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[SPA] La tesis propuesta viene a resolver los problemas relacionados con la detección y la localización de zonas inestables en medio urbano (Tghat Fès, Sefrou, Bhalil en Marruecos, y la zona de Sierra de Gádor en España), especialmente para investigación de cavidades, deslizamientos de terrenos y las formaciones cársticas. El estudio geológico detallado de las cuatro zonas ha permitido localizar los principales sectores más susceptibles al riesgo de inestabilidad en base a la litología y sobre los indicios de superficie. Los indicios en la región de Tghat son formas de fisuración de superficie, mientras que los sitios de Bhalil y Sefrou representan la presencia de cavidades de origen antrópico o natural en base a fenómenos de carstificación, y la presencia de dolinas de origen cárstico en la zona de estudio de la Sierra de Gádor. En este trabajo, diferentes métodos geofísicos han sido empleados para la detección y la investigación de cavidades, deslizamientos del terreno y de formas cársticas en zonas urbanas. Estos métodos consisten en el método de tomografía eléctrica (ERT, de eletrical resistivity tomography method), el método de sondeo eléctrico vertical (VES, de vertical electrical sounding method), el método georradar (GPR de ground penetrating radar method) y el método de tomografía sísmica de refracción (SRT de seismic refraction tomography method). Los resultados de los métodos geofísicos han sido presentados bajo la forma de secciones de resistividad 1D, 2D y 3D, de radargramas y de tomogramas sísmicos, facilitando información detallada sobre las variaciones de las propiedades físicas de las estructuras subterráneas. El tratamiento e interpretación de los datos ha permitido la determinación de las variaciones espaciales y de señalar numerosas zonas que pueden ser consideradas como zonas de alto riesgo, especialmente por el peligro de deslizamiento en la zona de Tghat con la localización de numerosas anomalías asociadas con la presencia de cavidades en el seno de formaciones margosas. Las técnicas eléctricas han permitido de localizar cavidades de origen cárstico, así como zonas de fracturación y de fisuración prolongadas en el seno de las formaciones carbonatadas en Sefrou. En la zona de estudio de Bhalil, el GPR se ha revelado muy eficaz para la detección de cavidades antrópicas abandonadas en el seno de la antigua medina. Finalmente, la tomografía eléctrica combinada con la sísmica de refracción ha demostrado ser un método eficaz para detectar formas de subsidencia asociadas a la presencia de dolinas en la región de la Sierra de Gádar (Almería, España). Por otro lado, el empleo de Python para la modelización se ha combinado con el estudio geológico y los métodos geofísicos con el fin de detectar y de investigar las zonas inestables en ambientes urbanos. Esta metodología directa de modelización es empleada para simular las condiciones del subsuelo en las zonas de estudio con la ayuda de programas de ordenador de código abierto tales como pyGIMLi y pyBERT. Gracias a esta simulación, es posible de predecir la respuesta de diferentes técnicas geofísicas a las condiciones específicas del sitio de estudio, permitiendo así de seleccionar las técnicas más apropiadas para las condiciones específicas del sitio y de optimizar la concepción del diseño de los dispositivo de medida así como los parámetros de adquisición de los datos para futuras campañas de campo. Con la integración de la modelización directa con los métodos geofísicos, el objetivo de esta tesis es la de mejorar la precisión, eficacia y la flexibilidad de la tomografía subterránea para la detección y la investigación de las cavidades, los deslizamientos del terreno y de las formas cársticas en las zonas urbanas. [ENG] The proposed thesis aims to solve problems related to the detection and localization of unstable areas in urban zones (Tghat Fes, Sefrou, Bhalil in Morocco, and the Sierra de Gádor area in Spain), in particular for cavity monitoring, landslides and karst forms. The detailed geological study of the four zones made it possible to locate the main sectors most susceptible to the risk of instability, based on the lithology and on surface indicators. The indices in the region of Tghat are forms of surface cracking, while the sites of Bhalil and Sefrou represent the presence of cavities of anthropic or natural origin due to the phenomenon of karstification, and the presence of doline of karstic origin. in the site of Sierra de Gádor. In this report, different geophysical methods were used for the detection and monitoring of cavities, landslides, and karst forms in urban areas. These methods include ERT (electrical tomography), VES (vertical electrical sounding), GPR (ground penetrating radar) and SRT (seismic refractive tomography). The results of the geophysical methods were presented in the form of 1D, 2D and 3D resistivity sections, radargrams and tomograms, providing detailed information on the variation of physical properties of underground structures. The processing and interpretation of the data made it possible to determine the spatial variations and to highlight several areas which can be considered as high-risk areas, in particular related to landslide risk in the Tghat area with the location of several anomalies correlated with the presence of cavities within marly formations. Electrical techniques have made it possible to locate cavities of karstic origin as well as zones of fracturing and prolonged fissuring within carbonate formations at Sefrou site. Thus, at the Bhalil site, the GPR proved to be very effective in detecting abandoned anthropic cavities within the old medina. Finally, electrical tomography combined with seismic refraction has proven to be an effective method for detecting forms of subsidence related to the presence of sinkholes in the Sierra de Gádor region. Furthermore, the use of Python for modeling is combined with geological survey and geophysical methods to detect and monitor unstable areas in urban environments. This direct modeling approach is used to simulate subsurface conditions at study sites using open-source software such as pyGIMLi and pyBERT. Through this simulation, it is possible to predict the response of different geophysical techniques to specific site conditions. Thus, it is possible to select the most appropriate techniques for the specific site conditions and to optimize the survey design as well as the data acquisition parameters for future campaigns. By integrating direct modeling with geophysical methods, the objective of this thesis is to improve the accuracy, efficiency, and flexibility of subsurface imagery for the detection and monitoring of cavities, landslides and landforms. karst in urban areas. [FRE] La thèse proposée vise à résoudre les problèmes liés à la détection et à la localisation de zones instables en milieu urbain (Tghat Fès, Sefrou, Bhalil au Maroc, et la zone de Sierra de Gádor en Espagne), notamment pour la surveillance des cavités, des glissements de terrain et des formes karstiques. L'étude géologique détaillée des quatre zones a permis de localiser les principaux secteurs les plus susceptibles au risque d'instabilité en se basant sur la lithologie et sur des indices de surface. Les indices dans la région de Tghat sont des formes de fissuration de surface, tandis que les sites de Bhalil et Sefrou représentent la présence de cavités d'origine anthropique ou naturelle en raison du phénomène de karstification, et la présence de dolines d’origine karstique dans le site de Sierra de Gádor. Dans ce rapport, différentes méthodes géophysiques ont été utilisées pour la détection et la surveillance des cavités, des glissements de terrain et des formes karstiques dans les zones urbaines. Ces méthodes comprennent l'ERT (tomographie électrique), le VES (sondage électrique vertical), le GPR (radar à pénétration de sol) et le SRT (tomographie sismique à réfraction). Les résultats des méthodes géophysiques ont été présentés sous forme de sections de résistivité 1D, 2D et 3D, de radargrammes et de tomogrammes, fournissant des informations détaillées sur la variation des propriétés physiques des structures souterraines. Le traitement et l'interprétation des données ont permis de déterminer les variations spatiales et de souligner plusieurs zones qui peuvent être considérées comme des zones à haut risque, notamment pour le danger de glissement dans la zone de Tghat avec la localisation de plusieurs anomalies corrélées avec la présence de cavités au sein de formations marneuses. Les techniques électriques ont permis de localiser des cavités d'origine karstique ainsi que des zones de fracturation et de fissuration prolongées au sein de formations carbonatées à Sefrou. Au site de Bhalil, le GPR s'est révélé très efficace pour la détection de cavités anthropiques abandonnées au sein de l'ancienne médina. Enfin, la tomographie électrique combinée à la sismique à réfraction s'est avérée être une méthode efficace pour détecter des formes de subsidence liées à la présence de dolines dans la région de Sierra de Gádor.En outre, l'utilisation de Python pour la modélisation est combinée avec l'étude géologique et les méthodes géophysiques afin de détecter et surveiller les zones instables dans les environnements urbains. Cette approche directe de modélisation est utilisée pour simuler les conditions du sous-sol des sites d'étude à l'aide de logiciels open source tels que pyGIMLi et pyBERT. Grâce à cette simulation, il est possible de prédire la réponse de différentes techniques géophysiques aux conditions spécifiques du site, permettant ainsi de sélectionner les techniques les plus appropriées pour les conditions spécifiques du site et d'optimiser la conception du levé ainsi que les paramètres d'acquisition de données pour les futures campagnes. En intégrant la modélisation directe avec les méthodes géophysiques, l'objectif de cette thèse est d'améliorer la précision, l'efficacité et la flexibilité de l'imagerie souterraine pour la détection et la surveillance des cavités, des glissements de terrain et des formes karstiques dans les zones urbaines. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental

National audience; Dans ce papier, nous étudions la diffraction électro-magnétique par un objet enfoui entre deux interfaces rugueuses.Nous présentons un modèle électromagnétique rigoureux basé surles équations intégrales de frontière entre les différents milieuxet discrétisées à l’aide de la méthode des moments. Le systèmelinéaire résultant est résolu par une méthode rapide, appeléeGPILE (Generalized Propagation Inside Layer Expansion), quipermet de réduire la complexité de l’inversion de la matriceimpédance et d’isoler chacune des contributions au processusglobal de diffusion. Cet outil est alors appliqué sur une chaussée,sondée par un radar GPR, pour calculer sa réponse temporelle.

