[PDF] ENTRÉE DANS LENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR: ÉCLAIRAGES EN

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2MiB}+ `2b2`+? /Q+mK2Mib- r?2i?2` i?2v `2 Tm#@

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i2+?BM; M/ `2b2`+? BMbiBimiBQMb BM 6`M+2 Q` #`Q/- Q` 7`QK Tm#HB+ Q` T`Bpi2 `2b2`+? +2Mi2`bX /2biBMû2 m /ûT¬i 2i ¨ H /BzmbBQM /2 /Q+mK2Mib b+B2MiB}[m2b /2 MBp2m `2+?2`+?2- Tm#HBûb Qm MQM-

Tm#HB+b Qm T`BpûbX

hQ +Bi2 i?Bb p2`bBQM, THESE présentée par

Yves BARBIN

DOCTEUR

(Arrêté ministériel du 30 mars 1992)

Spécialité: Signal

PRISM,

HVSqUHTXHQRXV

continuerons à travailler ensemble. Je remercie Monsieur le Professeur Jean Louis Lacoume commun ont été stimulantes, chaleureuses et riches.

Il a implanté toutes les fonctions de comptage. Il a effectué les simulations logiques du

Maître de Conférences à Rennes, a simulé en détail les techniques de modulation applicables à

Service d'Aéronomie. Jean Louis Conrad et Christian Laqui, ont entamé les développements

assuré les travaux d'implantations physiques des circuits imprimés étudiés au Service

passions. Université de Limoges, Haute Vienne), et au Professeur Bernard Jecko qui dirige ce groupe. Le Docteur Alain Reineix, Chercheur au CNRS, habilité à diriger des Recherches et membre é au sol martien. Le Docteur Saleh Kellalli, a certains intervenants industriels doivent être saluer ici. Je remercie Corinne Gorse et Michel Morelière, ingénieurs de la Société THARSYS (31), pour la part importante prise dans les

Résumé

Mars jusqu'à plusieurs kilomètres de profondeur. La partie du programme international

gain du récepteur.

surface extérieure du guiderope comme antenne est ensuite étudiée en détail. Puis on étudie

glacier du Mont de Lans (Isère, France), la glace antarc région du Dôme C en Antarctique. Plusieurs nouveaux développements sont suggérés.

Abstract

Permafrost Radar Investigation of the Subsurface of Mars, Spatial Exploration, Mars planet, Subsurface, Ground Penetrating Radar, Space

INTRODUCTION

La dernière décennie du XXème

économiques majeu

ciblées, à intervalle de deux ans.

tous les travaux des laboratoires sont maintenant arrêtés. Parmi les expériences portées par

Permafrost Radar Investigation of the Subsurface of Mars), un

un groupe de scientifiques et principalement le Professeur Blamont, ardent défenseur des

surface de Mars, pour loger un radar utilisant des ondes électromagnétiques de la bande haute jSOXVLHXUVNLORPqWUHs de profondeur.

travaux du projet commencés en 1989, se sont arrêtés en 1995 après des essais de

objectifs scientifiques de Prism, le chapitre micro

simples adaptés, des calculs, et des expériences décisives de mesures et de validation, parfois

la ensuite une approche convolutive ou spectrale, par transformée. Les trois objectifs combinés récepteur. recherché des comp bruit et la profondeur de la zone aveugle du radar. les interfaces de comm concerne les améliorations et les options du système numérique. Une méthode originale et signal radio centrée autour de 15 MHz et de largeur inférieure à 15 MHz. glaciers et sur des dunes. Lors de la campagne GIMAR, en Antarctique, le radar a reçu des

CHAPITRE I

images rapprochées prises à bord de l'Aérostat. Un boîtier spécial, le MBR (Mars Balloon

dis nacelle (tableau A est réalisé avec l'Institut Max Planck pour l'Aéronomie de Lindau en Allemagne (Nielsen et I.1.3. Premier scénario, évolutions, puis abandon de la mission perdu au voisinage de la planète rouge. Quelques semaines plus tard, on reconnaît que le autre risque, attendre en orbite la fin de la saison des vents, elle dure environ six mois. Le

de l'aérostat martien est abandonné. Les essais du CNES pour le déploiement de l'aérostat sont

I.2. UN AEROSTAT POUR UNE MISSION PLANETAIRE

L'année 1991 a vu la fin de la période intense des mesures radar de Vénus effectuées par la

A côté de la moisson formidable des satellites, quelles sont les vertus des engins qui se posent

I.2.2. Caractéristiques du ballon dans le cadre Mars94

3. L'enveloppe, de 2500 m2 de surface, est réalisée avec des

mémoire de la nacelle.

