Acquisitions multi-méthodes au dessus de cavités

Acquisitions multi-méthodes au dessus
de cavités

Tests au-dessus d’une galerie technique

Le campus de la faculté des Sciences de l’Université Paris Sud à Orsay a été construit dans les années 1960. Lors de la construction des bâtiments il a été installé une galerie technique reliant chaque groupe de bâtiments pour y faire passer tous les câbles et les tuyaux. Cette galerie fait plusieurs centaines de mètres de long. Elle est de section rectangulaire, d’environ 2 m sur 2, enterrée dans le sous-sol à une profondeur variable en fonction de sa localisation sur le campus. Plusieurs bouches d’accès et/ou d’aération témoignent de sa présence en surface.

 Instrumentation

Nous avons utilisé deux jeux d’antennes blindées, le premier centré sur 500 MHz et l’autre sur 250 MHz, du système RAMAC Malå. Les traces ont été acquises tous les 5 cm le long de prols mono-déport. Diérents prols ont été acquis perpendiculairement à la galerie pour la repérer précisément puis un prol longitudinal à la galerie (Fig. 5.1). Un multidéport, noté W1, a été eectué avec les antennes 250 MHz, au dessus de la galerie dans le but de déterminer les vitesses et de tester l’idée développée dans le chapitre 2 c’est-à-dire, la mise en évidence d’inversion de polarisation sur l’onde rééchie. Un prol perpendiculaire à la galerie a été privilégié pour y faire un panneau de mesures de résistivité électrique : le prol P2. Pour ces mesures nous avons utilisé un système de type Junior Syscal de la marque Iris instruments avec 48 électrodes avec une conguration de type Wenner et une distance inter-électrodes de 1 m, puis 0.4 m et 0.25 m. Tous les prols ont été repérés grâce à un théodolite laser dont l’emplacement est indiqué sur la Fig. 5.1. Ces mesures ont permis l’enregistrement précis de la topographie. 

Analyse du prol radar multi-déport

Le prol multi-déport a été fait avec des antennes 250 MHz. Une boite était xe et l’autre a été tirée le long d’un prol en partant d’environ 1 mètre avant la boite xe, jusqu’à environ 5 m, après comme expliqué sur la Figure 5.2a. Cette méthode permet d’utiliser les ondes directes dans le sol pour positionner correctement le déport initial sur le prol de la Fig. 5.2b. Par contre, le déport minimum est non nul puisque les antennes sont alors bout-à-bout (comme indiqué pour le déport X0 de la Fig. 5.2a) La distance centre à centre est alors mesurée à 40 cm sur les antennes 250 MHz. Les pentes des ondes directes dans le sol indiquent une vitesse de propagation en surface de 0.09 m/ns. En se repérant sur le maximum de l’onde directe, le temps zéro est corrigé de 0.4/0.09 soit 4.4 ns. En prenant ce temps comme référence, le maximum de l’onde rééchie est alors ajusté par une hyperbole correspondant à une vitesse de propagation de 0.08 m/ns. Cette diérence est tout-à-fait acceptable en sachant que l’onde directe dans l’air se propage à la surface du sol alors que la rééchie a traversé toute le couche de sol entre la surface et le toit de la galerie. En utilisant la vitesse de 0.08 m/ns, le toit de la galerie et alors estimé à 1.1 m de profondeur. Un forage eectué à la tarière manuelle donne une profondeur de 1.05 m au centre de l’antenne immobile. Par contre, il est impossible de mettre en évidence visuellement une inversion de polarité de l’onde rééchie sur la Fig. 5.2b. Une explication plausible est que la galerie soit faite d’éléments en béton armé et que la conductivité électrique des armatures empèche de voir l’eet recherché. Cet exemple nous conrme que l’inversion de polarité de la rééchie est dicilement observable et utilisable pour mettre en évidence une cavité dans les données radar de terrain.

Analyse des prols radar mono-déport 

La Figure 5.3 présente les mesures radar acquises à 500 MHz et à 250 MHz sur les 12 premiers mètres du prol P2. Ces prols ont été migrés en utilisant la méthode de Stolt avec une vitesse de 0.085 m/ns. Ils ont été gainés avec un AGC et corrigés de la topographie mesurée par le théodolite. Le prol 250 MHz 5.3b permet de positionner clairement les limites latérales de la galerie. La profondeur de son toit est aux alentours de 1 m. Le prol P7 acquis du Sud vers Nord le long de la galerie est présenté sur la Figure 5.4, avant et après corrections topographiques. Sur la Fig. 5.4a, les mesures eectuées à la tarière manuelle le long du prol ont été reportées pour comparaison. Les diérences sont peut-être dues à la présence de cailloux au-dessus de la galerie

Inversion des mesures électriques

Trois prols de résistivité électrique ont été acquis en mode Wenner le long de la ligne P2 de la Figure 5.1 avec trois distances inter-électrodes diérentes, 1, 0.4 puis 0.25 m. Le logiciel RES2DINV a été utilisé pour inverser les pseudo-sections obtenues en utilisant des options classiques d’inversion et en incluant les mesures de topographie enregistrées au théodolite. Les modèles de distribution de résistivité inversées pour chaque distance inter-électrodes sont présentés sur la Figure 5.5. Ces résultats nous montrent que pour un espacement des électrodes de 1 m, Fig. 5.5a, les variations de résistivité du sous-sol commencent à être identiables seulement à partir d’une profondeur de 2 m. La galerie recherchée étant positionné sur la partie Ouest du prol, en limite du modèle n’est pas discernable sur ce modèle. Sur le modèle obtenu avec un espacement de 0.4 m, Fig. 5.5b, on observe une zone de haute résistivité entre 3.2 et 6 m de position latérale. Avec un espacement de 0.25 m, Fig. 5.5c, nous pouvons déjà identier sur ce modèle, une zone de haute résistivité de forme rectangulaire entre 4 m et 6.5 m. En cherchant le modèle de distribution de résistivité électrique qui présente un contraste fort de résistivité entre deux blocs à la position correspondante à l’interface du toit de la galerie identiée sur le radargramme (Fig. 5.3b), nous obtenons au bout de 7 itérations le modèle de la Fig. 5.6. Ce modèle explique aussi bien les mesures obtenues que sans information a priori (erreur quadratique de 1.7% au bout de 7 itérations)

Conclusion

Les mesures radar permettent de situer une anomalie aux dimensions correspondantes à la galerie technique. Par contre en utilisant seulement les données radar il n’y a pas d’arguments pour dire qu’il s’agit d’une cavité au lieu de quoi que ce soit d’autre. Les mesures de résistivité électrique quand à elles, indiquent directement une zone de plus haute résistivité à l’emplacement de la galerie. Si l’on inclue une interface horizontale de largeur et à la profondeur détectées par le radar comme information a priori lors de l’inversion du prol de résistivité, l’eet est visuellement impressionnant. L’inversion converge au bout de 7 itérations sur un modèle expliquant les données avec une erreur quadratique de 1.7%. Les deux méthodes géophysiques sont clairement complémentaires sur cet exemple. Les prols radar indiquent qu’il est nécessaire de diminuer la distance inter-électrode pour avoir une résolution susante dans la tomographie électrique pour mettre en évidence la cible