Ce présent rapport constitue le livrable de l’Axe A1.a concernant les carottages des annexes fluviatiles de DZM et BLN et les travaux de géophysique aquatique effectués sur le RCC de DZM dans le cadre de l’Axe C5.4. Ce travail compile les résultats d’analyses granulométriques, MO, radionucléides, POPs de 2 carottes sédimentaires (DZM-C01 et DZM-C04) au niveau des annexes fluviales du RCC de DZM et parachève ainsi l’objectif « OSR 5 » de 6 carottes dans des contextes de déposition et/ou RCC différents. Les résultats révèlent des signaux concordants entre hypothèse de sédimentation et indicateurs géochimiques : la diminution de la granulométrie pouvant être interprétée comme consécutive à la mise en dérivation en 1952 ; pic des PCBs pouvant correspondre aux années 70/80, etc. En outre, l’application exploratoire du Ground Penetrating Radar (GPR) en milieu aquatique s’est révélée concluante, corroborée par la carotte aquatique DZM-C01 qui témoigne de séquences sédimentaires pertinentes en rapport aux réflecteurs observés sur le radargramme. A BLN, les analyses des radargrammes (GPR) et de la granulométrie des carottes constituaient la partie exploratoire visant à caractériser les états initiaux et l’impact des aménagements sur les dynamiques sédimentaires. Elles ont permis de mieux caractériser les dépôts sédimentaires et l’impact des aménagements en déterminant trois unités sédimentaires : unités « pré-Girardon », « pré-dérivation » et « post-dérivation. A noter que la carotte BLN-C02 étant dans un casier Girardon ayant connu une sédimentation « pré » et « post » -dérivation, on y observe un décrochage « granulométrique » (BLN C02) « contraire » à ce que l’on constate en plaine alluviale (cas de BLN-C03 et Vauclin et al., 2020) avec des sédiments qui seraient plus grossiers en post-dérivation (partie haute de la carotte) et plus fins avant celle-ci (partie basse de la carotte). Ceci pourrait s’expliquer par un fonctionnement par « débordement » spécifique aux casiers Girardon : les flux entrants ne peuvent avoir lieu que pour des débits assez forts pour transporter des sédiments par-dessus la digue, jouant ainsi sur la capacité de transport et laissant entrer des sédiments légèrement plus grossiers (sableux). A noter que cette piste interprétative mériterait un approfondissement par le biais d’analyses complémentaires afin de vérifier les chronologies et de déterminer s’il n’y a pas eu de remobilisation sédimentaire.

L’architecture interne des barres sableuses des systèmes fluviaux en tresses ou anabranches est le résultat d’interactions complexes entre la variabilité hydrologique des cours d’eau (et donc du flux sédimentaire), la dynamique des corps sédimentaires surimposés, ainsi que des processus d’auto-organisation et d’interaction entre les chenaux érosifs et les corps sédimentaires. L’interprétation stratigraphique permet de révéler le fonctionnement morphodynamique de ces systèmes fluviaux, et dans les dépôts fossiles de mieux appréhender les hétérogénéités qui contrôlent les circulations de fluide dans les réservoirs. Quatre campagnes de prospection géoradar ont été réalisées entre août 2017 et août 2020 sur des barres sableuses actives de la Loire aval sur le site de Saint-Mathurin-sur-Loire (49). Une antenne numérique double fréquence 300/800 MHz GSSI UtilityScan DF) est utilisée pour réaliser des profils transversaux et longitudinaux rapprochés. Une chaîne de traitement classique (GPRpy) est appliquée aux données. Les profils en temps-double sont ensuite convertis en profondeur en appliquant un modèle à deux couches représentant les parties saturées et non-saturées des barres fluviales. Enfin, une correction topographique est réalisée sur la base de données Lidar topo-bathymétriques, RTK et dGPS. L’analyse des profils permet d’identifier des faciès et surfaces radar correspondant à des processus de dépôts de barres par accrétion (latérale ou longitudinale) ou par aggradation, ou d’érosion par migration latérale des chenaux et par incision de chenaux secondaires. Le développement de dunes surimposées semble être un processus dominant dans la structuration de la partie supérieure des barres sableuses. L’interprétation de la stratigraphie de ces barres sableuses est réalisée au regard des données morphodynamiques et courantométriques (suivi bathymétriques, hydrosédimentaires, chaînes d’érosion - Le Guern (2021)), permettant d’apporter des contraintes temporelles dans la mise en place des différentes unités sédimentaires. Les résultats obtenus permettent au final une meilleure compréhension de la dynamique des barres et de la préservation des dépôts associés dans les grands systèmes fluviatiles de plaine.

The identification of permeable fractures in the subsurface is critical for evaluating potential contaminant transport pathways from deep disposal sites. A common approach is to develop Discrete Fracture Network (DFN) models from field mapping (boreholes and outcrops) and hydraulic experiments. The work accomplished in this thesis attempts at conditioning DFN models to constraints offered by Ground Penetrating Radar (GPR) geophysical data. Two surface-based GPR experiments were first conducted in a tunnel located at 410 m depth in the Äspö Hard Rock Laboratory (Sweden) with the aim to identify very weakly transmissive fractures (≈ 10-9 – 10-10 m²/s) and associated flow paths between two boreholes solicited by a tracer test. We demonstrate that the surface-based GPR method is able to detect about 80% of open and sub-horizontal fractures with areas of 1-10 m² and to detect likely tracer pathways through GPR-inferred fracture-aperture variations caused by the high injection pressure. The 3-D geometrical information of the fractures and their connectivity were then used as conditioning constrains in stochastic local DFN models. We have established validation criteria for our models, based on the connectivity measured on the field, and we show that conditioning allow us to validate up to 40% more realizations than stochastic models. The main outcomes of this research are the demonstrated ability of the GPR method to identify open fractures in formations of very low overall permeability that are targeted to store canisters containing spent nuclear fuel and to provide the first results improving the predictive capacity of stochastic DFN models by conditioning to geophysical data at scales from a few to tens of meters., L’identification des fractures perméables dans le sous-sol est essentielle pour déterminer les voies potentielles du transport des contaminants provenant des sites d’enfouissement en profondeur. Une approche commune consiste à développer des modèles de réseaux de fractures discrètes (« Discrete Fracture Networks » - DFN) à partir de la cartographie de terrain (forages et affleurements) et d’expériences hydrauliques. Le travail réalisé dans cette thèse tente de conditionner les modèles DFN à des données géophysiques de radar à pénétration de sol (« Ground Penetrating Radar » - GPR). À cette fin, deux expériences de GPR de surface ont été menées dans un tunnel situé à 410 m de profondeur dans le laboratoire souterrain « Äspö Hard Rock Laboratory » (Suède). La première expérience avait pour but d’identifier les fractures de faible transmissivité (≈ 10-9 – 10-10 m²/s) et la deuxième, effectuée en parallèle d’un essai de traçage entre deux forages, a tenté de mettre en évidence les chemins d’écoulement associés à ces fractures. Les résultats de ces expériences nous permettent de démontrer que la méthode de surface GPR est capable de détecter environ 80% des fractures ouvertes, subhorizontales et dont la superficie est de 1 à 10 m², mais aussi de détecter les chemins d’écoulement qu’emprunte le traceur, suite aux variations d’ouverture des fractures induites par une forte pression d’injection. Les informations sur la géométrie des fractures et sur leur connectivité, acquises lors de ces expériences, ont ensuite été utilisées pour conditionner les modèles DFN stochastiques. Nous avons établi des critères de validation de nos modèles, basés sur la connectivité mesurée sur le terrain, et nous montrons que le conditionnement permet de valider jusqu'à 40% de réalisations supplémentaires aux modèles stochastiques. Deux principales conclusions ont abouti grâce à cette étude : premièrement avons démontré la capacité de la méthode GPR à identifier les fractures ouvertes, dans des formations très peu perméables et ciblées pour le stockage des barils de déchets nucléaires ; deuxièmement nous avons fourni les premiers résultats du conditionnement des DFN stochastiques aux données géophysiques, en améliorant leur capacité de prédiction sur des échelles allant de quelques mètres à une dizaine de mètres.

International audience; Les racines des arbres peuvent endommager les trottoirs, les canalisations et les installations humaines. Par conséquent, la reconstruction du système racinaire dans ses trois dimensions est d'une importance capitale pour comprendre et réduire les interactions entre les arbres et les infrastructures urbaines. Le radar à pénétration de sol (GPR) est une technique non invasive pour l'étude des racines des arbres. Dans cette contribution, des simulations GPR ont été réalisées sur des racines sous le logiciel GprMax en mode 3D sous des conditions de sol hétérogènes. Une chaîne de post-traitement des radargrammes a été développée pour reconstruire les architectures racinaires. Le traitement proposé est basé essentiellement sur la technique de décomposition en valeurs singulières (SVD) pour la réduction du bruit, la Transformée de Hough et la technique du filtre adapté.

Depuis 2015, l'asbl ARC-HAB fait appel au Prof. Sébastien Lambot afin de réaliser des campagnes de prospections géoradar (GPR) sur le site de Mageroy et ses environs. En 2016, la prospection a été réalisée grâce au soutien de la Fondation Roi Baudouin et de la Communauté de l'Abbaye d'Orval. Depuis 2017, avec l'aide du GAL Haute-Sûre Forêt d'Anlier, l'asbl ARC-HAB bénéficie du soutien financier de l'Union européenne, de la Wallonie et de Wallonie-Bruxelles International à travers un programme européen transfrontalier LEADER. En 2019, il s'agissait de la dernière campagne de prospection GPR prévue sur le site. Au total, depuis 2015, plus de 2,4ha ont été cartographiés dans la cour agricole de la villa et ses alentours

Ground Penetrating Radar (GPR) is an usual nondestructive testing method for the assessment of concrete structures. The benefit of this method lies within its ability to assess quickly a large scale of concrete surface. Generally, GPR is used for the localization of reinforcements or for the thickness measurements. However, GPR can be also used for the diagnosis of concrete because concrete is a porous dielectric material which can modify the propagation of the electromagnetic (EM) waves. Most common results present the ability of GPR to assess moisture. But, GPR could be also used to detect the presence of chlorides into the interstitial concrete solution as chlorides can modify the concrete conductivity and altered the electromagnetic signal waves. However, only few studies have been carry-out on that field. Therefore, in this study, we propose to use GPR electromagnetic waves to evaluate both the water content and the chloride content inside the interstitial concrete solution of several tests concrete samples. So, several groups of concrete samples with the same formulation will be conditioned for different chloride contamination modes. Thereafter, a velocity measurement process will be proposed from the reflected signal wave analysis. In that process, we will show that the velocity is only affected by the water content while the attenuation strongly affected by both the water content and the chloride content. Furthermore, we will test several permittivity models to predict the dielectric permittivity and the loss factor estimated from the concrete samples measurements with the GPR device and the electrical resistivity device.; Le géoradar, ou Ground Penetrating Radar (GPR) en anglais, est une méthode non destructive couramment utilisée pour l'auscultation des ouvrages en béton. L'intérêt de cette méthode réside sur sa capacité à ausculter rapidement des très grandes surfaces, elle est de plus en plus employée en Génie Civil. Habituellement, cette méthode est utilisée en Génie Civil pour la localisation les aciers de renforcements, ou bien pour l'estimation de l'épaisseur d'enrobage du béton. Toutefois, la méthode GPR peut aussi être utilisée pour l'auscultation du béton. En effet, le béton est un matériau diélectrique poreux qui peut modifier la propagation des ondes électromagnétiques (EM). Les résultats les plus récents présentent la capacité du GPR à évaluer la teneur en eau. Cependant, le GPR pourrait très bien aussi être utilisé pour la détection des ions chlorure présents dans la solution interstitielle du béton, car comme les chlorures modifient la conductivité du béton ils sont susceptibles d'atténuer les ondes électromagnétiques. Néanmoins, seulement quelques études ont été menées dans ce domaine. Par conséquent, dans cette étude, nous proposons d'utiliser les ondes EM du géoradar pour estimer conjointement la teneur en eau et la teneur en chlorure du béton pour différents corps d'épreuves. Pour cela, plusieurs séries de corps d'épreuves sont utilisées avec des modes de contaminations par les chlorures différents. Une procédure de mesure de la vitesse à partir de l'analyse des signaux réfléchis est proposée. On démontre que la vitesse des ondes EM est essentiellement affectée par la teneur en eau alors que l'atténuation est sensible à la fois à la teneur en eau et à la teneur en chlorures. Ensuite, dans un second temps, nous testons différents modèles de permittivité pour prédire les mesures de constante diélectrique et du facteur de pertes évalués à partir des mesures par GPR ou de résistivité électrique.

