage et l’état de
l’encaissant, de contrôler l’étanchéité de l’ouvrage et de vérifier la présence de réseau à proximité. Cette
auscultation a été réalisée dans la matinée du 18 aout 2014 après autorisation de descente de la SEVESC.
Les auscultations radars ont été effectuées à l’aide d’une antenne 400 MHz et d’une antenne 900 MHz.
Contrôle des épaisseurs
Le radar permet de mettre en évidence les discontinuités de constante diélectrique et donc les
interfaces. Dans notre cas on va utiliser le radar pour contrôler l’épaisseur de l’ouvrage et de l’encaissant. En
effet le béton peut se dégrader sans qu’on puisse le remarquer à l’extérieure de l’ouvrage (extrados), ce qui
fragilise l’ouvrage ou peut engendrer des infiltrations dans le sol et donc un risque pour l’environnement.
La contrôle de l’état de l’encaissant permet d’identifier la présence de vides qui pourraient être liés là
encore à des infiltrations dans le sol.
Contrôle de l’étanchéité et de l’état stuctural de l’ouvrage
Cette partie de la mission repose essentiellement sur un contrôle visuel à l’intérieur de l’ouvrage
(intrado). On relève toutes les anomalies apparentes (fissuration avec ou sans rejet), on vérifie l’état des
joints et on regarde si les armatures du béton (si il y en a) sont affleurantes : si elles le sont cela veut dire que
le béton s’est dégradé dans l’ouvrage. Il y a donc un risque de fragilisation. Enfin on note si il y a une
déformation ou un écrasement de l’ouvrage par endroit qui pourrait être le signe d’un affaissement de
l’encaissant ou d’une fuite.
Enfin on contrôle le paramètre géométrique de l’ouvrage. Les tuyaux d’assainissement sont très souvent
gravitaires (l’écoulement se fait par gravité). Cela signifie que l’eau ne doit pas stagner dans l’ouvrage. Si on
repère des flaques d’eau stagnante c’est la preuve que l’ouvrage s’est déformé, pouvant entraîner des
fissures, fuites…
Vérification de la présence de réseaux à proximité
Il n’est pas rare de voir des canalisations, lors de la pose, ont été mise en appui sur les tuyaux
d’assainissement. Le poids que représente ces réseaux peut avec le temps déformer l’ouvrage et le fragiliser.
Une fuite dans un réseau à proximité de l’ouvrage peut également avoir des conséquences sur ce dernier.
Une fuite d’eau potable à proximité de l’ouvrage pourra par exemple fragiliser l’encaissant et/ou dégrader le
béton.
30
Les résultats de ce diagnostic ne sont pas encore probants. Ces données (acquises sur cette affaire) ne
sont là que pour illustrer le propos. Par la suite une série de carottage est prévue pour confirmer et affiner
les conclusions de l’étude.
Figure 33 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Vue à l'intérieure de l'ouvrage, fissuration, mise en oeuvre de l'auscultation radar
31
Figure 37 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Radargramme, antenne 400 MHz
Figure 36 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Joint
Figure 35 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage –
Anomalie d'origine inconnue
Figure 34 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Canalisation à
proximité de l'ouvrage
Épaisseurbéton
32
Conclusion
Ce stage m’aura permis d’avoir ma première expérience professionnelle dans le monde de la
géophysique et de la géotechnique. Il m’aura permis d’appréhender le fonctionnement et l’emploi du
géoradar pour la recherche de réseau et l’auscultation d’ouvrage. J’ai également pu découvrir la méthode de
radiodétection, plus marginale dans le domaine de la géophysique mais non moins efficace.
Mis à part les méthodes d’auscultation géophysique j’ai pu acquérir une expérience dans le levé de point
GPS et dans l’utilisation de certains logiciels qui je serais surement amener à utiliser à nouveau.
J’ai constaté que chaque méthode possédait ses limites et ses avantages et que finalement il n’existe
que rarement de solution miracle. L’utilisation couplée de plusieurs méthodes permet néanmoins de réduire
ces limites. La géoradar permet très bien de détecter les canalisations enterrées à la condition qu’elles soient
assez larges et que le terrain s’y prête. De plus il ne permet pas de déterminer la fonction d’une canalisation.
Il offre cependant l’avantage de ne pas nécessiter d’accès au réseau. A l’inverse l’utilisation de la méthode
de radiodétection n’est pas du tout limitée par la nature du terrain et permet de différencier chaque réseau
à la condition qu’il soit conducteur et qu’on puisse y avoir accès.
Enfin j’ai appris que la finalité de chaque mission conditionnait la façon d’utiliser un instrument.
L’utilisation et la mise en œuvre du géoradar sera complètement différente si on cherche à détecter des
réseaux ou à diagnostiquer l’état d’un ouvrage.
Que ce soit la géolocalisation des réseaux ou encore le diagnostic d’ouvrage, ces tâches se sont inscrites
dans la stratégie de la SATER a développé une activité à forte valeur ajoutée en plein essor. Je garderais de
ce stage un excellent souvenir et il constitue désormais pour moi une expérience valorisant et encourageant
pour mon avenir.
Enfin je tiens à exprimer de nouveau ma satisfaction d’avoir pu travailler avec du matériel de pointe et
dans un environnement agréable.
33
Bibliographie
 Reynolds J.,An introduction to applied and environmental geophysics
 Mari J-L., Arens G., Chapellier D., Gaudiani P., Géophysique de gisement et de génie civil
 Mari J-L., Coppens F., Sismique de puits
 Lopes F., Inversion des formes d’ondes électromagétiques de données radar (GPR) multioffsets
 Perrier F., Cours d’imagerie électrique et électromagnétique
 Documents internes SATER
 Rapports de stage des années présédentes
 Cariou J., Application du radar géologique au génie civil
 Marquis G., Cours électromagnétisme Méthodes et interprétation géophysiques - Géophysique et
géotechnique
 Ngulwe Tumaini I., Etude des matériaux observés au cours des prospections détaillées des champs
de pétrole et de gaz
 Site internet du Belgian BioElectroMagnetics Group (BBEMG) regroupant des chercheurs de trois
universités (Lièges, Gent, Bruxelles) et d’un institut de recherche (Bruxelles)

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  • 1. STAGE PROFESSIONNEL AUSCULTATION DU SOUS-SOL PAR RADAR GÉOLOGIQUE ET MÉTHODES ÉLECTROMAGNÉTIQUES Application au génie civil Diagnostic structural et détection de réseau enterrés Rapport soutenu le lundi 1er septembre 2014 par Arthur CROSSE Master Sciences de la Terre, de l’Environnement et des Planètes (STEP) – Université Paris Diderot – Institut de Physique du Globe de Paris – 01 44 27 21 85 Master Pro STEP Géophysique de Surface et de Sub-surface (G2S) Institut de Physique du globe de Paris (2013-2014) M1 : UE 39U4GE53 Tuteur de Stage M. Fernand LOPES Ingénieur de recherche Équipe paléomagnétisme Institut de Physique du Globe de Paris Maître de stage M. Nicolas Lombard Directeur d’agence SATER Géomesure Les Ulis (91) Institut de Physique du Globe de Paris
  • 2. 2 Faute de pouvoir voir clair, nous voulons, à tout le moins, voir clairement les obscurités Sigmund Freud (1856 - 1939)
  • 3.
