L'augmentation de la croissance démographique mondiale et de l'exploitation des ressources crée une énorme demande d'infrastructures civiles, y compris les bâtiments, métros et lignes de train, des ponts, barrages, autoroutes et aéroports.

Face à la pression, l'ingénierie, la construction et l'entretien de tels projets ne sont pas toujours bien gérés, et sans surveillance attentive, un échec catastrophique est tout sauf une possibilité abstraite. L'effondrement du pont de Gênes en août 2018, qui a fait 43 morts, n'est qu'un exemple. Un autre est l'effondrement du barrage de Brumadinho le 25 janvier au Brésil, qui a conduit à au moins 237 décès.

Risques cachés

Avec la prise de conscience croissante de l'importance de la sécurité publique et de la durabilité des infrastructures, l'accent doit être mis non seulement sur l'utilisation efficace des ressources, mais aussi sur la bonne gestion de l'infrastructure construite pour garantir qu'elle reste sûre tout au long de sa durée de vie prévue.

Obtenir une alerte précoce des catastrophes potentielles est très complexe, principalement en raison de la très grande variété des risques. Bien qu'il n'y ait pas eu de conclusion formelle sur la cause de l'effondrement du pont de Gênes, mais il était soutenu par des câbles d'acier encastrés dans du béton, et seulement deux décennies après sa construction, les fissures et la corrosion étaient clairement visibles. Des travaux de réparation étaient prévus plus tard cette année, mais le pont s'est effondré avant de pouvoir démarrer. Dans le cas de la catastrophe au Brésil, la structure était un "barrage à stériles en amont", un mur de terre et de limon qui retenait un réservoir de déchets miniers semi-solides. Sans structure dure, le barrage du Brésil était intrinsèquement instable et aurait dû être constamment surveillé, même sur des zones extrêmement vastes, il peut y avoir des signes avant-coureurs tels qu'une subtile déformation du sol.

Compte tenu de la grande variété de projets d'infrastructure, l'éventail des facteurs de risque est immense. Pour mieux les surveiller, une approche interdisciplinaire est indispensable. Les défis existants doivent être relevés et les futurs préparés en se concentrant sur l'évaluation, surveillance, partage d'informations et réduction des risques.

Les yeux dans le ciel

Une technologie qui a un potentiel considérable est l'interférométrie radar à synthèse d'ouverture par satellite, connu sous le nom d'InSAR. Les satellites SAR orbitent sur une orbite polaire héliosynchrone, ce qui signifie que le satellite passe au-dessus d'un point donné de la surface de la Terre à la même heure solaire moyenne locale. Il a la capacité de surveiller les mouvements à grande échelle de la surface de la Terre sur de longues périodes de temps, fournir une meilleure image pour comprendre la santé des infrastructures.

Par rapport aux satellites optiques, Les satellites SAR ont des capacités de surveillance tous temps. Ils émettent des ondes électromagnétiques avec des longueurs d'onde allant d'environ un mètre à un millimètre, et recevoir des signaux rétrodiffusés - qui sont la réflexion des ondes, particules, ou des signaux de retour dans la direction d'où ils viennent, après avoir été réfléchis par la surface de la Terre. Ceux-ci indiquent la réflectivité des cibles choisies ainsi que leur distance par rapport au satellite et entre elles.

Le premier satellite SAR civil était SEASAT, lancé en 1978 par la NASA et le Jet Propulsion Laboratory. Avec une résolution d'image de 25 mètres, SEASAT révolutionnaire à l'époque, et les satellites d'aujourd'hui ont une résolution spatiale jusqu'à un mètre, et revisiter le même endroit sur des périodes aussi courtes que quelques jours. Les exemples incluent le TerraSAR-X, COSMO-SkyMed, et Sentinelle-1, lancé par l'Allemagne, l'Italie et l'Union européenne, respectivement.

InSAR peut capturer la topographie de n'importe quelle partie de la surface de la Terre, urbain ou rural, et par la comparaison de deux images mesurer la déformation de surface entre deux instants d'observation. Le premier modèle altimétrique numérique mondial, créé à partir des données de la Shuttle Radar Topography Mission, a été généré en 2000 à l'aide des technologies InSAR.

En supprimant la contribution topographique, il est possible d'extraire des informations de déformation subtiles, comme l'affaissement du terrain, les mouvements d'infrastructure et même ce qui sont en fait des glissements de terrain au ralenti.

La principale source d'erreurs de mesure potentielles est le « retard atmosphérique », ce qui peut ralentir ou décaler les signaux et déformer les données capturées. Cependant, l'InSAR multitemporel le plus avancé peut atténuer le retard atmosphérique à l'aide d'images multi-bases et peut mesurer la déformation du paysage au millimètre près.

Recherche de « maladies urbaines »

Avec l'accélération de l'urbanisation, les infrastructures sont largement développées, en particulier ceux qui sont partiellement ou entièrement souterrains, comme les métros. La déformation anormale des infrastructures a été qualifiée de « maladie urbaine » cachée qui doit être surveillée de plus près par les chercheurs, les autorités, les politiciens et le public.

Tout comme les tomodensitogrammes sont utilisés pour examiner l'état de santé d'un patient sous la surface, InSAR offre un moyen de suivre la dynamique des infrastructures et de construire un « diagnostic de santé ». Les images peuvent être utilisées pour mettre en évidence les zones à risque, et si des mouvements de surface inhabituels sont détectés, d'autres investigations peuvent être menées. Par exemple, si un affaissement de terrain est détecté à côté d'une ligne de métro, une enquête plus approfondie sera effectuée pour les bâtiments individuels pour voir s'ils sont également touchés. Ce système hiérarchique facilite non seulement un contrôle global régulier au niveau régional ou même national, mais également une enquête plus approfondie des structures individuelles si nécessaire.

En pratique, deux défis principaux demeurent. D'abord, le nombre de satellites est limité et les exigences élevées, restreindre la capacité d'acquérir en temps opportun, images haute résolution. Le lancement de plus de satellites devrait surmonter ce défi. Seconde, des changements soudains peuvent survenir à tout moment – ​​les projets de resurfaçage et les dolines ne sont que deux exemples. Des algorithmes et des chaînes de traitement avancés sont nécessaires pour mieux les prendre en compte.

Systèmes d'aide à la décision

Les satellites InSAR offrent ainsi un moyen puissant d'évaluer la santé des infrastructures existantes, même ce qui n'est pas visible de l'espace. Les informations de déformation collectées peuvent être combinées avec des connaissances d'experts d'autres domaines, y compris l'ingénierie géotechnique et structurelle, hydrologie, géologie et météorologie. Ensemble, ils peuvent améliorer notre compréhension de la dynamique des infrastructures et améliorer notre capacité à mieux diagnostiquer, les gérer et les entretenir.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.