POUR LA MESURE DE DEFORMATION LOCALE DE STRUCTURE A LA SURFACE DE LA TERRE

DESCRIPTION

Domaine technique et art antérieur

La présente invention concerne un réflecteur passif d'onde électromagnétique pour la mesure de déformation locale d'une structure située à la surface de la Terre.

Les réflecteurs passifs d' onde électromagnétique, également appelés réflecteurs radar ou réflecteurs permanents (« permanent scatterers » en langue anglaise) , sont utilisés pour la mesure de la déformation des sols et des objets placés à la surface de la Terre.

Une onde électromagnétique est envoyée, à partir d'un satellite, vers un réflecteur radar situé à la surface de la Terre. L'onde électromagnétique réfléchie par le réflecteur radar est alors renvoyée vers le satellite. La mesure de la déformation est effectuée, dans le sens de visée du satellite, en utilisant des images prises à des dates successives. La mesure de déformation peut atteindre une précision submillimétrique.

Quatre modes différents de visée du satellite sont utilisés pour mesurer les déformations. Les figures 1-4 représentent ces quatre modes :

- la figure 1 représente le mode ascendant avec visée à droite, - la figure 2 représente le mode ascendant avec visée à gauche,

- la figure 3 représente le mode descendant avec visée à droite, et

- la figure 4 représente le mode descendant avec visée à gauche.

Comme cela apparaît sur les figures 1-4, le mode ascendant ou descendant se définit selon que la trajectoire du satellite S « monte » ou « descend » l'axe Nord-Sud de la Terre T et la visée à droite ou à gauche est définie par l'orientation du faisceau F qu'émet le satellite par rapport au plan défini par la trajectoire du satellite.

Les réflecteurs radar existent à l'état naturel ou à l'état artificiel. A l'état naturel, les réflecteurs radar se rencontrent le plus souvent dans les infrastructures humaines. Dans les régions dépourvues d' infrastructures humaines ou faiblement équipées de telles infrastructures, des réflecteurs radar à l'état artificiel sont tout particulièrement conçus pour la mesure des déformations.

Les réflecteurs radars les plus connus ont généralement une forme de coin de cube, le coin de cube étant positionné de manière adaptée à une prise de vue par satellite. A cette fin, la diagonale principale du coin de cube est, de préférence, dirigée vers le satellite. Cette orientation du coin de cube par rapport au satellite limite la prise d'images utiles, tant du fait de la trajectoire du satellite que du fait du mode de prise de vue du satellite. Ces réflecteurs sont ainsi dédiés à un satellite et à un mode de visée, ascendant ou descendant.

Le réflecteur radar de l'invention ne présente pas cet inconvénient.

Exposé de l'invention

En effet, l'invention concerne un réflecteur passif d'onde électromagnétique pour la mesure de déformation locale d'une structure située à la surface de la Terre, le réflecteur étant apte à réfléchir, vers un satellite en orbite autour de la Terre, une onde électromagnétique qu'il reçoit en provenance dudit satellite. Le réflecteur passif comprend :

- un élément plan sensiblement vertical par rapport à la surface de la Terre, l'élément plan ayant un côté rectiligne en contact avec la structure située à la surface de la Terre et aligné selon l'axe des pôles de la Terre, et

- fixée à l'élément plan, une structure mécanique ayant une première partie située sur un premier côté de l'élément plan et une deuxième partie située sur un deuxième côté de l'élément plan, opposé au premier côté, la structure mécanique formant, de part et d'autre de l'élément plan, une arête rectiligne, l' arête rectiligne et le côté rectiligne étant sensiblement situés dans un même plan perpendiculaire au plan défini par l'élément plan et constituant des moyens de maintien du réflecteur sur la structure, la première partie de la structure mécanique et la deuxième partie de la structure mécanique étant apte, chacune, à réfléchir dans la direction du satellite l'onde électromagnétique qu'elle reçoit en provenance du satellite .