  • 4. II Table des figures Figure 1 : Organigramme de la division Géomesure de la SATER................................................................. 2 Figure 2 : Schéma du fonctionnement du radar GPR ................................................................................... 7 Figure 3: Mode d'acquisition à offset constant. Le profil radar s'obtient en déplaçant l'antenne le long d'un profil horizontal........................................................................................................................................... 8 Figure 4 : Représentation d'un radargramme .............................................................................................. 8 Figure 5 : Exemple de représentation 3D - Image obtenue sur Radan 6.6................................................... 9 Figure 6 : Comparaison de deux signaux .................................................................................................... 12 Figure 7 : Unité d'acquisition SIR 3000 ....................................................................................................... 13 Figure 8 : Antennes radar utilisées à la SATER............................................................................................ 13 Figure 9 : Poussette et roue codeuse ......................................................................................................... 14 Figure 10: Principe de la localisation en x, y d'une conduite par radiodétection....................................... 15 Figure 11 : Principe de la localisation en z d'une conduite par radiodétection.......................................... 16 Figure 12 : Mode actif Radiodétection - Types de branchement ............................................................... 17 Figure 13 : Récepteur RD 8000 ................................................................................................................... 18 Figure 14 : Générateur RD 8000 ................................................................................................................. 18 Figure 15 : Accessoires RD 8000 - Flexi-trace et pince à induction ............................................................ 19 Figure 16 : Pack GEO XH 6000..................................................................................................................... 19 Figure 17 : Antenne externe Zéphyr........................................................................................................... 19 Figure 18: Récepteur Geo XH 6000............................................................................................................. 20 Figure 19 : Géoréférencement des points sur site ..................................................................................... 20 Figure 20 : Matériel habituellement utilisé lors d'une mission de recherche des réseaux enterrés ......... 21 Figure 21 : Reims, rue des Louvois - Localisation de l'emprise du projet................................................... 22 Figure 22 : Reims, rue des Louvois - Exemple de radargramme et interprétation des données ............... 23 Figure 24 : Reims, rue des Louvois - Localisation de la BT, induction du réseau pour radiodétection ...... 24 Figure 23 : Reims, rue des Louvois - Localisation de la BT, zone d'incertitude .......................................... 24 Figure 25 : Reims, rue des Louvois - Extrait du plan final ........................................................................... 25 Figure 26 : Reims, rue des Louvois - Fouille ouverte .................................................................................. 25 Figure 27 - Verrières le Buisson, EHPAD - Plan d'emprise .......................................................................... 26 Figure 28 : Verrières le Buisson, EHPAD - Exemple de radargramme ........................................................ 27 Figure 29 : Implantation des profils radar pour réalisation d'un bloc 3D................................................... 27 Figure 30 : Verrières le Buisson, EHPAD - Bloc 3D, 0.5 mètre de profondeur............................................ 27 Figure 31 : Verrières le Buisson, EHPAD - Bloc 3D, 1 mètre de profondeur............................................... 28 Figure 32 : Conclusion de l'étude après modélisation des blocs 3D........................................................... 28 Figure 33 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Vue à l'intérieure de l'ouvrage, fissuration, mise en oeuvre de l'auscultation radar............................................................................................................................................ 30 Figure 37 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Canalisation à proximité de l'ouvrage...................................... 31 Figure 34 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage –.................................................................................................. 31 Figure 35 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Joint.......................................................................................... 31 Figure 36 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Radargramme, antenne 400 MHz............................................ 31
  • 5. I
  • 6. II Remerciements Ce stage a été pour moi un véritable moment de partage, tant sur le plan de la connaissance que sur le plan humain. J’aimerai donc avant toute chose remercier les personnes qui m’ont offert la possibilité de faire ce stage, celles qui m’ont accompagné et parfois épaulé, celles qui m’ont enseigné et fait rigoler. D’abord merci à Nicolas Lombard qui m’a permis d’effectuer ce stage au sein de la division Géomesure de la SATER. Merci pour ton humour qui participe à détendre l’atmosphère et merci pour tes perruches qui nous ont accompagnées en poussant la chansonnette tous le mois de juillet. Merci de m’avoir offert la possibilité de descendre dans les égouts et de réaliser un de mes (nombreux) rêves. Merci également à Fernando Lopes d’avoir accepté d’être mon tuteur de stage. Malgré ses réticences à considérer la recherche de canalisation par géoradar comme une vraie discipline géophysique je suis sûr qu’il ne pense pas ce qu’il dit. Merci à Olivier et ses baguettes de sourcier pour son professionnalisme qui dénote pourtant avec ses croyances ésotériques. Nous avons peu travaillé ensemble et c’est à regret. Merci aussi à Laetitia qui nous a très souvent facilité le travail avec ses pochettes bien préparées. Continue d’essayer de lever les gens avec deux doigts, comme tu dis il faut y croire pour y arriver alors continue d’y croire. Enfin, et c’est à eux que je dis le plus merci, merci à Cyril et Amel. J’ai rencontré deux personnes très intelligentes et très professionnelles, pédagogues et patientes (ce n’était pas toujours évident je l’admets…) et qui en plus de ça ont le cœur sur la main. Merci donc à Cyril, sa guitare et ses ongles qui ont alimenté tant de conversations et merci à Amel et son couscous imaginaire (un jour peut être… ). J’ai passé de très bon moments avec vous tous et j’espère pouvoir retrouver une ambiance de travail aussi sympathique à l’avenir. J’adresse également un remerciement spécial à l’attention de Frédéric Perrier. Il fait preuve d’une réelle volonté de transmettre un savoir et d’une conviction en ses élèves qui ne laisse personne indifférent. Sans son implication et son aide ce stage n’aurait tout simplement pas eu lieu. Pour finir merci à celle qui partage mes journées et qui supporte mes nuits blanches. Ton soutien et ta patience m’ont été d’une grande aide dans les moments difficiles. Merci à toi petite femme.
  • 7. III Résumé Le radar est depuis longtemps utilisé pour la recherche de structures enterrées. Simple à mettre en œuvre et peu chère, il n’a pas son pareil pour l’auscultation non-intrusive de la subsurface. La réforme DT-DICT sortie en 2012, obligeant les conducteurs de travaux à géolocaliser et géoréférencer tous les réseaux présents sur l’emprise de leur projet, a conduit à l’essor du géoradar pour la recherche de réseaux enterrés. Ce rapport présente le fonctionnement du géoradar et de la radiodétection et comment ces méthodes peuvent être utilisées pour aider l’entreprise SATER dans la détection des réseaux enterrés. Outre sa fonction de recherche de réseau le radar peut être utilisé pour contrôler l’état des ouvrages d’art. Le présent rapport présentera donc également un cas d’utilisation du géoradar pour le génie civil. Mots clés : Géoradar, radiodétection, réseaux, géoréférencement, génie civil Abstract The radar has long been used to search for underground structures. Easy and cheap to implement and, there is no equivalent for auscultation of the subsurface The DT-DICT reform forcing works supervisor to geolocalize and reference all conduits on the construction area. ect, leading to the development of radar in search of buried pipes. This report shows how the GPR and Radiodetection method work and how these methods can be used to help the SATER company to detecting underground pipes. Besides its function as pipes research, the GPR can be used to monitor the condition of structures. This report therefore also presents a case of using GPR for civil engineering. Tags: GPR, radiodectection, pipes, georeferencing, civil engineering
  • 8. 1 Introduction Dans le cadre de ma première année de Master G2S (Géophysique de surface et de subsurface) j’ai effectué mon stage de fin d’année au sein de l’entreprise SATER. Ce stage s’est déroulé du 7 avril 2014 au 29 aout 2014 au sein de la division Géomesure de la SATER située aux Ulis (91). Cette entreprise effectue des investigations au géoradar pour détecter et ausculter les ouvrages enterrés. Plus largement ce stage a été l’opportunité pour moi d’appréhender l’utilisation du géoradar et l’interprétation de ses mesures. Il m’a également permis de voir le fonctionnement et les attentes d’un bureau d’étude. Au cours du siècle dernier, l’urbanisation s’est énormément accrue sur le territoire français. Cette urbanisation s’est accompagnée par l’expansion rapide des villes et par conséquent de l’expansion des différents réseaux de distribution (électrique, eau potable, réseaux de télécommunication, assainissement…). A l’heure actuelle on se rend compte que ces réseaux, installés à la va-vite pour répondre à une demande sans cesse grandissante, sont peu ou mal référencés. De nombreux accidents graves liés à l’arrachement de réseaux au début des années 2000 ont poussé les institutions dirigeantes à légiférer les travaux à proximité de réseau. C’est dans ce contexte qu’est sortie en 2012 la réforme DT-DICT obligeant les conducteurs de travaux à connaître tous réseaux présents sur la zone d’emprise de leur projet avec une précision minimum de 40 centimètres. Devant l’absence de plan précis recensant ces réseaux, les chefs de projet sont alors obligés d’effectuer des investigations complémentaires pour localiser les réseaux à proximité de leur projet. La recherche et la localisation de canalisation est un domaine qui, de prime abord, peut paraître anodin mais ce serait sans compter les responsabilités qui en découlent. Rappelons par exemple qu’une canalisation de transport de gaz peut atteindre les 90 bar de pression et que l’arrachement d’une telle conduite peut avoir des conséquences dramatiques, aussi bien sur le plan matériel qu’humain. Les méthodes de prospection géophysique sont depuis longtemps utilisées pour imager la subsurface. Cependant pour l’imagerie de la très proche surface le géoradar n’a pas son pareil, que ce soit en termes de précision ou de facilité de mise en œuvre. Ces techniques offrent en plus de cela l’avantage d’être non intrusives et peu chères. C’est donc assez logiquement que les professionnels du secteur se sont tournés vers des méthodes géophysiques et plus particulièrement vers le radar. Après un bref aperçus de la situation actuelle et une présentation des caractéristiques des réseaux que l’on peut rencontrer, ce rapport s’intéressera à détailler le fonctionnement de la méthode radar et à identifier son utilité dans la recherche de réseaux enterrés. Nous présenterons également la technique de radiodétection. La suite du rapport s’articulera autour de la présentation de différentes missions réalisées au cours de ce stage et qui offrent un bon aperçu des possibilités offertes par l’utilisation du géoradar.
