Plus de 200 tunnels de pont sous-marins existent pour la circulation des véhicules dans le monde, fournissant une connectivité entre les villes. Une fois construits, cependant, ces tunnels sont difficiles à surveiller et à maintenir, nécessitant souvent des arrêts ou des méthodes invasives qui présentent des risques structurels.
Muographie – une technique d'imagerie utilisant des particules à haute énergie, appelées muons, qui peuvent traverser des centaines de mètres dans la terre – peuvent fournir une approche non invasive pour examiner l'infrastructure souterraine.
Dans le Journal of Applied Physicsun groupe de chercheurs d'organisations publiques et privées à Shanghai a appliqué cette technique au tunnel de l'anneau extérieur de Shanghai, qui se déroule sous la rivière Huangpu dans le cadre de l'autoroute Ring de la ville.
Parce que les sédiments composés de sol boueux et d'argile limoneux ont une densité plus élevée que l'eau entourant le tunnel, il est plus efficace pour réduire le flux de muon que l'eau seul. Lorsqu'elle est placée dans le tunnel, le système de détection de flux de muon portable des chercheurs est sensible à ces différences, s'avérant utile pour identifier les emplacements avec des niveaux élevés d'accumulation de sédiments.
« Les muons perdent de l'énergie principalement par l'ionisation, où ils interagissent électromagnétiquement avec les électrons et éjectent les électrons – les matériaux de denseurs entraînent une perte d'énergie plus élevée, bloquant efficacement plus de muons », a déclaré l'auteur Kim Siang Khaw. « La composition granulaire ou argileuse des sédiments intensifie cet effet. »
En utilisant une combinaison d'un scan spatial sur la longueur du tunnel et une simulation de muons passant par un modèle de tunnel simplifié, les chercheurs ont cartographié l'épaisseur des sédiments. Ils ont pris 10 minutes de données par emplacement à des intervalles de 50 mètres comme preuve de leur technique, mais dans son déploiement réel, ils prévoient d'installer en permanence plusieurs détecteurs à des points fixes dans tout le tunnel, permettant une surveillance 24h / 24.
Ils ont l'intention d'étendre leurs études à plusieurs autres tunnels à Shanghai et noter que d'autres villes peuvent facilement adopter la technique dans leur propre infrastructure. Tout ce qui est nécessaire, ce sont des informations de base sur la géométrie et les matériaux du tunnel, les données environnementales et les mesures de flux de muon de base.
« Aucun modèle complexe n'est nécessaire à l'avance – la méthode fonctionne avec des entrées simplifiées, validées par des simulations dans cette étude », a déclaré Khaw. « Cette technique peut également identifier des cavités souterraines dangereuses, telles que celles formées lorsqu'un tuyau éclaté lave le sol, créant un risque d'effondrement caché. »
La muographie a été utilisée pour les études archéologiques, l'exploration des mines, et plus encore, mais le suivi du changement d'un système au fil du temps est une application relativement nouvelle et réelle.
« Nous sommes maintenant dans une époque vraiment excitante pour la muographie », a déclaré Khaw. « Nous espérons collaborer avec davantage de chercheurs pour appliquer ces progrès en sciences fondamentales à la résolution de défis sociétaux urgents. »
