TEST DE DETECTION DE PUITS DE MARNIERE EN NORMANDIE Raphaël BENOT Laboratoire des Ponts et Chaussées de Rouen Novembre 2005
PARTIE 1 : essai de la radiométrie infarouge-thermique 1 Utilisation de la radiométrie infrarouge thermique 2 Première zone d étude : Campagne été 1999/hiver 2000 3 Deuxième zone d étude : Campagne été 2000/hiver 2001 4 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
PARTIE 1 : UTILISATION DE LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGE 3
1. Modèles d anomalies attendues : hypothèses été, fin de journée T Puits de marnière : température constante de 14-15 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
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 1019 1018 1017 1016 1015 1014 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 1013 1012 1011 1010 109 108 Infrarouge EHF SHF UHF VHF IR Télédétection active (Ondes émises) 3 4 5 6 8 10 15 30 Moyen IR IR thermique IR lointain 8 m 15 m 30 m 107 HF 300 m 106 LF et MF 5
2. PREMIERE ZONE D ÉTUDE campagne Été 1999- Hiver 2000 6
2. Zone d étude : commune d Epreville en Roumois - 27-7
2. Carte de localisation de la zone test 8
2.1 Paramètres d acquisition vitesse de l avion (BN2) : 200-300 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
2.1 Appareil utilisé, de type BN2 10
2.1 Influence de divers paramètres. Saisons - Heures. Hauteur de vol. État de surface 11
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 1999 17h15-18h 30 C 17h15-18h 30 C 28 juillet 1999 4h50-5h40 15-17 C 5h40-6h15 15-17 C 5h40-6h15 15-17 C 11h-11h30 11h30-12h 11h30-12h 2h30-3h30 2 C 3h30-4h30 2 C 26 Février 3h30-4h30 2 C 2000 15h-16h 13 C 16h - 17h 13 C 16h 17h 13 C 12
2.1.2 Influence de la saison 98 98 Été 1999-2400 pieds Hiver 2000-2000 pieds Anomalie 98 : non visible l hiver 2000 13
2.1.3 Influence de l heure de vol indiscernable visible facilement discernable Bottes de paille 22 22 22 Été 99-05h00-1400 pieds Été 99-11h00-1400 pieds Été 99-17h00-1400 pieds Fin de journée : chaleur emmagasinée par le sol meilleur contraste 14
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) 3700 1125 1000 1,5 2000 2400 725 600 0,90 1200 1800 550 425 0,63 850 1400 425 300 0,45 600 15
2.1.5 Influence de la hauteur de vol facilement discernables Boules de pailles Visibles indiscernables 22 Été 99-1400 pieds 22 Été 99-2400 pieds 22 Été 99-3700 pieds Résolution intéressante : entre 1400 pieds - 2400 pieds Prochaine campagne (Eté 2000) : 1800 pieds 16
2.1.6 Résolution lignes HT Puits 5 5 Puits 5 Été 99-17h00-2400 pieds Été 99-5h00-2400 pieds 17
2.1.7. Influence de l état de surface 6 28 6 28 7 28 28 30 30 28 30 30 30 Été 99-16h40-2400 pieds Été 2000-17h00-1800 pieds Mise à nu du champ : apparition de l anomalie 7 18
2.2 QUELQUES RESULTATS DE LA PREMIERE CAMPAGNE 19
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 10 10 Été 99-16h47-2400 pieds Hiver 99-03h02-2000 pieds 20
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 99-16h47-2400 pieds Hiver 99-03h02-2000 pieds 21
3. DEUXIEME ZONE D ÉTUDE CAMPAGNE ETE 2000/ HIVER 2001 22
