TEST DE DETECTION DE PUITS DE MARNIERE EN NORMANDIE

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1 TEST DE DETECTION DE PUITS DE MARNIERE EN NORMANDIE Raphaël BENOT Laboratoire des Ponts et Chaussées de Rouen Novembre 2005

2 PARTIE 1 : essai de la radiométrie infarouge-thermique 1 Utilisation de la radiométrie infrarouge thermique 2 Première zone d étude : Campagne été 1999/hiver Deuxième zone d étude : Campagne été 2000/hiver Conclusions Perspectives PARTIE 2 : essai d autres méthodes 1 Le RADAR 2 L EM 31 3 L ARP 4. Site test 5. Résultats CONCLUSION 2

3 PARTIE 1 : UTILISATION DE LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGE 3

4 1. Modèles d anomalies attendues : hypothèses été, fin de journée T Puits de marnière : température constante de C T B) A) anomalie chaude issue du remblai plus poreux T A) B) transfert du puits vers la surface du sol à travers le remblai C)anomalie froide (transfert du puits vers la surface) dans auréole chaude provenant du remblai. 4

5 1. Principe de la thermographie infrarouge température apparente Longueurs d'ondes ( ) 0,003 nm Fréquences (Hz) 1020 rays C = scanner Par avion chaleur rayonnée par le sol 0,03 nm 0,3 nm 3 nm 30 nm 0,3 m 3 m RX durs RX mous Ultra violet Visible Télédétection passive (ondes réfléchies) Longueurs d'ondes ( m) 0,3 0,78 1 1,5 2 UV Visible Proche IR Bleu (0,45) Vert (0,55) Rouge (0,65) terrain T app 30 m 300 m 0,3 cm 3 cm 30 cm 3 m Infrarouge EHF SHF UHF VHF IR Télédétection active (Ondes émises) Moyen IR IR thermique IR lointain 8 m 15 m 30 m 107 HF 300 m 106 LF et MF 5

6 2. PREMIERE ZONE D ÉTUDE campagne Été Hiver

7 2. Zone d étude : commune d Epreville en Roumois

8 2. Carte de localisation de la zone test 8

9 2.1 Paramètres d acquisition vitesse de l avion (BN2) : km / h précision du suivi des axes : 100m (GPS) bande spectrale: 8-12µm angle de balayage: 90 vitesse d'analyse: 200 lignes/seconde angle instantané d'analyse: 1,5 mrad sensibilité thermique: 0,2 C 9

10 2.1 Appareil utilisé, de type BN2 10

11 2.1 Influence de divers paramètres. Saisons - Heures. Hauteur de vol. État de surface 11

12 2.1.1 Paramètres de vol : saisons et heures périodes climatiques extrêmes (estivale caniculaire ou gel hivernal) vols : fin de jour et fin de nuit Date Heure Température au sol 16h30-17h15 30 C 27 juillet h15-18h 30 C 17h15-18h 30 C 28 juillet h50-5h C 5h40-6h C 5h40-6h C 11h-11h30 11h30-12h 11h30-12h 2h30-3h30 2 C 3h30-4h30 2 C 26 Février 3h30-4h30 2 C h-16h 13 C 16h - 17h 13 C 16h 17h 13 C 12

13 2.1.2 Influence de la saison Été pieds Hiver pieds Anomalie 98 : non visible l hiver

14 2.1.3 Influence de l heure de vol indiscernable visible facilement discernable Bottes de paille Été 99-05h pieds Été 99-11h pieds Été 99-17h pieds Fin de journée : chaleur emmagasinée par le sol meilleur contraste 14

15 2.1.4 Influence de la hauteur de vol et résolution Altitude de vol (m) Pieds mètres Hauteur de vol (m) résolution au sol (m) largeur de la bande survolée (m) , , , ,

16 2.1.5 Influence de la hauteur de vol facilement discernables Boules de pailles Visibles indiscernables 22 Été pieds 22 Été pieds 22 Été pieds Résolution intéressante : entre 1400 pieds pieds Prochaine campagne (Eté 2000) : 1800 pieds 16

17 2.1.6 Résolution lignes HT Puits 5 5 Puits 5 Été 99-17h pieds Été 99-5h pieds 17

18 Influence de l état de surface Été 99-16h pieds Été h pieds Mise à nu du champ : apparition de l anomalie 7 18

19 2.2 QUELQUES RESULTATS DE LA PREMIERE CAMPAGNE 19

20 2.2 Repérage des puits de marnière visibles sur le terrain Puits de marnière bouchés (plaque de béton) Été : chaud Hiver : anomalie diffuse, plus froide que l encaissant Été 99-16h pieds Hiver 99-03h pieds 20

21 2.2. Repérage des puits de marnières non visibles sur le terrain (Correspondant à un indice de recensement) Été - fin de journée : cœur froid + parfois auréole chaude Hiver : anomalie diffuse, plus chaude que l encaissant Été 99-16h pieds Hiver 99-03h pieds 21

