Surveillance de l’affaissement du sol et des eaux souterraines

Nous utilisons l'InSAR satellitaire pour cartographier l'affaissement du sol sur des régions entières - de l'épuisement des aquifères sous les terres agricoles et les villes au tassement naturel du sol. Notre travail révèle où le sol s'affaisse, à quelle vitesse, et comment le schéma a évolué au fil des ans, sur des étendues bien trop vastes pour des levés au sol.

Où l'InSAR apporte de la valeur

Situation	Ce que fournit l'InSAR satellitaire
Affaissement dû au pompage	Détecter l'enfoncement à l'échelle du bassin
Variation saisonnière des eaux souterraines	Isoler la réponse élastique réversible
Perte d'aquifère à long terme	Identifier la compaction inélastique permanente
Risque de dolines en terrain karstique	Détecter la lente déformation précurseur

Affaissement par extraction d'eaux souterraines et épuisement des aquifères

Lorsque l'eau est pompée d'un aquifère plus vite qu'il ne se recharge, les sédiments fins entre les couches aquifères se compactent et la surface s'affaisse - souvent sur des dizaines ou des centaines de kilomètres, et fréquemment sur des terres agricoles et une végétation où les levés classiques sont rares. L'extraction d'eaux souterraines est la première cause d'affaissement du sol dans le monde, et une grande partie en est permanente : à mesure que l'espace poral s'effondre, l'aquifère perd une capacité de stockage qui ne revient pas, même lorsque les niveaux d'eau se rétablissent. Des études InSAR à l'échelle nationale ont montré à quel point cet épuisement permanent et inélastique est répandu. L'InSAR satellitaire convient particulièrement à cet affaissement régional à grande échelle : il mesure l'empreinte complète d'un bassin qui s'affaisse, distingue les zones qui s'affaissent le plus vite du terrain stable, et suit la réponse du schéma à la sécheresse, au pompage et à la récupération sur de nombreuses années.

Le relevé distingue aussi deux comportements importants pour la gestion. La montée et la descente saisonnières, à mesure que les aquifères se rechargent et se déchargent, sont largement élastiques et réversibles ; une tendance à la baisse soutenue et à long terme signale une compaction inélastique et une perte de stockage permanente. Pouvoir observer les deux dans la même série temporelle fait de l'InSAR un outil pratique pour la gestion des eaux souterraines, la vérification de la recharge gérée des aquifères et la documentation de l'aléa d'affaissement à l'échelle régionale. Nos travaux publiés comprennent l'analyse InSAR de la déformation du sol liée à l'exploitation des ressources et des eaux souterraines dans le bassin sédimentaire de l'Ouest canadien, ainsi que la cartographie du champ de vitesse tridimensionnelle du bassin de Cerro Prieto, au Mexique.

Affaissement naturel du sol

Tout affaissement n'est pas dû au pompage. Le sol se tasse par la compaction et l'oxydation naturelles de sols mous ou organiques comme la tourbe, par l'hydrocompaction de sédiments meubles lors de leur premier mouillage, et par la dissolution de roches solubles qui produit des dolines en terrain karstique. Ces mouvements peuvent être lents et passer inaperçus jusqu'à ce qu'ils touchent des bâtiments, des routes ou des réseaux - ou, dans le cas du karst, survenir brusquement. L'InSAR satellitaire offre un dépistage à grande échelle du tassement naturel, montrant où le mouvement se concentre et, sur le karst, où un lent affaissement précurseur peut précéder l'effondrement. Comme il ne nécessite aucun instrument, il appuie la cartographie de l'aléa là où aucun réseau au sol n'existe.

Affaissement lié à l'activité industrielle

L'affaissement est aussi causé par l'extraction de ressources et les opérations souterraines. Nous traitons ces sujets sur des pages dédiées : le tassement de surface lié à l'exploitation minière est abordé sous surveillance de la déformation du sol minière, et l'affaissement lié aux réservoirs et à la production sous surveillance de la déformation du sol pétrolière et gazière. Les mêmes mesures satellitaires les sous-tendent tous - la différence tient au contexte et aux questions posées.

