Contexte :

Le CEA Gramat étudie le comportement de matériaux sous choc nécessitant l’usage de métrologies dynamiques. L’interférométrie Doppler hyperfréquence (gamme de fréquence 1 – 100 GHz) a été identifiée comme une technique très prometteuse de mesures couplées de la vitesse de choc et de la vitesse matérielle au sein de matériaux radio-transparents dans une plage de mesure de 0 à 20 km/s. Ces mesures de vitesses devraient permettre de caractériser les matériaux dans le but d’améliorer leurs performances. Une première thèse, réalisée par B. Rougier, en collaboration entre le CEA Gramat et le LAAS, a permis (1) de mettre au point une modélisation originale de l’interaction d’une onde électromagnétique avec de multiples interfaces diélectriques mobiles (résolution du problème direct), et (2) de déduire les caractéristiques principales de matériaux sous choc à partir du signal électromagnétique rétrodiffusé par ces matériaux (résolution du problème inverse). Cependant, les problèmes (direct et inverse) traités dans les travaux de cette thèse ne tiennent pas compte des pertes diélectriques dans les matériaux choqués. Or ces pertes sont loin d’être négligeables, notamment dans le domaine des ondes millimétriques. Par ailleurs, si la résolution du problème inverse ne pose pas de difficulté majeure dans l’hypothèse d’un faible nombre d’interfaces diélectriques mobiles dans les matériaux dans un état de choc soutenu, il n’en est pas de même lors d’un état de choc non soutenu au cours duquel de multiples interfaces mobiles sont générées dans les matériaux choqués. Or cette résolution du problème électromagnétique inverse en présence de nombreuses interfaces diélectriques en mouvement est indispensable pour apporter une compréhension plus fine des comportements dynamiques des matériaux sous choc.

Objectif de la thèse :

Le travail de thèse consistera à améliorer la compréhension de la réflexion et de la transmission de l’onde électromagnétique à travers l’onde de choc dans la gamme de fréquence 1 – 100 GHz. Il s’agira donc de développer, dans un premier temps, une modélisation électromagnétique des matériaux sous choc en tenant compte des pertes diélectriques puis, dans un deuxième temps, de proposer une résolution du problème inverse qui tienne compte de la multitude des interfaces diélectriques mobiles générées dans les matériaux lors d’un choc. De nombreuses applications duales découlant de ces travaux de recherche concernent en particulier les domaines du spatial, de l’aéronautique et de l’énergie.

Déroulement de la thèse :

Les travaux du (de la) doctorant(e) seront centrés tout d’abord sur la compréhension et la modélisation de la propagation de l’onde électromagnétique à travers une onde de choc et dans le milieu complexe en aval de celle-ci. Des mesures expérimentales de vitesse de choc et de vitesse matérielle seront réalisées pour l’étude des propriétés de matériaux innovants sur un site d’expérimentations de physique du choc. Par la suite, le (la) doctorant(e) sera amené(e) à améliorer les méthodes de dépouillements actuelles et à orienter les choix technologiques pour un appareil futur.
Les tâches qui devront être traitées successivement dans ce domaine sont les suivantes :

• Identification des avantages, des inconvénients, et des limites des modèles développés lors de la thèse de Benoit Rougier, (Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Toulouse),
• Intégration des pertes diélectriques dans le modèle de propagation du signal hyperfréquence dans les matériaux d’étude,
• Modélisation et dépouillement de la propagation du signal hyperfréquence dans un assemblage de multiples interfaces diélectriques en mouvement dans les matériaux sous choc,
• Etude, modélisation et influence de la permittivité sur de nouveaux matériaux,
• Interaction d’une onde EM dans un solide et dans un mélange gazeux pour un état de chocs soutenu et non soutenu,
• Développement d’un outil pour le traitement du signal basé sur des réseaux de neurones pour la résolution du problème électromagnétique inverse en présence de multiples interfaces diélectriques en mouvement dans les matériaux choqués,
• Estimation de l’incertitude sur les grandeurs physiques d’intérêt : mesures de vitesse matérielle et de vitesse de choc,
• Définition d’un banc d’étalonnage pour un raccordement métrologique et développement d’un outil optimisé de mise en oeuvre et de dépouillement des signaux pour les utilisateurs des radio-interféromètres intégrant l’incertitude de mesure.

Directeur de thèse et école doctorale :

Hervé AUBERT (LAAS CNRS et INPT) – ED 323 : Génie Electrique, Electronique, Télécommunications

Contact :

Yohan BARBARIN & Alexandre LEFRANCOIS – CEA/Gramat – BP 80200 – 46500 Gramat – 05 65 10 54 32