LE GÉORADAR (GROUND PENETRATING RADAR OU GPR) Présenté par : Daoud Bouikiker Yassine Labssir Youssef Bouidi Encadré par : Mme WAFIQ Amina Module : Geophysique Appliquée

¶Introduction ¶Physique utile ¶Principes ¶Domaine d’application ¶Etudes de cas :  Etude de cavités de Zaouit Ech Cheikh  Etude de la faille de Hustai ¶limites d’application Plan : 2

GÉORADAR? Méthode d’imagerie électromagnétique A la différence des méthodes EM inductives, les signaux EM utilisés en géoradar sont si hautes fréquences que l’induction est négligeable Les courants de déplacement dominent largement sur les courants de conduction Il résulte que les ondes géoradar se propagent dans le sous-sol, comme les ondes sismiques 3

GÉORADAR Les courants de déplacement sont sensibles à la permittivité diélectrique (  ) du matériau et donc le géoradar sera sensible aux variations de  dans le sous-sol 4

PERMITTIVITÉ DIÉLECTRIQUE Lorsqu’un champ variable est appliqué, les particules constituant le matériau tendent à changer de position d’équilibre afin de compenser l’effet du champ. Ce phénomène de polarisation se fait pendant un temps minimum, dit de relaxation ; si le champ varie trop rapidement les particules n’ont pas le temps de se mouvoir. Pour la plupart des matériaux géologiques  =  0 = F/m Pour l’eau  = 81  0 !! (H 2 O : molécule polaire) GPR sensible à la teneur en eau 5

RELATIONS PERMITTIVITÉ-POROSITÉ Bricolons la loi de Wyllie 6 Relation empirique de Topp PHYSIQUE UTILE

RELATIONS PERMITTIVITÉ-POROSITÉ 7

PHYSIQUE UTILE La vitesse de propagation d’une onde électromagnétique est donnée par Au premier ordre, la profondeur d’une onde EM est de l’ordre de La résolution spatiale est de l’ordre de 8

VALEURS TYPIQUES Matériau VpVsResist Permitt Density Eau Argile Schistes Grès Tills Sables Calcaire XL altérées XL saines >

PRINCIPES 10

Cours GPR11 PRINCIPES Source Console Temps en ns E V/m Onde directe aérienne Directe sol 1ère Réfléchie 2ème Réfléchie 3ème Réfléchie … Récepteur Réfléchie aérienne

12 PRINCIPES

DOMINES D’APPLICATION Étude du sous-sol avant travaux pour localiser des canalisations. Recherche de couches minérales Détection des cavités souterrains. Recherche en archéologie. Auscultation d'ouvrages de génie civil. le diagnostic de site pollué.

14 MALA, GSSI, S&S

LIMITES D’UTILISATION Utilisation seule dans les sites urbain Complexité d’interprétation des coupes Impossible dans les matériaux de résistivité inférieure à 50 Ω. Dans les sous-sol argileux.

ETUDES DE CAS

ETUDE DE CAVITÉS DANS LA RÉGION DE ZAOUIT ECH CHEIKH Le sous-sol de la ville de Zaouit Ech Cheikh abrite un grand nombre de cavités souterraines naturelles de type karstique ou artificielles liées aux activités humaines. Ces cavités sont souvent à l’origine d’affaissements, voire même d’effondrements dangereux tant pour les vies que pour les biens. 15

éffondrement engendré par une cavité souterraine 16

Cadre géologique située au pied de la chaîne du Haut-Atlas dans la zone bordière des collines. la série stratigraphique :  Calcaires  calcaires dolomitiques  d’argiles rouges  basaltes doléritiques  dépôts travertineux tufeux,  gréseux, et conglomérats Lias inférieur Permo-trias Quaternaire 17

Localisation et géologie de la zone d’étude 18 1: Permotrias basaltes doleritiques marnes et argiles à niveau salifères 2 : lias inferieur domerien dolomie et calcaires dolomitiques 3 : Toarcien’aalenien dolomie 4 : Aalenien-dogger calcaires 5: Crétacé Grès marnes rouges et calcaires 6 : Tertiaire et quaternaire

Méthodologie 19

 Le programme de reconnaissance comprenait 14 profils de radar géologique, planifiés au préalable à l’intérieur du périmètre urbain de la ville  La méthode géophysique utilisée dans cette étude, est le radar géologique  L’objectif de ces mesures est de mettre en évidence les vides souterrains responsables des désordres et des indices d’instabilités  Les mesures ont été effectuées en utilisant un équipement de type Ramac manufacturé par de la société Mala Géosciences 20

: Localisation des profils de mesures géophysiques sur un plan de la Ville de Zaouit Echcheikh 21

Les mesures ont été effectuées en utilisant un équipement de type Ramac manufacturé par de la société Mala Géosciences antennes dont la fréquence centrale est de 200 MHz Cette méthode est cependant fortement influencée par la conductivité de l’encaissant qui provoque l’atténuation du signal et limite la profondeur d’investigation 22

Photo du levé du radar géologique à l’aide d’un équipement Rama 23

on observe des zones de forte énergie qui alternent avec des plages plus calmes. 24 Les données du radar géologique confirment l’hétérogénéité du sous-sol du site étudié qui se manifeste par une grande variation d’amplitude des échos enregistrés

25 nous interprétons en tant que cavités souterraines les anomalies du profil E1 et du profil E2 car elles correspondent à des zones résistives qui coïncident avec des réflexions de forte énergie

les plages résistives qui ont été systématiquement délimitées coïncident avec des réflexions de forte énergie