Ce que fournit un programme d'affaissement

Un programme d'affaissement fournit une carte de vitesse à l'échelle du bassin montrant le taux de tassement sur toute la zone d'intérêt ; une série temporelle de déplacement pour chaque point de mesure, afin de lire le mouvement à un puits, une localité ou une structure donnée ; une séparation du signal saisonnier et du signal à long terme ; et, lorsque deux géométries de visée ou le GNSS sont disponibles, une décomposition en mouvements vertical et horizontal. Les résultats sont livrés sous forme de couches SIG pour les flux de travail de gestion des eaux souterraines et d'aménagement, et peuvent être actualisés à l'arrivée de nouvelles acquisitions radar. Les satellites en bande C assurent la couverture à grande échelle, tandis que la bande L améliore la fiabilité sur les terrains fortement végétalisés, et l'archive historique prolonge le portrait sur les décennies passées.

Pourquoi l'InSAR satellitaire pour l'affaissement du sol

L'affaissement du sol est un problème à grande échelle, et l'InSAR satellitaire est conçu pour les grandes étendues. Il ne nécessite aucun instrument au sol, couvre des bassins et des municipalités entiers d'un coup et s'appuie sur une archive pluriannuelle pour montrer l'évolution de l'affaissement - pas seulement un instantané. Il fonctionne bien sur les terrains ruraux et végétalisés où les réseaux au sol sont clairsemés. Comme notre traitement à petites lignes de base n'exige la cohérence qu'entre des acquisitions rapprochées, il restitue l'affaissement sur les terrains végétalisés et ruraux que les services fondés uniquement sur les diffuseurs persistants laissent vides, et il ne dépend pas d'un réseau GNSS permanent dense pour l'étalonnage, de sorte qu'il fonctionne même là où l'infrastructure géodésique est clairsemée. Nos méthodes reposent sur des recherches révisées par les pairs publiées dans des revues internationales de télédétection. L'intégration au GNSS pour récupérer les signaux les plus étendus et de plus grande longueur d'onde, la validation indépendante et les rapports réglementaires sont disponibles sur demande. L'affaissement du sol est l'un de nos quatre services de surveillance principaux, aux côtés de la surveillance minière, des glissements de terrain et du pétrole et gaz ; voir l'ensemble de nos services de surveillance.

Foire aux questions

Qu'est-ce qui cause l'affaissement du sol que l'InSAR peut mesurer ?

Le plus souvent l'extraction d'eaux souterraines et l'épuisement des aquifères, ainsi que le tassement naturel des sols mous ou organiques, l'hydrocompaction et les dolines en terrain karstique. L'affaissement dû à l'exploitation minière et aux opérations pétrolières et gazières est traité sur nos pages dédiées.

Quelle superficie peut être surveillée ?

Des bassins, aquifères et municipalités entiers. L'InSAR satellitaire est conçu pour une couverture régionale, ce qui constitue son principal avantage sur les levés au sol ponctuels pour l'affaissement.

L'affaissement lié aux eaux souterraines est-il réversible ?

Souvent en partie seulement. La montée et la descente saisonnières de la surface sont largement réversibles, mais une surexploitation soutenue compacte l'aquifère de façon permanente et réduit sa capacité de stockage. Les séries temporelles InSAR montrent quelle part du mouvement est saisonnière et quelle part est une tendance permanente à long terme.

Fonctionne-t-il sur les terres agricoles et végétalisées ?

Oui. Le traitement par diffuseurs distribués et à petites lignes de base, ainsi que le radar en bande L à plus grande longueur d'onde, sont choisis précisément pour garder des mesures fiables sur les terrains ruraux et végétalisés où les points de levé sont rares.

Pouvez-vous montrer l'évolution de l'affaissement dans le temps ?

Oui. L'archive satellitaire pluriannuelle nous permet de reconstituer les mouvements passés et de suivre la réponse de l'affaissement à la sécheresse, au pompage et à la récupération, et pas seulement de mesurer le taux actuel.