février 2012

Des satellites qui « sentent » la Terre

Le mouvement du sol peut être mesuré au millimètre près

Par Barbara L. Campbell

À Kiruna, en Suède, une ville de 18 000 habitants vivant sur un riche gisement de fer – que la Luossavaara- Kiirunavaara Aktiebolag (LKAB) espère accéder avec l'expansion de son installation de Kiirunavaara.

Pour extraire le minerai sous Kiruna, LKAB doit être prête à déménager la ville si l'affaissement du sol devenait un problème et bien avant qu'il ne cause des dommages à l'infrastructure. Et c'est ici que MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd. (MDA) entre en scène. Sise à Richmond, en Colombie-Britannique, MDA opère un satellite appelé RADARSAT-2, qui fait le tour de la planète la plusieurs reprises chaque jour et qui produit des images d'une altitude de 800 kilomètres au-dessus de la surface de la planète.

Mais ce ne sont pas des photos ordinaires. « C'est comme si vous sentiez la Terre plutôt que de la voir, » explique Wendy Branson, directrice, opérations des services chez MDA Geospatial Services. Depuis le mois de novembre 2009, RADARSAT-2 et sa technologie de radar à synthèse d'ouverture (SAR) surveillent les mouvements du sol afin d'aider LKAB à faire le suivi de la région.

« Parce que la technique permet de voir l'ensemble de l'exploitation des airs, nous pouvons identifier des zones qui pourraient être instables, dit Marc Beaudry, un directeur chez MDA. Les mines souterraines peuvent avoir une grande envergure – plusieurs centaines de kilomètres carrés – alors l'identification de zones d'instabilité possible sur une si grande superficie peut être comparée à chercher une épingle dans une botte de foin. »

L'INSAR réalise son potentiel

La technologie SAR remonte aux années 1960. Elle produit des images en émettant de l'énergie dans la gamme des micro-ondes du spectre électromagnétique. Fonctionnant comme un écho, l'énergie interagit avec la surface de la Terre puis rebondit vers le satellite. Visuellement, l'information SAR apparaît comme une image noir et blanc à contraste élevé.

En analysant l'information de phase du signal de retour, le satellite peut établir la position relative du sol. Étant donné que le RADARSAT-2 survole exactement le même endroit tous les 24 jours, ces images de la terre peuvent être comparées directement. Si rien n'a changé depuis l'observation précédente, la phase des ondes du satellite à sa cible sera parfaitement identique.

Des signaux pris au même endroit qui diffèrent à deux périodes différentes, cependant, peuvent être des signes précurseurs de déplacement ou d'affaissement du sol. C'est particulièrement important de chercher des risques de sécurité dans ces zones. La clé de l'analyse est l'interférométrie – la partie « IN » d'INSAR. Les techniques de traitement d'INSAR combinent au moins deux images SAR de la même zone et créent une autre image, un interférogramme. En utilisant des superpositions, INSAR permet à l'utilisateur de voir les changements qui se sont produits avec le temps. MDA peut mesurer les changements de la surface au millimètre près et signaler une instabilité qui n'est toujours pas complètement visible à l'œil nu. Les ensembles d'images peuvent être comparés précisément sur une période de mois ou d'années afin de permettra aux utilisateurs de voir comment les changements se sont produits avec le temps.

En effet, grâce à cette technologie, les décideurs d'une entreprise peuvent concentrer leurs efforts sur les zones concernées plutôt que les zones stables. RADARSAT-2 examine la fosse, les digues de déblais, les structures et les transporteurs au moyen du signal SAR. Et grâce au procédé SAR, MDA produit des cartes de déformation de la surface montrant des mouvements très fins de la surface du sol et des fichiers contenant les données de mesure et des analyses. Ces rapports sont présentés aux exploitants de la mine dans un format qui s'intègre facilement à leurs propres logiciels, tels que les systèmes d'information géographique (SIG). Par conséquent, les rapports de l'entreprise sont uniformes d'un établissement à l'autre – plus d'ajustements afin d'éviter de comparer des pommes et des oranges.

« Les livrables sont aussi très conviviaux; ils peuvent être compris par des personnes avec ou sans connaissances techniques, » affirme M. Beaudry. Ils sont essentiellement sous forme graphique : des images, des cartes, des tableaux et des graphiques. Les exploitants peuvent facilement trouver l'information sur leurs cartes où elle est identifiée par l'analyse INSAR qui fournit un réseau dense de points de levé à code de couleur basé sur le déplacement.

«  Ce que nous faisons, c'est chercher des dangers potentiels sur le sol, » ajoute M. Beaudry. La reconnaissance des dangers potentiels permet aux sociétés minières de se concentrer sur certaines zones et d'aborder les questions essentielles comme pourquoi le sol s'est affaissé de ces quelques millimètres. Et parfois la réponse peut toucher des collectivités entières. L'utilisation à distance de la technologie permet aux exploitants d'une mine de surveiller des zones hors de leur concession minière (comme les villages et les infrastructures publiques situés à proximité). Cela peut aider les exploitants à identifier des risques potentiels de dommages à des tiers, ce qui peut être particulièrement utile dans le cas des exploitations abandonnées ou hors de service. Dans le cas de Kiruna, la surveillance INSAR peut même toucher les chasseurs et les skieurs qui fréquentent la région, ainsi que ceux qui vivent et travaillent autour de la mine.

Le bon outil au bon moment

LKAB est en cours d'évaluation des avantages de la surveillance INSAR pour ce site particulier où les conditions hivernales sont rigoureuses avec de la neige au sol durant de longues périodes. La principale question pour eux est à savoir si cette technique peut déceler des déformations plus fréquemment que les relevés géodésiques classiques qu'ils emploient. LKAB est également dotée de 333 stations terrestres qui prennent des mesures par GPS.

Plusieurs sociétés minières continuent de se fier à des outils terrestres comme complément pour les techniques de satellite et d'INSAR. MDA procure une vue aérienne alors que les technologies terrestres sont ciblées sur des dangers particuliers. Bien que leur champ de vision puisse être limité à une section de la paroi de la fosse, les systèmes stationnaires peuvent offrir une surveillance en temps quasi réel qui atteint souvent toutes les quelques minutes. En plus de constamment surveiller les endroits où un problème a été décelé, le matériel au sol peut être lié à des alarmes qui sonnent à l'approche de niveaux dangereux afin d'amorcer une évacuation rapide de la zone.

MDA prévoit lancer une nouvelle mission pour l'Agence spatiale canadienne d'ici 2016-2017 qui devrait renforcer les capacités de rapport. « MDA œuvre actuellement à la mission RADARSAT Constellation Mission (RCM), déclare M. Beaudry. RCM est constituée d'un parc de trois vaisseaux spatiaux et peut être un complément ou un suivi de la mission RADARSAT-2. »
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