Traitement des prols GPR

Les données GPR, comme les données sismiques ou géophysiques de manière plus géné-rale, doivent subir un post-traitement pour éliminer les artefacts inhérents à l'acquisition sur le terrain. Ces traitements, identiques à ceux réalisés en sismique, permettent alors une meilleure interprétation des résultats d'un point de vue sédimentologique. Bien que la qualité des données peut être améliorée lors du traitement, l'utilisateur doit composer avec des limitations directement liées à la nature du terrain et/ou à la conguration du matériel. Ce paragraphe décrit les principaux traitements appliqués aux données radar brutes.

a) Correction de la position zéro

Les traces radar sont ré-alignées entre elles par rapport au premier réecteur, qui correspond à l'onde directe se propageant dans l'air. Le temps séparant l'impulsion et l'arrivée de la première onde directe peut légèrement varier. Cette dérive temporelle est généralement liée à des variations de température du matériel, ou à des câbles endom-magés. Les réecteurs primaires seront eux aussi décalés les uns par rapport aux autres.

Le temps d'arrivée de l'onde directe est ensuite soustraite à tous les temps doubles de parcours, an de placer la surface du sol au temps zéro.

b) Filtres, déconvolution et ajustement du gain Filtres

Du fait du temps très court qui sépare les impulsions, et la grande quantité d'énergie renvoyée par les ondes directes (air et sol), l'antenne réceptrice peut saturer. Lorsque cela se produit, une oscillation très basse fréquence (appelée wow en anglais) se surimpose sur la trace aux signal haute fréquence correspondant aux réecteurs. Un ltre passe-haut ( dewow ) est appliqué sur les données pour supprimer cet artefact. Pour chaque an-tenne utilisée, la valeur du ltre passe-haut utilisé correspond à la borne inférieur du ltre passe-bande reporté dans la Tableau III.1.

Le bruit haute fréquence est supprimé à l'aide d'un ltre passe-bas appliqué sur chaque trace. Les valeurs utilisées pour chaque antenne sont reportées dans le Tableau III.1 (borne supérieure du ltre passe-bande).

Enn, un ltre spatial est appliqué sur l'ensemble des prols pour supprimer le bruit de fond, qui se traduit par des lignes horizontales parcourant le prol. Appelé couramment background removal , ce ltre soustrait à chaque trace la moyenne des traces sur une distance de 20 m (soit 1 000 scans à raison de 50 scans/m). Cet outil doit toutefois être uti-lisé avec précaution sous peine d'atténuer les réecteurs primaires horizontaux de grande extension spatiale.

Déconvolution

Le but de la déconvolution est de maximiser la bande-passante et de réduire la dispersion du pulse électromagnétique émis, an d'augmenter la résolution verticale. Toutefois, elle

Fig. III.8 Déformation géométrique des réecteurs, liée à la forme du front d'onde. a) Équi-distance des points le long d'un front d'onde. b) Modication de la pente d'un réecteur. Modié d'après Neal (2004).

est surtout utilisée pour réduire la dispersion du pulse. La transformation du pulse (ayant la forme d'un oscillateur amorti) en un dirac permet de supprimer en grande partie la résonance et les multiples qui en sont la conséquence.

Gain

La puissance du signal radar s'atténue avec la profondeur (c.f. Eq. III.3). L'intensité des réecteurs est augmentée par ajout de gain avec la profondeur, an d'obtenir une homo-généité sur la verticale. Diérents types de gains existent, dépendant de l'utilisation nale des données. Ici, un simple gain linéaire augmentant avec la profondeur a été appliqué aux données brutes. Encore une fois, l'utilisation du gain doit être menée avec prudence, car elle présente le risque d'amplier certains artefacts.

c) Migration

La migration est une déconvolution spatiale qui permet de reconstruire une géométrie correcte de la sub surface. Elle corrige les eets de diraction, de distortion et de modica-tion des pendages dus au fait que l'antenne radar émet et reçoit l'onde électromagnétique sous forme d'un cône. En eet, l'idée que la réection du signal enregistrée sur une trace provient d'un point directement à l'aplomb de l'antenne est fausse. La réection enregis-trée par l'antenne réceptrice peut provenir de n'importe quel point en profondeur qui se situerait sur le front de l'onde émise (Fig. III.8a). Il en résulte :

Un déplacement des points réecteurs en aval-pendage, de telle sorte que le réecteur imagé présente un pendage apparent plus faible que le pendage réel (Fig. III.8b).