Contrairement aux réflecteurs radars passifs existants, le réflecteur radar passif de l'invention est avantageusement visible par tous les satellites, quel que soit le mode de prise de vue du satellite. Il permet de mesurer des déformations verticales et horizontales selon l'axe de visée du satellite.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de modes de réalisation faits en référence aux figures jointes, parmi lesquelles :

Les figures 1 à 4 déjà décrites représentent les quatre modes différents de visée d'un satellite qui sont utilisés pour mesurer des déformations ;

- Les figures 5-7 représentent des éléments constitutifs d'un réflecteur selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention et le réflecteur obtenu par l'association de ces éléments constitutifs ;

- Les figures 8-10 représentent une réalisation particulière du réflecteur selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. Exposé détaillé du mode de réalisation préférentiel de

1 ' invention

Le réflecteur selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention comprend trois éléments plans ou plaques PI, P2, P3. La figure 5 représente la plaque PI et la figure 6 les plaques P2 et P3.

La plaque PI a un côté rectiligne al et un côté a2 de forme quelconque qui délimite un secteur angulaire plat en regard du côté rectiligne al. Deux ouvertures rectilignes en forme de fentes fl, f2 sont pratiquées dans la plaque PI à partir d'un même point M situé sur le côté al. De façon préférentielle, les fentes sont à 90° l'une de l'autre et font chacune un angle de 45° avec le côté al. De façon plus générale cependant, les angles Θ1, Θ2 que font les fentes respectives fl, f2 avec le côté al se situe librement entre 35° et 55° (par « librement », il faut entendre que les fentes fl, f2 ne sont alors plus « liées » par un angle de 90° entre elles) . La fente fl a une longueur 11 et la fente f2 a une longueur 12.

La figure 6 représente les plaques P2 et P3. Chaque plaque P2, P3 a un côté rectiligne a3 et un côté a4 de forme quelconque qui délimite un secteur angulaire plat. Une ouverture rectiligne en forme de fente f est pratiquée dans chaque plaque P2, P3 à partir du côté a4. L'axe de la fente f est perpendiculaire au côté rectiligne a3. Pour la plaque P2, la distance dl qui sépare la fente f du côté rectiligne a3 est égale à la longueur 11 de la fente f1. De même, pour la plaque P3, la distance d2 qui sépare la fente f du côté rectiligne a3 est égale à la longueur 12 de la fente f2.

La figure 7 représente le réflecteur de l'invention qui résulte de l'assemblage des plaques PI, P2 et P3. Les plaques PI et P2 sont imbriquées l'une dans l'autre, de même que les plaques PI et P3. A cette fin, la fente f de la plaque P2 et la fente fl de la plaque PI sont positionnées l'une dans l'autre, jusqu'à leur extrémité, et alignées et la fente f de la plaque P3 et la fente f2 de la plaque PI sont également positionnées l'une dans l'autre, jusqu'à leur extrémité, et alignées. Il résulte de cet assemblage que les deux côtés rectilignes a3 des plaques P2 et P3 sont au contact l'un de l'autre et définissent une arête qui constitue, en combinaison avec le côté al, des moyens de maintien au sol du réflecteur. Le réflecteur de l'invention est ainsi avantageusement auto-porteur. Posé au sol, le réflecteur de l'invention ne nécessite ainsi aucune infrastructure particulière. II suffit que l'emplacement au sol dont les déformations sont à surveiller dispose d'une surface équivalente à celle définie par les côtés al, a3. Lorsque le réflecteur est posé au sol, la plaque PI est sensiblement verticale. Afin que le réflecteur soit visible de tous les satellites, le côté al est aligné selon l'axe des pôles géographiques.

Une fois fixées à la plaque PI, les plaques P2 et P3 définissent une structure mécanique formant deux cavités situées de part et d'autre de la plaque PI, chaque cavité étant apte à réfléchir, dans la direction du satellite, l'onde électromagnétique qu'elle reçoit en provenance du satellite.

