Géoradar Principes et applications

1. Préparation par :
Boulahbal Badreddine
Douar Mohamed
Mnaouar Haron
Géoradar
Principes et applications

2. INTRODUCTION
• Le géoradar (en anglais GPR pour Ground
Penetrating Radar) est une technique de
prospection géophysique non destructive
fondée sur l’analyse des phénomènes de
propagation (réfraction, réflexion et
diffraction) des ondes
électromagnétiques hautes fréquences
(10 MHz à 2 GHz) dans le sous-sol. Le
géoradar, initialement de nature
impulsionnelle, est fondé sur l’excitation
du sous-sol, à partir d’une antenne
d’émission, par un train d’impulsions de
durée courte (1 à 50 ns) afin de détecter,
à l’aide d’une antenne de réception, les
échos successifs associés aux contrastes
de permittivités ou de conductivités
rencontrés par les ondes
électromagnétiques au cours de leur
propagation. Ces contrastes témoignent
de la présence de cibles enfouies ou de
stratifications du sous-sol. L’utilisation du
géoradar fréquentiel est bien plus
récente en raison des contraintes
instrumentales qui lui sont associées, et il
fait l’objet d’un nombre important de
travaux de recherche actuels.

3. INTRODUCTION
• C’est le déplacement du radar à la surface
ou dans le sol qui permet d’acquérir des
traces (coupes radar ou « scans ») sur une
fenêtre temporelle, et de former des
radargrammes (ou images radar) de la
structure du sous-sol. On distingue les
applications visant à détecter des objets
ou des anomalies de celles ayant pour
objectif la détermination des propriétés
intrinsèques du sous-sol. Les applications
sont multiples : géologie, hydrologie,
glaciologie, environnement, prospection
minière, néotectonique, archéologie,
génie civil... Parmi ces applications, on
peut citer la localisation d’objets enfouis
métalliques ou non métalliques tels que
les câbles, les conduites, les fondations,
les ferraillages, les cavités, les zones
altérées, les mines et la caractérisation
des propriétés intrinsèques des matériaux
géologiques (sols, roches) ou artificiels
(béton, l’asphalte ou le bois). Chaque type
d’application requiert une mise en œuvre
expérimentale spécifique (acquisition en
réflexion ou transmission,
échantillonnage spatial, cartographie 2D
ou 3D, fréquence nominale de
l’excitation...) et des traitements associés
aux signaux bruts (filtrage, migration,
inversion des données) afin de
reconstituer un modèle du sous-sol.
L’amélioration de la détection par un
système géoradar tient actuellement au
développement de nouvelles techniques
de traitement du signal et de
tomographie. Nous présentons ici les
diverses étapes qui conduisent à la
définition des paramètres optimaux
d’acquisition en prospection géoradar.

4. Principe de fonctionnement
• Le principe de fonctionnement des RPS
est celui des radars. Des ondes
électromagnétiques sont envoyées dans
le sous-sol par une antenne. Lorsque ces
ondes rencontrent des changements de
milieux, une partie est renvoyée vers la
surface et enregistrée par
l'antenne réceptrice qui peut être la
même que l'émettrice ou une autre
située à un endroit différent.
• Le principe est similaire au sondage
sismique mais l'énergie
électromagnétique utilisée est reflétée
par les zones de changement de
la constante diélectrique plutôt que celle
de changement d'impédance acoustique.
Ainsi dans l'image de droite, les
réflexions hyperboliques, indiquées par
les flèches, montrent la présence
d'objets, probablement des restes
humains.

5. Principe de fonctionnement
• La portée d'un sondage avec un RPS
dépend de la conductivité électrique du
sol et de la fréquence utilisée. Plus le sol
est conducteur, moins on peut sonder
profondément parce que l'énergie
électromagnétique se dissipe en chaleur
dans le milieu. Pour obtenir une
meilleure pénétration, le contact entre
l'antenne et le sol doit être optimal, ce
qui minimise la perte d'énergie au
changement de milieu (sol-air).
• La gamme de fréquence utilisée va de
quelques MHz à quelques GHz en
général. Plus la fréquence utilisée est
élevée, meilleure est la résolution, mais
plus faible est la pénétration en
profondeur. En d'autres mots, à
profondeur égale, l'utilisation d'une
fréquence plus élevée donne une image
plus précise mais dont le signal est plus
atténué.
• La technique radar, initialement créée
dans les années soixante, est aujourd’hui
utilisée en géologie (détection du
bedrock, formations géologiques
spécifiques, fractures, phénomènes
karstiques, etc.), en archéologie
(cartographie de sites ensevelis), en
hydrogéologie (profondeur de la nappe,
détection zones contaminées) et en
génie civil (inspection de structures en
béton, routes, voies ferrées et toute
autre structure ensevelie)

6. Application
• Les RPS ont de multiples applications dans des études non destructives du
sous-sol :
• Étude du sous-sol avant travaux pour localiser des canalisations ;
• Recherche d'engins explosifs (mines terrestres, obus) non explosés ;
• Recherche de cavités : naturelles, tunnels ;
• Recherche de couches minérales d'intérêt (argile à porcelaine, argile
à brique, etc) ;
• Recherche en archéologie. Ce système de détection a par exemple fait ses
preuves au pied des pyramides égyptiennes. Une équipe de chercheurs
japonais a en effet pu y interpréter sur écran la présence de barques
cultuelles inconnues jusqu'alors1.
• Recherche de site soupçonnés d'abriter des sépultures inconnues : fosses
communes, lieux de crimes, cimetières abandonnés, etc ;
• Étude du sous-sol des planètes du système solaire ;
• Auscultation d'ouvrages de génie civil,
de bâtiments en béton ou maçonnerie, de monuments historiques.

7. Application