Etudes sur la technique d’interférométrie

INTRODUCTION 

La géologie de la haute terre centrale est constituée d’alluvion fluviale récente. Ces vallons à sols hydromorphes sont tourbeux et sableux en amont du réseau, plus argileux en aval, pour passer à des véritables alluvions argileuses. Le plateau porte de sol ferralitique rouge très bien draines. Ils se prolongent par des altérites très épaisses (10 à 30 mètres au-dessus du socle sain). Ce manteau d’altération loge une nappe phréatique altérite permanente situe entre 8 et 15 mètres dont l’ampleur de fluctuation est de l’ordre de 3 mètres. Cette nappe émerge en bas de versant et alimente le bas fond. Le fokontany d’ankorondrano se trouve dans cette zone géologique décrit ci-dessus qui n’est pas fait pour les grandes constructions. Or, depuis quelques années, cette zone fait place à des constructions de grand bâtiments (par exemples la tour orange, tranofitaratra..). Alors, l’objet notre étude va se basée sur la conséquence de ces constructions sur la stabilité du sol. De ce point de vue, c’est une zone exemplaire pouvant montrant des déformations et de mode variés. Si l’information donnée par la géologie reste primordiale dans l’étude de la stabilité d’une zone, celle-ci passe aussi, pour une grande part, par l’étude des déformations actuelles de la surface. L’interférométrie radar est une technique relativement récente permettant de mesurer une partie du vaste spectre des déformations de surface induite par des divers phénomènes. Cette technique permet de mesurer actuellement des déformations centimétriques (avec une grande sensibilité sur la composante verticale), sur des bandes de sol larges de 250 km (SENTINEL 1A), couvrant la quasi-totalité des surfaces émergées. L’information est fournie sous forme d’image avec une résolution spatiale décamétrique et la répétitivité des mesures varie du jour au mois. Depuis la première application de l’interférométrie radar à l’étude de phénomènes tectoniques par Massonnet et al. [1993], l’intérêt et le potentiel de cette technique ont été largement démontrés par diverses applications régionales [Massonnet et Feigl 1998; Bürgmann et al]. 2000a; Zebker et al. 2000]. Ce mémoire se positionne donc d’une part sur la déformation du sol et d’autre part, sur l’utilisation d’un outil de télédétection, le radar. Cette utilisation implique une technique particulière pour mesurer des déplacements de la surface terrestre. Toutefois, ce mémoire ne se place pas dans un problématique exclusivement liée à la déformation. L’objectif principal de ce mémoire est de montrer comment l’utilisation de cette technique de télédétection peut permettre d’avancer, par rapport aux connaissances existantes, 3 compréhension et évolution des déformations dans la zone d’étude. Nous cherchons à savoir comment, où et dans quelle mesure l’interférométrie radar peut être appliquée. L’interférométrie radar utilise deux images radar d’une même zone, acquises dans des conditions similaires mais à des dates différentes. L’obtention de l’information sur les déplacements se fonde sur l’existence de différences mesurables entre les deux images, engendrées par certains déplacements finis de la surface terrestre ayant lieu entre les deux acquisitions. Les images radar utilisées sont obtenues à partir d’un radar à ouverture synthétique (abrégé en SAR : Synthetic Aperture Radar). En pratique, les images acquises à partir de satellites sont actuellement les plus utilisées en interférométrie radar. Nous limiterons donc notre étude à ce type d’image, et nous insisterons plus particulièrement sur l’utilisation des images issues des satellites SENTINEL-1 qui ont été exploitées dans nos études sur la zone d’étude. Dans l’idéal, un tel sujet ferait appel à une étude exhaustive qui éprouverait différentes mises en œuvre de l’interférométrie et les appliquerait à sur une zone très plus vaste. Pour des raisons pratiques liées au nombre d’images dont nous pouvions disposer, une telle étude n’était pas envisageable; des choix ont donc dû être faits. Nous avons adopté dans ce mémoire le plan décrit ci-dessous Le chapitre I explique la généralité sur le système radar, le principe de fonctionnement du radar et le radar à ouverture synthétique(SAR). Dans le chapitre II, on traite le principe et limite de mesure interférométrique, le principe de la mesure de déplacement, puis les sources d’erreur en interférométrie et enfin le choix des données. Dans le chapitre III, on parlera du contexte géologique et géomorphologique de la zone, puis on verra les informations fournies par l’interférométrie radar enfin la relation entre la géologie de la zone et les informations fournie par l’interférométrie radar. Pour enfin aborder dans le chapitre IV une discussion sur la méthodologie appliquée et la limite de l’utilisation de la technique.