22 3. DEUXIEME ZONE D ÉTUDE CAMPAGNE ETE 2000/ HIVER

23 3.1 Test sur une zone de 100 KM 2 : anomalies été = = = = Les points indiquent le centre de l image capturée sur les thermographies indique une anomalie seule indique plusieurs anomalies bis = = = bis = = =

24 3.1 Sélection d anomalies en 2 étapes : 1- sur images, en fonction de: leur taille, leur position topographique, leur apparition été/hiver ( ) leur signature ( ) 59 indices retenus 2- l absence d indice sur le terrain 18 indices (RAS en surface, accès) 24

25 3.2 Décapages sur anomalies Décapage sur 18 anomalies 25

26 3.2. Test sur une zone de 100 KM 2 Anomalie RAS en surface à l examen terrain décapage positif - un puits de marnière découvert Été pieds Photographie du décapage du puits 26

27 3.3 Problème de localisation de l anomalie Image redressée Redressement images Décapage sur 14 anomalies 27

28 3.3 Décapage de l anomalie 70 Été pieds Décapage du puits 28

29 3.3 Décapage de l anomalie 446 Été pieds Décapage d un effondrement comblé 29

30 3.3 Synthèse N indice Structure découverte Forme de l indice Remplissage 336 puits Point sombre et tâche claire Débris végétaux, briques 446 Fracturation (remontée de fontis) Point clair+auréole sombre 446 bis Effondrement comblé Tâche claire+auréole sombre Poubelles, débris plastiques 70 Puits Point sombre+tâche claire Bouteille de verre, chaussure 263 Effondrement comblé Tâche sombre Argiles à silex 30

31 4. Conclusion 5.1 limite de la méthode 5.2 modélisation 5.3 coûts 5.4 perspectives 31

32 4.1 Limites de la radiométrie infrarouge thermique 1) Problème de localisation en environnement particulier : environnement thermique froid : bosquets, forêt, champs de maïs, prairies en été : faible écart thermique avec le puits puits comblés sur une hauteur importante : anomalie thermique du matériau de remblai 2) Repérage des anomalies sur les vols d hiver ) Vérification nécessaire sur le terrain 4) Contraintes des cultures pour intervention (organisation à long terme) 32

33 4.2 Modélisation Élaboration d un modèle de transfert thermique d une marnière vers la surface à travers un puits avec bouchon de 1 mètre anomalie pas décelable pour des profondeurs supérieures à 7-8 mètres 33

34 4.3 Coûts Acquisition : 50 centimes d Euro à l hectare Acquisition + traitement + temps terrain 1 Euro à l hectare 34

35 4.4 Perspectives. METHODE INTERESSANTE (hors agglomération) : 5 anomalies sur 18 retenues marnière. METHODE COMPLEMENTAIRE DANS LE CADRE D UN RICS (si validation de la méthode). AMELIORATION DE LA LOCALISATION : redressement, géophysique : partie 2 35

36 PARTIE 2 : UTILISATION D AUTRES METHODES GEOPHYSIQUE 36

37 1. Méthodes utilisées Le radar géologique L EM 31 L ARP Choix des méthodes : Rapidité d acquisition Utilisation en toutes configurations 37

38 1. Le radar géologique LE RADAR GEOLOGIQUE Principe de la mesure LE RADAR GEOLOGIQUE Représentation des résultats signal 2000/ /15469 Coupe-temps 38

39 1.Application Antenne de 80 MHz Antenne de 200 MHz 39

40 2. L EM 31 Méthode électromagnétique donnant la résistivité apparente du sous sol EM secondaire / EM primaire : conductivité apparente 40

41 3. ARP (SOCIETE GEOCARTA) Injection d un courant électrique Dipôles récepteurs Système en acquisition tracté par un quad 41

42 4. Site test Parcelle sur la commune d Epreville en Roumois présence d une anomalie infrarouge thermique documents d archives et plans 42

43 4. Vue du site test Anomalie 17 Puits visible 43

44 4. Zone de test Radar : profils tous les 1.50 m EM 31 : profils tous les 1.00 m ARP : profils tous les 1.00 m 44

45 5. Résultats Radar : 200 MHz et 400 MHz EM 31 : mode horizontal et vertical (environ 4 et 6 m de profondeur) ARP : conductivité apparente sur 3 profondeurs (0.50 m, 1 m et 2m) 45

46 5.1 Radar Antenne de 200 MHz- SIR ns profondeur 4.50 m 46

47 5.3 ARP 47

48 5.4 Décapage 3.50 m Zone de remblai 48

49 6. Conclusions Anomalies repérés par chaque méthode Chaque anomalie implantée sur terrain Décapage au droit des anomalies 49

50 50