  • 9. 2 Généralités 1.Présentation de l’entreprise SATER L’entreprise SATER, filiale de la SADE, elle-même filiale du groupe VEOLIA Eau, a été créée en 1993. Depuis cette date l’entreprise n’a cessé de se développer pour devenir leader dans son activité historique : le contrôle et la maintenance des réseaux d’assainissement. L’entreprise emploie actuellement plus d’une centaine de collaborateurs et possède 9 agences, réparties essentiellement au nord et à l’est du territoire français. Malgré cette répartition inégale sur le territoire, la SATER reste une entreprise très active et propose ses services dans toute la France. En 2006, la SATER, dans une politique de diversification de son activité, créée la division Géomesure et achète son premier radar géologique. Initialement variée (recollement de réseau, recherche de cavité, contrôle de voile et d’ouvrages bétonnés…), l’activité de la division Géomesure s’est essentiellement tournée en 2012 vers la recherche des réseaux enterrés. Ce changement dans la politique d’activité de la division Géomesure fait suite à la réforme DT-DICT de 2012 obligeant les entreprises du bâtiment a effectué des investigations avant travaux afin de connaitre les réseaux présents sur leur zone d’emprise. Figure 1 : Organigramme de la division Géomesure de la SATER
  • 10. 3 Pour les accompagner dans leurs missions, les collaborateurs de la division Géomesure de la SATER possèdent toute une batterie d’outils matériels et logiciels. Cette liste est non-exhaustive : Moyens matériels : - Deux géoradars opérationnels comprenant le système d’acquisition SIR 3000, une poussette avec roue codeuse, câbles de branchement… - Plusieurs antennes :1*200 Mhz, 2*270 MHz, 2*400 MHz, 1*900 MHz, 1*1.5 GHz - Trois appareils de radiodétection RD 8000 avec sonde flexi-trace, pince inductrice, générateur et détecteur - Deux GPS Trimble de précision centimétrique Moyens logiciels : - Licences Autocad - Licences Radan - Pathfinder… 2.Législation en vigueur – La réforme DT-DICT Sortie en 2012, cette nouvelle réglementation vise à améliorer la sécurité des travaux réalisés à proximité des réseaux, c’est-à-dire : - non seulement, bien entendu, d’éviter les accidents de personnes (les personnels des entreprises et les riverains), - mais aussi d’éviter les dommages causés aux réseaux, car leurs conséquences sont souvent lourdes en termes de coûts (réparations, interruptions de chantiers…), d’interruptions des services assurés par ces réseaux, voire d’atteintes parfois graves à l’environnement. Cette réforme oblige, sous peine de sanction, les maîtres d’œuvre à faire une déclaration de projet de travaux (DT) dès le stade d’élaboration d’un projet de travaux et indiquant l’emplacement, la nature et la date prévue des travaux à réaliser. L’exécutant des travaux doit ensuite adresser une déclaration d’intention de commencement de travaux (DICT) à chaque exploitant d’ouvrage concerné. Les exploitants des réseaux concernés sont alors tenus de répondre à ces déclarations en indiquant la localisation des réseaux en services (avec la classe de précision) et les précautions à prendre lors des travaux. Si les réseaux concernés ne sont pas suffisamment bien localisés (classe B ou C), le maître d’ouvrage doit alors lancer des investigations complémentaires afin de localiser et géo-référencer précisément (classe A) les réseaux en question. C’est à ce niveau que la division Géomesure de la SATER intervient. Classe de précision  Classe A : un ouvrage ou tronçon d'ouvrage est rangé dans la classe A si l'incertitude maximale de localisation indiquée par son exploitant est inférieure ou égale à 40 cm et s'il est rigide, ou à 50 cm s'il est flexible (l'incertitude maximale est portée à 80 cm pour les ouvrages souterrains de génie civil attachés aux installations destinées à la circulation de véhicules de transport ferroviaire ou guidé lorsque ces ouvrages ont été construits antérieurement au 1er janvier 2011),  Classe B : un ouvrage ou tronçon d'ouvrage est rangé dans la classe B si l'incertitude maximale de localisation indiquée par son exploitant est supérieure à celle relative à la classe A et inférieure ou égale à 1,5 mètre,
  • 11. 4  Classe C : un ouvrage ou tronçon d'ouvrage est rangé dans la classe C si l'incertitude maximale de localisation indiquée par son exploitant est supérieure à 1,5 mètre, ou si son exploitant n'est pas en mesure de fournir de données de localisation. Tout exploitant de réseau enterré ou aérien, sensible ou non sensible pour la sécurité, a obligation de ranger tous les tronçons des réseaux qu'il exploite dans l'une de ces 3 classes de précision lorsqu'il répond à une DT ou à une DICT Tableau 1 : Classe de précision 3.Connaissances générales sur les réseaux La recherche de réseau implique d’abord de bien connaitre ces réseaux, leurs particularités, les pièges à éviter, où on peut les rencontrer… 3.1.OUVRAGES SENSIBLES ET NON SENSIBLES Dans la plupart des cas, les canalisations enterrées sont accompagnés d’un dispositif avertisseur, de couleur différente selon leur fonction, placé à environ 20 cm au-dessus de la canalisation et servant à avertir les ouvriers lorsqu’ils effectuent des travaux à proximités des ouvrages. Cependant dans certains cas (réseau ancien, forage dirigé, branchement, négligence…) ce dispositif n’est pas présent et peut induire un risque d’arrachement. Quels sont les réseaux sensibles pour la sécurité ? Les réseaux sensibles pour la sécurité sont les : - canalisations de transport et canalisations minières contenant des hydrocarbures liquides ou liquéfiés - canalisations de transport et canalisations minières contenant des produits chimiques liquides ou gazeux - canalisations de transport, de distribution et canalisations minières contenant des gaz combustibles - canalisations de transport et de distribution de vapeur d'eau, d'eau surchauffée, d'eau chaude, d'eau glacée et de tout fluide caloporteur ou frigorigène, et tuyauteries rattachées en raison de leur connexité à des installations classées pour la protection de l'environnement en application de l'article R. 512-32 - lignes électriques et réseaux d'éclairage public mentionnés à l'article R.4534-107 du code du travail - installations destinées à la circulation de véhicules de transport public ferroviaire ou guidé - canalisations de transport de déchets par dispositif pneumatique sous pression ou par aspiration
  • 12. 5 Les installations de communications électroniques sont des ouvrages sensibles pour la vie économique. Ils ne sont pas considérés comme sensibles pour la sécurité des tiers et rentrent de ce fait dans la catégorie des ouvrages non sensibles sur le téléservice. Quels sont les réseaux non sensibles (pour la sécurité) ? Les ouvrages sensibles pour la vie économique : - installations de communications électroniques Les réseaux considérés a priori comme non sensibles : - installations de communications électroniques, lignes électriques et réseaux d'éclairage public autres que ceux mentionnés à l'article R.4534-107 du code du travail - canalisations de prélèvement et de distribution d'eau destinée à la consommation humaine, à l'alimentation en eau industrielle ou à la protection contre l'incendie, en pression ou à écoulement libre, y compris les réservoirs d'eau enterrés qui leur sont associés - canalisations d'assainissement, contenant des eaux usées domestiques ou industrielles ou des eaux pluviales 3.2.RESEAU ELECTRIQUE Le réseau électrique français représentait en 2013 environs 100.000 km (source Commission de régulation de l’énergie) répartit en plusieurs catégories en fonction de leur nature (transport, distribution, alimentation) et de leur voltage :  HTB : réseau de haute et très haute tension (63 kV à 400 kV), utilisé pour le transport longue distance (au niveau national et régional) de l’électricité. Géré par RTE (Réseau de transport électrique). Transport le plus souvent en aérien. Jamais rencontré sur chantier  HTA : réseau moyenne tension (60 kV>U>1 kV), servant à la distribution. Transport en aérien et enterré. Profondeur située en générale entre 0.80 et 1.20m, pouvant atteindre plusieurs mètres à certains endroits. Reconnaissable visuellement car composée de 3 câbles tressés (triphasé).  BT : réseau basse tension (U<1 kV), servant à la consommation. Transport en aérien et enterré. C’est ce réseau qui alimente les foyers. Profondeur située en générale entre 0.5 et 1.0m.  Eclairage public : basse tension servant à l’alimentation des candélabres et des feux de signalisation. Profondeur moyenne de 0.4 mètres. La détection des réseaux électriques peut se faire via le géoradar ou l’appareil de radiodétection. Celon les cas on préconisera l’une ou l’autre des méthodes. On le référence sur les plans avec la couleur rouge. Les affleurants que l’on peut rencontrer son des postes haute ou basse tension, des boitier de branchement, des transformateur ou encore des descente aériennes. 3.3.RESEAU GAZ Le réseau de gaz en France est bâtit sur le même schéma que le réseau électrique vu précédemment (transport, distribution). Il se décompose ainsi en deux réseaux dont les fonctions sont distinctes :  Réseau de transport (GRT ; canalisations haute-pressions et gros diamètre) : Dangereux en cas de rupture, il est très bien référencé. Nous avons rencontré une fois sur chanter un GRT régional avec
  • 13. 6 obligation de faire une déclaration à l’exploitant (ici GRTF) qui vient tracer lui-même le cheminement du réseau.  Réseau de distribution (GRD) : Près de 200.000 km de réseau majoritairement géré par GrDF (96%, filiale de GDF Suez), les plus souvent les canalisations sont en PE/PVC (Il arrive néanmoins que d’anciennes conduites soient en fonte.), d’un diamètre compris entre 20 mm et 200 mm et avec des pressions comprises entre 50 mbar et 25 bar pour les réseaux moyenne pression (agglomérations) et inférieures à 50 mbar pour les réseaux basse pression (zones rurales). Dans la grande majorité des cas on détecte le réseau de gaz à l’aide du radar. Il est toujours référencé sur les plans en jaune selon la norme en vigueur. En surface les affleurants sont les plus courants des vannes gaz et des boitiers de branchement. 3.4.RESEAU DE TELECOMMUNICATIONS Les réseaux de télécommunication sont dans la grande majorité en PVC. De petit diamètre, ils sont difficilement détectables au géoradar. On utilise dans la plupart du temps la méthode de radiodétection pour leur localisation. Il est important que les câbles de fibre optique, non conducteurs et très fins, sont généralement très difficiles à détecter. La profondeur moyenne des câbles de télécommunication est de 0.6 mètre. Les affleurants que l’on peut rencontrer en surface sont des descentes aériennes, des poste de répartition ou encore des plaques PTT. 3.5.RESEAU D’ABDUCTION D’EAU POTABLE Le réseau de distribution d’eau potable est de loin le plus grand et le plus ancien de tous les réseaux. On estime qu’en 2009 il totalisait 850 000 km de canalisations. De diamètre variable selon la fonction de la canalisation, il est en général en fonte ce qui le rend détectable par le géoradar et la radiodétection. Cependant les nouvelles canalisations sont en PVC, plus résistants, laissant plus de libertés pour la géométrie de l’ouvrage et moins cher. Le réseau d’eau potable est systématiquement représenté en bleu sur les plans. Les affleurants de surface sont des bouches à clé et des compteurs domestiques d’eau. On peut également rencontrer dans certains cas des vannes d’arrêt. 3.6.RESEAUX D’EAUX USEES ET EAUX PLUVIALES Les réseaux d’eaux usées et d’eaux pluviales servent à la collecte des eaux pour les traiter et les réinjecter dans le cycle de consommation. Les dimensions des réseaux d’assainissement sont très variables (métrique pour les visitables jusqu’à centimétrique). Leur profondeur est également très variable, pouvant atteindre dans certains cas la dizaine de mètre voir plus. La détection et la localisation des réseaux d’assainissement est rarement demandée car ils sont souvent profonds et bien localisés. Les réseaux d’assainissement sont indiqués en marron sur les plans. En surface les indices indiquant la présence d’un réseau d’assainissement (eaux pluviales ou eaux usées) sont des plaques d’égout, des grilles ou encore des avaloirs.
