Interférométrie Radar : Une technique innovante et opérationnelle pour la surveillance des mouvements du sol à partir d images satellite radar

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1 Interférométrie Radar : Une technique innovante et opérationnelle pour la surveillance des mouvements du sol à partir d images satellite radar Anne Urdiroz, Altamira Information, anne.urdiroz@altamira-information.com Page 1

2 Agenda Introduction à l Interférométrie radar Application InSAR dans le domaine des infrastructures : exemples projets Application InSAR dans le domaine minier : exemple Dax projet après-mine Conclusions Page 2

3 L Interférométrie radar permet de générer des mesures de mouvement du sol d une précision millimétrique à partir d images satellites radar. Cette technique innovante est utilisée dans de nombreux domaines d applications. Page 3

4 Introduction à l Interférométrie radar Principaux secteurs d activité Infrastructures Mines Pétrole et Gaz Infrastructures (voies ferrées ports ) monitoring Planification, construction et maintenance Mines à ciel ouvert et talus Mines sous-terraines Infrastructures Gestion et surveillance des réservoirs (exploitation et stockage de gaz) Plateformes GNL, infrastructures Page 4

5 Page 5 1: Les satellites peuvent couvrir n importe quelle zone du globe. Les images commandées sont programmées et la fréquence d acquisition définie par l utilisateur final.

6 Page 6 2: Lorsque les images sont acquises par les satellites, elles sont téléchargées vers une station de réception appartenant au réseau des Agences Spatiales ou autres (ESA, ASC, DLR, ASI, JAXA...). Les utilisateurs sont informés par les opérateurs et distributeurs de données.

7 Page 7 3: Les sociétés de service ou utilisateurs finaux obtiennent les données via ftp dans des délais qui varient en fonction du service requis (standard, fast, emergency). Les images sont traitées et les cartes de déformation livrées par ftp et support physique si nécessaire.

8 Introduction à l Interférométrie radar Les systèmes radar Les systèmes radar opèrent dans le domaine des micro-ondes. Un signal radar est émis vers la surface de la terre. Le signal (écho) est réfléchi par la surface et reçu après un laps de temps par la même antenne d émission. La réflexion radar (amplitude, puissance, phase) est mesurée et enregistrée. Cette information est utilisée pour générer l image SAR. Page 8

9 Introduction à l Interférométrie radar Influence de la longueur d onde Bande-P Bande-L Bande-X Bande-C La longueur d onde détermine le pouvoir de pénétration. Les grandes longueur d onde (Bande-P et Bande-L) peuvent pénétrer la végétation et sont réfléchies par le sol. Les longueurs d ondes plus courtes (Bande-X) seront réfléchies par le sommet des arbres et seront plus sensibles à la rugosité de surface du sol. Page 9

10 Introduction à l Interférométrie radar InSAR et les satellites Mesure Temps 1 Mesure Temps 2 Résultats In terferometric S ynthetic A perture R adar t = T0 Orbite ascendante: - Sud-Nord, - visée Est = = Superposition d ondes pour détecter les différences Système radar haute résolution Carte de mouvement moyen annuel Cm / an + 1 cm cm + 0 cm 0.5 cm 1 cm Profil de mouvement dans le temps t = T0 + n jours Orbite descendante: - Nord-Sud, - Visée Ouest Le temps mesuré entre l émission et la réception du signal donne une distance d une précision millimétrique La différence mesurée entre T1 et T2 indique un mouvement du sol Pour un point spécifique Les mouvements du sol sont mesurés par les satellites radar, en comparant le temps entre l émission et la réception du signal à différents moments. Page 10

11 Introduction à l Interférométrie radar Subsidence moyenne du sol mesurée à Barcelone entre Zoom: Centre de Barcelone cm/an Zoom: Aéroport de Barcelone Page 11

12 Introduction à l Interférométrie radar Points de mesure: "Naturels" et " Réflecteurs" Points naturels Réflecteurs artificiels Point de mesure existant Infrastructures métalliques, toits, constructions qui réfléchissent le signal radar Possibilité de réaliser des études historiques Trièdres en aluminium Garantissent des points de mesure dans les contextes défavorables : végétation, neige ou zones en exploitation Permettent de densifier le réseau de mesures Bonne densité de points naturels sur les infrastructures. En l absence ou en complément des points naturels, les coins réflecteurs garantissent des points de mesure. Page 12

