La vitesse de l'onde GPR offre des avantages directs et indirects. Premièrement, la connaissance de la vitesse est essentielle pour le calcul de la profondeur d'un objet qui apparaît dans une section de données GPR. Deuxièmement, moins connue, la vitesse GPR peut être utilisée pour déduire une autre propriété physique lorsqu'une relation empirique entre la vitesse et l'autre propriété physique a été développée. Par exemple, la vitesse GPR est souvent utilisée pour mesurer la teneur en eau des matériaux; informations essentielles pour de nombreuses industries telles que l'agriculture et l'exploitation forestière.
En principe, la mesure de la vitesse GPR d'un échantillon de matériau est relativement simple. Tout d'abord, assurez-vous que le fond de l'échantillon repose sur un matériau aux propriétés électriques assez différentes de celles de l'échantillon; une plaque métallique fonctionne bien.
Deuxièmement, un bon couplage entre les antennes GPR et l'échantillon est souhaité, de sorte que la création d'une surface plane sur l'échantillon est optimale. Avec les antennes GPR au milieu de l'échantillon, collectez quelques traces GPR et faites leur moyenne en une seule trace. Mesurez l'heure d'arrivée (t) de l'événement de réflexion à partir du fond de l'échantillon. En utilisant la (les) séparation (s) récepteur / émetteur connue (s), la vitesse de la lumière dans le vide (c) et l'épaisseur de l'échantillon (d), calculez la vitesse à l'aide de l'équation de la figure 1.
Un certain nombre de problèmes doivent être pris en compte pour obtenir des résultats fiables. Les échantillons doivent être suffisamment grands pour garantir que le temps de parcours mesuré fournit une vitesse précise et qu'il n'y a pas d'impact de la taille finie de l'échantillon sur le temps de parcours mesuré.
(Discuté dans Redman et al 2016).
En général, si la taille de la face de l'échantillon sur laquelle repose le GPR (diamètre ou largeur) est supérieure à deux fois l'espacement d'antenne, l'impact sur le temps de parcours est faible. L'amplitude de l'événement réfléchi est beaucoup plus sensible à la taille de l'échantillon; la réflexion du fond de l'échantillon peut être difficile à identifier en raison de l'encombrement ou parce qu'elle est de faible amplitude. L'exemple suivant illustre une méthode simple pour fournir un événement de réflexion plus clairement identifiable.
Un PulseEKKO® PRO TR1000 GPR a été utilisé pour acquérir des données sur un échantillon de copeaux de bois (Figure 2). Des traces ont été acquises sur les copeaux de bois avec une plaque métallique au fond du conteneur puis avec le conteneur directement sur la boîte en plastique (essentiellement de l'air). Les traces ont été moyennées et une trace de différence créée.
Sur la figure 3, les événements de réflexion du bas de l'échantillon peuvent être vus dans le graphique de gauche pour les deux cas, mais il est difficile de déterminer le moment exact de la réflexion du fond. La différence entre les deux traces (Figure 3, à droite) montre un événement de réflexion clairement identifiable. Cette approche améliore considérablement la capacité de voir la réflexion souhaitée et offre une meilleure précision dans la détermination de l'heure d'arrivée et par conséquent de la vitesse mesurée.
La mesure de la vitesse dans un échantillon permet d'estimer une propriété associée de l'échantillon telle que la teneur en eau. Dans ce cas, vous devez mesurer la vitesse d'échantillons dont la teneur en eau est connue à partir d'une autre méthodologie fiable (par exemple, pesée d'un échantillon humide et après séchage).
Déterminez ensuite une relation empirique entre la vitesse mesurée par GPR et la teneur en eau connue. Souvent, la vitesse est traduite en permittivité diélectrique relative, une propriété matérielle plus basique: Kr = (c / v) 2 où c est la vitesse de la lumière. Des relations empiriques existent déjà pour certains matériaux tels que les sols, où la relation Topp est couramment utilisée pour déduire la teneur en eau. Un exemple de cette méthodologie appliquée à des échantillons de copeaux de bois avec une teneur en eau variable est présenté à la figure 4.
En résumé, la vitesse GPR peut fournir une mesure indirecte et rapide des propriétés physiques des échantillons. Cette même méthodologie peut être utilisée pour surveiller les changements dans une propriété physique d'un échantillon (comme la teneur en eau) au fil du temps.
