Restauration de l'environnement : GPR pour la remise en état des tourbières de canneberges
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Restauration de l'environnement : GPR pour la remise en état des tourbières de canneberges

Un client de Sensors & Software décrit l'utilisation d'un NOGGIN® 250 GPR pour une application unique - aider à restaurer une ancienne tourbière de canneberges à son état naturel dans le cadre d'un programme local de restauration de l'environnement.

Par Doria Kutrubes
Radar Solutions International

 

Introduction

Les canneberges sont produites aux États-Unis depuis près de deux siècles. Il s'agit d'une culture inhabituelle en ce sens qu'elle pousse mieux dans les tourbières, constituées d'eau douce reposant sur des couches de sable, de tourbe, de gravier et d'argile. Au fil des décennies, de nombreuses tourbières ont été créées artificiellement par des zones inondées dans le but de cultiver des canneberges. Maintenant, à des fins environnementales, certaines juridictions s'efforcent de restaurer les anciennes tourbières à canneberges dans leurs conditions naturelles et vierges.

Radar Solutions International (RSI), Inc. a mené une série de relevés radar à pénétration de sol (GPR) pour cartographier la stratigraphie de quatre anciennes tourbières à canneberges différentes, totalisant plus de 60 acres. Les informations sur le sous-sol dérivées de l'enquête GPR sont utilisées dans le cadre d'un programme local de restauration de l'environnement.
 

Méthodologie de l'enquête

RSI a utilisé le système GPR NOGGIN® 250 MHz de Sensors & Software et l'a synchronisé avec un GPS subcentimétrique, qui a fourni un géo-référencement en temps réel de nos traversées GPR (Figures 1 et 2).

Figure 1
Un NOGGIN® 250 avec un GPS de haute précision a été tiré autour d'anciennes tourbières de canneberges pour cartographier la stratification du sous-sol.

L'intégration transparente du NOGGIN® 250 et de notre GPS a permis à notre équipe de terrain d'être extrêmement productive, permettant au personnel de RSI de se concentrer exclusivement sur la collecte de données, plutôt que de passer du temps à configurer une grille d'enquête. Nous avons constaté que, par rapport aux précédents fournisseurs de services GPR chargés d'arpenter la tourbière avec des équipements GPR plus anciens d'un autre fabricant, nous pouvions collecter cinq fois plus de données en une seule journée. En utilisant la synchronisation GPR-GPS, l'espacement maximal des lignes dans chaque cellule de ces tourbières n'était pas supérieur à 10 à 15 pieds de distance (Figure 2). La densité élevée des données a donné confiance dans les conditions entre les lignes GPR.

La synchronisation du GPS avec le GPR a également permis de gagner du temps de post-traitement, car les lignes GPR n'avaient pas besoin d'être assemblées dans un fichier de grille à l'aide du logiciel utilitaire GFP_Edit, car leurs positions étaient déjà géoréférencées.

Figure 2
Chemins GPS des lignes GPR affichés sur Google Earth, montrant la densité de données GPR typique collectée dans les 60 acres des relevés de tourbières.

L'autre avantage du NOGGIN® est qu'il permet « l'empilement » en temps réel du signal GPR, ce qui augmente la profondeur d'investigation globale du GPR par rapport aux systèmes GPR plus anciens.
 

Interprétation

Sur ce site, les réflexions d'amplitude la plus élevée se sont produites là où il y avait un changement lithologique, comme entre le remblai de sable, ajouté par les fermes de canneberges, et les couches de tourbe indigènes en dessous. Des réflexions internes d'amplitude faible à élevée ont également été observées dans la couche de tourbe primaire, qui se sont produites lorsqu'il y a un changement soudain de la teneur en limon/sable, probablement causé par une inondation. (Figure 3).

Figure 3
Exemple de profil GPR de la tourbière. Le bas du réflecteur de sable est représenté en rouge. Sous le sable se trouve une réflexion correspondant à la couche de tourbe primaire, dont le fond est représenté en cyan. Par endroits, il y a des réflexions internes faibles à fortes dans la couche de tourbe primaire ; le motif des réflexions plus faibles suggérant que la couche de tourbe devient plus homogène vers le centre de la tourbière. Les réflexions multiples et fortes au fond du fond de tourbe primaire (cyan) suggèrent que la couche plus profonde est une tourbe sableuse. Plus la teneur en sable ou en limon est importante dans la tourbe, plus les réflexions sont fortes et nombreuses. Ce contact entre les deux couches de tourbe suggère un environnement de dépôt plus actif, comme cela peut se produire après une inondation.

Pour cartographier la profondeur des couches lithologiques, il était nécessaire d'obtenir une vitesse précise du signal GPR à travers les couches saturées. La vitesse du GPR varie en fonction de la minéralogie et de la teneur en eau et est souvent extraite en ajustant une courbe à une hyperbole dans les données du GPR. Cependant, dans ce cas, il n'y avait pas de réponses hyperboliques dans les données GPR avec lesquelles travailler.

Une autre méthode pour déterminer la vitesse GPR consiste à corréler une couche lithologique de profondeur connue à un réflecteur dans les données GPR. Pour ce faire, des carottes ont été forées à l'aide d'une tarière à main à 7 endroits dans chaque tourbière. (Figures 4 et 5). En corrélant les couches lithologiques observées dans les carottes avec les réflecteurs vus dans les données GPR, la vitesse du signal GPR à travers le sable/remblai principalement saturé et la tourbe native a été déterminée comme étant d'environ 0.235 ft/ns.

Les sections transversales GPR ont été interprétées à l'aide du logiciel d'analyse de données GPR EKKO_Project™ (V5 R3), créé par Sensors & Software. À l'aide du module d'interprétation, nous avons pu identifier et « sélectionner » les couches attribuées à l'interface sable-tourbe, ainsi que l'interface entre le fond de la tourbe et les matériaux glaciaires/de dépôt plus profonds.

RSI a extrait les profondeurs de chaque couche sélectionnée sous la forme d'un fichier de feuille de calcul de rapport de projet GPR (CSV) et a créé des cartes de contour des épaisseurs et des profondeurs à l'aide du programme SURFER ©, créé par Golden Software, Inc. (Figures 4 et 5).
 

Résultats

Les résultats interprétés du GPR de plusieurs sites de tourbières montrent que plus la tourbière de canneberge était en activité, plus le sable recouvrant la tourbe était épais. En règle générale, le sable variait entre 1.5 et 3 pieds d'épaisseur, mais dans certaines régions, le sable mesurait plus de 5 pieds (Figure 4) .

Figure 4
Carte de contour de l'épaisseur du sable et des emplacements des noyaux. Les zones plus épaisses sont rouges.

Nous avons également observé que la tourbe avait généralement plus de 16 pieds d'épaisseur au centre de la tourbière et se rétrécissait à seulement quelques pieds d'épaisseur sur les bords. (Figure 5).

Figure 5
Carte de contour de l'épaisseur de la tourbe et des emplacements des noyaux. Les zones plus épaisses sont violettes.

 

Résumé

L'étude GPR des anciennes tourbières à canneberges a été très fructueuse. L'eau douce dans les tourbières avait un faible TDS (matières dissoutes totales) et les sédiments, une faible conductivité électrique. Cela a permis aux signaux NOGGIN® 250 GPR de pénétrer à des profondeurs supérieures à 20 pieds - des profondeurs GPR qui ne sont pas typiques dans de nombreux matériaux. Les informations détaillées que RSI a découvertes sur l'état actuel des tourbières se sont avérées inestimables pour commencer le processus de planification visant à les remettre dans leur état naturel.

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