13 Introduction à l Interférométrie radar Les missions satellite radar ERS-1 ERS-2 Radarsat-1 ENVISAT Lancement: Juillet 1991 Opérateur: Agence Spatiale Européenne Longueur d onde: Bande C Lancement: Avril1995 Opérateur: Agence Spatiale Européenne Longueur d onde: Bande C Lancement: Novembre 1995 Opérateur: Agence Spatiale Canadienne Longueur d onde: Bande C Lancement: Mars 2002 Opérateur: Agence Spatiale Européenne Longueur d onde: Bande C ALOS TerraSAR-X x 2 Radarsat-2 COSMO-SkyMed x 4 Lancement: Janvier 2006 Opérateur: JAXA Longueur d onde: Bande L Lancement: Juin 2007, 2010 Opérateur: Agence Spatiale Allemande Longueur d onde: Bande X Lancement: Décembre 2007 Opérateur: Agence Spatiale Canadienne Longueur d onde: Bande C Lancement: 2007, 2008, 2010 Opérateur: Agence Spatiale Italienne Longueur d onde: Bande X Page 13

14 Introduction à l Interférométrie radar Anciens, présents et futurs satellites SAR pour l InSAR Japanese Space Agency (JAPEX) JERS-1 ALOS 2 ALOS L-BAND European Space Agency (ESA) ERS-1 ERS-2 Envisat Sentinel-1 C-BAND Seosar Canadian Space Agency (CSA) Radarsat-1 RADARSAT Constellation German Space Agency (DLR) EADS Infoterra GmbH TerraSAR-X Radarsat-2 Tandem-X TerraSAR-X 2 X-BAND ItalianSpace Agency (ASI) Cosmo SKYMED La disponibilité de nombreuses missions satellites permet de mieux répondre aux objectifs applicatifs et de limiter les risques d échec d acquisition. Page 14

15 Introduction à l Interférométrie radar Apport des missions haute résolution : Résultats en milieu urbain Missions haute résolution Missions historiques Moins d images nécessaires pour lancer une étude SPN Résolution et densité de points Fréquence d acquisition et de livraisons des résultats OPTIMISATION DES RÉSULTATS Page 15

16 Agenda Introduction à l Interférométrie radar Application InSAR dans le domaine des infrastructures : exemples projets Application InSAR dans le domaine minier : exemple Dax projet après-mine Conclusions Page 16

17 Applications dans le domaine des infrastructures Tunnels Infrastructures réseau Barrages et canaux Ports et aéroports Constructions et bâtiments Tassements occasionnés par la construction de tunels dans un contexte urbain: trains à grande vitesse, métro Suivi des mouvements au delà du strict tracé de l ouvrage instrumenté Suivi des tassements et glissements de talus le long des tracés et zones adjacentes Contrôle de la stabilité des ponts et viaducs Suivi de micro sismicité et glissements de terrain générés par les retenues d eau Contrôle des déformations de terrain affectant les infrastructures Suivi des digues, plateformes et terminaux GNL, terrain gagné sur la mer Contrôle des installations aéroportuaires situées sur des terrains instables Suivi de l impact de travaux sur les bâtiments et infrastructures, activité d exploitation ou abandon minier Etude des déformations passées pour déterminer les responsabilités en cas de désordres Page 17

18 Applications INSAR domaine de la construction et des infrastructures Domaines d application Construction Planification Avant construction: Etat des lieux dans les zones de futures constructions afin de prendre en compte les zones à risque. Les résultats entrent dans la démarche des référés préventifs comme pièce technique dans le cadre d expertise judiciaire. Maintenance Durant la construction: Mesure d impact du chantier sur les zones adjacentes (en particulier les zones d habitation) Phase post-construction: Mesure du tassement des nouvelles infrastructures Expertise en cas de litige, analyse historique grâce à l archive disponible, données externes objectives Contrôle de la subsidence: Quantification des déformations affectant les infrastructures afin de prévenir les risques à temps Suivi des glissements de terrain La technologie InSAR s inscrit dans toutes les phases des projets de construction, elle permet d analyser la dynamique des mouvements des zones concernées. Page 18

19 Etude InSAR durant la phase de construction Ligne 5 métro Barcelone C E D B A Jonction : Ligne 9 & LGV Analyse et résultats Identification des zones impactées par les travaux souterrains lors de la construction de la ligne 5 Couverture TerraSAR-X, 3m res. Plus de points de mesure par km 2 Poursuite du projet en 2010 avec la mission Radarsat-2, 5m res. Page 19

20 Etude INSAR et validation terrain Ligne 5 métro Barcelone L INSAR permet d identifier les zones de mouvements. Les désordres constatés sur le terrain corroborent les déformations identifiées. Page 20

21 Etude INSAR zoom zones de subsidence Ligne 5 métro Barcelone C E D A B Gradient de subsidence zones de Vall d Hebron, Teixonera-Coll et Carmel Page 21

22 Etude InSAR durant la phase de construction Ligne 9 métro Barcelone & parking souterrain Construction d un parking souterrain Line 9 Metro Barcelona Page 22

23 Etude pre-construction: Etude historique métro Carte de mouvement : déplacement moyen sur la période d analyse Tracé futur réseau souterrain L étude historique permet de disposer d un état des lieux avant construction. Plusieurs zones de tassement sont identifiées, certaines le long du réseau ferré. Page 23

