depuis plus de quatre décennies, la vitesse des ondes radioélectriques et la teneur en eau du sol sont connues pour être fortement couplées. En mesurant la vitesse des ondes radio, une mesure indirecte de la teneur en eau du sol peut être obtenue. De telles mesures ont le potentiel d'optimiser l'irrigation agricole.
Le radar de pénétration du sol (GPR) cartographie le sous-sol à l'aide d'ondes radio. Au tout début du GPR, les facteurs contrôlant la vitesse des vagues n'étaient pas bien compris. Des travaux pionniers à la fin des années 1970 ont établi la relation empirique entre la teneur en eau et la vitesse du GPR. En fait, l'utilisation de la réflectométrie temporelle (TDR), qui est un proche cousin du GPR, a été largement utilisée pour étudier des échantillons de sol contrôlés et établir la relation.
Depuis lors, les appareils TDR sont devenus une méthode régulière de mesure de la teneur en eau du sol. De nombreuses variantes de l'approche TDR existent maintenant et la méthode est communément acceptée. La technique TDR est limitée car elle nécessite l'insertion d'une sonde dans le sol; la mesure de la teneur en eau est obtenue sur une zone limitée, de sorte que la méthode n'est pas facilement utilisée pour couvrir de grandes zones. D'autre part, la méthode est idéale pour surveiller la teneur en eau en fonction du temps à une position localisée.
Le GPR a toujours offert le potentiel de fournir un moyen puissant pour une couverture rapide de la zone, car la technique ne nécessite pas de contact direct avec le sol. Un appareil GPR peut être déplacé rapidement sur la surface et de grandes zones peuvent être cartographiées. Depuis de nombreuses années, le développement du GPR pour compléter les mesures TDR discrètes a été un objectif.
Plusieurs approches basées sur le GPR sont possibles mais toutes ont connu un succès limité. Chaque approche peut fonctionner efficacement pour obtenir la teneur en eau lorsqu'un chercheur qualifié ou un opérateur GPR est engagé. Malheureusement, l'obtention du résultat souhaité à l'aide d'un dispositif GPR facilement déployable avec une analyse automatisée des données à une valeur de teneur en eau n'a jamais été atteinte.
L'un des moyens les plus efficaces d'utiliser le GPR pour estimer la teneur en eau a été d'utiliser des sondages de réflexion et de réfraction à grand angle (WARR). Ces mesures ont été complexes à réaliser avec une acquisition de données lente et n'ont été limitées qu'à de petites zones. De plus, un opérateur expérimenté est requis pour effectuer la mesure et analyser les données.
Récemment, nous avons introduit le Machine WARR qui est un nouvel instrument GPR novateur. Ce nouveau système permet un profilage rapide avec une acquisition pratiquement continue des sondages WARR. Le résultat a ouvert la porte à la cartographie de l'humidité du sol sur de grandes surfaces.
Le Forschungszentrum Jülich, une université en Allemagne, a été le pionnier de l'utilisation du GPR pour de nombreuses applications dans les sols et les eaux souterraines. Jülich a une capacité étendue pour examiner les problèmes agricoles et développe plusieurs méthodes géophysiques appliquées nouvelles et avancées. Des sites de test bien contrôlés permettent de tester la technologie pour une grande variété de domaines problématiques. Certaines études uniques sur laps de temps permettent de mieux comprendre comment les conditions des eaux souterraines changent pendant la saison de croissance.
Le Dr Jan van der Kruk et son équipe de recherche sont actuellement les premiers à utiliser la machine WARR pour la cartographie de la teneur en eau du sol. Les recherches de la doctorante Manuela Kaufmann démontrent la viabilité de la nouvelle technologie. Un prototype de système déployé à Jülich est illustré à la figure 1. Cette unité de configuration de machine WARR est remorquée derrière un véhicule tout-terrain et est en cours de développement pour permettre un profilage continu des zones de champ afin de cartographier les variations de la teneur en eau du sol sur une base régulière.
Un profil sur un champ de test contrôlé a généré les résultats préliminaires illustrés à la figure 2. Des analyses de données automatisées et manuelles ont été utilisées pour estimer la teneur en eau à partir de la vitesse des ondes radio et comparées à un nombre limité de résultats de mesure WARR à un seul canal séparés. Le développement d'un outil d'analyse de données automatisé fiable sera la clé du succès du déploiement de cette nouvelle technologie.
