Un outil de surveillance à distance pour aider les autorités à gérer les problèmes de sécurité publique et d'environnement dans les mines de charbon récemment abandonnées a été développé par l'Université de Nottingham.

L'outil utilise l'imagerie radar par satellite pour capturer des mesures à l'échelle millimétrique des changements de hauteur du terrain. Ces mesures peuvent être utilisées pour surveiller et prévoir les niveaux des eaux souterraines et les changements des conditions géologiques profondément sous la surface de la terre dans les anciennes zones minières.

Avec une longue histoire d'extraction de charbon, le projet a été testé au Royaume-Uni à l'échelle régionale, mais a des implications mondiales étant donné la baisse mondiale de la demande de charbon au profit de sources d'énergie plus durables.

La méthode a été mise en œuvre sur les bassins houillers du Nottinghamshire, qui ont été abandonnés aussi récemment qu'en 2015, quand la dernière mine profonde, la mine de charbon Thoresby, ferme définitivement ses portes.

Lorsque les mines profondes sont fermées, les eaux souterraines qui étaient auparavant pompées à la surface pour sécuriser l'exploitation minière, est autorisé à augmenter à nouveau jusqu'à ce qu'il soit restauré à son niveau naturel dans un processus appelé rebond.

Le rebond des eaux souterraines à travers les anciens chantiers miniers nécessite un suivi attentif; contenant souvent des contaminants, il peut polluer les cours d'eau et les approvisionnements en eau potable; conduire à des inondations localisées; renouveler l'affaissement minier, soulèvement des terres et réactive les failles géologiques s'il monte trop vite. De tels problèmes peuvent entraîner des problèmes coûteux et dangereux qui doivent être résolus avant que le terrain ne soit réaffecté.

La Coal Authority a donc besoin d'informations détaillées sur le taux de rebond dans les vastes systèmes miniers qu'elle gère afin de savoir exactement où relâcher ou augmenter le pompage pour contrôler les niveaux d'eau souterraine.

Mesurer le taux et la localisation du rebond des eaux de mine est donc vital pour gérer efficacement les risques environnementaux et de sécurité dans les anciens bassins houillers, mais difficile à atteindre. Les eaux souterraines peuvent s'écouler dans des directions imprévues via des cavités à l'intérieur et entre les houillères voisines et se déverser à la surface dans des zones qui ne sont pas considérées comme étant à risque.

Autrefois, prédire où s'écoulera l'eau de la mine dépendait fortement des plans de la mine ; des documents inexacts ou incomplets, parfois plus que centenaires; et les données de forage. Coûtant environ 20 £, 000 à 350K £ chacun, les forages sont coûteux à forer et sont souvent dispersés dans de vastes bassins houillers, laissant des lacunes de mesure.

Plus récemment soulèvement, l'affaissement et d'autres mouvements géologiques ont été surveillés en appliquant le radar interférométrique à synthèse d'ouverture (InSAR) aux images acquises par les satellites radar. Cependant, cette technique d'interférométrie n'a fonctionné historiquement que dans les zones urbaines (par opposition aux zones rurales), où le radar peut capter des objets stables, tels que des bâtiments ou des voies ferrées, au sol pour se refléter régulièrement vers le satellite.

Cette étude utilise une technique InSAR avancée, appelé petit sous-ensemble de base intermittent (ISBAS), développé par l'Université de Nottingham et sa société dérivée Terra Motion Ltd. InSAR utilise des piles d'images satellite du même emplacement prises tous les quelques jours ou semaines, ce qui permet de capter les moindres changements topographiques au fil du temps. Unique, ISBAS InSAR peut calculer des mesures de déformation des terres sur des terrains urbains et ruraux. Ceci est bénéfique lors de la cartographie des anciennes zones minières, qui sont souvent situés dans les zones rurales. Au-dessus des bassins houillers du Nottinghamshire, par exemple, l'occupation du sol est majoritairement rurale, avec près de 80 pour cent de terres agricoles, pâturages et zones semi-naturelles.

Une telle densité de mesures signifiait plomb d'étude, Doctorat de l'Université de Nottingham L'étudiant David Gee pourrait développer une méthode simple et rentable pour modéliser le rebond des eaux souterraines à partir des changements de mouvement de surface. L'étude a trouvé un lien définitif entre les mesures des mouvements du sol et la montée des niveaux d'eau de la mine. Souvent, l'affaissement ou le soulèvement des terres se produit à la suite de changements dans les eaux souterraines, où la strate agit un peu comme une éponge, se dilatant lors du remplissage de liquide et se contractant lors de la vidange.

