A study of long term and slow ground movements in Belgium using Multi-Temporal InSAR satellite data.

Multi-temporal radar interferometry has been used for more than twenty years by teams around the world to measure ground movements at the scale of mm/year from RADAR satellite images taken at an altitude of roughly 800 km. The advantages of this technique are numerous and among the main ones are its accuracy, the frequency of image acquisition of 6 to 12 days for SENTINEL 1, the open access to almost 30 years of ESA archive and its high spatial density of measurements. The latter is variable depending on the resolution, wavelength and number of objects in the scene reflecting the signal. For Belgium, this is closely linked to urbanisation. Among the disadvantages are the relatively heavy processing and the expertise required to obtain quality measurements. The cost related to the exploitation of high or very high-resolution RADAR images is also a side-effect for very expensive research project. The low density of measurements in rural areas is also a limiting factor, which can, however, be partially offset by the addition of artificial reflectors. It is thanks to the advantages of this technique that this study on the long-term monitoring of small-amplitude ground movements in Belgium is based. Most of the cases analysed in this research showed a cause-effect relationship between the observed ground movements and the piezometric level variations measured in the aquifers. This level is for all or partly related to human activity, whether it is for the industrial exploitation of these aquifers or for the drawdown that was necessary for coal mining activity. The former Limburg collieries are currently under the influence of an uplift with an average speed of around 20 mm/year. This phenomenon is linked to the recharge of the mining aquifer. During the long measurement period, a transition between subsidence due to mining and uplift was observed in the western part of the mining basin. Still in connection with the exploitation of the aquifers, the breweries located in Merchtem (25 km NW of Brussels) are responsible for maintaining a subsidence zone around their installation. This subsidence is originally due to an overexploitation in the past of the Cambro-Silurian aquifer by several industries in Flanders. The centre of Brussels, which saw its industries leave it in the 1960s, is currently affected by an uplift due also to the drastic reduction of pumping for industrial needs. The harbour of Antwerp located in the Scheldt estuary is affected by natural and man-made settlements. This subsidence was highlighted by the MT-InSAR and modelled by a geomechanical approach. The latter, carried out by FEM, predicted that settlement under current conditions will remain visible for at least 60 years.L’interférométrie radar mutli-temporelle est utilisée depuis plus de vingt ans par des équipes dans le monde entier pour mesurer des mouvements du sol à l’échelle du mm/an depuis des images satellites RADAR prises à environ 800 Km d’altitude. Les avantages de cette technique sont nombreux et parmi les principaux, il faut retenir sa précision, la fréquence des acquisitions d’image de 6 à 12 jours pour SENTINEL 1, l’accès ouvert à presque 30 ans d’archive de l’ESA et sa grande densité spatiale de mesures. Cette dernière est variable en fonction de la résolution, de la longueur d’onde et du nombre d’objets présent dans la scène réfléchissant le signal. Ce qui pour la Belgique est intimement relié à l’urbanisation. Parmi les désavantages, il faut noter la relative lourdeur des traitements et l’expertise nécessaire pour obtenir des mesures de qualité. Le coût lié à l’exploitation des images RADAR de hautes ou très hautes résolutions. La faible densité des mesures en milieu rural est aussi un facteur limitant qui peut toutefois être en partie pallié par l’ajout de réflecteurs artificiels. C’est grâce aux avantages de cette technique qu’est basé cette étude sur le suivi à long terme des mouvements du sol de faible amplitude en Belgique. La majorité des cas analysés dans cette recherche ont montré une relation étroite entre les mouvements observés et le niveau piézométrique des nappes aquifères. Ce niveau est pour tout ou en partie lié à l’activité humaine qu’elle soit pour l’exploitation de ces nappes ou pour le rabattement qui a été nécessaire à l’activité minière charbonnière. Les anciens charbonnages du Limbourg sont actuellement sous l’influence d’une remontée des terrains (uplift) ayant une vitesse moyenne de l’ordre de 20 mm/an. Ce phénomène est lié à la recharge de l’aquifère minier. La longue période de mesure a permis d’observer pour la partie ouest du bassin minier une transition entre une subsidence encore due à l’exploitation et un uplift. Toujours en relation avec l’exploitation des aquifères des brasseries localisées à Merchtem (25 km NW de Bruxelles) sont responsables du maintien d’une zone de subsidence autours de leur installation. Cette dépression est originellement due à une surexploitation par le passé de l’aquifère Cambro-Silurien par nombre d’industries en Flandres. Le centre de Bruxelles qui a vu ses industries le quitter vers les années 1960 est actuellement affecté par un uplift du également à la réduction drastique des pompages pour les besoins industriels. Le port d’Anvers situé dans l’estuaire de l’Escaut est affecté par des tassements ayant une origine naturelle et humaine. Cette subsidence a été mise en évidence par le MT-InSAR et modélisée par une approche géomécanique. Cette dernière, réalisée par FEM a permis prévoir que les tassements aux conditions actuelles seront encore visibles pendant au moins 60 ans