 Les cavités souterraines mises en évidence par la présente étude au niveau des profils E1 et E2 sont présentées en figure 7e,j. Ces cavités possèdent des formes différentes et de tailles variables. Certaines sont allongées verticalement, elle pourrait correspondre à des fosses septiques  Les autres cavités représenteraient soit des vides karstiques, soit des zones de prélèvements des matériaux gréseux de construction. 27

Effondrement du toit de la cavité souterraine C2mise en évidence au niveau du profil E1 28

Les résultats très encourageants qu’on a obtenu, nous permettront d’étendre la couverture géophysique à l’ensemble du périmètre urbain de la ville de Zaouit Ech Cheikh dans l’objectif d’établir une carte détaillée des vides souterrains contenus dans ses terrains de fondation 29

Le géoradar en tectonique active cas de la faille de Hustaï (MONGOLIE) 30

Le géoradar en tectonique active cas de la faille de Hustaï (MONGOLIE) o L’extrémité Est de la faille de Hustaï se situe à moins de 20 km à l’ouest de Ulaanbaatar. o Elle s’étend sur près de 80 km vers l’ouest-sud-ouest o La sismicité, dont la fréquence s’est intensifiée depuis 2005, est principalement localisée sur deux grappes distinctes o La première se situe sur son extrémité est, tandis que la seconde se concentre sur la limite ouest de la figure 9, à environ 70 km de la zone urbaine de Ulaanbaatar. o C’est au sein de cette deuxième zone que les investigations géoradar ont été réalisées. Les mesures géoradar représentent un travail préliminaire dans la zone, dont l’objectif est la caractérisation de la faille de Hustaï. 31

Méthodologie Deux secteurs sont retenus pour investigations géoradar:  ZO dont les profils ont été effectués sur des dépôts alluviaux ZE en amont des dépôts alluviaux Dans la zone ouest, 5 profils RTA (50 Mhz) ont été effectués, mesurés du nord vers le sud (de l’amont vers l’aval) et perpendiculaires à la faille Localisation des profils géoradar sur les zones ZO (a) et ZE (b) 32

Les données ont été acquises avec deux antennes de fréquences différentes: antenne RTA (50 MHz) ont été effectués perpendiculairement à la faille dont le but est la localisation précise du plan de faille antenne de 500 MHz ont été effectuées pour préciser sa géométrie en proche surface Localisation des profils géoradar sur les zones ZO (a) et ZE (b) 33

Résultats  La visualisation des profils RTA (50 MHz) indique une grande hétérogénéité du sous-sol, malgré une profondeur d’investigation modérée (de 10 à 15 m)  Les faciès utilisés et extraits des profils RTA (50 MHz) sont: (a) Faciès chaotique hachuré (b) Faciès chaotique ©Faciès à réflexion continue subhorizontale ou subparallèle à la topographie (d) Faciès à réflexion pentée (e) Faciès fortement atténué 34

Description des profils La zone ouest (ZO):  Les trois profils RTA les plus représentatifs de la zone ZO (1, 3 et 4,) sont affichés sur la figure faciès principalement chaotique  Le profil 1 (a) présente trois faciès principaux : chaotique mais beaucoup plus atténué faciès à réflexions horizontales une réflexion horizontale une forte réflexion inclinée, d’un pendage de 34° à 95 m une réflexion subhorizontale  Les profils 2 et 5, ne sont pas présentés car ils ne présentent aucune structure particulière Profils 1, 3 et 4 de la zone ZO mesurés avec l’antenne 50MHz 35

Interprétation des profils o Le profil 1 (a) est localisé sur le bord de la vallée, à proximité des collines. Les faciès chaotiques sont interprétés comme un signal représentatif de la géologie environnante (i.e. socle altéré). zones plus altérées circulation d’eau plus importante conductivité électrique plus importante diminution de la profondeur de pénétration. o La partie fortement atténuée (de 280 à 360 m) est considérée comme une zone de déformation due à la faille 36

La fin du profil a dépôts sédimentaires charriés par la vallée réflexions subhorizontale s interprétées comme du dépôt sédimentaire o Les profils b et c se situent plus au centre de la vallée, où le faciès à réflexion subhorizontale est plus marqué, ce qui est cohérent avec une augmentation de l’épaisseur des sédiments vers le centre de la vallée. faibles profondeurs de pénétration interprétées comme des zones à plus forte concentration en argile. Interprétation des profils 37

Zone Est (ZE) : Les trois premiers profils de la deuxième zone sont représentés sur la figure Ils présentent de grandes similarités entre eux : une forte réflexion avec un pendage vers le sud (vers l’aval) est observée jusqu’à 12 m de profondeur environ. Ces réflexions, sont interprétées comme le plan de faille profils 1, 2 et 3 de la zone ZE, mesurés avec l’antenne 50 MHz 38

Conclusion  la sismicité et les images satellitaires ont permis de reconnaitre la faille de Hustai et d’y choisir un site d’étude pour le géoradar  Les données géoradar ont été effectuées a la limite ouest d’une des grappes de sismicité  Les données géoradar ont permis de localiser et de préciser la géométrie du plan de faille 39

CONCLUSION GÉNÉRALE Le géoradar est un outil de mesure précieux et ses domaines d’utilisations sont multiples (génie civil, exploration spatiale, déminage…). Bien qu’il s’agisse d’un Investissement lourd, sa non destructivité permet de réduire les coûts de réalisation des gros œuvre dans le cas d’une application en génie civil.

Merci pour votre attention