24 Etude pre-construction: Etude historique Carte de mouvement : isolignes Planned metro line Les résultats présentés sous forme d isolignes permettent de mettre en évidence les zones de tassement. Page 24

25 Exemple de résultat : suivi chantier de construction d une ligne souterraine de métro Impact ouvrage sur bâti en surface (Haute Résolution - bande X) Juin 2009 Mai 2010 (1) Mai 2010 Juin 2011 (2) Etude historique (1) permettant de disposer d un l état des lieux avant travaux, La surveillance (2) à partir d images programmées met en évidence le tassement des bâtiments à proximité du chantier de construction du tunnel, aucune instrumentation in situ n a été nécessaire pour obtenir cette information. Page 25

26 Agenda Introduction à l Interférométrie radar Application InSAR dans le domaine des infrastructures : exemples projets Application InSAR dans le domaine minier : exemple Dax projet après-mine Conclusions Page 26

27 Introduction projet Le cœur du projet en images Page 27

28 Introduction Distribution géographique des zones d intérêt La zone d intérêt est la ville de Dax L étude SPN a porté sur l analyse d une zone d environ 10x6 km. Principale attention aux différents secteurs d intérêt : Ligne TGV Zone de l aquifère thermal Place des Salines digues emprise des mines dont collecteurs d assainissement Page 28

29 Introduction Composition du jeu de données SAR orbite date /05/ /08/ /09/ /01/ /03/ /05/ /06/ /07/ /01/ /05/ /07/ /08/ /10/ /12/ /02/ /05/ /06/ /01/ /04/ /08/ /02/ /08/ /07/ /09/ /04/ /08/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /04/10 Archive composée de 33 images radar, acquises de Mai 2003 à Avril 2010 Bonne distribution temporelle des acquisitions nombre de scènes disponibles Années Page 29

30 Résultats et analyse des déformations Présentation globale des résultats points ont été sélectionnés : réflexion forte et stable tout au long de la période d analyse Points localisés dans les zones urbaines, les infrastructures elles-mêmes constituant des PS de bonne qualité Peu de PS dans les régions agricoles, du fait des changements dus à la végétation Page 30

31 Résultats et analyse des déformations Analyse des résultats Quartier Sablar Ligne TGV Fontaine thermale Zone de subsidence généralisée Elle est délimitée par la ligne ferroviaire et par l Adour à l Est et au Sud Certains bâtiments montrent un tassement plus important. Place des Salines Page 31

32 Déformations du sol et urbanisme:dax Analyse des résultats et interprétation ANTEA Quartier Sablar Subsidence d origine géotechnique Environ 10m d horizons tourbeux à vaseux du Flandrien favorable à un tassement des structures: Rapide sur les premières années Moins rapide mais effectif après plusieurs dizaines d années Correspondance parfaite avec le tracé de limite des dépôts alluviaux en rive droite. Page 32

33 Résultats et analyse des déformations Analyse des résultats - Immeuble Birraben Birraben Birraben 2 points de mesure sur l édifice Birraben, aux extrémités du toit du bâtiment. Couleurs verte et jaune de ces points indiquent que le bâtiment n a subi aucune déformation durant la période d analyse. Depuis la présentation des résultats INSAR, la DREAL a commandité une nouvelle campagne d auscultation et le bâtiment Biraben fait l objet d une restauration. Page 33

34 Agenda Introduction à l Interférométrie radar Application InSAR dans le domaine des infrastructures : exemples projets Application InSAR dans le domaine minier : exemple Dax projet après-mine Conclusions Page 34

35 Conclusions Pourquoi l INSAR? Approche globale du territoire de responsabilité Analyse historique depuis 1992 Données objectives correllées par le terrain Solution économiquement viable Surveillance sur le long terme La couverture satellite peut permettre de couvrir des territoires et de disposer d une grande quantité de points de mesure L étude multi-disciplinaire répond au large éventail de responsabilités des élus (urbanisme, infrastructures, prévention des risques) L analyse des déformations passées permet: Une quantification des déformations sur de longues périodes Une meilleure compréhension des phénomènes en jeu afin d établir des diagnostics et disposer d un état des lieux (pièce technique en cas d expertise judiciaire) Solution satellite = données objectives qui requièrent une expertise du traitement SAR L interprétation et la validation des mesures requièrent une expertise terrain apportée par des géologues, hydrologues, géotechniciens La solution satellite permet une approche multi-disciplinaire et optimise le travail de terrain (relévés topographiques, sondages...) par une densification du réseau de points de mesure Les résultats peuvent contribuer à la révision des PLU et participent à une gestion dynamique des risques et enjeux immobiliers Nouvelle génération de missions SAR Surveillance opérationnelle et résultats significativement améliorés grâce à la haute résolution et la fréquence de revisite accrue Page 35

36 Merci de votre attention! Anne Urdiroz, Altamira Information, Page 36