Ground Penetrating Radar (GPR) is a geophysical investigation method based on electromagnetic waves propagation in the underground. With frequencies ranging from 5 MHz to a few GHz and a high sensitivity to electrical properties, GPR provides reflectivity images in a wide variety of contexts and scales: civil engineering, geology, hydrogeology, glaciology, archeology. However, in some cases, a better understanding of some subsurface processes requires a quantification of the physical parameters of the subsoil. For this purpose, inversion of full waveforms, a method initially developed for seismic exploration that exploits all the recorded signals, could prove effective. In this thesis, I propose methodological developments using a multiparameter inversion approach (dielectric permittivity and conductivity), for two-dimensional transmission configurations. These developments are then applied to a real data set acquired between boreholes.In a first part, I present the numerical method used to model the propagation of electromagnetic waves in a heterogeneous 2D environment, a much-needed element to carry out the process of imaging. Then, I introduce and study the potential of standard local optimization methods (nonlinear conjugate gradient, l-BFGS, Newton truncated in its Gauss-Newton and Exact-Newton versions) to fight the trade-off effects related to the dielectric permittivity and to the electrical conductivity. In particular, I show that effective decoupling is possible only with a sufficiently accurate initial model and the most sophisticated method (truncated Newton). As in the general case, this initial model is not available, it is necessary to introduce a scaling factor which distributes the relative weight of each parameter class in the inversion. In a realistic medium and for a cross-hole acquisition configuration, I show that the different optimization methods give similar results in terms of parameters decoupling. It is eventually the l-BFGS method that is used for the application to the real data, because of lower computation costs.In a second part, I applied the developed Full waveform inversion methodology to a set of real data acquired between two boreholes located in carbonate formations, in Rustrel (France, 84). This inversion is carried out together with a synthetic approach using a model representative of the studied site and with a similar acquisition configuration. This approach enables us to monitor and validate the observations and conclusions derived from data inversion. It shows that reconstruction of dielectrical permittivity is very robust. Conversely, conductivity estimation suffers from two major couplings: the permittivity and the amplitude of the estimated source. The derived results are successfully compared with independent data (surface geophysics and rock analysis on plugs) and provides a high resolution image of the geological formation. On the other hand, a 3D analysis confirms that 3D structures presenting high properties contrasts, such as the buried gallery present in our site, would require a 3D approach, notably to better explain the observed amplitudes.; Le radar géologique est une méthode d'investigation géophysique basée sur la propagation d'ondes électromagnétiques dans le sous-sol. Avec des fréquences allant de 5 MHz à quelques GHz et une forte sensibilité aux propriétés électriques, le géoradar fournit des images de réflectivité dans des contextes et à des échelles très variés : génie civil, géologie, hydrogéologie, glaciologie, archéologie. Cependant, dans certains cas, la compréhension fine des processus étudiés dans la subsurface nécessite une quantification des paramètres physiques du sous-sol. Dans ce but, l'inversion des formes d'ondes complètes, méthode initialement développée pour l'exploration sismique qui exploite l'ensemble des signaux enregistrés, pourrait s'avérer efficace. Dans cette thèse, je propose ainsi des développements méthodologiques par une approche d'inversion multiparamètres (permittivité diélectrique et conductivité), pour des configurations en transmission, en deux dimensions.Ces développements sont ensuite appliqués à un jeu de données réelles acquises entre forages.Dans une première partie, je présente tout d'abord la méthode numérique utilisée pour modéliser la propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu 2D hétérogène, élément indispensable pour mener à bien le processus d'imagerie. Ensuite, j’introduis puis étudie le potentiel des méthodes d’optimisation locale standards (gradient conjugué non linéaire, l-BFGS, Newton tronqué dans ses versions Gauss-Newton et Exact-Newton) pour découpler la permittivité diélectrique et la conductivité électrique. Je montre notamment qu’un découplage effectif n’est possible qu’avec un modèle initial suffisamment précis et la méthode la plus sophistiquée (Newton tronqué). Comme dans le cas général, ce modèle initial n’est pas disponible, il s’avère nécessaire d'introduire un facteur d'échelle qui répartit le poids relatif de chaque classe de paramètres dans l'inversion. Dans un milieu réaliste avec une acquisition entre puits, je montre que les différentes méthodes d'optimisation donnent des résultats similaires en matière de découplage de paramètres. C'est finalement la méthode l-BFGS qui est retenue pour l'application aux données réelles, en raison de coûts de calcul plus faibles.Dans une deuxième partie, j'applique cette méthodologie à des données réelles acquises entre deux forages localisés dans des formations carbonatées, à Rustrel (France, 84). Cette inversion est réalisée en parallèle d'une approche synthétique à l'aide d'un modèle représentatif du site étudié et des configurations d'acquisition similaires. Ceci permet de pouvoir comprendre, contrôler et valider les observations et conclusions obtenues sur les données réelles. Cette démarche montre que la reconstruction de la permittivité est très robuste. A contrario, l'estimation de la conductivité souffre de deux couplages majeurs, avec la permittivité diélectrique, d'une part, et avec l'amplitude de la source estimée, d'autre part. Les résultats obtenus sont confrontés avec succès à des données indépendantes (géophysique depuis la surface, analyse sur échantillons de roche), et permet de bénéficier d'une image haute-résolution des formations géologiques. Enfin, une analyse 3D confirme que les structures 3D à fort contraste de propriétés, telles que la galerie enfouie sur notre site, nécessiteraient une approche de modélisation 3D, notamment pour mieux expliquer les amplitudes observées.

Ground Penetrating Radar (GPR) is a geophysical investigation method based on electromagnetic waves propagation in the underground. With frequencies ranging from 5 MHz to a few GHz and a high sensitivity to electrical properties, GPR provides reflectivity images in a wide variety of contexts and scales: civil engineering, geology, hydrogeology, glaciology, archeology. However, in some cases, a better understanding of some subsurface processes requires a quantification of the physical parameters of the subsoil. For this purpose, inversion of full waveforms, a method initially developed for seismic exploration that exploits all the recorded signals, could prove effective. In this thesis, I propose methodological developments using a multiparameter inversion approach (dielectric permittivity and conductivity), for two-dimensional transmission configurations. These developments are then applied to a real data set acquired between boreholes.In a first part, I present the numerical method used to model the propagation of electromagnetic waves in a heterogeneous 2D environment, a much-needed element to carry out the process of imaging. Then, I introduce and study the potential of standard local optimization methods (nonlinear conjugate gradient, l-BFGS, Newton truncated in its Gauss-Newton and Exact-Newton versions) to fight the trade-off effects related to the dielectric permittivity and to the electrical conductivity. In particular, I show that effective decoupling is possible only with a sufficiently accurate initial model and the most sophisticated method (truncated Newton). As in the general case, this initial model is not available, it is necessary to introduce a scaling factor which distributes the relative weight of each parameter class in the inversion. In a realistic medium and for a cross-hole acquisition configuration, I show that the different optimization methods give similar results in terms of parameters decoupling. It is eventually the l-BFGS method that is used for the application to the real data, because of lower computation costs.In a second part, I applied the developed Full waveform inversion methodology to a set of real data acquired between two boreholes located in carbonate formations, in Rustrel (France, 84). This inversion is carried out together with a synthetic approach using a model representative of the studied site and with a similar acquisition configuration. This approach enables us to monitor and validate the observations and conclusions derived from data inversion. It shows that reconstruction of dielectrical permittivity is very robust. Conversely, conductivity estimation suffers from two major couplings: the permittivity and the amplitude of the estimated source. The derived results are successfully compared with independent data (surface geophysics and rock analysis on plugs) and provides a high resolution image of the geological formation. On the other hand, a 3D analysis confirms that 3D structures presenting high properties contrasts, such as the buried gallery present in our site, would require a 3D approach, notably to better explain the observed amplitudes.; Le radar géologique est une méthode d'investigation géophysique basée sur la propagation d'ondes électromagnétiques dans le sous-sol. Avec des fréquences allant de 5 MHz à quelques GHz et une forte sensibilité aux propriétés électriques, le géoradar fournit des images de réflectivité dans des contextes et à des échelles très variés : génie civil, géologie, hydrogéologie, glaciologie, archéologie. Cependant, dans certains cas, la compréhension fine des processus étudiés dans la subsurface nécessite une quantification des paramètres physiques du sous-sol. Dans ce but, l'inversion des formes d'ondes complètes, méthode initialement développée pour l'exploration sismique qui exploite l'ensemble des signaux enregistrés, pourrait s'avérer efficace. Dans cette thèse, je propose ainsi des développements méthodologiques par une approche d'inversion multiparamètres (permittivité diélectrique et conductivité), pour des configurations en transmission, en deux dimensions.Ces développements sont ensuite appliqués à un jeu de données réelles acquises entre forages.Dans une première partie, je présente tout d'abord la méthode numérique utilisée pour modéliser la propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu 2D hétérogène, élément indispensable pour mener à bien le processus d'imagerie. Ensuite, j’introduis puis étudie le potentiel des méthodes d’optimisation locale standards (gradient conjugué non linéaire, l-BFGS, Newton tronqué dans ses versions Gauss-Newton et Exact-Newton) pour découpler la permittivité diélectrique et la conductivité électrique. Je montre notamment qu’un découplage effectif n’est possible qu’avec un modèle initial suffisamment précis et la méthode la plus sophistiquée (Newton tronqué). Comme dans le cas général, ce modèle initial n’est pas disponible, il s’avère nécessaire d'introduire un facteur d'échelle qui répartit le poids relatif de chaque classe de paramètres dans l'inversion. Dans un milieu réaliste avec une acquisition entre puits, je montre que les différentes méthodes d'optimisation donnent des résultats similaires en matière de découplage de paramètres. C'est finalement la méthode l-BFGS qui est retenue pour l'application aux données réelles, en raison de coûts de calcul plus faibles.Dans une deuxième partie, j'applique cette méthodologie à des données réelles acquises entre deux forages localisés dans des formations carbonatées, à Rustrel (France, 84). Cette inversion est réalisée en parallèle d'une approche synthétique à l'aide d'un modèle représentatif du site étudié et des configurations d'acquisition similaires. Ceci permet de pouvoir comprendre, contrôler et valider les observations et conclusions obtenues sur les données réelles. Cette démarche montre que la reconstruction de la permittivité est très robuste. A contrario, l'estimation de la conductivité souffre de deux couplages majeurs, avec la permittivité diélectrique, d'une part, et avec l'amplitude de la source estimée, d'autre part. Les résultats obtenus sont confrontés avec succès à des données indépendantes (géophysique depuis la surface, analyse sur échantillons de roche), et permet de bénéficier d'une image haute-résolution des formations géologiques. Enfin, une analyse 3D confirme que les structures 3D à fort contraste de propriétés, telles que la galerie enfouie sur notre site, nécessiteraient une approche de modélisation 3D, notamment pour mieux expliquer les amplitudes observées.

