Development of root system imaging in earth dikes using electrical and acoustical tomography
Développement de l'imagerie des systèmes racinaires dans les ouvrages hydrauliques en remblai par tomographie électrique et acoustique
Résumé
Woody vegetation from earth dikes or dams is a fragility factor which can promote mechanisms of deterioration such as erosion. The definition of the geometrical roots systems structure, the position into the embankment (depth, extension), as well as the soils conditions where roots grown are essential in order to anticipate the consequences for the hydraulic structure’s safety. Geophysical non-destructive methods are employed to explore, detect and imaging by tomography 3D the soil. However, roots locations into earth embankments is not a trivial issue since roots systems are very complex and diversify, and the constitution of hydraulic embankments are unusually known and homogeneous. Thus, these methods must be adapted and improved to detect and locate woody roots in specific conditions. Laboratory experiments have allowed to determine intrinsic acoustical and electrical roots’ properties leading to identify relevant signatures and discriminate anomalies related to roots in the field. The establishment of adapted experimental devices led us progressively to assess different kinds of parameters (roots mass, water content…) under controlled conditions. Experiments in semi-controlled conditions, using a device where trees are implanted into homogeny loam soil conditions, were conducted to assess the relevance of different methodologies to obtain data, such as the use of temporal induced polarization in complex resistivity tomography or the geometry of sensors for acoustical tomography. Beyond the validation of bibliographic references, innovative processings such as wavelet analysis were used to exploit the richness of recordings. The obtained results have been validated by the determination of real roots position. Despite of some limits, the electrical resistivity tomography offer an adequate correlation with the location of anomalies due to roots. Finally, field investigations into an embankment have been performed to highlight a spatial variability of dikes structures associated to trees presence. An adapted methodology to geophysics diagnostic in embankments’ vegetation was developed. The method reveals that the coherence of the results improve for each step of the study from the acquisition strategy, processing, until the interpretation when the experts knowledge is considered together with a multimethod approach.
La végétation arborée sur les digues ou les barrages en remblai est un facteur de fragilité pouvant favoriser l'apparition de mécanismes de détérioration par érosion. Définir la structure géométrique des systèmes racinaires, leurs positions (profondeur, extension) dans le remblai, ainsi que la nature des sols dans lesquels ils croissent est nécessaire afin d'appréhender les conséquences de leur développement sur la sécurité d'un ouvrage hydraulique. Les méthodes géophysiques non-destructives sont utilisées pour l'exploration, la détection et la tomographie 3D du sol. Toutefois, la localisation des racines dans un remblai d'ouvrage hydraulique n'est pas triviale, les systèmes racinaires étant complexes et très diversifiés et la nature de la constitution des ouvrages hydrauliques en terre étant rarement connue et homogène. Ces méthodes doivent être adaptées et améliorées pour détecter et localiser les racines ligneuses dans ces conditions spécifiques. Des expériences en laboratoire ont d'abord permis de déterminer les propriétés acoustiques et électriques intrinsèques d'échantillons racinaires menant à l'identification de signatures indispensables à la discrimination de l'anomalie liée à la racine sur le terrain. Le montage de supports expérimentaux adaptés nous a conduit à progressivement étudier des paramètres d'influences (masse racinaire, teneur en eau...) en conditions contrôlées. Des essais en conditions semi-contrôlées sur un dispositif d'arbres plantés dans un sol limoneux homogène ont permis d'évaluer la pertinence des différentes méthodologie d'acquisition, tels que l'utilisation de la polarisation provoquée temporelle en tomographie de résistivité complexe ou encore la géométrie des capteurs pour la tomographie acoustique. Au delà de la validation des acquis bibliographiques, des traitements innovants telle que l'analyse en ondelettes sont associés afin d'exploiter la richesse des enregistrements. Les résultats obtenus ont été validés par le relevé des positions réelles des racines. Malgré certaines limites, la tomographie de résistivité électrique offre une corrélation satisfaisante avec la localisation des anomalies dues aux racines. Enfin, des campagnes d'auscultation sur un ouvrage réel ont été réalisées et ont permis de mettre en évidence une variabilité spatiale du corps de digue associée à la présence d'arbres. Une méthodologie adaptée au diagnostic géophysique de la végétation sur les ouvrages a été mise en place. Celle-ci révèlent que la cohérence des résultats gagne à prendre en compte, pour chaque étape de l'étude, de la stratégie d'acquisition, du traitement et de l'interprétation, une mutualisation à la fois de la connaissance experte, mais aussi le couplage multiméthodes.
Domaines
Sciences de l'environnement
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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