Diffusion électromagnétique par un sol : Prise en compte d'un fil enfoui par l'introduction d'une impédance effective dans un code FDTD

Electromagnetic scattering from a soil: Taking into account of a buried wire by the introduction of an effective impedance in an FDTD code

• Auteur / Autrice : Clément Chanel
• Direction : Christophe Bourlier, Christian Carel, Nicolas Pinel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Pichon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Bourlier, Christian Carel, Nicolas Pinel, Lionel Pichon, Élodie Richalot, Philippe Pouliguen
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Élodie Richalot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moments, Méthodes des (statistique)

Rugosité

Ondes électromagnétiques -- Diffusion

Résumé

Le contexte de cette thèse est l’étude de la diffusion d’une onde électromagnétique par un sol faiblement rugueux en présence d’un fil enfoui. Le problème est supposé bidimensionnel (les surfaces rugueuses ne dépendent que d’une variable d’espace) et les milieux, de part et d’autre de la surface, sont considérés homogènes. Tout d’abord, un dispositif expérimental a été mis en oeuvre afin de mesurer des profils de sols rugueux pour en déterminer les grandeurs caractéristiques, en particulier l’écart-type des hauteurs et la longueur de corrélation. Les valeurs de ces grandeurs nous permettent ainsi de choisir le modèle de diffusion électromagnétique asymptotique : la Méthode des Petites Perturbations (MPP), valide pour des variations des hauteurs de la surface très faibles devant la longueur d’onde du Radar. Puis, à partir de cette méthode, les courants de surface ont été exprimés analytiquement en fonction de l’ordre du développement perturbatif et de la nature de l’onde incidente. Le cas d’une onde plane a été étudié en particulier. Ensuite, les résultats numériques ont été comparés à ceux obtenus par une méthode numérique rigoureuse : la Méthode des Moments. Enfin, les expressions analytiques du champ diffusé, obtenues par la MPP, nous ont permis de calculer le coefficient de réflexion cohérent et l’impédance de surface effective associée. Cette impédance a pour vocation d’être implantée dans une plateforme de calcul 3D FDTD, dans laquelle le fil sera pris en compte.

This thesis studies the electromagnetic wave scattering from a slightly rough soil in the presence of a buried wire. The problem is assumed to be two-dimensional (2D) (the rough surface depends only on one space variable) and the media separating the boundaries are assumed to be homogeneous. Firstly, a sensor was built up to measure the profiles of the rough soil in order to determine its statistical characteristics, such as the standard deviation of the heights and the correlation length. These parameters allow us to choose the adequate asymptotic electromagnetic scattering model devoted to our application: The Small Perturbation Method (SPM), valid for surface heights much smaller than the Radar wavelength. Then, from the SPM, the surface currents are expressed analytically, according to the order of expansion of the method and to the nature of the incident wave. The specific case of a plane incident wave is studied. In addition, the numerical results are compared to those obtained by a rigorous numerical method: the Method of Moments. Finally, the analytical expressions of the scattered field, obtained by SPM, allow us to derive the coherent reflection coefficient and the associated effective surface impedance. The purpose is to implement this impedance into a 3D FDTD simulation platform, in which the buried wire is taken into account.