  • 14. 7 4.Techniques d’investigation géophysiques 4.1.RADAR GPR a. PRINCIPE GENERALE Le radar géologique impulsionnel (aussi appelé géoradar ou GPR pour Ground Penetrating Radar) est une méthode de prospection géophysique, non destructive et non intrusive, basée sur la propagation des ondes électromagnétiques hautes fréquences (de l’ordre de la dizaine de mégahertz jusqu’au gigahertz). Cette technique est très comparable à la méthode de sismique réflexion en prospection géophysique, à cela près que l’atténuation rapide des ondes électromagnétique dans le sol la cantonne à n’être utilisée que pour l’auscultation de la subsurface. Le géoradar est composé de deux antennes, l’une émettant une impulsion électromagnétique (émetteur) et l’autre la recevant (récepteur). Le principe de base du géoradar est finalement assez simple : l’antenne émettrice émet un pulse électromagnétique bref qui va se propager dans le sol. Lorsque le signal rencontre une discontinuité de constante diélectrique, une partie de l’énergie initiale du signal est réfléchie tandis que le reste continu son trajet dans le sol jusqu’à être à son tour réfléchi. Ces discontinuités, marquant un changement de nature du milieu (i.e. changement de constante diélectrique), peuvent correspondre à l’interface entre le milieu environnant (le sol) et une hétérogénéité quelconque : changement de lithologie, présence d’un vide, d’une nappe phréatique, d’un objet ou encore d’une canalisation… Les mesures en surface des temps d’arrivée des ondes ainsi que les amplitudes enregistrées vont alors apporter des informations sur la nature des sols, les interfaces existantes, les vides ou inclusions etc… Figure 2 : Schéma du fonctionnement du radar GPR
  • 15. 8 Le mode d’acquisition des mesures utilisé à la SATER est appelé mode à offset constant. C'est-à-dire que l’on va déplacer l’antenne le long d’un profil en gardant toujours la même distance (offset) entre l’antenne émettrice et l’antenne réceptrice. Figure 3: Mode d'acquisition à offset constant. Le profil radar s'obtient en déplaçant l'antenne le long d'un profil horizontal A chaque point de mesure le long du profil est associée une trace radar. La répétition des mesures à différents points du profil permet d’obtenir une suite de trace radar et ainsi de produire ce que l’on appelle un radargramme. C’est à partir des radargrammes que l’on peut interpréter les données reçues. Figure 4 : Représentation d'un radargramme Image tirée de la thèse de F. Lopes
  • 16. 9 Un radargramme est une représentation en 2D du sous-sol. On peut aller encore plus loin en compilant plusieurs radargrammes pour obtenir une représentation 3D de la zone. Pour se faire on met en place un quadrillage formé de profils longitudinaux et transversaux. Chaque profil est espacé d’une distance d constante (généralement 1 mètre) et c’est en compilant ces profils à l’aide du logiciel dédié Radar 6.6 que le bloc 3D est créé. Cette approche offre une vision d’ensemble d’une zone et est plus intuitive. Cependant elle met plus de temps dans sa mise en œuvre (implantation des profils, compilation ultérieure…) et peut parfois donner des résultats aberrants due à l’interpolation. b. UN PEU DE PHYSIQUE Les équations de Maxwell permettent d’établir l’équation de propagation d’une onde électromagnétique dans un milieu isotrope homogène. Le champ électrique associé à la propagation d’une onde plane vérifie l’équation : ∇2 𝐸 = 𝜇𝜎 𝛿𝐸 𝛿𝑡 + 𝜇𝜀 𝛿2 𝐸 𝛿𝑡2 (1.1) Avec 𝜇 la perméabilité magnétique du milieu ( 𝜇 = 𝜇0 𝜇 𝑟 ) 𝜀 la permittivité diélectrique du milieu ( 𝜀 = 𝜀0 𝜀 𝑟 ) 𝜎 la conductivité du milieu Dans cette équation le premier terme est un terme de diffusion ( 𝜇𝜎 𝛿𝐸 𝛿𝑡 ) alors que le second traduit le phénomène de propagation ( 𝜇𝜀 𝛿2 𝐸 𝛿𝑡2 ). En prospection radar on va chercher à favoriser l’effet de propagation au détriment du phénomène diffusif. Pour une propagation suivant la direction z (verticale ; approximation de l’onde radar) l’équation précédente s’écrit alors : 𝛿2 𝐸 𝛿𝑧2 = 𝜇𝜎 𝛿𝐸 𝛿𝑡 + 𝜇𝜀 𝛿2 𝐸 𝛿𝑡2 (1.2) Figure 5 : Exemple de représentation 3D - Image obtenue sur Radan 6.6
  • 17. 10 Une solution de cette équation s’écrit : 𝐸 𝑧, 𝑡 = 𝐸0 𝑒 𝑖(𝜔𝑡−𝑘𝑧) (1.3) Avec 𝐸0 l’amplitude initiale (à t=0 et z=0) 𝑘 le nombre d’onde 𝜔 la pulsation de l’onde électromagnétique On peut, à partir des équations (2) et (3), déterminer le coefficient d’atténuation (noté 𝛼 ; en dB.m-1 ) ainsi que la vitesse de propagation des ondes dans un milieu donné (noté 𝑣 ; en m.s-1 ; usuellement on la convertit en cm.μs-1 ). Les paramètres de l’antenne (sa fréquence) et les propriétés du milieu (conductivité diélectrique, résistivité…) vont entièrement déterminer la qualité de la mesure (profondeur d’investigation, résolution…) Vitesse de propagation de l’onde radar Dans le cas où l’on recherche une inclusion dans le sol (une canalisation par exemple) on pourra approximer le milieu encaissant (le sol) a un terrain relativement homogène possédant des paramètres diélectriques variant peu. La vitesse de propagation est alors donnée par : 𝑣𝑒𝑚 = 𝑐 𝜀 𝑟 (1.4) Avec 𝑣𝑒𝑚 la vitesse de propagation de l’onde électromagnétique dans le milieu (m.s-1 ) 𝑐 la vitesse de la lumière dans le vide (m.s-1 ) 𝜀 𝑟 la permittivité diélectrique relative (ou constante diélectrique ; sans dimension) Chaque matériau possède une constante diélectrique qui lui est propre. Elle traduit la réponse d’un milieu donné à un champ électrique. C’est la différence entre les constantes diélectriques à l’interface entre deux matériaux qui va provoquer la réfraction/réflexion d’une partie du signal électromagnétique. Au niveau microscopique, la constante diélectrique est liée à la capacité des molécules ou atomes constituant le milieu à se polariser. Milieu Constante diélectrique Vitesse de l’onde (cm.ns-1 ) Air 1 30 Eau distillée 81 3.3 Eau douce 81 3.3 Glace 4 15 Calcaire 8 10.6 Argile saturée 10 9.5 Sable saturé 30 5.5 Béton 6 12.2 PVC, plastique… 3 17.3 Tableau 2 : Vitesse de propagation d'une onde électromagnétique pour différents milieux
  • 18. 11 Profondeur d’investigation L’équation (3) nous apprend que l’amplitude initiale du signal décroit exponentiellement avec la profondeur. On remarque aussi que plus la fréquence est élevée et plus l’atténuation se fait rapidement. La résistivité du milieu est également déterminante. Les milieux très conducteurs (argile saturé, nappe phréatique, métal, roches ferromagnétiques…) forment un véritable écran qui limitera la profondeur d’investigation à quelques centimètres. A l’inverse, la méthode radar donne de bons résultats avec des milieux peu conducteurs comme la glace ou plus généralement les sols secs. Fréquence antenne Profondeur de pénétration Applications 1.5 GHz 0.5 m Diagnostique structurale béton 900 MHz 1 m Diagnostique structurale béton, recherche de vide superficiel 400 MHz 4 m Recherche de vide, recollement des réseaux 270 MHz 6 m Recherche de vide, recollement des réseaux, recherche de structures enterrées, détection de nappe phréatique 200 MHz 9 m Recherche de vide, recollement des réseaux, recherche de structures enterrées, détection de nappe phréatique Tableau 3 : Profondeur de pénétration des différentes antennes de la SATER - Valeurs données par le fabriquant GSSI Résolution spatiale La résolution spatiale est directement liée à la fréquence de l’antenne. Plus la fréquence sera grande et plus la résolution sera élevée. On distingue la résolution verticale (résolution en profondeur) de la résolution latérale (en x, y). La résolution verticale rend compte de la capacité à séparer deux réflecteurs à des profondeurs proches. Dans un milieu homogène on peut facilement exprimer la profondeur investiguée en fonction de la vitesse de propagation de l’onde et du temps d’arrivée de l’écho réfléchi telle que : 𝑡 = 2𝑧 𝑣 ↔ 𝑧 = 𝑣𝑡 2 (1.5) D’où : 𝛿𝑧 = 𝑣 𝛿𝑡 2 (1.6) Avec 𝑧 la profondeur investiguée (en m) 𝑡 le temps d’arrivé de l’écho réfléchi (en s) 𝛿𝑡 la résolution temporelle de l’appareil 𝑣 la vitesse de propagation de l’onde dans le milieu investigué (en m.s-1 )