Avec une couverture spatiale quasi-complète des données InSAR, il pourrait combler les écarts de mesure entre les forages pour cartographier l'évolution des niveaux d'eau de mine sur l'ensemble du bassin houiller. Le modèle prend en compte à la fois la géologie et la profondeur des eaux souterraines pour déterminer le taux réel de rebond et aider à identifier où les problèmes associés au rebond peuvent survenir.

L'étude s'intitule « Modélisation du rebond des eaux souterraines dans les bassins houillers récemment abandonnés à l'aide de DInSAR, " publié dans la revue Télédétection de l'environnement .

David Gee, qui est basé au Nottingham Geospatial Institute de l'Université, mentionné, "Il y a plusieurs bassins houillers en cours de rebond des eaux de mine au Royaume-Uni, où le soulèvement de surface a été mesuré à l'aide d'InSAR. Dans les bassins houillers du Nottinghamshire, la comparaison quantitative entre la déformation mesurée par le modèle et l'InSAR confirme que le soulèvement est causé par la récupération des eaux de mine."

Au début, un modèle avancé a été généré pour estimer le soulèvement de surface en réponse aux changements mesurés des niveaux d'eau souterraine à partir des forages de surveillance. David a calibré et validé le modèle en utilisant ISBAS InSAR sur les données radar ENVISAT et Sentinel-1. Il a ensuite inversé les mesures InSAR pour fournir une estimation du changement des niveaux des eaux souterraines. Ensuite, les taux inversés ont été utilisés pour estimer le temps qu'il faudra aux eaux souterraines pour rebondir et identifier les zones du bassin houiller les plus à risque de déversements en surface.

"Mesures InSAR, lorsqu'il est combiné avec la modélisation, peut aider à la caractérisation des processus hydrogéologiques se produisant sur les anciens sites miniers. La technique a le potentiel d'apporter une contribution significative à la stratégie d'abandon progressif des bassins houillers récemment fermés, " a dit David.

Les résultats de l'InSAR offrent une source supplémentaire de données sur les changements des eaux souterraines qui augmentent les mesures des forages. Cela signifie que la surveillance peut être effectuée à distance et nécessite donc moins de main-d'œuvre pour les organismes nationaux tels que l'Agence pour l'environnement (qui gère les risques tels que les inondations, la pollution et les terres contaminées) et la Coal Authority (qui a pour mandat de gérer l'héritage de l'extraction souterraine du charbon en termes de sécurité publique et d'affaissement).

Le modèle a déjà signalé que certaines parties des gisements de charbon qui ne se comportent pas comme prévu, qui pourraient influencer les plans d'assainissement existants.

David explique, "La partie la plus profonde du bassin houiller du North Nottinghamshire, par exemple, ne rebondit pas comme prévu, ce qui suggère que les plans de la mine ici pourraient ne pas être tout à fait exacts. La stabilité est confirmée par l'InSAR et le modèle - la surveillance future de cette zone aidera à identifier si ou quand un rebond se produira éventuellement.

« Les prochaines étapes du projet consistent à intégrer nos résultats dans un outil de dépistage existant développé par l'Agence pour l'environnement et l'Autorité du charbon pour aider les autorités locales de planification, les développeurs et les consultants conçoivent des systèmes de drainage durables dans les zones houillères. Les premiers résultats, généré à l'échelle régionale, ont le potentiel d'être étendus à tous les bassins houillers du Royaume-Uni, à l'aide des cartes nationales InSAR, " ajoute David.

Luc Bateson, Géologue principal en télédétection du British Geological Survey, mentionné, "Les données InSAR offrent une opportunité fantastique de révéler comment le sol bouge, Cependant, nous avons besoin d'études telles que celles de David afin de comprendre à quoi ces mouvements du sol se rapportent et ce qu'ils signifient. L'étude de David, fournit non seulement cette compréhension, mais fournit également un outil qui peut convertir les mouvements du sol InSAR en informations sur les niveaux d'eau de la mine qui peuvent être utilisés pour prendre des décisions éclairées. »

Dr Andrew Sowter, Directeur technique chez Terra Motion Ltd, explique, "Des études comme celle-ci démontrent la valeur pour nous, en tant que petite entreprise commerciale, à investir dans un travail collaboratif avec l'Université. Nous avons maintenant un remarquable, validé, résultat qui est basé sur notre méthode ISBAS InSAR et manifestement soutenu par un éventail de parties prenantes importantes. Cela nous permettra de pénétrer davantage le marché dans une vaste gamme d'applications critiques jusqu'à présent qualifiées de difficiles pour les techniques InSAR plus conventionnelles, en particulier les marchés relatifs à l'extraction et l'injection de fluides souterrains dans les régions plus tempérées, zones végétalisées."