That thesis aims to propose an assessment method of the concrete electromagnetic properties by using radar measurements in a context of building sustainability, by inverse problem. For that purpose Ground Penetrating Radar (GPR) measurements are used as well as a numerical model of the radar device. The first two chapters of the thesis present the key concepts, the context of the study, as well as the history of the research on that topic in particular in our laboratory. Chapter 2 also expands those early works on the search of electromagnetic properties of concrete in depth. That preliminary work helped us to develop a measurement device that is more fitted to our needs. Chapter 3 presents a measurement campaign that was carried out by using a new measurement device on specially made reinforced concrete slabs whose water content is monitored. In that chapter a 3D model of the device is also described. That model allows us to simulate the measurements very precisely. Those simulations are a critical link on the inverse process. Chapter 4 details the formulation of the inverse problem for the case of concrete slabs saturated with water, which can be therefore considered to have homogeneous electromagnetic properties. The problem is solved by using an optimization algorithm based on Levenberg-Marquardt method. The values obtained by the inverse process are physically acceptable and independent of the values given to the unknowns when initializing the algorithm. Those values are the minimum of the cost function that computes the distance between measured and simulated electromagnetic fields. We then studied some strategies to reduce the computing time of the inverse process. A first approach consists in the use of a 2D simplified model of our device to initialize the 3D inversion with values closer to the searched solution. Another idea is to better take advantage of all the resources of a multiprocessor computer by implementing a parallel version of the 3D code. In chapter 5 we focus on the concrete slab with water content being an affine function of depth. We define the new parameters that represent the unknowns of our problem and we adapt the previous algorithm. Then we show that the inverse process gives satisfying results with regard to the dielectric permittivity only. We suggest some ways to improve the method. Finally we conclude that our method allows to retrieve the permittivity of the concrete, but not its conductivity. Nevertheless that result represents a significant step for the measuring of water content in reinforced concrete in particular when a gradient is present, by using radar measurements.; Les travaux de cette thèse concernent l'étude d'une méthode d'évaluation des constantes diélectriques du béton d'ouvrage à risque par une approche problème inverse. Pour cela des mesures radar de type GPR et un modèle électromagnétique de ces mêmes mesures seront utilisés. Les deux premiers chapitres de la thèse présentent les concepts clés, le contexte et un historique des travaux déjà réalisés dans le domaine. Le chapitre 2 propose en outre une adaptation des travaux déjà réalisés à la recherche de gradients de propriétés diélectriques dans le béton en profondeur. Cette recherche préliminaire nous a permis de redéfinir le processus de mesures pour le rendre plus adapté à nos besoins. Ainsi le chapitre 3 présente une campagne de mesure réalisée à l'aide d'un nouveau dispositif radar sur des corps d'épreuve conditionnés de telle sorte que la répartition de la teneur en eau soit maîtrisée. Dans ce chapitre, nous détaillons également un nouveau modèle numérique 3D du dispositif qui nous permet de simuler nos mesures de façon réaliste Ces simulations sont nécessaires à l'expression du problème inverse. à partir de ces mesures, dans le quatrième chapitre, nous définissons tout d'abord le problème inverse, puis en utilisant des mesures sur les corps d'épreuves saturés, pouvant être considérés comme homogènes d'un point de vue diélectrique, nous résolvons ce problème inverse par un algorithme d'optimisation basé sur celui de Levenberg-Marquardt. Les résultats obtenus par notre processus d'inversion sont cohérents avec les valeurs physiques que l'on pouvait attendre et sont indépendants des valeurs données à nos inconnues lors de l'initialisation. Ces résultats correspondent effectivement à un minimum de la fonction coût qui mesure la distance entre mesures et simulations. Nous avons ensuite étudié des stratégies pour diminuer le temps de calcul de notre processus d'inversion. Une première approche consiste à utiliser un modèle simplifié en 2D du dispositif, qui permet d'initialiser l'inversion 3D avec un point plus proche de la solution. Une autre idée consiste à utiliser au mieux les performances d'une machine multiprocesseurs en parallélisant le code 3D. Dans le chapitre 5 nous nous intéressons à des mesures sur des corps d'épreuve en béton dont la teneur en eau est une fonction affine de la profondeur. Dans ces conditions nous avons fait l'hypothèse, en première approche, que les constantes diélectriques suivent aussi ce type de loi. Après avoir redéfini les inconnues de notre problème inverse et adapté l'algorithme, nous montrons que le processus d'inversion fourni des résultats cohérents en ce qui concerne la permittivité diélectrique, mais insatisfaisant pour la conductivité. Après analyse de ces résultats nous avons proposé diverses pistes pour améliorer et valider la méthode d'inversion. Finalement en comparant l'ensemble des résultats, il apparaît que notre méthode d'inversion permet de caractériser des gradients de permittivité, mais pas de conductivité. Cela représente néanmoins une avancée significative pour la mesure de la teneur en eau dans les bétons, facteur principal influençant la constante diélectrique de ce matériau, dans le contexte du contrôle non destructif des ouvrages du génie civil.

Since budgets for the maintenance and repair of built heritage structures are very high, it is essential to implement reliable techniques for monitoring and diagnosis of structures to reduce these costs. There are many non-destructive testing (NDT) methods employing different technologies which are more or less expensive. The NDT methods allow the determination of the properties of the material giving also information about the condition of the structure, and the detection of inclusions or defects in the concrete. These techniques are known for their fast implementation and their high performance in-situ, but also by their non-intrusive nature, which makes it possible to limit the number of samples for destructive assessment. This makes them relevant for the monitoring and inspection of built heritage, since they can provide information related to the condition of a structure without any damage. In a reinforced concrete structure, the concrete cover is the most prone to multiple aggressions. The majority of the chemical reactions which cause the degradation of the structure occur in this layer, since with the presence of water this coating is considered as the penetration, transfer and fixing zone of aggressive agents present in the environment of the structure, thus enhancing for example the corrosion of the reinforcements. The water content of concrete is considered as a very important factor in the diagnosis of reinforced concrete structures, since it conditions the development of most pathologies related to structural degradation, thus affecting the durability of concrete. The precise location of the reinforcement in the construction is also an essential element for the diagnosis, but also to check the conformity of the constructive dispositions with the execution plans. In this research, we use GPR technology for the geometrical and physical characterization of reinforced concrete elements, through the development of an automatic algorithm, fast and without pre-requisites. The objectives of this study are to locate the rebars of the first reinforcing layer in the plane and depth and to determine the propagation velocity of the electromagnetic waves in the coating layer to estimate the water content of concrete.; Les budgets destinés à l'entretien et à la réparation du patrimoine bâti étant très élevés, il est primordial de mettre en place des techniques fiables de suivi et de diagnostic des ouvrages pour réduire ces dépenses. Il existe de nombreuses techniques de contrôle non destructif (CND) employant différentes technologies à des coûts plus ou moins abordables. Elles permettent la détermination des propriétés du matériau renseignant sur l'état de l'ouvrage, et la détection d'inclusions ou de défauts dans le béton. Ces techniques sont connues pour leur rapidité de mise en œuvre et leur grand rendement sur site, mais aussi par leur caractère non intrusif qui permet de limiter le nombre de prélèvements. Cela les rend pertinentes pour la surveillance et l'inspection du patrimoine bâti, puisqu'elles peuvent fournir des informations liées à l'état d'un ouvrage sans l'endommager. Dans un ouvrage en béton armé, la couche d'enrobage des armatures est la plus sujette à de multiples agressions. C'est dans cette couche qu'ont lieu la majorité des réactions chimiques qui causent la dégradation de l'ouvrage, puisqu'avec la présence d'eau cet enrobage est considéré comme la zone de pénétration, de transfert et de fixation des agents agressifs présents dans l'environnement de l'ouvrage, favorisant par exemple la corrosion des armatures. La teneur en eau du béton est considérée comme un facteur très important dans le diagnostic des structures en béton armé, puisqu'elle conditionne le développement de la plupart des pathologies liées à la dégradation des structures affectant ainsi la durabilité du béton. La localisation avec précision des aciers de renforcement est également un élément primordial pour le diagnostic, mais également pour vérifier la conformité des dispositions constructives par rapport aux plans d'exécution. Dans ces travaux de recherche, nous utilisons la technologie radar pour la caractérisation géométrique et physique des éléments en béton armé, cela par le développement d'un algorithme automatique, rapide et sans prérequis. Les objectifs de cette étude sont : de localiser en surface et en profondeur les aciers du premier lit d'armatures, et de déterminer la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le béton d'enrobage pour estimer sa teneur en eau.

