Etude théorique de radars géologiques - Epublications - Université ...
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130 PARTIE III : INTERPRETATION DES ECHOS RADAR PROBLEME INVERSE 1.2.a Constante de propagation et épaisseur de peau Une onde plane se propageant dans un milieu à pertes s'écrit selon la relation (56) avec k la constante de propagation complexe (57). E r = E 0 e j t−k⋅r r k= 0 r 0 1− j 0 r 1 k= 0 r 0 r k=− j 1 1 0 r 2 2 −1 − j 0 r 0 r 1 0 r 2 2 (56) (57.a) (57.b) (57.c) Le calcul de l'écho radar fera intervenir la constante de propagation β, l'épaisseur de peau δ, ainsi que les coefficients de transmission et de réflexion au niveau des interfaces d'où l'intérêt d'étudier chacun de ces paramètres. Les tracés de β et de δ figures 126 et 127 mettent en évidence trois zones suivant la valeur de σ par rapport à ϖε0εr : ● Une zone de matériaux à faibles pertes dans laquelle l'expression de k se réduit à (58) : l'épaisseur de peau est indépendante de la fréquence. ≪ 0 r k ≈ 0 r 0 r − j 2 0 r 0 r ● Une zone de matériaux conducteurs où k devient : ≫ 0 r k ≈ 0 r 2 − j 0 r 2 ● Une zone intermédiaire où aucune approximation n'est permise. (58) (59)
Samuel BESSE : Étude Théorique de Radars Géologiques Analyses de sols, d'antennes et interprétation des signaux 131 Figure 126 : Évolution de la constante de propagation en fonction de la conductivité pour différentes fréquences. Figure 127 : Évolution de l'épaisseur de peau en fonction de la conductivité pour différentes fréquences. La transition entre matériaux conducteurs et matériaux à faibles pertes dépend de la fréquence et de la permittivité du milieu. Pour l'application Netlander (2Mhz), la transition s'effectue aux alentours d'une conductivité de 10 3 S.m 1 alors que pour les applications génie civil (100MHz1GHz), un matériau peut être considéré comme conducteur à partir de 10 1 S.m 1 (argile). 1.2.b Coefficients de réflexion et de transmission d'onde plane Les coefficients de réflexion et de transmission entre deux milieux d'impédances complexes Z1 et Z2 se déterminent simplement en incidence normale par les équations (60). Les figures 128 et 129 donnent les valeurs des coefficients de réflexion et de transmission en champ dans différentes configurations de sol. R= Z 2 −Z 1 Z 1 Z 2 Z i = 0 i 0 i− j i / T = 2 ⋅Z 2 Z 1 Z 2 (60.a) (60.b)
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PARTIE III : INTERPRETATION DES ECHOS RADAR PROBLEME INVERSE<br />
1.2.a Constante <strong>de</strong> propagation et épaisseur <strong>de</strong> peau<br />
Une on<strong>de</strong> plane se propageant dans un milieu à pertes s'écrit selon la relation (56) avec k la<br />
constante <strong>de</strong> propagation complexe (57).<br />
E r = E 0 e j t−k⋅r <br />
r<br />
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k= 0 r 0 1− j<br />
0 r 1<br />
k= 0 r 0 r k=− j 1<br />
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1 <br />
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−1<br />
− j 0 r 0 r 1 <br />
0 r 2<br />
2<br />
(56)<br />
(57.a)<br />
(57.b)<br />
(57.c)<br />
Le calcul <strong>de</strong> l'écho radar fera intervenir la constante <strong>de</strong> propagation β, l'épaisseur <strong>de</strong> peau δ,<br />
ainsi que les coefficients <strong>de</strong> transmission et <strong>de</strong> réflexion au niveau <strong>de</strong>s interfaces d'où l'intérêt<br />
d'étudier chacun <strong>de</strong> ces paramètres. Les tracés <strong>de</strong> β et <strong>de</strong> δ figures 126 et 127 mettent en évi<strong>de</strong>nce<br />
trois zones suivant la valeur <strong>de</strong> σ par rapport à ϖε0εr :<br />
● Une zone <strong>de</strong> matériaux à faibles pertes dans laquelle l'expression <strong>de</strong> k se réduit à (58) :<br />
l'épaisseur <strong>de</strong> peau est indépendante <strong>de</strong> la fréquence.<br />
≪ 0 r k ≈ 0 r 0 r − j <br />
2 0 r 0 r ● Une zone <strong>de</strong> matériaux conducteurs où k <strong>de</strong>vient :<br />
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≫ 0 r k ≈<br />
0 r <br />
2<br />
− j 0 r <br />
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● Une zone intermédiaire où aucune approximation n'est permise.<br />
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