  • 19. 12 La résolution temporelle rend compte du côté impulsionel du signal. Plus la durée de l’impulsion du signal est courte et plus la résolution temporelle sera basse. Généralement on relie la résolution temporelle à la largeur de bande B à -3dB tel que 𝐵 = 1 𝛿𝑡 . Figure 6 : Comparaison de deux signaux Le premier est plus impulsionel que le second Connaissant l’expression de la résolution verticale on peut facilement trouver l’expression de la résolution latérale telle que : 𝛿𝑥 = 𝛿𝑧² + 2𝑧𝛿𝑧 (1.7) Résolution verticale 200 MHz 400 MHz 900 MHz Argile 15 10 5 Sable sec 25 18 10 Résolution latérale 200 MHz 400 MHz 900 MHz Argile 22 11 8 Sable sec 29 25 11 Tableau 4 : Ordre de grandeur des résolutions verticales et latérales pour différentes antennes Pour résumer les paramètres intrinsèques de l’antenne ainsi que les propriétés du milieu encaissant vont déterminer les mesures. En règle générale l’augmentation de la fréquence utilisée limitera la profondeur d’investigation mais augmentera la résolution des images. Les sols les plus adaptés à l’utilisation du géoradar sont les sols peu conducteurs (glace, béton, terrains sec…). A l’inverse le géoradar servira peu ou pas pour les sols très conducteurs (sols saturés en eau). Il est évident que les équations et les chiffres présentés dans cette section sont des approximations et ne sont pas strictement exacts. Ils figurent seulement à titre indicatif et permettent d’avoir une idée des relations qui peut exister entre les différents paramètres du problème.
  • 20. 13 c. INSTRUMENTATION Le système d’acquisition des données radar utilisé à la SATER est composé de plusieurs instruments : - Unité d’acquisition SIR 3000, développé par GSSI : c’est le cœur du système. Il transmet l’énergie nécessaire à l’émission du pulse électromagnétique à l’antenne. Il offre une grande possibilité de réglage et toute une série de prétraitement du signal qui permettent d’avoir une image plus lisible directement sur le terrain. Un panneau d’affichage intégré permet de visualiser en direct les données obtenues et donc de tracer directement au sol l’emplacement et la profondeur des observations. Le SIR 3000 est munie d’un port USB permettant de transférer ultérieurement les données sur ordinateur pour les traiter avec un logiciel dédié (Radan 6.6). - Antenne radar : l’antenne radar est en réalité composée de deux antennes réunies dans le même instrument. L’une émet le signal radar tandis ce que l’autre le reçoit. L’antenne est blindée, tant pour la sécurité des opérateurs (surtout avec les hautes fréquences) que pour la qualité des mesures (peu de perturbation des sources électromagnétiques environnantes). Plusieurs antennes sont disponibles et le choix de l’une ou l’autre sera motivé par les besoins et finalités des investigations. Figure 7 : Unité d'acquisition SIR 3000 Figure 8 : Antennes radar utilisées à la SATER 400 MHz 270 MHz 200 MHz 900 MHz 1.5 GHz
  • 21. 14 - Roue codeuse et poussette : la roue codeuse apporte une information sur la distance parcourue le long du profil depuis le début d’un enregistrement. Elle permet ainsi d’associer à chaque point du profil une trace radar et donc de pouvoir former un radargramme. L’antenne peut être tractée manuellement ou à l’aide d’un dispositif de transport (poussette, véhicule…). d. INSTRUMENTATION Les données radars obtenues sur le terrain nécessitent parfois un traitement ultérieur pour améliorer la qualité et la lisibilité des radargrammes. Ce traitement s’effectue à l’aide du logiciel dédié Radan 6.6 développé par GSSI. Les traitements sont à utiliser avec parcimonie. En effet certains filtres ne permettent pas de récupérer le signal originel à partir du signal filtré. Un signal filtré ne se « défiltre » pas. On applique généralement les traitements suivant : - Positionnement du zéro : sur le radargramme la position du sol, représentée par l’arrivée de l’onde direct du sol, est toujours décalée de quelques nanosecondes par rapport au temps t0 où le signal est émis. On ajuste donc les axes pour que la profondeur z=0 corresponde à la surface du sol - Compensation des amplitudes par un réajustement des gains : ce réajustement permet de palier à l’atténuation du signal avec la profondeur et de « lisser » les amplitudes - Filtrages verticaux passe-haut et passe-bas centrés sur la fréquence nominale de l’antenne : la fréquence indiquée par le constructeur ne correspond pas exactement aux signaux émis par les antennes. Dans la pratique, les spectres d’émission forment une gaussienne autour de la fréquence nominale avec un décalage plus élevé vers les basses fréquences. On filtre donc les composantes du signal éloignées de la fréquence nominale. En règle générale on filtre toute fréquence inférieure à 1/3 de la fréquence nominale ou supérieure à 3 fois cette dernière. - Déconvolution : on applique un opérateur de déconvolution essentiellement pour supprimer les multiples et pour « affiner » le radargramme. L’observation et la lisibilité des interfaces et des anomalies est meilleure. Pour finir il convient de préciser que le traitement des données radars n’est pas fréquent pour les missions de recollement des réseaux. En effet la plupart du temps les observations de terrain permettent directement de tracer les réseaux avec une précision acceptable du point de vue de la réforme DT-DICT. Le traitement des données est en revanche très utile pour d’autre type de mission (diagnostique d’ouvrage, recherche de vide, inclusions…) Figure 9 : Poussette et roue codeuse
  • 22. 15 4.2.RADIODETECTION a. PRINCIPE GENERAL La radiodétection est une méthode d’investigation non-intrusive et non-destructive basée sur la mesure de l’intensité du champ magnétique induit par un courant électrique. Les équations de Maxwell nous apprennent qu’à tout déplacement de charge (courant) est associé un champ magnétique. Un courant électrique oscillant à une fréquence donnée produira un champ magnétique oscillant à la même fréquence. La méthode de radiodétection permet la localisation en x, y et z d’une conduite. Cette technique a été dévelopée pour le recollement et la localisation des réseaux. A l’heure actuelle elle n’est utilisé que dans ces buts. Le champ d’induction magnétique 𝐵 vérifie également l’équation (1.1) et (1.2). Cependant dans la plupart des matériaux, à l’exception des objets métalliques, la perméabilité magnétique relative est proche de 1 [Teldford et al. 1976]. Cela revient à dire que l’on considère que 𝜇 = 𝜇0. On fera cette approximation de la suite des calculs. Autour d’un fil parcouru par un courant d’intensité I, les lignes de champ magnétique sont circulaires. Le champ magnétique en un point P dépend de l’intensité du courant et de la distance avec le conducteur. Il est noté B et en exprimé en Tesla. On calcule sa valeur à partir de la formule suivante : 𝐵 = 𝜇0 𝐼 2𝜋𝑟 (2.1) Avec 𝐵 le champ magnétique (en T) 𝜇0 la perméabilité magnétique du vide ( 4𝜋. 10−7 H.m-1 ) 𝐼 l’intensité du courant parcourant le fil 𝑟 la distance entre la source du champ et le point P La localisation en x, y est basée sur la distribution de l’amplitude du signal mesurée. L’amplitude est maximale à l’aplomb de la conduite (distance minimale). Figure 10: Principe de la localisation en x, y d'une conduite par radiodétection
  • 23. 16 La localisation en z de la conduite nécessite au préalable la localisation en x, y. On peut, à partir de la relation (2.1), trouver la distance de la mesure à la source en fonction de l’intensité du champ magnétique mesuré. Cependant cela implique la connaissance de l’intensité I du courant dans le fil, ce qui est rarement le cas. Pour contourner le problème il suffit d’effectuer une seconde mesure de l’intensité du champ à une distance r2 de la source. On obtient alors : 𝐵1 = 𝜇0 𝐼 2𝜋𝑧 𝐵2 = 𝜇0 𝐼 2𝜋(𝑧 + 𝑥) (2.2) Quelques simples étapes de calcul permettent d’arriver à : 𝑧 = 𝑥𝐵2 (𝐵1 − 𝐵2) (2.3) Avec 𝐵 le champ magnétique (en T) 𝜇0 la perméabilité magnétique du vide ( 4𝜋. 10−7 H.m-1 ) 𝐼 l’intensité du courant parcourant le fil 𝑟 la distance entre la source du champ et le point P Les équations de Maxwell nous apprennent qu’à tout déplacement de charge (courant) est associé un champ magnétique. Un courant électrique oscillant à une fréquence donnée (courant alternatif) produira un champ magnétique oscillant à la même fréquence. C’est sur cette propriété que se base l’appareil de radiodétection pour différencier les sources des champs magnétiques mesurés. Figure 11 : Principe de la localisation en z d'une conduite par radiodétection
