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Samuel BESSE : Étude Théorique de Radars Géologiques ­ Analyses de sols, d'antennes et interprétation des signaux 11
INTRODUCTION
Les radars (Radio Detection And Ranging) jouent un rôle grandissant pour la prospection
non destructive dans des domaines aussi variés que le génie civil ou le spatial. Dans le premier cas,
il s'agit de détecter des structures enfouies tels que des canalisations, des mines ou encore des objets
archéologiques. Dans le second cas, des satellites en orbite autour d'une planète permettent de
cartographier de vastes régions. Une dernière application plus exotique concerne les radars à
destination de Mars : posés sur la planète, ils doivent établir les preuves de la présence ou non d'eau
sous forme liquide dans le sous­sol.
Lorsqu'on illumine un sol à la surface rugueuse ou un milieu hétérogène par une onde
électromagnétique, cette dernière est diffractée dans toutes les directions de l'espace. Pour des
radars SAR (Synthetic Aperture Radar) en orbite autour de la Terre ou embarqués à bord d'avions,
la rétrodiffusion (back­scattering) est utilisée comme source d'information et autorise la déduction
de nombreuses caractéristiques du terrain. Ainsi, l'interprétation des images SAR permet de
connaître la hauteur des vagues, de suivre l'évolution des nappes d'hydrocarbures à la surface de
l'eau, de déduire le taux d'hydratation des plantes, de prévoir le rendement des récoltes [1]... Au
contraire, dans l'application qui nous intéresse, c'est­à­dire la détection d'objets enfouis ou la
caractérisation de couches géologiques, l'écho dû à la rugosité du sol est pénalisant car il masque la
réponse de l'objet recherché. Cet écho de sol également appelé bruit de "speckle" a donc une nature
fondamentalement différente du bruit d'origine électronique. En effet, rappelons ici que les étages
d'émission et de réception du radar contiennent des éléments actifs et passifs qui génèrent leur
propre bruit. Ce bruit en général d'origine thermique se caractérise par un petit nombre de
paramètres : température de bruit de l'antenne, facteur de bruit des transistors... De plus, il est
souvent assimilable à un bruit blanc gaussien, et de fait, il peut être pris en compte relativement
simplement. A l'inverse, il est extrêmement plus délicat de relier le bruit de speckle avec la
géométrie de la surface rugueuse ou l'hétérogénéité du sol. De toutes façons, la configuration exacte
d'un sol constitue rarement une information intéressante. Dans la plupart des cas, l'identification de
quelques paramètres caractéristiques, comme par exemple la hauteur moyenne quadratique de la
surface, suffit à atteindre le niveau de détection souhaité.
Les premières activités radar de l'équipe ont débuté dans le cadre d'une coopération avec le
service aéronomie du CNRS. Il s'agissait d'étudier l'antenne radar de la mission Mars'98 [58] via des
modèles numériques. Ce thème de recherche a été poursuivi avec l'étude du GPR (Ground
Penetrating Radar) de la mission Netlander pour le compte du CETP (Centre d'étude des
Environnements Terrestre et Planétaires). Il ne s'agissait plus seulement d'étudier l'antenne et ses
interactions avec son environnement mais également d'apporter nos réflexions sur l'interprétation
des signaux radar. Aujourd'hui, le projet Netlander a été abandonné en raison de restrictions
budgétaires mais d'autres missions toujours en partenariat avec le CETP devraient se concrétiser
d'où la poursuite du développement du radar.