RADAR (Radio Detection and Ranging)

 Dans ce chapitre, nous allons tout d’abord présenter les grandeurs qui permettent de caractériser un système radar. Ensuite, nous expliquons les différentes configuration, pour l’acquisition des signaux, qui permettent de réaliser une image radar. Puis, nous exprimons les différentes formes d’onde qui sont émises par un système radar imageur. Enfin, nous détaillons plus précisément le principe du radar à ouverture synthétique et nous présentons différentes méthodes permettant d’obtenir une image à haute résolution.

 PRESENTATION DU SYSTEME 

La télédétection se divise en deux branches la télédétection optique qui utilise le rayonnement visible et la télédétection radar dans le domaine des hyperfréquences. On limite le domaine radar de [3 ; 60] cm et le domaine optique de [0.5 ; 4] m. Figure 1: présentation du système Un radar est un système qui permet de détecter et localiser des objets. Ce terme radar est l’acronyme de radio détection and ranging. De nos jours, le terme radar ne se limite plus au système de détection et de localisation mais englobe aussi de nouveaux systèmes électroniques basés sur l’émission et la réception d’ondes électromagnétiques. Parmi ce nouveau système qui exploite l’onde électromagnétique se trouve le radar imageur. Un système radar est un système actif qui possède sa propre source d’émission, celui-ci est alors opérationnel par tout temps et 5 notamment dans les pays très nuageux. Le système, en plus d’un récepteur, comprend un émetteur de rayonnement. Un certain nombre de radars imageurs exploitent le principe de la synthèse d’ouverture. Leur capacité à recevoir et collecter des signaux en amplitude et en phase offre des possibilités de très haute résolution pour l’imagerie ainsi que des mesures interférométriques (élévation du terrain). De plus, la capacité de pénétration de l’onde électromagnétique émise dans certaines bandes, liée aux caractéristiques de cette onde, offre aussi des possibilités de détection d’objets à travers les nuages et la nuit. 1. Les composantes principales du radar. 

Le transmetteur 

Le transmetteur est un appareil électronique qui génère une impulsion électromagnétique de la gamme des ondes radio qui sera envoyé à l’antenne pour diffusion. Il produit l’onde de radiofréquence à une puissance moyenne et de pointe désirée; Émet des ondes sur une gamme de fréquences; Émet de façon stable là où les fréquences désirées afin de permettre un traitement reproductibles des données ; Être modulable en fréquence ou en phase pour les besoins de la formation de l’impulsion; Être fiable, facile à entretenir et efficace pour une très longue durée de vie. 

Récepteur 

Le récepteur reçoit les échos de retour qui ont été perçus par l’antenne. Il transforme le signal à haute fréquence du faisceau en un signal modulé de fréquence intermédiaire qui contient l’information des échos, l’amplifie et les transmet ensuite au système de traitement du circuit radar qui en retirera ensuite les cibles d’intérêt. Le récepteur a pour rôle d’:  Amplifier les signaux reçus sans y ajouter de bruit de fond ou distorsion;  Optimiser la probabilité de détection de signaux grâce à une bande passante adaptée;  Avoir une large plage d’intensités qu’il peut traiter sans saturation;  Rejeter les signaux d’interférence pour optimiser l’extraction de l’information.