Algeo se tient à gauche avec une tablette tandis que son conseiller, Lee Slater, traîne l'équipement radar à pénétration de sol sur la surface du sol. Crédit :Chris Watts, Recherche Rothamsted.
Le radar à pénétration de sol n'est pas quelque chose du dernier film de science-fiction. C'est en fait un outil utilisé par les pédologues pour mesurer rapidement et facilement la quantité d'humidité dans le sol.
Comme pour la plupart des technologies, il s'améliore et de nouvelles façons de l'utiliser sont testées. Jonathan Algéo, un étudiant diplômé de l'Université Rutgers, a passé ses études à améliorer le géoradar pour différentes utilisations, comme la mesure de l'humidité du sol.
"C'est un outil très courant dans la recherche, agriculture, ingénierie, et l'armée pour regarder les objets enfouis et mesurer la teneur en eau, " explique Algeo. " L'un de ses principaux avantages est qu'il est très rapide. Un exemple est un outil avec une roue qui permet au radar de prendre des mesures lorsque vous le faites glisser le long du sol. De cette façon, vous pouvez très rapidement prendre des mesures sur un grand champ ou sur une ligne longue de plusieurs kilomètres. Le radar peut être utilisé rapidement sur une grande surface pour répondre à de nombreuses questions différentes."
La technologie peut être utilisée pour trouver des tunnels souterrains, substrat rocheux, ou des fissures de métal dans les supports d'un pont. Au niveau du sol, les questions peuvent varier. Quelle est la quantité d'eau près de la surface ? Comment cela varie-t-il dans un site de terrain? La teneur en eau près de la surface peut affecter le climat, c'est donc également important pour les modèles climatiques informatisés.
Être capable de mesurer l'humidité du sol dans un champ peut permettre aux agriculteurs d'optimiser l'utilisation de l'eau afin qu'ils n'en utilisent pas trop ou pas assez, surtout dans les zones sèches où l'eau est limitée. L'observation du sous-sol très peu profond permet aux agriculteurs de tester l'efficacité de leurs systèmes d'irrigation.
Un noyau de sol, avec les pieds des chercheurs pour donner du recul. Crédit :Jonathan Algeo.
Comment fait-il cela ? "Le géoradar utilise deux antennes. L'une émet un signal et l'autre le reçoit, " dit Algeo. " Le signal sortant est similaire à un signal micro-onde ou de téléphone portable. Ce signal voyage dans toutes les directions, mais la majeure partie de l'énergie est dirigée dans le sol. Lorsqu'il y a un objet enfoui ou un changement de matière, le signal radar se réfléchit vers la surface, où il est capté par l'autre antenne."
Il ajoute que lorsqu'il y a plus d'eau dans le sol, les vagues se déplacent plus lentement. Quand il y a moins d'eau, ils bougent plus vite. Un scientifique peut utiliser les informations recueillies par les antennes des vagues pour estimer la teneur en eau du sol.
Les équations et les méthodes utilisées par les chercheurs pour estimer la teneur en eau se présentent sous de nombreuses formes différentes. Les recherches récentes d'Algeo ont testé lesquels étaient les meilleurs pour estimer la teneur en eau. Les équations analysent le signal temporel précoce. Ce sont les premières ondes radar à revenir à l'antenne réceptrice après avoir traversé juste le dessus du sol. La force de ce signal change en fonction de la teneur en eau de la surface du sol. Il peut être mesuré même dans des sols riches en argile où le radar ne serait normalement pas utile.
Algeo et son équipe ont comparé deux méthodes de calcul d'une valeur pour le signal horaire précoce afin de déterminer laquelle, si l'un ou l'autre, était meilleur pour suivre les changements dans l'humidité du sol. Ils ont trouvé que les deux méthodes étaient efficaces. Cela donne aux chercheurs la possibilité d'estimer rapidement la teneur en eau sur de grands sites de terrain.
"Pour qu'une méthode soit largement utilisée dans l'industrie, il doit être prouvé hors de tout doute par des chercheurs comme nous, " Algeo dit. "Nous essayons de comprendre tous les détails d'où, comment, et quand l'analyse précoce des signaux temporels est la plus utile. Cela signifie que les utilisateurs de radars à pénétration de sol auront un autre outil dans leur boîte à outils lorsqu'ils essaieront de mesurer rapidement la teneur en eau souterraine. »
« Le radar à pénétration de sol est mon outil géophysique préféré car il nous permet d'obtenir une telle variété d'informations du sous-sol, " ajoute-t-il. " S'il y a une question sur le sous-sol, il y a de fortes chances qu'il puisse vous donner un aperçu de ce qui se passe."
