Description

Qu'il s'agisse de retrouver des vestiges archéologiques, d'analyser des sols inconnus ou de sécuriser des ouvrages dans le génie civil, l'imagerie par géoradar est une démarche incontournable pour explorer le sol sans l'impacter. Cependant, cette caractérisation électromagnétique reste entravée par le très faible couplage entre les antennes radars et l'interface air-sol. En configuration bistatique (antenne émettrice / antenne réceptrice), une large part de l’onde émise est immédiatement réfléchie et ne renseigne donc pas sur la constitution du sol. Pour réduire cette réflexion et améliorer le rapport signal/bruit, des travaux récents explorent l’usage de métamatériaux bidimensionnels. Ces métasurfaces (MTS), placées entre les antennes et l’interface air-sol, visent à maximiser la transmission par un ajustement fin de leur géométrie. Elles présentent en outre l’avantage d’être légères, faciles à fabriquer et adaptables à la bande de fréquence choisie. Le défi reste néanmoins de concilier efficacité, adaptabilité et simplicité de fabrication. Alors que la plupart des approches actuelles misent sur des méthodes actives par ingénierie du front d’onde, le projet METINVERSE (financé par l’ANR) propose une voie originale : automatiser le processus de conception à partir d’une couche passive, plus robuste et plus simple à produire. Il s'agit de concevoir un solide modèle numérique d'une MTS, de l'améliorer par un algorithme inverse, puis de valider expérimentalement le modèle, en gardant toujours comme objectif de maximiser la transmission. Actuellement, les métasurfaces se situent entre deux extrêmes : d’un côté, des structures simples à fabriquer mais offrant des performances limitées en transmission ; de l’autre, des dispositifs aux géométries très performantes mais complexes, dont la réalisation exige des moyens expérimentaux lourds, voire difficilement transposables à grande échelle.

Par ailleurs, la littérature montre qu’il est possible d’obtenir des résultats comparables avec des géométries très différentes. Cette diversité, qui témoigne de la richesse du champ, souligne aussi une limite : il est difficile d’anticiper quelle conception sera la plus pertinente pour un problème donné. Le développement actuel des MTS repose ainsi sur un processus de conception long, coûteux et peu systématique. La thèse proposée vise à dépasser ces verrous en s’appuyant sur trois leviers complémentaires détaillés ci-dessous. Leur mise en œuvre sera adaptée au profil de la candidature et à l’avancée du projet, offrant une marge d’exploration et d’initiative scientifique.

Compétences requises

Le/la candidat·e devra avoir une formation solide en physique numérique / électromagnétisme, avec une appétence pour la modélisation analytique et numérique et un excellent niveau en mathématiques. Curiosité et motivation pour la recherche scientifique seront des atouts majeurs.

Bibliographie

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Mots clés

Métasurfaces, Electromagnétisme, Modélisation par éléments finis, Scattering inverse, Adaptation d'impédance, GPR