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Localisation des épicentres des munitions non explosées dans les exercices de tirs.

Bakari, Issam (2015). Localisation des épicentres des munitions non explosées dans les exercices de tirs. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 103 p.

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Résumé

Les munitions non explosées (UXO) dans les champs de tir entraînent une multitude de risques pour l’environnement, le corps militaire et l'activité humaine surtout après l'abandon du secteur. Pour un retrait sécuritaire et rapide des UXO, une approche a été proposée par Anderson et al. (2006) et détaillé par VanDeMark et al. (2013) qui consiste à détecter, classifier et localiser les munitions non explosées en se basant sur le monitoring par microsismique passive. Dans ce mémoire, on s’intéresse en particulier au problème de localisation, mais on traite également des autres aspects de façon plus sommaire. La méthode de localisation proposée repose sur l'inversion des temps d'arrivée des ondes sismiques enregistrées par des capteurs enterrés autour du secteur. La détermination des temps d’arrivée se fait suite à une classification des évènements (détonation complète, détonation partielle ou absence de détonation (bruit)) reposant sur la signature acoustique et sismique de l’impact des munitions. Le pointé automatique des évènements est basé sur des algorithmes de détection microsismique. Au coeur de ce travail, l'algorithme de localisation repose sur l'approche d’inversion conjointe hypocentre-vitesse de Block (1991) appliquée aux ondes de surface dans un maillage triangulaire. Avec des données synthétiques, les résultats obtenus montrent que l'approche est applicable; il est possible de localiser les épicentres des UXO avec une précision qui peut atteindre 1 à 2 m sous une condition de bruit faible (3%). Sous un fort bruit (15%) l’incertitude de la localisation augmente de manière significative et l’erreur de localisation atteint des centaines de mètre. Toutefois, l’erreur sur la position des sources dépend toujours de la couverture rai-station et de la précision du modèle de vitesse initial estimé par les tirs de calibration. Le présent travail de maitrise fait partie d’un projet mené avec recherche et développement pour la défense Canada. Dans le cadre de ce projet, un levé de calibration du modèle de vitesse a été effectué dans la zone d’impact Liri sur la base militaire de Valcartier en Mai 2015 par l’explosion des charges de C4 dans des positions connues. Le programme de localisation a été testé sur les données sismiques de cet essai de tirs de calibration. Les résultats montrent une incertitude moyenne de 32 m sur les épicentres avec une erreur moyenne de 4 ms sur le temps d’origine des explosions, cette incertitude peut s’améliorer en raffinant le modèle de vitesse au fur et à mesure des tirs réel. Ainsi, les données acoustiques pourraient être utilisées conjointement aux données sismiques pour localiser les épicentres des munitions partiellement explosées. Cependant la méthode proposée reste non validée jusqu’à la réalisation d’un essai de tir comportant des munitions inertes pour estimer la détectabilité des UXO.

Abstract

Unexploded ordnances (UXO) in training ranges present significant risks to the environment and to human activity after the abandonment of training fields. It was recently proposed by Anderson et al. (2006) and detailed by VanDeMark et al. (2013) to detect and locate the occurrence of OXU’s during firing exercise through passive microseismic monitoring, to allow their rapid removal. In this thesis, the location problem is addressed and the detection problem is briefly treated. The proposed method is based on the inversion of seismic wave arrival times recorded by seismic sensors buried around the range. Arrival times are detected following a classification of events (high-order, low-order, noisy event) based on the seismic and acoustic signatures of impact munition. Events are picked automatically based on microseismic detection algorithms. The location algorithm is based on the approach of joint hypocenter-velocity inversion of Block (1991) applied to surface waves in a triangular mesh. Results obtained with synthetic data show that the approach is applicable; it is possible to locate the epicenters of UXOs with an accuracy of up to 1 to 2 m in low noise conditions (3%). However, under strong noise (15%) the uncertainty of the location increases significantly and location error reaches hundreds of meters. This notwithstanding, error of location depends on the ray-station coverage within the grid and accuracy of the initial velocity model depend upon the number of calibration shot. This thesis is part of an ongoing project with Defence Research and Development Canada. Within this project, a survey was conducted on the Valcartier military base to calibrate the velocity model on the Liri range by explosion of C4 charges at known locations. Inversion of real seismic data recorded by a passive monitoring system during calibration shots yields a mean location uncertainty of 32 meters and 4 ms mean error on origin time of explosion. This uncertainty can be improved by updating the velocity model each real shooting test. The results show that the acoustic data could be used jointly with the seismic data to improve location accuracy of partially detonated UXO. However the applicability of the method remains to be proved at the UXO detectability has yet to be demonstrated by the completion of a survey with dummy munitions.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Giroux, Bernard
Mots-clés libres: munitions; inversion; monitoring; sismique passive; détection des UXO; localisation des Épicentres; temps d’arrivée, phase sismique
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 13 nov. 2015 20:41
Dernière modification: 18 mars 2016 14:03
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2795

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