  • 24. 17 L’appareil de radiodétection peut être utilisé en mode passif ou en mode actif :  Mode actif Le mode actif se base sur la détection du champ magnétique induit par la circulation d’un courant alternatif directement injecté dans la conduite. Cette méthode suppose la connaissance et l’accès au réseau en certains points (vanne, bouche à clé, regard…). On applique au câble ou à la canalisation un courant alternatif connu au moyen d’un générateur. La fréquence du courant qu’on injecte est généralement de 33 kHz. On injecte le courant issu du générateur soit par connexion directe à l’aide d’un câble relié au générateur, soit par induction à l’aide d’une pince (bobine à 1 spire) que l’on place autour de la conduite. Le courant circulant dans la pince va induire un champ magnétique qui va lui-même induire un courant de la même fréquence dans la conduite. Quand la conduite n’est pas conductrice et qu’on a accès au fourreau ou directement à l’intérieure de la conduite, on peut y insérer une sonde (flexi-trace) à l’aide d’un jonc. Cette sonde, reliée au générateur, émettra alors un champ magnétique que l’on pourra détecter en surface.  Mode passif Le mode passif se base sur la détection du champ magnétique associé aux signaux naturellement portés par les câbles électriques (f=50 Hz). On évite au maximum d’utiliser le mode passif car la localisation est peu précise (perturbation des champs magnétiques environnant oscillant également à 50 Hz). Il est essentiellement utilisé pour la détection des lignes haute-tension, ces dernières présentant rarement un accès au réseau. Pour finir on peut dire que la méthode de radiodétection est très utile sur chantier car elle est facile et rapide à mettre en œuvre et donne de très bons résultats. Cependant elle connaît certaines limites qu’il faut garder à l’esprit lors de son utilisation, notamment quand plusieurs conduites conductrices sont proches ou que la mesure est effectuée près d’une singularité (coude, virage brusque, armature béton, conduite verticale…). En effet le signal injecté peut être transféré par induction sur les conducteurs proches, pouvant induire une erreur de tracé. Même si l’on échappe à cette erreur, la distorsion du champ magnétique engendrée est source d’imprécision en position et en profondeur. Figure 12 : Mode actif Radiodétection - Types de branchement
  • 25. 18 b. INSTRUMENTATION L’appareil de radiodétection utilisé par la SATER est le RD8000 de l’entreprise SPX. Il s’accompagne de plusieurs autres instruments complémentaires : - Récepteur : permet de mesurer l’intensité du champ magnétique en surface. On peut choisir si on veut l’utiliser en mode actif ou passif et quelle fréquence on utilise. On peut également reglé les gains que l’on souhaite appliquer (amplification du signal). Il est également muni d’un panneau d’affichage indiquant la fréquence choisie, l’amplitude du champ magnétique mesuré, la profondeur théorique du réseau détecté, sa direction, ainsi que les gains utilisés. Figure 13 : Récepteur RD 8000 - Le générateur : uniquement utilisé en mode actif, il permet de créer un courant alternatif oscillant à une fréquence donnée. Le panneau de contrôle permet de choisir la fréquence du courant en sortie et la puissance du signal. L’écran intégré affiche les paramètres choisis. Figure 14 : Générateur RD 8000 - Pince à induction : reliée au générateur, ellepermet d’induire un courant dans la conduite si on ne peut pas se brancher directement dessus (câbles électriques, télécom ou présence d’un fourreau autours de la conduite par exemple).
  • 26. 19 - Flexi-trace : reliée au générateur, elle permet dans certains cas de détecter et suivre les canalisations non-conductrices. - Accessoire de raccordement : permet de relier le générateur directement à la conduite et à la terre Figure 15 : Accessoires RD 8000 - Flexi-trace et pince à induction 4.3.RELEVE GNSS ET GEOREFERENCEMENT Le géoréférencement des observations est une étape cruciale dans le travail effectué. Il permet d’implémenter sur un plan le tracé des réseaux. Pour satisfaire aux normes de la classe A les mesures de positionnement doivent être très précises (centimétriques). Elles sont effectuées à l’aide du récepteur GNSS relié à une antenne. Quand la réception des signaux GNSS (GPS, Glonass, Galileo…) est mauvaise ou impossible, on doit coter à la main les observations et les reporter sur un plan géoréférencé. La précision des systèmes GNSS est de l’ordre du mètre et ne permet pas d’avoir la précision nécessaire à la classe A. Pour obtenir une précision centimétrique il faut faire des mesures différentielles. Ce type de mesure permet d’apporter une correction en temps réel à la mesure. C’est ce qu’on appelle le mode RTK pour Real Time Kinematic. Dans la pratique, les corrections en temps réel sont fournies par un réseau GSM. La précision peut alors atteindre les 2 centimètres. Le récepteur GNSS utilisé est un GEO XH 6000 de l’entreprise Trimble. L’antenne utilisée est une antenne Zéphyr également développé par Trimble. Figure 16 : Pack GEO XH 6000 Figure 17 : Antenne externe Zéphyr
  • 27. 20 4.4.LOGICIELS Suite au travail sur le terrain s’en suit une phase de traitement et de transfert des données. On utilise alors plusieurs logiciels dédiés : - Radan 6.6 : Comme vu précédemment ce logiciel, développé par GSSI, est utilisé pour traiter les données radars. Il offre tout une gamme de traitements automatisé du signal mais permet surtout une visualisation des données. Il offre également la possibilité de réaliser des blocs 3D par compilation de plusieurs radargrammes. - Pathfinder : Permet l’exportation des points GPS dans le format et dans le système de coordonné désiré. - Autocad : le logiciel Autocad est un logiciel de dessin assisté par ordinateur très puissant. Les nombreuses possibilités qu’il offre fait qu’il est utilisé dans de nombreux domaines. Dans notre cas on l’utilise pour créer les plans de recollement de réseau. Une de mes missions a été de créer une bibliothèque d’objets ainsi que des outils facilitant la réalisation des plans. Figure 18: Récepteur Geo XH 6000 Figure 19 : Géoréférencement des points sur site
  • 28. 21 5.Méthodologie de travail et protocole de mesure La méthodologie de travail est souvent la même d’une mission à une autre. Le détail ci-dessous donne les différentes étapes du protocole de mission. Cependant cette liste est non exhaustive et pourra être modifiée en fonction des singularités et des finalités liés à la mission. Avant le travail de terrain  Demande des DICT et des plans relatifs à chaque concessionnaire  Création d’un dossier sur le serveur avec toutes les pièces administratives (bon de commande, but de la mission…)  Réception d’un plan Autocad géoréférencé de la zone d’emprise  Recherche d’informations préalables (profondeur probable d’investigation, géométrie, dimension et composition probable de la cible, caractéristiques du sol…) pour déterminer le matériel adéquat et les techniques qu’on utilisera (radar : bloc 3D ou simple utilisation « en direct ») Travail de terrain  Préparation du matériel avant de partir  Faire un tour sur la zone d’emprise afin de repérer des indices pouvant aider à la compréhension du problème (présence de regard, indications au sol…)  Paramétrage des mesures et étalonnage de la roue codeuse  Acquisition des mesures (Radiodétection et radar)  Marquage au sol selon les couleurs  Acquisition des points GPS pour chaque réseau  Prendre des photos de toute la zone après le marquage Au bureau  Exportation des données radar et des photos, transfert des points GPS  Traitement des profils radars si besoin  Réalisation des blocs 3D si prévu  Exportation des points GPS sur le plan Autocad envoyé par le client  Réalisation du plan de recollement  Rédaction du rapport Figure 20 : Matériel habituellement utilisé lors d'une mission de recherche des réseaux enterrés
