Cas d’usage de Bordeaux Métropole

Nous avons étudié une partie de la ville de Bordeaux Métropole en Gironde afin de démontrer quelques applications utilisées de l’InSAR pour l’étude de la subsidence ou de l’affaissement des sols. On observe assez facilement l’effet des nouvelles constructions sur l’enfoncement des couches superficielles aux points des nouvelles constructions. Dans certaine zone, il est aussi possible avec l’iInSAR de retrouver le tracé des rivières souterraines, qui, avec le temps, on est tendance à favoriser, elles aussi, la subsidence.

Cette carte illustre la pente de déplacement du sol mesurée par interférométrie radar (InSAR), une technique de télédétection, sur la métropole bordelaise. Les points bleus indiquent le taux de déplacement vertical du sol, avec des valeurs exprimées en millimètres par jour (mm/jour). Des valeurs proches de zéro (zones en bleu clair) suggèrent un mouvement minimal du sol, tandis que les valeurs négatives plus élevées (zones en bleu foncé) indiquent une subsidence plus importante.

La carte en arrière-plan fournit un contexte géographique, avec des repères urbains, des cours d’eau et des routes. Ces informations sont essentielles pour surveiller l’évolution des déplacements du sol, ce qui est particulièrement pertinent pour la planification urbaine et la prévention des risques liés à la stabilité du sol dans les zones urbaines densément peuplées.

Cette image représente la distance minimale de chaque point géoréférencé par rapport aux cours d’eau et surfaces hydrographiques les plus proches dans la métropole bordelaise. Les données hydrographiques ont été obtenues à partir de la Base de Données Topographiques de l’IGN (BD TOPO) en utilisant des fichiers SHP pour les cours d’eau et les surfaces hydrographiques.La distance a été calculée en utilisant la méthode de proximité spatiale qui détermine le point le plus proche sur le cours d’eau ou la surface hydrographique pour chaque point de données dans le GeoDataFrame.

Les couleurs de la carte passent du rouge (distance courte) au blanc (distance plus longue), indiquant la proximité relative à l’eau. La présence de cours d’eau et de surfaces hydrographiques est un facteur crucial dans la planification urbaine et la gestion des risques d’inondation, en particulier dans des zones densément peuplées et urbanisées comme Bordeaux. Cette visualisation aide à identifier les zones qui pourraient nécessiter des mesures de protection contre les inondations ou des considérations particulières en termes d’aménagement du territoire.

Cette localisation correspond à un immeuble qui s’est effondré dans la nuit du 20 au 21 juin 2021, un événement souligné par la ligne rouge en pointillés. Les données, acquises via la technologie InSAR et fournies par le Service Européen de Mouvement du Sol (EGMS), calibrées (niveau 2b) en configuration ascendante, révèlent une fluctuation notable du déplacement avant l’incident suivi d’une perte significative de signal après l’effondrement. Cette séquence illustre le potentiel de l’InSAR pour le suivi précis et l’analyse des événements impactant l’environnement urbain.

L’InSAR est une technique de surveillance spatiale qui utilise l’imagerie radar pour mesurer les mouvements du sol au cours du temps. L’acronyme InSAR* signifie « Interférométrie par Radar à Synthèse d’Ouverture ». En termes simples :

• Interférométrie : technique basée sur l’interférence des ondes* pour mesurer des variations précises.
• Radar* : méthode utilisée pour détecter la position et le mouvement d’objets en envoyant des ondes radio et en analysant l’écho reçu.
• À Synthèse d’Ouverture : cette partie décrit comment le radar utilise le mouvement du satellite pour simuler une très grande antenne, améliorant ainsi la résolution des images capturées*.

Ensemble, l’InSAR permet de créer des images très détaillées de la surface de la Terre, et de mesurer comment elle bouge avec une précision incroyable, même de quelques millimètres, ce qui est essentiel pour surveiller les changements environnementaux, les risques naturels, et bien plus.

InSAR : Interferometric Synthetic Aperture Radar

L’interférence des ondes : L’interférence des ondes se produit lorsque deux ondes se rencontrent. Elles peuvent s’ajouter pour former une onde plus grande (interférence constructive) ou se soustraire et diminuer en intensité (interférence destructive), créant ainsi un motif unique. Ce phénomène permet de mesurer des variations très fines lorsque les ondes interagissent.

Radar : Le mot « radar » est un acronyme pour « Radio Detection And Ranging », qui se traduit par « Détection et Localisation par Radio » en français.

Résolution : Une très grande antenne permet une meilleure résolution en radar car elle capte plus de détails, distinguant clairement des objets proches entre eux.

Lorsqu’un satellite survole une zone, l’image radar obtenue fournit deux informations pour chaque pixel : l’amplitude et la phase. L’amplitude indique la réflectivité de la surface imagée, tandis que la phase reflète l’état vibratoire de l’onde à son retour au capteur, état qui dépend en partie du temps de trajet aller-retour de l’onde. Si une cible est observée à deux reprises à un intervalle de temps court, il est possible, sous certaines conditions, de déterminer un éventuel déplacement relatif de celle-ci en effectuant la différence de phase des images acquises dans la même configuration. Cette technique est appelée interférométrie SAR ou InSAR.

L’InSAR est une technique qui présente un fort potentiel pour la phase d’exploitation, car elle ne nécessite pas d’intervention sur le terrain, elle assure une continuité avec les mesures de la phase de stabilisation et elle permet de réaliser des études historiques des déplacements à partir des archives. Cette solution est particulièrement intéressante pour le suivi du réseau routier, des ponts et des voies ferrées, afin de détecter les déformations du milieu environnant ou de l’ouvrage et de prévenir les risques et les coûts de réhabilitation. Aurigami GIE a réalisé un tel suivi sur un secteur de l’autoroute de la Maurienne, au niveau de Modane, et a pu confirmer les résultats avec l’instrumentation terrestre.

L’interférométrie radar satellitaire a connu un développement important ces 15 dernières années, tant sur le plan méthodologique que sur le plan des données. La capacité de mesurer des déplacements faibles et lents, à grande échelle, fait de l’InSAR une technique très pertinente pour l’auscultation topographique. Contrairement à une technique récente comme la photogrammétrie par drone, qui a une précision de quelques centimètres et qui limite son utilisation, l’InSAR peut être utilisée pour toutes les phases d’un projet du génie civil, de la conception à l’exploitation, en passant par la construction.

Ainsi, l’InSAR est un outil complémentaire à l’auscultation topographique traditionnelle, et se distingue par sa capacité unique à réaliser des rétro-analyses à partir des données archivées.