Selon un perfectionnement de l'invention, une encoche e est pratiquée sur l'arête a3 de chaque plaque P2, P3, sensiblement dans l'alignement de la fente f, de sorte que, une fois le réflecteur monté, un orifice apparaisse dans la partie basse de chaque cavité. Il est alors avantageusement possible, par exemple, d'évacuer les eaux de pluie.

Les figures 8 à 10 représentent une réalisation particulière du mode de réalisation préférentiel de l'invention.

Selon cette réalisation particulière, la plaque PI est rectangulaire avec un grand côté et un petit côté, un des deux grands côtés formant le côté al, et les plaques PI et P2 forment un triangle isocèle dont la base forme le côté a3. Les fentes fl et f2 ont une même longueur 1. Elles sont positionnées à 90° l'une de l'autre et à 45° chacune par rapport au côté al. La distance d qui sépare la fente f de la base du triangle est égale à la longueur 1 des fentes fl, f2.

Selon un perfectionnement, deux trous débouchants il, i2 sont prévus sur la plaque PI afin, si cela s'avère nécessaire, de pouvoir fixer au sol le réflecteur par des attaches. Selon un autre perfectionnement, le réflecteur comprend une structure transparente aux ondes électromagnétiques qui entoure les plaques PI, P2, P3 afin de protéger les plaques des agressions de l'environnement.

Le réflecteur de l'invention présente un grand nombre d'avantages, à savoir : il est passif et autonome et ne nécessite donc aucune source d' énergie électrique pour l'alimenter comme c'est le cas pour les récepteurs GPS (GPS pour « Global Positioning System ») , il est sans entretien particulier et peut être mis en place pour un suivi sur plusieurs années, il est permanent et un cheminement sur chaque point de mesure, souvent difficile d'accès, n'est pas nécessaire comme c' est le cas des techniques topographiques avec visée optique ou antenne GPS, il est auto-porteur et, en conséquence, ne nécessite pas la construction de piliers spécifiques stables comme c'est le cas pour les techniques topographiques ou GPS,

il peut être utilisé dans des contextes de suivi de masses meubles telles que la neige, la glace ou les sols mous,

il est facilement transportable, ce qui permet son implantation dans des endroits isolés à accès difficile,

il est peu coûteux, ce qui permet de mettre en place un grand nombre de dispositifs dans une même zone, permettant ainsi de faire un grand nombre de mesures dans cette zone,

il est visible de tout type de satellite, quelle que soit la fréquence de celui-ci, permettant ainsi :

a) de réaliser des mesures de déformation très précises (une précision submillimétrique peut être obtenue avec des satellites qui travaillent en bande X (8-12 GHz) ) et,

b) de travailler avec une récurrence importante, ce qui est avantageux dans le cas d'une déformation évoluant rapidement

(dans ce cas, toutes les images d'une même zone qui sont acquises par les différents satellites sont analysées avec la même référence au sol),

- il est rustique et, de ce fait, il ne fait pas l'objet d'une curiosité pouvant conduire à des actes malveillants de la part de promeneurs (dégradations ou vol) .

L' invention trouve des applications dans de nombreux domaines tels que, par exemple, le génie civil et les sciences de la Terre.

Les applications en génie civil sont, par exemple :

le suivi d'ouvrages tels que barrages, ponts, bâtiments, digues, îles artificielles, remblais de route, voies de chemin de fer, etc.,

- le suivi de stabilité des falaises côtières, des ligne de côtes, des fondrières,

- l'évolution en surface d'anciens sites miniers.

Les applications en sciences de la Terre sont, par exemple :

- la mesure des déformations avant et après par un séisme,

le suivi de la déformation des volcans, de la subsidence continentale ou tectonique, de l'évolution des failles et des glissements de terrain,

le suivi de l'avancement des glaciers et de l'évolution des névés sur les massifs à enneigement permanent,

la formation d'un point de référence de stabilité terrestre pour le calcul du zéro hydro dans les ports ,

l'étude des fonds marins en posant le réflecteur radar sur les fonds marins (transposition de la technique d'imagerie radar par satellite).