International audience; Dans cette étude numérique nous présentons une approche permettant d'introduire des informations a priori dans une méthode d'identification des champs de propriétés thermiques internes d'une paroi épaisse à partir de mesures obtenues par thermographie infrarouge. Elle s'appuie sur un couplage avec une méthode de reconstruction de données électromagnétiques issues de mesures obtenues à l'aide d'un radar géophysique (géoradar). Cette nouvelle approche a pour but d'améliorer la précision des reconstructions effectuées à l'aide de la seule méthode d'identification thermique sous sollicitation naturelle quasi périodique. Nomenclature c V capacité thermique volumique f fréquence du signal électromagnétiquêélectromagnétiquê f (u) réponse thermique associée à u aux points de mesure k conductivité thermique q source volumique de chaleur r point du domaine r m point de mesure t temps u = {c v , k}vecteur paramètre thermique u n , v n vecteurs singuliers u 0 estimation a priori des paramètres ther-miques J fonctionnelle à minimiser pour la reconstruction thermique T température B, Ddensités de flux magnétique et électrique E, Hchamps électrique et magnétique J c , J s densités de courant induites par le champ électrique et la source électrique C espace des contraintes F ensemble des fréquences analysées M ensemble des points de mesure (électroma-gnétisme) ou espace des mesures (thermique) U espace des paramètres thermiques A DB opérateur liant les variations des paramètres électriques au champ électrique diffus paramètre de Tikhonov r permittivité électrique relative b permittivité électrique relative du domaine sans défaut χ variation de la permittivité électrique µ paramètre de pénalisation des contraintes ω pulsation ϕ retard de phase ρ densité électrique de charge ρ m densité magnétique de charge σ conductivité électrique σ n valeurs singulières θ p température dans la paroi p Γ frontière supérieure du domaine Γ 0 frontières inférieure et verticales du domaine Ω d ensemble des points du domaine discrétisé φ s flux solaire a , c indices relatifs à l'air et au ciel conv indice relatif aux phénomènes convectifs ray indice relatif aux phénomènes radiatifs

Mars has become one of the most visited planet in the past few decades. The data collected by instruments allowed to infer theplanet evolution, and it is now admitted that inthe past, Mars had a relatively warm and wetenvironment, auspicious for the emergence oflife as we know it. This is why one of the currentobjective of the missions to Mars is to study theplanet from an exobiological point of view: iflife arose on Mars, potential traces could befound into the subsurface, sheltered from thehostile surface. The ExoMars 2018 space mission will land onMars’ surface a rover, which will be equippedwith a complete instrumental payload for thesearch of life traces, as well as a drill capable ofcollecting samples at a depth of 2 meters. Thegeological context characterization willtherefore be essential to identify the mostinteresting places for potential life tracespreservation. The Ground Penetrating Radar (GPR)WISDOM (Water Ice Subsurface DepositObservation on Mars) and the neutron detectorADRON will be the only instruments capable ofobtaining information about the shallowsubsurface before the drilling operations. Thedata collected by WISDOM will provide thegeological deposits identification, which willhelp reconstructing the local history of thelanding site. This instrument developed in theFrench laboratory LATMOS (LaboratoireATmosphères, Milieux, Observations Spatiales)in collaboration with the LAB is a stepfrequencyradar that operates on a wide frequency band, from 0.5 GHz to 3 GHz: it wasdesigned to investigate the first 3 meters of thesubsurface with a vertical resolution of a fewcentimeters, and is currently tested in variousenvironments. This PhD thesis objective is to develop theinterpretation tools for WISDOM data by takingadvantage of the specific capacities of theinstrument to characterize the nature andstructure of the shallow subsurface, and to guidethe drill to suitable locations where potentialtraces of life could be preserved. This workconsequently requires both practical andtheoretical approaches, with the development ofprocessing chains, analytical and numericalmodels to simulate the instrument, but also todefine tests in well-known environments as wellas field tests in various natural places. The ideais to create a WISDOM database in a variety ofgeological contexts to allow the comparisonwith Martian data. A full interpretation of the WISDOM data alsorequires the estimation of the geological units’dielectric characteristics. We thereforedeveloped two “quantitative” methods thatallow the retrieval of the dielectric constantvalue at the surface and at various depths. Ageometrical approach to reconstruct the shallowsubsurface was also initiated to help tounderstand the deposits processes. A methodtaking advantage of the GPR specific antennasystem was developed to estimate the scatterers’relative position compared to the radar trajectoryalong profiles, allowing the subsurfacereconstruction in 3 dimensions for an optimalguidance of the ExoMars rover drill., La planète Mars est devenue au cours de ces dernières décennies l’un des objets les plus visités de notre système solaire. Les différents instruments envoyés pour l’étudier nous ont permis de reconstruire partiellement son histoire, et l’on sait aujourd’hui que dans son passé, la planète rouge a connu une période au climat relativement chaud et humide, permettant à l’eau liquide de perdurer en surface et dans le sous-sol. Le parallèle avec les conditions sur Terre au moment supposé de l’apparition de la vie nous amène à aborder Mars d’un point de vue exobiologique : si la vie a émergé sur cette planète, des traces potentielles sont susceptibles d’être trouvées dans le sous-sol, à l’abri de la surface.La mission ExoMars, programmée pour 2018,enverra sur la surface de la planète un rover équipé d’une suite instrumentale complète pour la recherche de traces de vie, passé ou présente,ainsi qu’une foreuse capable de prélever des échantillons jusqu’à 2 mètres de profondeur. La caractérisation du contexte géologique de la zone d’investigation du rover est primordiale pour identifier les lieux les plus propices à la préservation de ces traces.Le radar à pénétration de sol (Ground Penentrating Radar) WISDOM (Water Ice Subsurface Deposit Observation on Mars) avec ADRON sont les seuls instruments à bord susceptibles d’obtenir des informations sur les caractéristiques du proche sous-sol le long du trajet du rover avant forage.Les données recueillies par le radar permettront d’identifier les formations géologiques du sous solet de comprendre les processus qui en ont été à l’origine. Cet instrument au fort potentiel,développé au LATMOS (Laboratoire ATmosphères, Milieux, Observations Spatiales)en collaboration avec le LAB (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux), est basé sur le principe du step-frequency et fonctionne sur une large bande de fréquences, entre 0,5 GHz et 3GHz : il a été conçu pour explorer les premiers mètres du sous-sol avec une résolution verticale de quelques centimètres, et est actuellement enphase de tests. L’objectif de cette thèse est de développer les outils d’interprétation des données du GPR WISDOM en tentant d'exploiter au mieux les ressources de l'instrument pour caractériser la nature et la structure du sous-sol,apporter des contraintes sur l’histoire géologique du site d’Oxia Planum, sélectionné pour cette mission, et pour guider la foreuse d’Exo Marsvers des sites d’intérêt d’un point de vue exobiologique. Ce travail nécessite donc une approche multiple, pratique et théorique, qui passe par le développement d’outils de traitement de données, par la mise au point de modèles analytiques et l’utilisation de modèles numériques pour la modélisation de l’instrument,ou encore la définition de tests et de campagnes de mesures, afin de créer une base de données sur des environnements variés, qui pourront ensuite être comparées aux données martiennes.Une interprétation complète des données acquises avec WISDOM passe également par l’estimation des paramètres diélectriques des différentes unités géologiques identifiées. Nous avons ainsi développé deux méthodes «quantitatives », qui permettent d’estimer la constante diélectrique en surface et à différentes profondeurs à partir des données. Une approche plus géométrique pour « reconstituer » le sous solle plus précisément possible, éventuellement en 3 dimensions, et pour comprendre les processus de dépôts qui ont abouti à la morphologie observée sur les radargrammes a également été initiée. Grâce à la mise au point d’une méthode basée sur l’amplitude des signatures des diffuseurs en fonction de la configuration polarimétrique des antennes, nous avons estimé la position relative des objets par rapport au déplacement du radar le long d’unprofil et ainsi permis la reconstitution du sous-solen 3 dimensions.Ceci permettra à terme un guidage optimal de la foreuse dans le contexte d’ExoMars.