La nacelle est aussi équipée d'un spectromètre Infrarouge, nommé ALPHA, développé au

Prism est notre géoradar qui opère quand le guiderope est traîné sur le sol. Il est activé par le

I.3. LES OBJECTIFS SCIENTIFIQUES DE PRISM

français ( Achache J. et al., 1988). Les principaux investigateurs (P.I..) sont le Professeur dans le sous

I.3.1. Bilan et distribution de l'eau sur MARS

La quantité d'eau dégazée par la planète Mars pendant sa phase d'accrétion (c'est à dire

en effet, la formation de calottes en hiver. Enfin, l'existence d'un pergélisol sur Mars constitue

détermination de son épaisseur apporteraient une contrainte directe sur le bilan de l'eau sur

I.3.2. Intérêt des sondages Radar

Les propriétés électriques d'un sol ou d'une roche (permittivité diélectrique et conductivité)

de la présence et de la distribution d'argiles. I.3.2. Structure et propriétés électriques du sous

Les propriétés électriques des premiers mètres du sol martien ont pu être mesurées par une

r = 3.3 +/- - r = 3.2 mesurée sur Terre pour de la glace r et r = 7 et une tangente de perte tg -,- r = 26 à = 10- mesurées sur des argiles sèches et saturées en eau varient de 3 à 15 de quelques 10- - - -. Pour des matériaux analogues, on peut s'attendre

CHAPITRE II:

), soit v/f, a=(tg.f)/v tg.f/v).10 log(exp( a100(en dB)=

Tableau 2

-5 -3 -2 -2 -1 -1 -5 -2 -2 -1 -1 -4 -2 -1 -1 -4 -1 -1 -3 -1 -2 -2 ponctuelle qui re retransmise par le réflecteur est proportionnelle à sa " source image, symétrique de l'émetteur derrière la surface réfléchissante, re

L'expansion se fait sur une sphère unique de rayon 2r, et l'atténuation varie comme le carré de

Sur les tableaux suivants, on compare, pour différentes profondeurs, l'atténuation, en décibels,

2, puis pour une interface

2 transition vers l'eau liquide? 2/4 2 2 22222

De manière synthétique, si l'on considère l'exemple très favorable d'une propagation

-5 -4 -4 -3 -3 -2

2, on obtient, en combinant les effets de

2), de la

2 -5 -4 -4 -3 -3 -2 Comme le montreront les calculs de la dynamique des signaux du chapitre VII, les valeurs en

-. Quelles que soient les propriétés diélectriques particulières des matériaux traversés, les

(rectangulaire) de largeur B est donnée par la relation r = v/(2B), où v est la vitesse de

f sur la f/f. f recherchée, et si le rapport f/f est grand, l'antenne doit être non

II.1.4. Résolution et débit d'information

dimensions (figure 2 Figure 2n profil et traitement par migration (Daniels,1996)

temporelle unidimensionnelle selon la durée aller retour de parcours du rayon qui joint

du profil, le réflecteur est visible en plusieurs points de mesures successifs. Si on trace sur une

dimensionnel.

II.1.7. Emission sur un peigne périodique.

prendre une fréquence de répétition de 10 kHz. Dans ce cas, une centaine de tirs, qui améliore

Le Ballon Martien

La Nacelle

Le guideropeLa queue

Le Satellite Relais

II.2. CONTRAINTES D'ACCOMMODATION DE L'INSTRUMENT. civiles, industrielles ou militaires. Pour les applications industrielles, la gamme de l'ordre de 1 pascal.mètre, dépend de la nature du gaz. Le tableau 2 2 2 2 2

Les circuits électroniques sont en principe enrobés d'une colle spéciale 2216 B/A de

à la surface de Mars sont relativement peu exposées aux radiations. Le vieillissement des pas de propager de panne à l'ensemble du guiderope.

être relativement linéaire. La structure mécanique adaptée à la mission chaotique du guiderope

II.2.2.3. Contraintes de place et de forme

3 par segment. Il y a quatre

3.

nombre total de connexions est limité par l'exiguïté du passage dans la rotule pour le toron.

courant variable d'excitation du champ, et on n'a effectivement guère de choix. Il y a la queue, ou une discontinuité électrique à chaque articulation? Que se passe

Figure 2

II.3. CHOIX D'U

le chapitre

(Formato, 1996). Dans les antennes chargées, pour une longueur donnée, la fréquence centrale

passage de la porteuse, ou des codes complémentaires de 4 pas, ou encore des codes M.J.E., 1961, 1962). On sait construire des codes complémentaires dont la longueur est une

Kofman, co-

évite les battements entre les différentes fonctions. Cela permet de verrouiller la modulation

Frequency Divider

autre section de filtre passe bas peut Pour 25 microsecondes de profondeur équivalente, il faut 4000 bits. La mémoire de 2 fois 16

symétrique de 200 ohms de l'antenne à l'impédance asymétrique de 50 ohms des équipements

pPLVVLRQSURYRTXHXQpWDOHPHQWGDQVOHWHPSVGX rayonnement. Cette décroissance est beaucoup moins rapide qu

le récepteur. Pour réduire cet effet, on a rajouté à l'extrémité la plus inadaptée des câbles, côté

description des opérations et des résultats de campagnes de mesures sur glacier réalisés avec

