Nouvelles applications du radar géophysique (utilisations à très hautes fréquences)

Ces innovations ont été présentées aux dernières journées AGAP Qualité, les 7 et 8 novembre 2002.
Cette association, dont le Lerm est un membre actif, a pour but de promouvoir la bonne utilisation des méthodes en géophysique appliquée.

La technique d'auscultation non destructive par radar géophysique est depuis plusieurs années en plein développement.
Le Lerm participe activement au développement de la méthode, en élargissant son champ d'application, par l'optimisation du matériel, et notamment par la mise au point d'antennes radar spécifiques, sur le plan pratique, en améliorant leur maniabilité, mais aussi sur le plan électronique, en optimisant leurs performances.

Aujourd'hui, nous vous présentons deux applications spécifiques de cette technique :

Reconnaissance précise de ferraillages
L'évaluation de la teneur en eau des matériaux

Le matériel mis au point

Les auscultations par radar à haute résolution pour les faibles profondeurs d'investigation nécessitent l'emploi de fréquences très élevées. Actuellement, les fréquences utilisées sont de 1,5 voire 1,8 GHz mais certaines applications nécessitent des fréquences encore supérieures avec des antennes spécifiquement adaptées.

C'est pour cela que le Lerm a développé une antenne bi-fréquence compatible avec un système radar (GSSI).

L'antenne dispose de deux émetteurs, l'un centré sur une fréquence de 1,2 GHz, l'autre sur une fréquence de 2,5 GHz. En fonction de l'application souhaitée, l'utilisateur peut sélectionner la configuration de son choix : 1,2 GHZ seul, 2,5 GHZ seul ou les deux fréquences simultanées sur le même canal d'enregistrement. Le gros avantage de l'utilisation en mode bi-fréquence est de pouvoir détecter simultanément des cibles proches (haute résolution dans les 20 premiers centimètres) et des cibles plus éloignées (jusqu'à 1,5 m).

Application à la reconnaissance de ferraillage

L'objectif de l'étude menée était de contrôler la présence et la position d'armatures de renfort disposées dans une dalle béton préfabriquée alvéolaire, elle-même recouverte d'une dalle rapportée armée (treillis de 15x15 cm). Les armatures de renfort sont théoriquement placées dans des alvéoles vides à l'origine, puis remplie de béton lors de leur mise en place et selon une alternance définie.

Les différents éléments sont détectés aux deux fréquences mais l'enregistrement à 2,5 GHz permet de distinguer beaucoup plus clairement les alvéoles vides et les aciers disposés dans les alvéoles pleines à environ 20 cm de profondeur, confirmant ainsi la conformité avec la structure théorique.
Plus généralement, l'antenne fréquence de 2,5 GHz permet de détecter :

Des décollements de quelques millimètres entre deux matériaux
Des vides centimétriques
Des aciers proches les uns des autres ( = 2 cm)
Des éléments situés derrière un réseau d'armatures à maille serrée (grillage 5x5 cm)
Etc…

Application à la mesure de teneur en eau

L'objectif de l'étude est de mesurer les variations de teneur en eau dans des blocs de calcaire, en carrière. Sachant que, pour un matériau donné, les valeurs de constante diélectrique (permittivité relative) dépendent essentiellement de la teneur en eau, des mesures de vitesse de propagation de l'onde radar ont été réalisées.
Les mesures ont été faites en surface des blocs, en continu, selon des séries de profils parallèles.
Les délais d'arrivée de l'onde sont convertis en valeurs de constante diélectrique présentées sous forme cartographique.

Les valeurs de constante diélectrique les plus fortes correspondent aux zones les plus humides. Il est donc possible, dans un premier temps, de détecter de manière qualitative les variations d'humidité dans les 10 premiers centimètres de profondeur environ.

Ensuite, la conversion des valeurs de constante diélectrique en teneur en eau ne peut se faire qu'après étalonnage par des mesures physiques de teneur en eau sur des prélèvements d'échantillons dans des zones sèches et humides. Pour chaque échantillon, la teneur en eau (pourcentage en poids) est obtenue avant et après étuvage à 70°C.

Dans ce cas, la corrélation suivante a pu être établie :

Le système mis au point permet d'obtenir des résultats avec une précision d'environ ± 1% sur les valeurs absolues de teneur en eau.
Conclusion

Les essais menés en laboratoire ou sur site montrent que l'utilisation d'antennes radar optimisées à des fréquences adéquates, permet de nouvelles applications du radar :

Détection et positionnement précis, à faible profondeur de vides, de petits décollements, notamment entre un revêtement mince et son support (enduit, dallage, enrobé…)

Reconnaissances de ferraillage dans des structures en béton de faible épaisseur ou de faibles dimensions (zones d'accès difficile), densément armées

Détection séparée d'aciers peu espacés, recouvrement de treillis…

Estimation directe des variations relatives d'humidité dans les premiers centimètres de profondeur, et mesure possible de la teneur en eau des matériaux

Si vous souhaitez plus d'informations concernant les différentes méthodes géophysiques utilisées au Lerm, et leurs applications n'hésitez pas à contacter Jean Luc Garciaz