Etude théorique de radars géologiques - Epublications - Université ...

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INTRODUCTION
Pour pouvoir sonder le sol jusqu'à une profondeur de 2500 m, le radar de sondage de sol
martien a des caractéristiques très spécifiques : il doit fonctionner dans une bande de fréquence
autour de 2 MHz, là où les pertes diélectriques sont faibles. Ne voulant pas rester cantonnée à cette
application très particulière, l'équipe a voulu élargir son domaine de compétences aux radars
géologiques ayant des applications dans le domaine du génie civil. Pour avoir en plus une approche
expérimentale, l'équipe a acquis le RAMAC, un radar GPR de la société ABEM. Différentes
configurations autorisent son fonctionnement pour des fréquences s'étendant de 30 MHz à 1 GHz,
soient des fréquences bien différentes de celles des radars à destination de Mars. Cependant, l'étude
de ces deux configurations nécessite le développement d'outils de modélisation communs.
Le but de cette recherche est l'amélioration de la prospection non destructive en général.
Pour y réussir, plusieurs voix peuvent être explorées. Par exemple, l'optimisation des antennes et
(ou) une meilleure compréhension des mécanismes de rayonnement permettent respectivement
d'augmenter le rapport signal sur bruit et d'améliorer les algorithmes de traitement des signaux et
d'inversion de données. L'approche envisagée ici est de recourir à des simulations rigoureuses qui
permettent de se focaliser sur les phénomènes physiques en faisant abstraction des problèmes
d'ordre expérimental. On entend donc ici par phénomènes physiques les problèmes de diffraction
électromagnétique, la réponse des cibles, le couplage entre les antennes, le bruit de speckle... Le
fouillis électromagnétique ambiant et le bruit des instruments, qui altèrent les signaux mesurés et
compliquent leur interprétation, font quant à eux partie des problèmes expérimentaux. Ils sont eux
aussi cruciaux mais nécessitent une recherche spécifique qui n'a pas trouvé sa place dans cette
étude. En effet, il est naturel de procéder par étapes : un modèle d'inversion doit avant tout
fonctionner avec des données contenant le minimum de bruit, c'est­à­dire avec le bruit de speckle
mais sans le bruit d'origine instrumental. Bien que les modèles introduits dans les méthodes
numériques soient à l'origine d'incertitudes de calcul, les simulations rigoureuses permettent
d'obtenir de telles données. Enfin, l'avantage de la simulation par rapport à une expérimentation
faite sur le terrain est la connaissance du résultat auquel doit aboutir l'algorithme d'inversion.
Un des buts plus spécifique de cette thèse est la mise au point d'une méthode d'inversion
pour un radar de sondage du sous­sol de Mars. Il s'agit de retrouver le maximum d'informations
relatives au sol à partir d'un ou plusieurs échos mesurés par le radar. Par exemple, la détermination
des permittivités et des conductivités de chaque couche géologique constituerait une avancée
significative dans le domaine.
Pour s'approcher au mieux de la réalité et prendre en compte de manière réaliste le bruit de
speckle, le développement d'outils numériques générant des surfaces rugueuses et des milieux
hétérogènes s'est avéré nécessaire. Il est alors possible grâce aux simulations d'établir à partir de
quel niveau de rugosité un algorithme d'inversion ou de migration de données est mis en défaut.
Comme les données de tous ces radars sont toujours obtenues ou retranscrites dans le
domaine temporel, il est nécessaire de bien comprendre et de bien maîtriser la forme du signal émis.
Il faut donc faire une étude approfondie de la sensibilité de l'impédance et du gain de l'antenne face
aux principaux paramètres environnementaux, à savoir : l'indice du sol et la distance de l'antenne
par rapport au sol.