La technologie DInSAR appliquée à des images TerraSAR-X ascendantes et descendantes a été utilisée pour mesurer les déplacements horizontaux et verticaux d'un barrage d'Hydro-Québec. Les mesures DInSAR s’écartaient de moins de 3 mm des mesures réalisées par les méthodes d’arpentage.

1. 1
MESURES DES DÉPLACEMENTS 2D D’UN
BARRAGE D’HYDRO-QUÉBEC À PARTIR DE
L’ESPACE PAR INTERFÉROMÉTRIE RADAR
Y. Bouroubi, M. Benoit, C. Gosselin, V. Sarago
Effigis Geo-Solutions, Montreal, QC
Benoit Deschesne
Unité d’auscultation des ouvrages, Hydro-Québec

2. C o n t e n u
Contexte et objectifs
Site d’étude et données
La technologie DInSAR
Principes
La géométrie à 2 orbites
Résultats
Déplacements DInSAR (horizontaux et verticaux)
Validation avec des mesures terrain
Conclusion
2

3. Contexte et objectifs
I n t r o d u c t i o n
3
• Barrages : sujets à des pressions extrêmes qui varient en fonction du volume/dynamique
de l’eau dans le réservoir.
• Selon le type, l'âge et les conditions, un barrage peut bouger (printemps – été)
verticalement et horizontalement de quelques mm à quelques cm
• Techniques conventionnelles de monitoring : précises, mais ponctuelles, complexes
(conditions météo, accessibilité, etc.) et coûteuses

4. Contexte et objectifs
I n t r o d u c t i o n
4
• L’interférométrie SAR différentielle (DInSAR) : technique basée sur l’utilisation de la phase
du signal SAR pour mesurer les petits déplacements des cibles au sol
• DInSAR : utilisé avec succès pour le suivi des barrages à l’aide des données SAR comme
RADARSAT-2, TerraSAR-X, ALOS PALSAR, COSMO-SkyMed.
Acquisition 1 Acquisition 2
Paire interférométrique  interférogramme
Pur
Perturbé
0
2π

5. • Un projet entre Effigis et Hydro-Québec (l’unité Auscultation des ouvrages de
la direction Barrages et Infrastructure)  utilisation de la technologie DInSAR
pour le suivi des mouvements 2D du barrage de la Romaine-2
• Objectif principal : mesurer avec une précision millimétriques le déplacement
horizontal and vertical durant la phase du remplissage du réservoir
• Alternative moins coûteuses et de précision acceptable
Contexte et objectifs
I n t r o d u c t i o n
5

6. • Romaine-2 fait : complexe hydroélectrique La
Romaine situé sur la Côte-Nord du Québec
• Inclut un réservoir, un barrage et des digues
• Le barrage : hauteur de 121 mètres
• Le réservoir : peut atteindre 85.8 km2
• Déplacements Y et Z anticipés (nouvel
ouvrage) à chaque cycle de remplissage
• Ces déplacements sont couramment
mesurés par Hydro-Québec par les
méthodes conventionnelles (arpentage)
Site d’étude : barrage Romaine-2
S i t e d ’ é t u d e e t d o n n é e s S A R
6

7. • 14 images polarisation HH acquises en mode StripMap entre le 4 juin et le 17 octobre 2015
• Angle d’incidence : 39 degrés en orbite descendante et 44.5 degrés en orbite ascendante
• Résolution au sol : 0.9 m x 1.85 m
Paires interférométriques TerraSAR-X
S i t e d ’ é t u d e e t d o n n é e s S A R
7
Intensité TerraSAR-X sur le barrage Romaine-2