Asymmetric cell division is a fundamental mechanism essential in all organisms to assure cell diversity, stem cell renewal and cellular identity maintenance. It is relying on proper mitotic spindle positioning because it dictates the cell division plan. In C. elegans one-cell embryos, the first division is asymmetric and gives rise to two daughter cells of unequal size and fate. It occurs in two steps: pronuclei centration during prophase and spindle posterior displacement during anaphase. During anaphase, the mitotic spindle undergoes transverse oscillations that are more pronounced for the posterior than the anterior pole. These movements are controlled by pulling forces acting on astral microtubules. The force generators are identified and are evolutionary conserved. A complex made of Gα proteins, linked to GPR (a GoLoco containing protein, the LGN/Pins homologues), LIN-5 (a coiled-coil protein, the NuMA/Mud homologues) and dynein is thought to be anchored at the cortex and activated at the onset of mitosis to pull on the spindle. We identified variations in spindle trajectories by analyzing the outwardly similar one-cell stage embryo of a close relative of C. elegans, C. briggsae. Compared to C. elegans, C. briggsae embryos exhibit an anterior shifting of nuclei in prophase and reduced anaphase spindle oscillations. By combining physical perturbations and mutant analysis in both species, we show that differences can be explained by inter-species changes in the regulation of the cortical Gα/GPR/LIN-5 complex. However, we uncover that in both species 1) a conserved positional switch controls the onset of spindle oscillations, 2) GPR posterior localization may set this positional switch, and 3) the maximum amplitude of spindle oscillations is determined in part by the time spent in the oscillating phase. Interestingly, GPR is poorly conserved at the amino acid level between these species. We use these variants to correlate phenotypes, GPR localization and sequence divergence to identify GPR regulatory elements. To this end, we performed protein replacement between species, as well as analysis of protein chimeras. Finally we tried to use optogenetics in order to control GPR localisation temporally and analyze the consequences on pronuclei and spindle movements during the first division. By investigating microevolution of a subcellular process, we identified new mechanisms that are instrumental to decipher spindle positioning.; La division cellulaire asymétrique est un mécanisme fondamental qui assure la diversité cellulaire, le renouvellement des cellules souches et le maintien de l’identité cellulaire. Elle dépend du bon positionnement du fuseau mitotique car il dicte le plan de division des cellules.La première division des embryons de C. elegans, est asymétrique et génère deux cellules fille de taille et devenir différents. Elle consiste en deux étapes : la centration des pronoyaux en prophase puis le déplacement postérieur du fuseau mitotique en anaphase. Lors de l'anaphase le fuseau subit des oscillations transverses plus marquées au pôle postérieur qu’au pôle antérieur. Ces mouvements sont contrôlés par des forces de traction agissant sur les microtubules astraux. Les générateurs de force ont été moléculairement identifiés et sont évolutivement très conservés. Un complexe composé de protéines Gα, liées à GPR (protéine à domaine GoLoco, homologue de LGN/Pins), à LIN-5 (protéine à domaine super-enroulé, homologue de NuMA/Mud) et à la dynéine serait ancré au cortex et activé en début de mitose pour tirer le fuseau.En analysant la première division d’une espèce proche de C. elegans : C. briggsae, on observe des variations de trajectoire du fuseau. Les embryons de C. briggsae présentent un décalage antérieur des noyaux en prophase et les oscillations du fuseau sont réduites en anaphase. La combinaison de perturbations physiques et l'analyse de mutants dans ces espèces, ont montré que ces différences s’expliquent par des changements dans la régulation du complexe ternaire. Mais, nous avons découvert que dans les deux espèces 1) un switch positionnel conservé contrôle le démarrage des oscillations du fuseau, 2) la localisation postérieure de GPR détermine ce switch positionnel, et 3) l'amplitude maximum des oscillations est déterminée en partie par le temps passé dans la phase oscillatoire.Nous avons utilisés ces variants pour corréler les phénotypes, la localisation de GPR et la divergence de séquence entre espèces afin d’identifier les éléments de régulation de cette protéine. Nous avons alors échangé les protéines et construits des protéines chimères entre les deux espèces. Enfin, par optogénétique, nous avons essayé de contrôler la localisation temporelle de GPR et analyser les conséquences sur les mouvements des noyaux et du fuseau.En étudiant la microévolution d'un processus sous-cellulaire, nous avons identifié de nouveaux mécanismes qui contribuent à la compréhension du positionnement du fuseau.

Asymmetric cell division is a fundamental mechanism essential in all organisms to assure cell diversity, stem cell renewal and cellular identity maintenance. It is relying on proper mitotic spindle positioning because it dictates the cell division plan. In C. elegans one-cell embryos, the first division is asymmetric and gives rise to two daughter cells of unequal size and fate. It occurs in two steps: pronuclei centration during prophase and spindle posterior displacement during anaphase. During anaphase, the mitotic spindle undergoes transverse oscillations that are more pronounced for the posterior than the anterior pole. These movements are controlled by pulling forces acting on astral microtubules. The force generators are identified and are evolutionary conserved. A complex made of Gα proteins, linked to GPR (a GoLoco containing protein, the LGN/Pins homologues), LIN-5 (a coiled-coil protein, the NuMA/Mud homologues) and dynein is thought to be anchored at the cortex and activated at the onset of mitosis to pull on the spindle. We identified variations in spindle trajectories by analyzing the outwardly similar one-cell stage embryo of a close relative of C. elegans, C. briggsae. Compared to C. elegans, C. briggsae embryos exhibit an anterior shifting of nuclei in prophase and reduced anaphase spindle oscillations. By combining physical perturbations and mutant analysis in both species, we show that differences can be explained by inter-species changes in the regulation of the cortical Gα/GPR/LIN-5 complex. However, we uncover that in both species 1) a conserved positional switch controls the onset of spindle oscillations, 2) GPR posterior localization may set this positional switch, and 3) the maximum amplitude of spindle oscillations is determined in part by the time spent in the oscillating phase. Interestingly, GPR is poorly conserved at the amino acid level between these species. We use these variants to correlate phenotypes, GPR localization and sequence divergence to identify GPR regulatory elements. To this end, we performed protein replacement between species, as well as analysis of protein chimeras. Finally we tried to use optogenetics in order to control GPR localisation temporally and analyze the consequences on pronuclei and spindle movements during the first division. By investigating microevolution of a subcellular process, we identified new mechanisms that are instrumental to decipher spindle positioning., La division cellulaire asymétrique est un mécanisme fondamental qui assure la diversité cellulaire, le renouvellement des cellules souches et le maintien de l’identité cellulaire. Elle dépend du bon positionnement du fuseau mitotique car il dicte le plan de division des cellules.La première division des embryons de C. elegans, est asymétrique et génère deux cellules fille de taille et devenir différents. Elle consiste en deux étapes : la centration des pronoyaux en prophase puis le déplacement postérieur du fuseau mitotique en anaphase. Lors de l'anaphase le fuseau subit des oscillations transverses plus marquées au pôle postérieur qu’au pôle antérieur. Ces mouvements sont contrôlés par des forces de traction agissant sur les microtubules astraux. Les générateurs de force ont été moléculairement identifiés et sont évolutivement très conservés. Un complexe composé de protéines Gα, liées à GPR (protéine à domaine GoLoco, homologue de LGN/Pins), à LIN-5 (protéine à domaine super-enroulé, homologue de NuMA/Mud) et à la dynéine serait ancré au cortex et activé en début de mitose pour tirer le fuseau.En analysant la première division d’une espèce proche de C. elegans : C. briggsae, on observe des variations de trajectoire du fuseau. Les embryons de C. briggsae présentent un décalage antérieur des noyaux en prophase et les oscillations du fuseau sont réduites en anaphase. La combinaison de perturbations physiques et l'analyse de mutants dans ces espèces, ont montré que ces différences s’expliquent par des changements dans la régulation du complexe ternaire. Mais, nous avons découvert que dans les deux espèces 1) un switch positionnel conservé contrôle le démarrage des oscillations du fuseau, 2) la localisation postérieure de GPR détermine ce switch positionnel, et 3) l'amplitude maximum des oscillations est déterminée en partie par le temps passé dans la phase oscillatoire.Nous avons utilisés ces variants pour corréler les phénotypes, la localisation de GPR et la divergence de séquence entre espèces afin d’identifier les éléments de régulation de cette protéine. Nous avons alors échangé les protéines et construits des protéines chimères entre les deux espèces. Enfin, par optogénétique, nous avons essayé de contrôler la localisation temporelle de GPR et analyser les conséquences sur les mouvements des noyaux et du fuseau.En étudiant la microévolution d'un processus sous-cellulaire, nous avons identifié de nouveaux mécanismes qui contribuent à la compréhension du positionnement du fuseau.

International audience; Energy and matter fluxes between the atmosphere and the land surface are affected by hydrological states of the terrestrial land surface . We must increase our knowledge of these transfer processes to improve research on climate change. To reach these objectives, we must obtained global information on the hydrological states and properties of the land-surface. The microwave remote sensing instruments are an adequate way to provide soil moisture information at large scale. Microwave remote sensing data are linked to the soil moisture but also to the roughness, texture and the physicochemical properties of the soil. In that context, the objective of this study is to develop an integrated approach to estimate effective electromagnetic properties of soils layers using ground-penetrating radar (GPR), L-band radiometer, dielectric laboratory measurements, modelling approaches and in situ measurements of essential state variables.

National audience; The evaluation of moisture and chloride content of concrete is a crucial phase for the diagnosis of corroded structures in the context of heritage preservation. The use of non-destructive techniques (NDT) allows to carrying out an effective diagnosis. Electromagnetic waves in the microwaves frequencies are recognized as a powerful tool for moisture evaluation of dielectric materials as concrete. The goal of this study is to develop an optimal tool for the evaluation of moisture content on real structures based on electromagnetic waves at frequencies range of 1 to 3 GHz. Numerical simulations of patch antennas were done for optimal design and frequency. A comparison with measurements in air and on concrete having various moisture contents indicated good effectiveness of the developed antennas.

