Etude de la propagation des ondes térahertz en milieu diffusant pour l'imagerie pour hélicoptères en condition de brownout

Study of propagation of terahertz waves in scattering medium for imaging purpose for helicopters in brownout condition

• Auteur / Autrice : Clotilde Prophete
• Direction : Julien de Rosny, Rémi Carminati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/11/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin-Ondes et images (Paris ; 1997-....) - Institut Langevin - Ondes et Images
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne Sentenac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien de Rosny, Rémi Carminati, Anne Sentenac, Jean-Michel Tualle, Jean-Louis Coutaz, Riad Haïdar
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Michel Tualle, Jean-Louis Coutaz

Mots clés

Mots clés libres

Térahertz

Diffusion

Imagerie

Spectromètre térahertz temporel

Terahertz

Scattering

Imaging

Terahertz time-Domain spectrometer

Résumé

Le brownout est un nuage de sable soulevé par le souffle du rotor de l'hélicoptère en milieu désertique. Ce nuage peut être épais de plusieurs dizaines de mètres et atténue, voire annule, la visibilité du pilote. Une solution est d'embarquer sur l'aéronef un système d'imagerie qui permettrait de visualiser la zone d'atterrissage à travers ce nuage de sable. Un tel système doit présenter des propriétés particulières. L'onde doit pouvoir pénétrer à travers le milieu diffusant et apporter une résolution suffisante pour détecter des obstacles. Le système doit aussi être compact et fonctionner en temps réel.La bande sub-terahertz semble la plus appropriée car elle répond a priori à tous ces critères. A notre connaissance, aucune étude théorique complète évalue les performances d'un imageur sub-térahertz en condition de brownout.De plus, certaines évaluations expérimentales réalisées jusqu'à aujourd'hui semblent incohérentes entre elles.Nous proposons donc un modèle complet, que nous avons confronté avec succès avec une simulation Monte Carlo, pour évaluer les performances d'un tel imageur. Dans un second temps, nous présentons une expérience originale de mesure d'atténuation simultanée dans le térahertz et le visible par une suspension de sable. L'efficacité d'extinction dans la bande THz peut directement être extraite de ces mesures simultanées. Nous pouvons aussi déduire la densité des particules en suspension ainsi que l'indice de réfraction des particules dans le THz.

Brownouts are sand clouds stirred by the airflow of the helicopter rotor in arid areas. This cloud can be tens-of-meters thick and reduces or even cancels the pilot's visibility. A solution is to provide an imaging system embedded on the helicopter that would allow the pilot to visualize the landing area through the sand cloud. Such a system must meet specific criteria. The wave must be able to penetrate the scattering medium and give a sufficient resolution to detect obstacles. The system must also be compact and must work in real time.The sub-terahertz band seems to be the most adequate because it a priori complies with all the requirements. To our knowledge, the performance a sub-terahertz imaging system in brownout condition has never been completely evaluated yet. Besides, some of the existing experimental studies do not seem to be consistent between each other.Thus, we propose an accurate model, which was successfully compared to a Monte Carlo simulation, to evaluate the efficiency of such an imager. Second, we present an innovative experiment to measure simultaneously the attenuation by suspended sand in the terahertz and the visible bands. The extinction efficiency in the THz band can directly be known from these simultaneous measurements. The density of suspended particles and their refractive index in the THz band can also be deduced.