8. Paires interférométriques TerraSAR-X
S i t e d ’ é t u d e e t d o n n é e s S A R
Pair
number
Master
date
Slave date Temporal
baseline
Perpendicular
baseline
1 2015-06-04 2015-06-26 22 -6.37
2 2015-06-04 2015-07-18 44 51.25
3 2015-06-04 2015-08-09 66 12.89
4 2015-06-04 2015-08-31 88 -31.22
5 2015-06-04 2015-09-22 110 -86.08
6 2015-06-04 2015-10-14 132 -16.47
7 2015-06-26 2015-07-18 22 51.25
8 2015-06-26 2015-08-09 44 12.89
9 2015-06-26 2015-08-31 66 -31.22
10 2015-06-26 2015-09-22 88 -86.08
11 2015-06-26 2015-10-14 110 -16.47
12 2015-07-18 2015-08-09 22 12.89
13 2015-07-18 2015-08-31 44 -31.22
14 2015-07-18 2015-09-22 66 -86.08
15 2015-07-18 2015-10-14 88 -16.47
16 2015-08-09 2015-08-31 22 -31.22
17 2015-08-09 2015-09-22 44 -86.08
18 2015-08-09 2015-10-14 66 -16.47
19 2015-08-31 2015-09-22 22 -86.08
20 2015-08-31 2015-10-14 44 -16.47
21 2015-09-22 2015-10-14 22 -16.47
Paires TerraSAR-X acquises en orbite ascendante
• 7 images ascendantes  21 paires
interférométriques
• Toutes les paires possibles (baselines
temporelles) ont été analysées
• Toutes les paires interférométriques étaient
utilisables : baseline perpendiculaires
adéquates; sans neige

9. Paires interférométriques TerraSAR-X
S i t e d ’ é t u d e e t d o n n é e s S A R
9
Pair
number
Master
date
Slave date Temporal
baseline
Perpendicular
baseline
1 2015-06-07 2015-07-10 33 -101.32
2 2015-06-07 2015-07-21 44 -27.71
3 2015-06-07 2015-08-12 66 26.26
4 2015-06-07 2015-09-03 88 61.42
5 2015-06-07 2015-09-25 110 -43.77
6 2015-06-07 2015-10-17 132 -21.95
7 2015-07-10 2015-07-21 11 -27.71
8 2015-07-10 2015-08-12 33 26.26
9 2015-07-10 2015-09-03 55 61.42
10 2015-07-10 2015-09-25 77 -43.77
11 2015-07-10 2015-10-17 99 -21.95
12 2015-07-21 2015-08-12 22 26.26
13 2015-07-21 2015-09-03 44 61.42
14 2015-07-21 2015-09-25 66 -43.77
15 2015-07-21 2015-10-17 88 -21.95
16 2015-08-12 2015-09-03 22 61.42
17 2015-08-12 2015-09-25 44 -43.77
18 2015-08-12 2015-10-17 66 -21.95
19 2015-09-03 2015-09-25 22 -43.77
20 2015-09-03 2015-10-17 44 -21.95
21 2015-09-25 2015-10-17 22 -21.95
Paires TerraSAR-X acquises en orbite descendante
• 7 images descendantes  21 paires
interférométriques
• Toutes les paires possibles (baselines
temporelles) ont été analysées
• Toutes les paires interférométriques étaient
utilisables : baseline perpendiculaires
adéquates

10. I n t e r f é r o m é t r i e S A R
10
• DInSAR : basé sur les différences de mesures de la phase (Δφ) entre
deux acquisitions radar SLC  baseline perpendiculaire B┴
• Phase interférométrique (Δφ) : liée au déplacement de surface et à
d’autres paramètres
Principes
λ = 3 cm
Point stable

11. I n t e r f é r o m é t r i e S A R
11
Interférogramme
φgeom : composante géométrique  à partir des paramètres orbitaux
φtopo : composante topographique  à partir d’un MNE
φatm : interférences atmosphériques (bruit)  techniques d’atténuation
φdisp : composante de déplacement de surface  le signal utile
φnoise : changements dans la réponse des cibles  pixels cohérents
Δφ = φgeom + φtopo + φatm + φnoise + φdisp
• Composantes de la phase interférométrique :
Principes
φdisp : connu avec une ambiguïté 2π.n 
déroulement de phase  déplacement dLOS
Interférences (geom,)