Collecting information on past strong earthquakes is crucial to anticipate the characteristics of the future strong earthquakes that threaten us. A part of the traces left by the past earthquakes remains hidden in the first few meters of the ground. Until now, paleoseismological trenches across faults have been used to search for these traces. Though relevant, this method is destructive and allows, at best, detecting the few most recent events. The objective of my PhD work, done in the framework of the ANR project CENTURISK, was to develop a novel form of paleoseismology, of geophysical type, based on multi-frequency, pseudo-3D GPR surveys. The idea is to image at high-resolution the architecture of the first ≈ 10 m of the ground over wide areas along active faults, in order to detect the possibly buried traces, especially the offsets, produced by the last 10-20 strong earthquakes on the fault. We have first developed the approach by adapting the acquisition and processing of GPR data to the selected targets. We have then applied the approach on some of the largest active strike-slip faults in New Zealand, where sedimentation conditions are ideal. Twelve sites were investigated, 5 of them are presented in this work. At each site, we first analyzed the surface morphology in the greatest detail on LiDAR data and high resolution GPS DEMs. This analysis allowed us to identify all the morphological markers preserved at the ground surface, and being offset by the fault. We measured these surface offsets, doing so collecting a dense population of cumulative displacement values. We then surveyed each site with 40-60, 100 and 250 MHz, hundreds of meters long GPR profiles, parallel to the fault and regularly spaced by 5-10 m on either side of the fault trace. At each site, the processing of the GPR data revealed a large number of buried markers – palaeosurfaces and incision features, hidden in the first 5-10 m of the ground. Most of the buried markers were observed cut and laterally displaced by the fault, and these offsets could be measured. The measures provide a dense collection of cumulative offsets on each investigated fault, generally 10-20 times more than ever reported. To analyze these dense surface and sub-surface data collections, we used statistical methods made to define and retain only the best constrained offset values. These best values are separated by slip increments that are directly related to the successive coseismic slips that we search. The entire analysis revealed that the offsets measured in the sub-surface fill the gaps in the surface record, and that the surface offsets are systematically lower than those measured in the sub-surface on the same markers. Additionally, the buried record is longer than the surface record. Applied to the Hope Fault, our novel approach allowed identifying the last 30-35 strong earthquakes that broke the fault, each had produced a lateral offset at surface of 3.2 ± 1 m and got a magnitude ≈ Mw 7.0-7.4. Applied to the Wellington Fault (at Te Marua site), the approach allowed identifying a minimum of 15 past strong earthquakes, each had produced a lateral offset at surface of 3.7 ± 1.7 m and got a magnitude ≈ Mw 6.9-7.6. My PhD work thus confirms the great potential of pseudo-3D Ground Penetrating Radar survey to detect a significant part of the fault seismic history, and thus to provide critical information to determine the displacements and magnitudes of the past strong earthquakes on faults. Applied to seismogenic faults worldwide, in complement to surface approaches, the geophysical GPR paleoseismology should help better assessing seismic hazard.; Acquérir des informations sur les forts séismes passés est crucial pour anticiper les caractéristiques des forts séismes futurs. Une partie des traces laissées par les forts séismes passés sont enfouies dans les premiers mètres du sol et sont en général révélées par des tranchées de quelques mètres de profondeur ouvertes à travers les failles sismogènes. Bien que pertinente, cette méthode est destructive. L'objectif a été de développer une nouvelle forme de paléosismologie, non destructive, basée sur l'imagerie géoradar pseudo 3D, capable de retrouver ces traces enfouies des séismes passés. Dans ce travail, cinq sites d’étude sont présentés, situés le long de failles actives décrochantes de Nouvelle Zélande. Notre nouvelle approche débute, dans un premier temps, par l’analyse ‘classique’ de la morphologie de surface à partir de données LiDAR et de MNT GPS haute résolution. Ceci nous permet d’identifier l'ensemble des marqueurs morphologiques préservés à la surface et les déplacements horizontaux qu’ils ont enregistrés. Dans un second temps, l’analyse des profils GPR pseudo-3D acquis en chacun des sites révèlent des réflecteurs principaux dans les premiers 5-10 m du sol recoupés par un grand nombre de marqueurs morphologiques, partiellement ou totalement invisibles en surface. La plupart de ces marqueurs enfouis sont coupés et décalés par la faille considérée. Les mesures de ces décalages fournissent des collections denses de déplacements cumulés sur chacune des failles investiguées avec généralement un nombre de mesures effectués en sub-surface 10 à 20 fois plus important qu’en surface et couvrant une plus large gamme de valeurs. L’application sur la faille de Hope de cette approche a notamment permis de mettre en évidence un déplacement latéral caractéristique de 3.2 ± 1 m lors des 30-35 derniers forts séismes. Ce travail démontre le potentiel de l'imagerie géoradar pseudo-3D à détecter une partie de l'histoire sismique des failles et, ce faisant, à fournir des informations sur les caractéristiques des forts séismes passés.

Little information is available on the composition of the planet's sub-surface. The search for potential water reservoirs, which may have persisted at kilometric depths is still relevant. The EM sounding appears as one of the most promising ways. A Ground Penetrating Radar EISS Electromagnetic Investigation of the SubSurface has been designed for the ExoMars mission and allowing the survey of the deep subsurface in mono and bistatic mode. We present results of studies conducted on the optimization of the EISS's electrical antenna which is composed of two loaded monopoles and on the impact of the angle between these two monopolies on the EISS. The electrical coupling between the antenna and the near subsurface was analyzed to estimate the permittivity of the geological top layer. Different techniques of data interpretation in terms of detection, three-dimensional localization and characterization of subsurface layers are proposed and evaluated using simulated data., Peu d'informations sont disponibles sur la composition du sous-sol de la planète Mars. La recherche d'éventuels réservoirs, qui pourraient avoir subsisté à des profondeurs kilométriques reste d'actualité. Le sondage EM apparaît comme une des solutions les plus prometteuses. Un radar à pénétration de sol EISS Electromagnetic Investigation of the SubSurface a été développé pour la mission ExoMars et permet le sondage profond du sous-sol en mono et bistatique. Nous présentons des résultats d'études menées sur l'optimisation de l'antenne électrique constituée de deux monopôles chargés et sur l'impact de l'angle entre ces deux monopôles sur les performances de EISS. Le couplage entre l'antenne et le sol a été analysé afin d'estimer la permittivité du sous-sol proche. Différentes techniques d'interprétation des données en termes de détection, localisation en 3D et caractérisation des strates du sous-sol sont proposées et évaluées à partir de données simulées.

http://ursi-france.institut-telecom.fr/pages/pages_evenements/journees_scient/docs_journees_2009/data/articles/000006.pdf; International audience

Ground penetrating radar is often used for the characterization of subsurface properties such as the water-content. We have developed an algorithm for cross-well tomographic inversion of GPR first-arrival traveltimes. It is based on a blocky description of the propagation medium, and only a limited number of parameters are inversed. This methodology has been developed for media with significant contrast of electrical permittivity. In a first step, the distribution of the electromagnetic wave velocity is determined between two wells. In a second step, we address the question of the layers continuity for several successive tomographic panels. This methodology allows us to obtain a 2D velocity profile of the medium between successive pairs of wells. This inversion scheme takes into account both the direct and refracted waves generated at interfaces with strong velocity contrast. It was tested on synthetic data, and then on real data.; Le radar géologique est souvent utilisé pour caractériser les propriétés physiques de la subsurface, telle que la teneur en eau. Nous avons développé un algorithme d'inversion des temps de première arrivée en puits. Il est basé sur la description en couches du milieu et, uniquement un nombre limité de paramètres sont inversés. Cette méthodologie a été mise en place pour des milieux avec d'importants contrates de vitesse. Dans un premier temps, nous déterminons la distribution de vitesse des ondes électromagnétiques entre deux puits. Dans un second temps, nous nous posons la question de la continuité des couches pour plusieurs panneaux tomographiques contigus. Cette méthodologie permet l'obtention d'un modèle de vitesse 2D du milieu compris entre des paires de puits successifs. Ce schéma d'inversion prend en compte différents types d'ondes dont la directe et la conique, générés par le fort contraste de vitesse. Cette méthode a ensuite été testée sur des données synthétiques puis sur des données réelles, acquises au niveau de la plaine alluviale de l'Adour.

During the European research program MEDACHS, four Non Destructive Testing methods (NDT) have been carried out for the study of the evolution of the physical properties of concrete samples stored in tidal zone. The main objective was the application of these NDT methods to the forecast of the maintenance actions of works according to exposure time in tidal zone. Two electromagnetic methods: Ground Penetrated Radar technique (GPR), capacitive method with an array of three different of electrodes, an electric method (resistivity measurement – see part I) and a sonic technique (sonic testing with laser interferometer) have been used. The testing methods have been developed to tend to correlate the physical properties of the concrete, like apparent complex dielectric permittivity, apparent resistivity and mechanical properties (Young modulus, Lamé coefficients), with the intrinsic ones like porosity, chloride and water content or mechanical strength. The results obtained with electric and electromagnetic methods corroborate the trend of a moisture gradient in the material. These techniques, coupled with the acoustic measurements allow the detection of local heterogeneities (empty zones, granular distributions) or anisotropies (electric, electromagnetic properties). The localization of these heterogeneities is easy with NDT without extracting many cores samples.

During the European research program MEDACHS, four Non Destructive Testing methods (NDT) have been carried out for the study of the evolution of the physical properties of concrete samples stored in tidal zone. The main objective was the application of these NDT methods to the forecast of the maintenance actions of works according to exposure time in tidal zone. Two electromagnetic methods: Ground Penetrated Radar technique (GPR), capacitive method with an array of three different of electrodes, an electric method (resistivity measurement – see part I) and a sonic technique (sonic testing with laser interferometer) have been used. The testing methods have been developed to tend to correlate the physical properties of the concrete, like apparent complex dielectric permittivity, apparent resistivity and mechanical properties (Young modulus, Lamé coefficients), with the intrinsic ones like porosity, chloride and water content or mechanical strength. The results obtained with electric and electromagnetic methods corroborate the trend of a moisture gradient in the material. These techniques, coupled with the acoustic measurements allow the detection of local heterogeneities (empty zones, granular distributions) or anisotropies (electric, electromagnetic properties). The localization of these heterogeneities is easy with NDT without extracting many cores samples.

Rock falls pose critical problems to risk management, due to the suddenness of the phenomena and the lack of precursors. Detection of unstable rock mass, evaluation of stability and comprehension of dynamic phenomenon are major elements in order to evaluate the rock falls potential hazard. In first step, the Ground Penetrating Radar allowed the 3D fractures network to be determined. An inversion strategy for fractures characterization (aperture and filling) is proposed by using the frequencial and angular sensitivity of the reflectivity of the electromagnetic waves with a thin bed approach. This methodology was applied successfully on two different study sites. In second part, a new seismic magnitude scale was defined, which allowed us to compare and classify ground-motion vibrations. No relation was found between rock-fall parameters (fall height, runout distance, volume, potential energy) and rock-fall seismic magnitudes. On the other hand, the signal duration shows a rough correlation with the potential energy and the runout distance, highlighting the control of the propagation phase on the signal length. The signal analysis suggests the existence of at least two distinct seismic sources: one corresponding to the initial rupture associated with an elastic rebound during the detachment and the other one generated by the rock impact on the slope, whose frequency shape was confirmed by a 2D finite-element simulation., Les éboulements de terrain posent des problèmes importants pour la gestion des risques, à cause de leur soudaineté et de l'absence de signe précurseur. La détection d'un compartiment instable, l'évaluation de sa stabilité ainsi que la compréhension de la dynamique de sa propagation sont des éléments majeurs dans l'évaluation de l'aléa d'éboulement. En premier lieu, le géoradar a permis de mieux contraindre la géométrie 3D du réseau de fracture. Une stratégie d'inversion des caractéristiques des fractures (épaisseur et remplissage), basée sur la sensibilité fréquentielle et angulaire des réflexions des ondes électromagnétiques avec une approche de couche mince a été développé et appliqué de façon convaincante sur des données réelles acquises sur deux sites différents.La seconde partie est consacrée à l'exploitation des signaux sismiques enregistrés lors de douze éboulements différents. Une nouvelle échelle de magnitude a été définie, qui a permis de classer les différents événements. Aucune relation n'a été trouvée entre les paramètres géométriques (et l'énergie potentielle dérivée) et la magnitude. Par contre la durée du signal montre une bonne corrélation avec l'énergie potentielle. L'analyse détaillée des signaux suggère l'existence d'au moins deux sources sismiques, une correspondant à la rupture associée au rebond élastique induit par le détachement de la masse rocheuse et une autre générée par l'impact de la masse sur la pente, dont l'aspect fréquentiel a été confirmé par une analyse numérique 2D par la méthode des éléments finis.

