UGPS phase 2 (Développement d'un système de positionnement des conduits souterrains en vue d'une meilleure utilisation des eaux souterraines)

• Unité de recherche: OFEV
• Numéro de projet: UTF 335.15.10

Mots-clé (Français)

eau potable, nappe phréatique, karst, conduites d’eau souterraines, système de transmission électromagnétique (UGPS)

Description succincte (Français)

Les nappes phréatiques sont 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 situées dans le karst.

D’autre part, les techniques existantes pour le repérage de vides souterrains ne permettaient pas jusqu’à présent de déterminer le cheminement de ces espaces. La première phase du projet (UTF 227.18.07) a démontré la faisabilité technique d'un système de transmission électromagnétique (UGPS), composé d'une balise d'émission et de quatre balises de réception, ainsi que son efficacité pour le positionnement de cours d'eau souterrains. La technique développée permet d'envisager de nombreuses utilisations pour différentes applications en hydrologie (sources et écoulements d’eau), en génie civil (mines, conduites, forages) ou en géologie (grottes). Pour répondre aux besoins de ces applications, il est nécessaire d'adapter le nouveau système à leurs conditions spécifiques.

Résultats selon le contrat (Français)

1 Emetteur étanche (norme IPx8 à au moins 100m) et système miniaturisé et étanche à 50m qui pourra être utilisé dans un forage d'un diamètre de 4 pouces (Jalon 1).

2 Mode de mesure optimisé avec possibilité de choisir entre précision ou rapidité de mesure maximale.

3 Système UGPS couplé avec un laser-scanner pour relever les galeries en 3D.

4 Rapport final présentant les résultats des points 1 à 3.

5 Eléments de textes et illustrations ou photos pour l’impression d’un fact-sheet à l’adresse du public.

6 Présentation des résultats lors d’un colloque scientifique à l’OFEV (avec présentation Power-point).

Objectifs du projet (Français)

L’objectif principal de ce projet est d'adapter et d'améliorer le système UGPS pour les différents domaines d'utilisation. En particulier, il faudra miniaturiser l'émetteur et le rendre étanche.

Description des résultats (Français)

Dans une première phase (2008-2009), 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 en capter le signal depuis la surface à été démontrée. 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 UGPS permet non seulement de situer le point d’origine du signal mais également l’orientation de l’émetteur dans l’espace.

Suite à ces résultats encourageants, le projet s’est poursuivi sur 3 axes :
- Perfectionnement du produit par la fabrication d’une balise miniature, amélioration de la précision du système, localisation automatique des balises de réception grâce à l’intégration d’un GPS, d’une boussole 3D et d’un accéléromètre 3D, construction d’un émetteur étanche.
- Développement du produit vers d’autres applications par le couplage avec un laser 2D.
- Recherche sur la manière d’atténuer les perturbations rencontrées en environnements difficiles (perturbations magnétiques géologiques et anthropiques), modélisations du terrain.

Une demande de brevet pour la Suisse (N° 01067/10) a été déposée en juin 2010.

Mise en oeuvre et application (Français)

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.
Parallèlement aux tests, différentes applications ont déjà été réalisées en Suisse et à l’étranger (Grèce, Allemagne, France). En Grèce, une commune envisage de capter l’eau d’une rivière souterraine qui s’écoule 200 m sous un plateau aride. Grâce au système UGPS, il a été possible de situer avec précision l’emplacement du forage qui permettra d’atteindre ce gisement d’eau. En Allemagne et en France, le système UGPS a été utilisé pour positionner d’anciennes mines se trouvant dans des zones en cours d’urbanisation et posant des problèmes de stabilité du terrain. L’UGPS a aussi été utilisé dans le cadre de la mise en place d’un laboratoire de géophysique souterrain par l’Université de Montpellier dans les Causses.

Suivi (Français)

Différents domaines d’applications existent pour la technique UGPS : 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 (mesures géophysiques).
Les améliorations en cours (précision, miniaturisation, étanchéité, implémentation de capteurs,…) vont permettent de mieux répondre aux besoins spécifiques des marchés potentiels. Dans un premier temps, la commercialisation du produit se fera par des prestations directes proposées par les développeurs du système. La vente d’appareils est prévue dès 2012. En prévision de la commercialisation du système UGPS, une start up a été créée : InfraSurvey.

Publications / Résultats (Français)

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.