Le développement d’une technologie permettant de suivre le déplacement d’un point mobile dans des galeries souterraines (Underground GPS 2)

• Research unit: FOEN
• Project number: UTF 227.18.07

Key words (French)

GPS, ISSKA, Eau, eau souterrains

Short description (French)

La nappe phréatique est la source principale d’eau potable en Suisse. 20% des eaux extraites de la nappe phréatique proviennent de régions karstiques, où elles circulent dans des galeries dont la position n’est souvent pas connue.
Une plus grande connaissance des conduites d’eau souterraines permettrait une meilleure gestion des ressources en eau potable dans les régions montagneuses situées dans le karst. D’autre part, jusqu’à présent les techniques existantes pour le repérage de vides souterrains ne permettent pas de déterminer le cheminement des conduites souterraines.
Le développement d’un système de positionnement de cours d’eau souterrains rendra possible l’accès à des réserves d’eau actuellement négligées ou inconnues qui pour-raient faire l’objet d’une utilisation hydroélectrique ou comme eau potable.
Un premier pas dans cette direction a été fait par l’institut suisse de spéléologie et de karstologie (ISSKA) avec le développement d’un système U-GPS 1 qui permet de connaître la position d’un point fixe situé sous terre.

Results according to contract (French)

1. Réalisation d’un démonstrateur 1-D pour définir la relation entre la distance de détection, le volume des bobines et la puissance d’émission. Condition pour pouvoir poursuivre le projet: distance de détection >100 mètres prouvée .

2. Production d’un prototype d’un système de transmission électromagnétique (U-GPS 2) et documentation de l’efficacité de la technique pour le positionnement de cours d’eau souterrains.

3. Plan concret de commercialisation pour l’introduction sur le marché.

Project aims (French)

L’objectif principal de ce projet est de développer une technologie (U-GPS 2) permet-tant de situer avec précision le cheminement de galeries souterraines naturelles (grottes) ou artificielles (tunnels, conduites) en suivant le déplacement d’un point mobile.

Description of results (French)

L’objectif initial du projet était de démontrer la faisabilité de la technique consistant à diffuser un champ magnétique émis depuis une station fixe ou mobile située sous terre (mine, conduite ou grotte) et à capter ce signal au moyen de plusieurs balises de réception fixes disposées en surface de manière à connaître avec précision le point d’émission du signal. Cette faisabilité a été démontrée en laboratoire, puis sur le terrain après la fabrication de 2 prototypes comportant chacun 1 station émettrice et 4 stations réceptrices.

Les tests réalisés d’abord à l’extérieur, puis entre la surface et des vides souterrains naturels (grottes) et artificiels (mines) ont démontré que le degré de précision visé au moment du lancement du projet était atteint et même dépassé. En l’absence d’éléments perturbateurs (lignes électriques, éléments ferro-magnétiques volumineux, antennes,…), la précision atteinte est meilleure que 1 m à 100 m de distance (1 %). Le système permet non seulement de situer le point d’origine du signal mais également l’orientation de l’émetteur dans l’espace.

Transfer and application (French)

La mise en œuvre du système nécessite de nombreux tests de terrain dans différentes configurations: 1) zones urbaines ou naturelles; 2) de 5 et 150 m de profondeur; 3) dans des terrains plus ou moins conducteurs; 4) dans différentes conditions de bruit magnétique. Ces tests permettent d’améliorer la calibration des appareils et de se familiariser avec leur fonctionnement. Pour la première fois au monde, nous avons pu suivre en temps réel le déplacement d’une personne à l’intérieur d’une cavité naturelle. Transporté sur le dos, l’émetteur envoie un signal toutes les 5 secondes et la configuration de la galerie parcourue apparaît immédiatement sur l’écran de l’ordinateur.

Une première application est prévue début 2010 en Crète où il s’agira de repérer la position exacte d’une cavité naturelle dans laquelle coule une rivière. Les mesures UGPS donneront les indications nécessaires à la réalisation d’un forage qui permettra de capter l’eau et d’alimenter un village qui en manque de manière chronique.

Follow up (French)

La technique mise au point permet d’envisager de nombreuses utilisations dans différents domaines d’applications comme l’hydrologie (repérage du cheminement de rivières souterraines), la topographie (relevé de la position exacte de vides souterrains naturels ou artificiels), le génie civil (guidage de tête de forages) ou la géologie.

Pour répondre aux besoins spécifiques de certaines de ces applications, il sera nécessaire de poursuivre le développement technologique de la méthode et d’adapter les appareils aux conditions spécifiques des milieux dans lesquels ils seront mis en œuvre. En particulier, il est envisagé de rendre la balise d’émission étanche (siphons, rivières souterraines, aqueducs,...) et de la miniaturiser (conduites impénétrables à l’homme). La possibilité de coupler l’UGPS-2 à un robot ou à d’autres appareils de mesure est aussi à l’étude.

Publications / Results (French)

Jeannin, P.-Y. (2009): Underground positioning system (UGPS) a new tool for mine survey and localisation. 9. Altbergbau – Kolloquium, Montanuniversität Leoben (abstract); 17-21.

Wenger, R. & Jeannin, P.-Y. (2009): Towards an positioning system fort he subterraneous world (UGPS). ICS 2009, 15th International Congress of Speleology. Proceedings, Volume 1, Symposia Part 1: 612-617.