L'apparition d'hyperboles de diraction générées par des points réecteurs isolés (canalisations, objets métalliques enfouis, ou toute particule dont la taille est grande devant la longueur d'onde du signal radar), qui peuvent masquer les réecteurs primaires sousjacents (Fig. III.9b).

Il existe diérents algorithmes de migration, qui se basent sur un modèle de vitesse pour estimer les déformations géométriques, et re-concentrer l'énergie diractée au niveau des

III.2. Prospection par géoradar haute fréquence : Principe, méthodes et traitements

Fig. III.9 Génération d'une hyperbole de diraction par un point réecteur isolé. a) Distances réelles d'un réecteur ponctuel par rapport à diérentes positions de l'antenne. b) Distances interprétées à l'aplomb de l'antenne lors de l'acquisition. c) Hyperboles résultantes sur un prol radar. Modié d'après Neal (2004).

points réecteurs. Dans le cadre de cette étude, une migration de Kircho est employée.

d) Conversion temps profondeur

Une bonne interprétation des prols radar repose sur une bonne estimation des prols de vitesse dans le milieu étudié. La vitesse de propagation de l'onde peut être estimée par diverses méthodes :

La technique du point-milieu commun (ou CMP pour Common Midpoint) consiste à estimer la vitesse de propagation de l'onde en faisant varier pas après pas la distance entre une antenne émettrice et une antenne réceptrice, et en mesurant les diérences de temps double de parcours. Si cette technique donne des résultats précis, elle nécessite l'utilisation de deux antennes.

Il est parfois possible de comparer un prol radar à la réalité de terrain , en réalisant des tranchées ou des carottages. La corrélation entre un réecteur radar et une discontinuité lithologique ou un objet enfoui permet d'estimer la vitesse et de

convertir le temps double de parcours en une profondeur.

La méthode de l'ajustement hyperbolique repose sur le principe que la forme des hyperboles de diraction (écartement des branches) est une fonction de la fréquence de l'antenne et de la vitesse de propagation de l'onde dans le milieu considéré. Il sut alors de localiser une hyperbole de diraction sur un prol radar, et d'eectuer une régression pour obtenir l'information de vitesse.

Ces diérentes méthodes permettent d'estimer les vitesses de propagation avec une erreur d'environ10%. Si en réalité la vitesse de propagation n'est pas constante sur la profondeur, cette estimation de premier ordre est susante pour une interprétation des géométries et de l'architecture sédimentaire.

Ici, la vitesse de propagation de l'onde électromagnétique (Tableau III.1) dans le sédiment est estimée par la technique des hyperboles, et vériée par la suite par calage avec les don-nées de terrain (repérage de discontinuités lithologiques fortes au niveau des tranchées et des carottes).

e) Corrections topographiques

Les prols radar enregistrés sur le terrain ne prennent pas en compte les variations topographiques le long du transect. Pourtant, la correction topographique est essentielle pour une représentation juste des géométries (pendages). La topographie est introduite dans le prol en décalant les traces radar sur la verticale les unes par rapport aux autres. Il est donc nécessaire d'eectuer un relevé topographique précis de la zone étudiée. Les outils les plus souvent employées sont le théodolithe (Neal et al., 2002b; Zenero et al., 1995), le GPS diérentiel (Bennet et al., 2009; Dickson et al., 2009), ou l'utilisation de levé Lidar (Laser Aéroporté) haute résolution (Lindhorst et al., 2008; Clemmensen et Nielsen, 2010).

Dans le cadre de notre étude, la position et la topographie de chaque prol radar est relevée à l'aide d'un théodolithe (station totale Leica TPS410C - Fig. III.6) et d'un GPS.

III.2. Prospection par géoradar haute fréquence : Principe, méthodes et traitements