12. I n t e r f é r o m é t r i e S A R
12
Traitements DInSAR
Traitements DInSAR (pour retrouver de φdisp) avec GAMMA :
• Co-recalage des paires InSAR et génération des interférogrammes Δφ
• Aplatissement des interférogrammes: soustraction de φgeo calculé des
données orbitales
• Vérification de la cohérence pour éviter les pixels avec φnoise élevée
• Génération des interférogrammes différentiels par soustraction de
φtopo calculé à partir d’un MNE
• Vérification/correction des effets atmosphériques φatm (filtre spatial
coupe bas)
• Déroulement de la phase pour corriger l’ambiguïté 2π.n
• Conversion de la phase déroulée φdisp en déplacement selon le LOS
• Géocodage de la géométrie SAR vers la projection cartographique

13. I n t e r f é r o m é t r i e S A R
13
Déplacements 2D (Y-Z) à partir des orbites ascendante et descendante
Descending orbit
Ascending orbit
dLOSAsc
dLOSDesc
• Les déplacements sont mesurés
dans les directions de visée (LOS)
du radar
• Il est possible de déduite les
déplacements selon Z et Y en
combinant les deux géométries
d’acquisitions asc. et desc.
S
N
Y
Z
Y
Z

14. I n t e r f é r o m é t r i e S A R
14
Déplacements 2D (Y-Z) à partir des orbites ascendante et descendante
DInSAR à deux orbitesDInSAR à une orbite

15. I n t e r f é r o m é t r i e S A R
15
Déplacements 2D (Y-Z) à partir des orbites ascendante et descendante
dLOSA,D = dZ cos(θA,D) – dY sin(θA,D) cos(αA,D)
• θ est l’angle d’incidence SAR
• α est l’azimut relatif entre l’axe Y du
barrage et la trace au sol de l’orbite

16. R é s u l t a t s
16
Cohérence interférométrique
TerraSAR-X ascendantes
4-26 juin 2015
TerraSAR-X descendantes
7 juin-10 juil. 2015
Cohérence élevée pour tout le barrage selon les deux orbites

17. R é s u l t a t s
17
Interférogrammes différentiels
TerraSAR-X ascendantes
4-26 juin 2015
TerraSAR-X descendantes
7 juin-10 juil. 2015
Centre du barrage  franges résiduels liées au déplacement

18. R é s u l t a t s
18
Déplacements DInSAR du barrage Romaine-2 selon les directions du LOS asc.
Exemples: courtes
baselines temporelles

19. R é s u l t a t s
19
Déplacements DInSAR du barrage Romaine-2 selon les directions du LOS desc.
Exemples: courtes
baselines temporelles

20. R é s u l t a t s
20
Déplacements DInSAR verticaux et horizontaux
• Mouvement observé vers l’aval (+Y) et vers le bas (-Z)
• Les déplacements maximums sont observés au centre de la structure

21. R é s u l t a t s
21
Validation des déplacements verticaux et horizontaux des TTOGs
Statistiques des erreurs:
Pour Y:
Erreur cumulative < 3 mm in 96%
Erreur non-cumulative < 3 mm in 100%
Pour Z:
Erreur cumulative < 3 mm in 88%
Erreur non-cumulative < 3 mm in 100%
Exemples de déplacements Y
et Z élevés et faibles (séries
temporelles)

22. R é s u l t a t s
22
Interface Web pour la
diffusion de l’information

23. C o n c l u s i o n s
23
La combinaison de deux géométries de visée a permis de calculer les déplacements du barrage
Romaine-2 en Z (haut vers bas) et en Y (amont vers aval) avec une précision millimétrique
Technologie DInSAR : outil pertinent pour le suivi opérationnel des infrastructures hydroélectriques 
très avantageux : couverture spatiale, continuité des mesures, résolution, précision, fréquence et coûts
Plusieurs satellites SAR (RADARSAT-2, TerraSAR-X et PAZ, ALOS PALSAR, COSMO-SkyMed,
Sentinel-1) peuvent être utilisée avec cette technologie
Limites de la technologie
• Période sans neige
• Les mouvements parallèles à la direction de visée ne
pourront pas être détectés, Les structure orientés E-O ont
des différences d’azimute 10 degrés par rapport au LOS
asc. ou desc.  impossible de détecter ces mouvements
Déplacement Y

24. Thank you!
http://effigis.com/
yacine.bouroubi@effigis.com
Yacine Bouroubi
Mathieu Benoit
Claire Gosselin
Vincent Sarago