II.3.2. Principaux points durs pour la spatialisation de ce radar de la maquette codée. mod

rien à voir avec les quatre cylindres de 120 cm3 et 200 g chacun (voir plus haut). Un

conception particulière demanderait toutefois pour les appels de courant, des capacités

à chenille pour l'exploration du pergélisol sibérien ou de la glace antarctique. Le Professeur

structure de la subsurface de Phobos, satellite naturelle de la planète Mars, lors du passage de

de prolonger le guiderope par une queue métallique d'égale longueur. Les propriétés

mécaniques de ce prolongement sont favorables au comportement du guiderope lors du ,QVWLWXW,5(GH0RVFRX de son spectre? Peut on a On convient d'un premier schéma de coopération dans lequel la partie de Riga développe une

C.A.N. 8bit

du guiderope expérimental par un micro ordinateur portatif. En Décembre 1990, un premier revue Traitement du Signal (Hérique A. et Kofman W., 1996). Le radar occupe les cylindres internes de quatre segments consécutifs du guiderope.

TETE HF

CHAPITRE III

Par sa conception mécanique, l'articulation ne garantit pas en permanence la bonne continuité continuité ? segment N Pour former une antenne de type dipôle électrique, on utilise le corps comme un des deux différents, conditionne masquant pour le récepteur. Il faut et complètement III.1.4 Résumé: le guiderope constitue au départ une antenne de radar mal connue.

III.2.

III.2.2. Méthodes de mesures à notre portée

cailloux), dans un environnement faiblement perturbé, on a procédé à quatre types de mesur

Hewlett

transformateur BALUN à large bande (BALanced to UNbalanced load transformer). Le haute fréquence vers une asymptote de 300 ohms est plus rapide que pour un dipôle fin en

dans le sable. On peut aussi identifier, sur le tracé, les courants tardifs plus faibles, qui sont les

faire glisser le long de la queue. L'impédance de transfert de la pince définit le rapport entre la

Oscilloscope

impulsions supplémentaire

coaxial absorbent les courants induits à la surface du conducteur externe. L'oscilloscope

Dans les mesures présentées ici, on comparera simplement les impulsions attend, le temps qui sépare l'impulsion aller de celle du retour est plus court au centre des celle de retour, est plus douce. Elle a perdu surtout son contenu en haute fréquence. Son lsions sont déjà adoucies. Pour cette disposition du demi deux brins affecte aussi la réverbération. Elle semble plus forte et plus durable sur le le NMF. Toutefois, comme le contenu en haute fréquence est moindre, l'adoucissement des que la

Scott. W.R.Jr, 1989), ont fabriqué un

une s Il est aussi possible d'injecter des fines particules conductrices en suspension ou de réaliser aussi par manque de pratique.

été réalisée par J.Bourgeois et G.Smith (1996) au Georgia Institute of Technology. Ce calcul a

discrétisation trop fine, un modèle de fil mince est choisi. De

possède la meilleure efficacité (Bérenger J.P., 1994). L'équipe d'électromagnétisme dirigée par

le professeur B.JECK- l'antenne, pour la recherche de l'impédance critique au centre, mais aussi pour le calcul impédance asymptotique modèle simple utilisé dans la suite de ce chapitre. aire mais milieu les deux milieux diélectriques (Wait J.R., 1972). On a effectué les longueurs

imposés du guiderope. On a comparé tous les types d'impulsions utilisés au cours des

A. et Kofman W., 1993). On a montré l'

Bretones A.R. et Tijhuis A.G. (1995).

Guiderope

III.3. ETUDE DANS LE

, on peut écrire en tous points de la ligne V .x.V2 .x I .x.V2 .x V .V1 .L.V2 .L .V1 .L.V2 .L ZT Soit ..V1 .L1e ..2L ..V1 .L1e ..2L ZT zt 1e ..2L 1e ..2L zt .zt (L V .0.V2 .0 V (L I (L Z Z (L 1 (L Z L L ), on a: ZL

En posant :

DEj enregistrement graphique des paquets de courant sur le guiderope, on a pu 8 de nombreuses approximations particulières, et , plus récemment de simulations (Bretones J.R.Wait (1972). Les résultats généraux sont compliqués. Pour un fil était plongé dans un milieu équivalent de permittivité moyenne: equirsol v rsol

calculer Zc et , en assimilant le rayonnement à la perte par effet Joule dans la ligne

Zc E Rc0 ln

Dans cette expression 0

Rc equi ..2v

RcHrsol

rsol 1rsolquotesdbs_dbs1.pdfusesText_1

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