3.1 Test sur une zone de 100 KM 2 : anomalies été 2000 59 60 122 62 64 63 61 187 189 188 247 191 65 124 190 248 192 949 194 1 66=125 123=192 193 195 251 2 4 252 3 126 6 5 67 128 127 129 197 316 319 321 323 325 317 318 386 457 458 385 539 320 504 503 322 461 459 324 384 383 388 460 382 387 540 507 463 506 505 462 389 464 196 200 198 7 8 68 10 9 76 199 201 254 255 256 253 543 257 326=392 390 391=465 508 544 466 467 258 327 393 70 468 545 394 202 259 11 260 328 Les points indiquent le centre de l image capturée sur les thermographies indique une anomalie seule indique plusieurs anomalies 12 14 13 15 16 130 131 395 73 72 203 261 329 509 71 204 206 547 205 330 331 262 263 332 75 18 17 132 74 207 264 77 133 78 19 134 133 bis 208 265 335 398 334 333 396 397 400 469 548 470 267 266 399 549 80 474 81 209 21 20 82 401 22 23 24 79 268 336 210 403 472 550 337 404 510 83 84 211 406 407 25 213 269 135 405 270 338 408 27 85 212 212 473 26 409 214 136 25 27 29 28=26 31 212 270 89 85 87=136 238 473 32 88 30 137 90 138 93 214 215 217 272 410 551 552 271 34 33 36 94 37 39 35 38 40 95 139 140 216 218 273=341 340 339 415 412 413 411 475 511 414 219 141 220 416 342 419 474 478 418 417 476 512 555 554 96 477 41 97 42 43 98 144 142 143 145 144 bis 274 344 343 421 420 480 221 44 44 47 49 45 48 100 346 99 146 222 275 276 102 153 101 152 147 277 349 149 223 345 423 347 348 422 479 513=552 553 514 148 425 482 515 150 225 350=278 426 481 483 556 427 281 154 151 224 280 279 351 429 428 516 430 484 104 51 103=155 157 156 352 226 227 353 431 485 557 558 282 158 284 283 355 354 50 159 286 434 433 432 486 517 517 52 285 356 436 435 559 105 23
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
3.2 Décapages sur anomalies Décapage sur 18 anomalies 25
3.2. Test sur une zone de 100 KM 2 Anomalie 336 - RAS en surface à l examen terrain décapage positif - un puits de marnière découvert Été 2000-1800 pieds Photographie du décapage du puits 26
3.3 Problème de localisation de l anomalie Image redressée Redressement images Décapage sur 14 anomalies 27
3.3 Décapage de l anomalie 70 Été 2000-1800 pieds Décapage du puits 28
3.3 Décapage de l anomalie 446 Été 2000-1800 pieds Décapage d un effondrement comblé 29
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
4. Conclusion 5.1 limite de la méthode 5.2 modélisation 5.3 coûts 5.4 perspectives 31
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 2001 3) Vérification nécessaire sur le terrain 4) Contraintes des cultures pour intervention (organisation à long terme) 32
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
4.3 Coûts Acquisition : 50 centimes d Euro à l hectare Acquisition + traitement + temps terrain 1 Euro à l hectare 34
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
PARTIE 2 : UTILISATION D AUTRES METHODES GEOPHYSIQUE 36
1. Méthodes utilisées Le radar géologique L EM 31 L ARP Choix des méthodes : Rapidité d acquisition Utilisation en toutes configurations 37
1. Le radar géologique LE RADAR GEOLOGIQUE Principe de la mesure LE RADAR GEOLOGIQUE Représentation des résultats signal 2000/15469 2000/15469 Coupe-temps 38
1.Application Antenne de 80 MHz Antenne de 200 MHz 39
2. L EM 31 Méthode électromagnétique donnant la résistivité apparente du sous sol EM secondaire / EM primaire : conductivité apparente 40
3. ARP (SOCIETE GEOCARTA) Injection d un courant électrique Dipôles récepteurs Système en acquisition tracté par un quad 41
4. Site test Parcelle sur la commune d Epreville en Roumois présence d une anomalie infrarouge thermique documents d archives et plans 42
4. Vue du site test Anomalie 17 Puits visible 43
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
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
5.1 Radar Antenne de 200 MHz- SIR 3000 120 ns profondeur 4.50 m 46
5.3 ARP 47
5.4 Décapage 3.50 m Zone de remblai 48
6. Conclusions Anomalies repérés par chaque méthode Chaque anomalie implantée sur terrain Décapage au droit des anomalies 49
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