The performances of low frequency sounding radars are strongly related to the ability of the electromagnetic waves to penetrate the geological materials constituting the studied soil. The aim of our research is to study experimentally the geo-electrical and geo-magnetic properties of the Martian sub-surface and simulate the backscattered radar echo in the frequency band 1-20 MHz, in order to determine the ability of future radar sounding experiments to detect the possible presence of water in the Martian sub-surface, few hundreds of meter deep. In the first part, we constructed experimentally a most common dielectric profile representative of the Martian sub-surface starting from the general geological description of the Martian sub-surface by measuring the electric permittivity and magnetic permeability of well-defined volcanic and sedimentary materials that have been reported for Mars. This led to synthetic representative samples of the Martian sub-surface materials under adequate conditions of porosity and temperature that should exist in the first 2.5 km of the upper crust. This 2 MHz geo-electrical profile was used to evaluate the penetration depth and losses of the radar signal. In the second part, we constructed four geological models corresponding to terrains where we considered the possibility of finding liquid water lenses at shallow depths. Those localities could be considered as potential landing sites of the Netlander GPR experiment. We conducted series of measurements of the electromagnetic properties of local volcanic and sedimentary materials that might be present on those sites. This led to the construction of four realistic geo-electrical models. We finally used the FDTD technique to simulate the radar backscattered echo for each site considering the Netlander GPR parameters.; Les performances des systèmes de sondage radar sont liées à leur capacité de pénétration dans les matériaux géologiques qui constituent les sites observés. Notre thématique de recherche consiste à étudier expérimentalement les propriétés géo-électrique du sous-sol martien et à modéliser l'écho radar rétro-diffusé afin, de quantifier les capacités des futurs radars sondeurs basse fréquence (de 1 à 20 MHz) à détecter la présence de possibles réservoirs d'eau situés à quelques centaines de mètres de profondeur dans le sous-sol de Mars. Ce sont principalement les propriétés électromagnétiques des roches (permittivité électrique et perméabilité magnétique) qui contrôlent la profondeur de pénétration et l'identification de zones humides. Ainsi, la connaissance des propriétés géo-électriques et de la stratigraphie de la sub-surface de Mars est nécessaire pour modéliser et interpréter les données issues des futurs radars d'exploration martienne. Dans la première partie de notre travail nous avons effectué des mesures de permittivité électrique et de perméabilité magnétique des échantillons représentatifs des couches géologiques constituant le modèle général du sous-sol martien. Cette première étape nous a permis d'établir un profil diélectrique général de la sub-surface de Mars à 2 MHz, que nous avons ensuite utilisé pour évaluer les profondeurs de pénétration et les atténuations dans le signal radar rétro-diffusé. Dans la deuxième partie de notre travail, nous avons construit quatre modèles géologiques et géo-électriques correspondent à des contextes locaux représentant un intérêt particulier pour la recherche de lentilles d'eau dans la proche sub-surface de Mars. Ces sites pourrant constituer des cibles d'atterrissages potentiels pour les GPR de la mission Netlander. Enfin, nous avons utilisé un code FDTD pour simuler le signal radar rétro-diffusé à 2 MHz pour chacun de ces sites, en considérant les paramètres instrumentaux des GPR de la mission Netlander.

Ground-penetrating radar (GPR) is a geophysical method based on thepropagation, reflection and scattering of high frequency (from 10 MHz to 1 GHz)electromagnetic (EM) waves in the earth. This method is currently used to image thesubsurface. The depth of investigation depends on the EM attenuation of the mediumand the frequency used and varies from 2 to 50 m. Our interest for the GPR methodstarted during a mutual study with CEA in order to adapt the seismic processing to theradar data. Since 1994, many studies (in 1 and 2D) have been carried out by ourLaboratory Imagerie Tectonique.The radar attenuation is closely related to the dielectric permittivity of the medium,which is, in general, a complex quantity and also shows a frequency dependence. Inorder to model for dielectric losses (or radar attenuation) we consider a complex powerfunction of frequency for the dielectric permittivity. This approach allows us to developan original method of determining the quality factor Q of radar waves.During the propagation of a radar signal through a medium with a complex dielectricresponse depending on frequency we observe two effects: the amplitude of the signaldecreases (absorption) and its phase changes (dispersion), consequently the radarsignal is not stationary. To account for both effects of attenuation we have alsodeveloped methods (in 1D and 2D) of inverse Q imaging of GPR data. This later studyhas been inspired from a similar study carried out before in the case of 1D imaging ofseismic waves.Several acquisitions of GPR data have been performed for tectonic objectives(locating active faults, Mulhouse-Bâle, over the Wellington fault in New Zealand andover Nîmes and Moyenne Durance faults) and sedimentological objectives as well(over sand dunes in Tchad and Mauritanie). The aims were to image the geometry ofsedimentary deposits and identify possible fault segments under vegetation cover andto understand and explain the origin and the nature of the reflections observed insidethe active or old dunes.Surface objects such as: power lines, metallic fences, trees and corners of buildingsare strong reflectors and can produce strong scattering that masks the reflections fromthe subsurface in GPR data. After recognizing these diffractions (by a simplegeometrical modeling), we model them by using a zero offset imaging technique inFourier domain. Once the modeling of the air diffractions is performed, one can usethem as a mask to remove the real surface diffractions observed in the real GPR data.A recent study of modeling reflections, in the case of dry sand, shows that amongstthe propagation effects (absorption, dispersion and geometrical spreading) the mostimportant is the geometrical spreading. On the other hand using a simple mixingformula between the dielectric constant of the dry sand and the water content of themoist sand (e), we highlight the sensitivity of the reflection coefficient to smallchanges in water content (e) into the sand. That explains the strong reflectionscoming from the base of present-day dune., Résumé : Le géoradar est une méthode de prospection géophysique fondée surl’analyse de la propagation, de la diffraction et de la réflexion des ondesélectromagnétiques (EM) haute fréquence (de 10 MHz à 1 GHz. Il est aujourd’huilargement utilisé pour l’étude de la subsurface. La profondeur d’investigation dépendde l’atténuation du milieu et de la fréquence utilisée, elle varie de 2 à 50 m. Nous avonsabordé le domaine du géoradar à l’occasion d’une étude menée en collaboration avecle CEA pour adapter le traitement sismique aux données radar. Depuis 1994, plusieursétudes (en 1 et 2D) ont été entreprises par notre Laboratoire d’Imagerie Tectonique.L’atténuation radar est fortement reliée à la permittivité diélectrique totale du milieuqui, en général, est une quantité complexe et montre aussi une dépendance enfréquence. Afin de modéliser les pertes diélectriques (ou l’atténuation radar) nousconsidérons une fonction complexe de puissance en fréquence pour la permittivitédiélectrique. Cette approche nous a permis de développer une méthode originale dedétermination du facteur de qualité Q des ondes radar.Lors de la propagation du signal radar dans un milieu à une reponse diélectriquecomplexe et dépendante de la fréquence nous observons deux phénomènes: l’amplitude du signal diminue (absorption) et sa forme change (dispersion), parconséquent le signal radar n’est pas stationnaire. Afin de tenir compte de cesphénomènes nous avons aussi développé des méthodes d’imagerie radar (filtreinverse-Q à 1 et 2D) dans le cas d’un milieu absorbant et dispersif. Cette dernièreétude a été inspirée par une étude similaire faite auparavant dans le cas de l'imagerieen 1D des ondes sismiques.Des acquisitions ont été réalisées à la fois sur des objectifs tectoniques (recherchede failles actives; Mulhouse-Bâle, sur la faille de Wellington en Nouvelle Zélande et surles failles de Nîmes et de la Moyenne Durance) et sédimentologiques (sur les dunesde sable; Tchad et Mauritanie). L’objectif était d’imager par géoradar la géométrie desdépôts sédimentaires et d’identifier les failles susceptibles de les décaler et decomprendre et d’expliquer la nature et l’origine des surfaces de discontinuités àl’intérieur d’une dune active ou ancienne.Les objets de surface tels que les lignes et les poteaux électriques, les clôturesmétalliques, les arbres et les coins des immeubles peuvent produire de fortesdiffractions aériennes qui, à leur tour, peuvent masquer les réflexions radar primairesprovenant du sous-sol. Apres avoir reconnu ces diffractions (par une simplemodélisation géométrique) nous les modélisons en utilisant une méthode d’imagerie2D en domaine de Fourier. Ensuite nous comparons les données réelles auxdiffractions synthétiques afin d’éliminer ces dernières des données réelles.Une étude de la modélisation des réflexions radar dans le cas du sable sec montreque parmi les effets de la propagation (absorption, dispersion et divergencesphérique) le plus important est la divergence sphérique. D’autre part, en utilisant uneformule simple de mélange entre la constante diélectrique des sols sableux et lateneur en eau (e) dans l’échantillon, nous mettons en évidence la sensibilité ducoefficient de réflexion due aux faibles changements de la teneur en eau (e) dans lesable. Ce qui explique les fortes réflexions provenant de la base de la dune actuelle.

A casual opportunity to achieve a very short G.P.R. survey (450 MHz) in the tomb of Seti l" was given to us. A very clear superficial anomaly was detected in a vestibule at a place where a strange resonance can be heard on the floor. This anomaly is not different from what is to be expected from the roof of a very close unknown underlying chamber. ln addition, sorne other interesting information was obtained. Despite the fact that wisdom must obviously be shown in such a case, it looks reasonnable to us that some very simple complementary tests should be undertaken in order to determine the origin of these anomalies. Obviously they would be of the highest interest if they could consolidate the hypothesis., Une occasion fortuite de conduire une très courte investigation radar-sol (450 Mhz) dans la tombe de Séti 1 ... a permis de mettre en évidence, dans un vestibule où le sol présente une curieuse résonance sonore, une très nette anomalie superficielle, compatible avec l'existence possible du toit, très proche, d'une chambre sous-jacente inconnue. Quelques autres indications intéressantes ont été obtenues. Malgré toute la prudence dont il convient de faire preuve dans un tel cas, il nous semble raisonnable de suggérer que quelques contrôles complémentaires très simples, qui pourraient s ' avérer fructueux, soient conduits pour déterminer l'origine de ces anomalies et, éventuellement, consolider cette hypothèse.