  • 29. 22 Mise en œuvre sur site A présent que nous avons vu les différentes méthodes d’investigation géophysique, nous allons voir comment elles sont utilisées dans la pratique et qu’elles sont les informations et les réponses qu’elles peuvent nous apporter. Tout d’abord à travers une affaire type de recherche et de localisation des réseaux enterrés. Nous verrons ensuite comment le géoradar peut être utilisé pour rechercher des structures enterrées et enfin comme il peut apporter des réponses pour le diagnostic d’un ouvrage béton. 5.1.RECOLLEMENT DES RESEAUX – RUE LOUVOIS – REIMS La première affaire que nous allons détailler correspond à une affaire type de recherche et de localisation des réseaux enterrés. Cette affaire est particulièrement intéressante puisque les travaux ayant déjà commencé nous avons pu avoir un retour sur les observations qu’on a pu faire. A la demande et pour le compte de la société EUROVIA, la société SATER - Division Géomesure a réalisé une auscultation dite non intrusive afin de localiser certains réseaux préalablement définis. Cette auscultation s’inscrit dans le cadre de travaux de pose d’un nouveau collecteur d’eaux usées. Cette prestation s’est déroulée sur la commune de Reims (51) sur la rue des Louvois et environs 450 ml (mètres linéaires) ont été auscultés. L’objectif de cette étude a été de géolocaliser les différents réseaux de types : électrique (HT et BT, éclairage public, signalisation), gaz et télécommunications. Pour ce faire, nous avons mis en œuvre une auscultation par radar géologique avec une antenne 400 MHz permettant d’obtenir un inventaire de la couche 0-2.5 mètres sur l’ensemble de la chaussé et des trottoirs, ainsi qu’une radiodétection. Comme base de travail, il nous a été transmis le plan projet au format DWG représentant la zone d’étude ainsi que les DICT des réseaux présents. Avant de commencer le travail il est important de noter qu’en règle générale le sol de Reims (sol Figure 21 : Reims, rue des Louvois - Localisation de l'emprise du projet
  • 30. 23 calcaire) se prête bien à la prospection radar. Les images obtenues sont souvent claires et la profondeur d’investigation est bonne. Cependant on sait avant même de partir que les conduites en PVC seront difficilement observables puisque la constante diélectrique du calcaire est de 8 et que celle du PVC est de 3 (faible différence = difficilement observable). Chaque réseau a été détecté indépendamment donc pour plus de clarté nous les détaillerons chacun séparément : Réseau Gaz Avant de s’attaquer à la détection des branchements domestiques nous avons cherché à localiser la conduite d’alimentation principale. Ayant une idée préalable de l’emplacement et du cheminement du réseau gaz sur la zone grâce au DICT, nous avons implanté les profils radars perpendiculairement à l’axe théorique de la canalisation. Par expérience on savait aussi que le réseau de distribution gaz à Reims avait une profondeur moyenne de 1.0 mètre. On a donc augmenté les gains pour cette profondeur et cherché les signatures éventuelles. J’ai choisi de présenter ici un seul radargramme car ce dernier est de bonne qualité et assez représentatif. De plus l’enregistrement de ces derniers n’est pas systématique dans ce genre d’affaire puisque l’utilisation du radar se fait « en direct ». Figure 22 : Reims, rue des Louvois - Exemple de radargramme et interprétation des données Sur ce radargramme on peut observer plusieurs points intéressants. D’abord on voit très bien les différentes couches formant la chaussée. On voit également plusieurs hyperboles correspondant à différent réseaux. Après avoir localisé et marqué l’ensemble de la conduite de gaz on s’est intéressé aux branchements. Pour ce faire nous nous sommes fiés aux affleurants de surface (branchement gaz) et avons utilisé le Interprétation du radargramme Réseau gaz Profondeur 0.9m Réseau AEP
  • 31. 24 géoradar pour déterminer les profondeurs. Les branchements ont été localisés plus proche de la surface avec une profondeur moyenne de 0.7 mètre. Réseau électrique La détection de la HTA s’est faite à l’aide du géoradar et de l’appareil de radiodétection en mode passif (power). Elle est souvent délicate car on a rarement d’affleurants accessibles sur ce réseau. Pour ce faire on a balayé la zone autours de l’emplacement théorique de la conduite avec le radiodétecteur jusqu’à repérer une signature viable. Le mode passif pouvant induire des erreurs importantes sur la profondeur on a ensuite confirmé la profondeur en utilisant le géoradar. On a pu détecter deux lignes HTA sur l’emprise du projet, conformément aux DICT. La profondeur des HTA présentent sur la zone varie entre 0.8 et 1.1 mètres. La détection de la BT et du réseau d’éclairage public s’est fait avec l’appareil de radiodétection. Les nombreux affleurants (branchement EDF, regard, candélabre…) présents sur la zone ont permis d’avoir un accès direct au réseau et ainsi de pouvoir utiliser l’appareil de radiodétection en mode actif. On a alors injecté un courant alternatif à 33 kHz dans la ligne BT à l’aide de la pince à induction. Le principal problème rencontré est que à certains endroits de nombreuses BT cheminaient les unes à côté des autres et que la différenciation de l’une ou l’autre a été délicate. Pour les branchements l’utilisation du géoradar a été requise pour déterminer la profondeur. Figure 24 : Reims, rue des Louvois - Localisation de la BT, induction du réseau pour radiodétection Figure 23 : Reims, rue des Louvois - Localisation de la BT, zone d'incertitude
  • 32. 25 Réseau télécom Le réseau télécom a été détecté uniquement à l’aide de l’appareil de radiodétection. La présence de nombreux affleurants (plaque PTT, descentes aériennes) a permis d’utiliser l’appareil de radiodétection en mode actif en induisant directement les câbles télécom). Le diamètre des câbles était trop petit pour pouvoir les détecter au géoradar. La difficulté a résidé dans le fait que le réseau télécom se trouvant proche du réseau BT, il y avait un risque de transfert du signal et donc d’une erreur de localisation. Nous avons donc effectué la détection du réseau télécom en dernier après avoir tracé les autres réseaux et avons confirmé les observations au RD par des indices visuelles (affleurants, trace de tranché sur le sol…). Pour finir nous avons procédé au relevé des points à l’aide du GPS puis nous les avons exportés sur un plan Autocad recensant l’ensemble des observations réalisées. Cette affaire est intéressante car les travaux ayant déjà commencé nous avons pu avoir un retour sur les observations et les conclusions que nous avons transmis au client. Les fouilles ouvertes ont alors confirmé en partie nos observations. Figure 25 : Reims, rue des Louvois - Extrait du plan final Figure 26 : Reims, rue des Louvois - Fouille ouverte
  • 33. 26 En jaune est représenté la canalisation principale de gaz, en rouge les réseaux électriques, en vert les réseaux télécom et en bleu le réseau d’eau potable (non détecté car déjà géoréférencé) Ces fouilles montrent finalement assez bien les limites de l’appareil de radiodétection puisque, bien que nous ayons détecté un réseau électrique, il nous a été impossible de dire qu’il y en avait plusieurs côte à côte. Les observations au radar ont également été probantes puisque la canalisation de gaz et la HTA était effectivement à l’endroit et à la profondeur que nous avions indiqué. 5.2.RECOLLEMENT DES RESEAUX ET RECHERCHE DE STRUCTURES ENTERREES La seconde affaire que nous allons découvrir concerne la localisation des réseaux enterrés mais également la recherche de structures enterrées. C’est essentiellement sur cet aspect que j’axerai cette partie. A la demande et pour le compte de BGB Architect, la société SATER – Division Géomesure a réalisé une auscultation par géoradar et méthodes associées afin de localiser les réseaux et structures enterrées dans la cours d’une maison de retraite. Cette prestation s’est déroulée le 19 et 22 avril 2014 sur la commune de Verrières le Buisson sur le terrain privé de l’EHPAD. L’objectif était de s’assurer que les différents réseaux ne gêneraient pas l’implantation de pieu en vue du montage d’une structure temporaire. La zone d’emprise se trouvant sur terrain privé nous n’avons pas obtenu de plan indiquant les emplacements théoriques des réseaux (DICT). Comme document nous avons reçu un plan Autocad de la zone. Des informations préalables ont été recueillies auprès du client et du technicien de l’établissement. Figure 27 - Verrières le Buisson, EHPAD - Plan d'emprise
  • 34. 27 La localisation des réseaux enterrés s’est essentiellement faite à l’aide du géoradar équipé d’une antenne 400 MHz. On a ainsi pu tracer le cheminement du réseau de gaz sur toute la zone d’emprise et une partie du réseau d’eau potable partiellement localisée. La présence d’un talus de terre au-dessus d’une partie de la canalisation d’eau potable a empêché la détection, qui augmente ponctuellement la profondeur du réseau par rapport au terrain naturel, a empêché sa détection sur le reste de la zone d’emprise. L’appareil de radiodétection a été utilisé pour détecter et localiser le réseau BT. Aucun affleurant n’étant accessible la détection s’est faite en mode passive (power). Enfin les auscultations concernaient également la recherche de cuves enterrées faisant partie de l’ancien réseau d’assainissement de l’établissement. Ayant une idée vague de l’emplacement des cuves nous avons implantés plusieurs profils radars afin de réaliser un bloc 3D. La taille des cuves recherchées étant métrique nous avons décidé d’implanter des profils séparés de 50 centimètres. Le bloc 3D obtenue donne un aperçu de la zone à une profondeur donnée. Ici sont présentés en exemple les résultats pour z=0.5m et z=1m : Figure 29 : Implantation des profils radar pour réalisation d'un bloc 3D Figure 28 : Verrières le Buisson, EHPAD - Exemple de radargramme Figure 30 : Verrières le Buisson, EHPAD - Bloc 3D, 0.5 mètre de profondeur
  • 35. 28 L’interprétation des blocs 3D n’est en général pas chose aisée. Cependant dans notre cas l’image est assez claire et montre trois structures enterrées peu profondes (z= ~0.5m) reliées entre elles par une canalisation plus profonde (z= ~1.0m). Les trois structures enterrées correspondent aux cuves de décantation et de stockage appartenant à l’ancien réseau d’assainissement de l’établissement. Les objectifs de cette mission ont été complètement atteints et les données recueillies ont permis au client de déterminer les endroits propices pour la mise en place des pieux de fondations. Le plan final complet de cette affaire est disponible en annexe. Figure 31 : Verrières le Buisson, EHPAD - Bloc 3D, 1 mètre de profondeur Figure 32 : Conclusion de l'étude après modélisation des blocs 3D
  • 36. 29 5.3.DIAGNOSTIC D’OUVRAGE – COLLECTEUR La troisième affaire présentée ici détaille une toute autre utilisation du géoradar. En effet on peut utiliser le géoradar pour effectuer un diagnostic des ouvrages bétonnés (état général du béton et des remblais environnant, contrôle des jointures et vérification de l’étanchéité de l’ouvrage…). Cela nécessite de descendre dans l’ouvrage (appelé aussi visitable) pour effectuer les auscultations et un contrôle visuel. L’affaire en question en encore en traitement donc les conclusions de l’étude ne sont pour l’instant que partielles. Seulement une partie des résultats sera présentée ici. A la demande du SIAVRM et dans le cadre de la réhabilitation en cours sur le collecteur G, l’entreprise SATER – Division Géomesure a réalisé une campagne d’auscultation radar sur une partie du collecteur G de diamètre 2400 mm situé sur la grande rue de Sèvres (92) entre le regard de visite R64 et R64 +136 sur un linéaire de 136 ml. Ce diagnostic a eu pour objectif de contrôler l’épaisseur de l’ouvrage et l’état de l’encaissant, de contrôler l’étanchéité de l’ouvrage et de vérifier la présence de réseau à proximité. Cette auscultation a été réalisée dans la matinée du 18 aout 2014 après autorisation de descente de la SEVESC. Les auscultations radars ont été effectuées à l’aide d’une antenne 400 MHz et d’une antenne 900 MHz. Contrôle des épaisseurs Le radar permet de mettre en évidence les discontinuités de constante diélectrique et donc les interfaces. Dans notre cas on va utiliser le radar pour contrôler l’épaisseur de l’ouvrage et de l’encaissant. En effet le béton peut se dégrader sans qu’on puisse le remarquer à l’extérieure de l’ouvrage (extrados), ce qui fragilise l’ouvrage ou peut engendrer des infiltrations dans le sol et donc un risque pour l’environnement. La contrôle de l’état de l’encaissant permet d’identifier la présence de vides qui pourraient être liés là encore à des infiltrations dans le sol. Contrôle de l’étanchéité et de l’état stuctural de l’ouvrage Cette partie de la mission repose essentiellement sur un contrôle visuel à l’intérieur de l’ouvrage (intrado). On relève toutes les anomalies apparentes (fissuration avec ou sans rejet), on vérifie l’état des joints et on regarde si les armatures du béton (si il y en a) sont affleurantes : si elles le sont cela veut dire que le béton s’est dégradé dans l’ouvrage. Il y a donc un risque de fragilisation. Enfin on note si il y a une déformation ou un écrasement de l’ouvrage par endroit qui pourrait être le signe d’un affaissement de l’encaissant ou d’une fuite. Enfin on contrôle le paramètre géométrique de l’ouvrage. Les tuyaux d’assainissement sont très souvent gravitaires (l’écoulement se fait par gravité). Cela signifie que l’eau ne doit pas stagner dans l’ouvrage. Si on repère des flaques d’eau stagnante c’est la preuve que l’ouvrage s’est déformé, pouvant entraîner des fissures, fuites… Vérification de la présence de réseaux à proximité Il n’est pas rare de voir des canalisations, lors de la pose, ont été mise en appui sur les tuyaux d’assainissement. Le poids que représente ces réseaux peut avec le temps déformer l’ouvrage et le fragiliser. Une fuite dans un réseau à proximité de l’ouvrage peut également avoir des conséquences sur ce dernier. Une fuite d’eau potable à proximité de l’ouvrage pourra par exemple fragiliser l’encaissant et/ou dégrader le béton.
  • 37. 30 Les résultats de ce diagnostic ne sont pas encore probants. Ces données (acquises sur cette affaire) ne sont là que pour illustrer le propos. Par la suite une série de carottage est prévue pour confirmer et affiner les conclusions de l’étude. Figure 33 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Vue à l'intérieure de l'ouvrage, fissuration, mise en oeuvre de l'auscultation radar
  • 38. 31 Figure 37 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Radargramme, antenne 400 MHz Figure 36 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Joint Figure 35 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage – Anomalie d'origine inconnue Figure 34 : Sèvres, diagnostic d'ouvrage - Canalisation à proximité de l'ouvrage Épaisseurbéton
  • 39. 32 Conclusion Ce stage m’aura permis d’avoir ma première expérience professionnelle dans le monde de la géophysique et de la géotechnique. Il m’aura permis d’appréhender le fonctionnement et l’emploi du géoradar pour la recherche de réseau et l’auscultation d’ouvrage. J’ai également pu découvrir la méthode de radiodétection, plus marginale dans le domaine de la géophysique mais non moins efficace. Mis à part les méthodes d’auscultation géophysique j’ai pu acquérir une expérience dans le levé de point GPS et dans l’utilisation de certains logiciels qui je serais surement amener à utiliser à nouveau. J’ai constaté que chaque méthode possédait ses limites et ses avantages et que finalement il n’existe que rarement de solution miracle. L’utilisation couplée de plusieurs méthodes permet néanmoins de réduire ces limites. La géoradar permet très bien de détecter les canalisations enterrées à la condition qu’elles soient assez larges et que le terrain s’y prête. De plus il ne permet pas de déterminer la fonction d’une canalisation. Il offre cependant l’avantage de ne pas nécessiter d’accès au réseau. A l’inverse l’utilisation de la méthode de radiodétection n’est pas du tout limitée par la nature du terrain et permet de différencier chaque réseau à la condition qu’il soit conducteur et qu’on puisse y avoir accès. Enfin j’ai appris que la finalité de chaque mission conditionnait la façon d’utiliser un instrument. L’utilisation et la mise en œuvre du géoradar sera complètement différente si on cherche à détecter des réseaux ou à diagnostiquer l’état d’un ouvrage. Que ce soit la géolocalisation des réseaux ou encore le diagnostic d’ouvrage, ces tâches se sont inscrites dans la stratégie de la SATER a développé une activité à forte valeur ajoutée en plein essor. Je garderais de ce stage un excellent souvenir et il constitue désormais pour moi une expérience valorisant et encourageant pour mon avenir. Enfin je tiens à exprimer de nouveau ma satisfaction d’avoir pu travailler avec du matériel de pointe et dans un environnement agréable.
  • 40. 33 Bibliographie  Reynolds J.,An introduction to applied and environmental geophysics  Mari J-L., Arens G., Chapellier D., Gaudiani P., Géophysique de gisement et de génie civil  Mari J-L., Coppens F., Sismique de puits  Lopes F., Inversion des formes d’ondes électromagétiques de données radar (GPR) multioffsets  Perrier F., Cours d’imagerie électrique et électromagnétique  Documents internes SATER  Rapports de stage des années présédentes  Cariou J., Application du radar géologique au génie civil  Marquis G., Cours électromagnétisme Méthodes et interprétation géophysiques - Géophysique et géotechnique  Ngulwe Tumaini I., Etude des matériaux observés au cours des prospections détaillées des champs de pétrole et de gaz  Site internet du Belgian BioElectroMagnetics Group (BBEMG) regroupant des chercheurs de trois universités (Lièges, Gent, Bruxelles) et d’un institut de recherche (Bruxelles)