Soutenance de thèse de YUSUF Oluwatoki

Résumé de la thèse

Les astéroïdes et autres petits corps du système solaire sont des objets spatiaux primitifs dont la composition intérieure contient des informations précieuses sur l'origine, la formation et l'évolution du système solaire. Notre connaissance de la structure et de la composition de l'intérieur des astéroïdes et des petits corps du système solaire reste faible car la plupart des explorations spatiales visent à collecter des échantillons à la surface des astéroïdes et à les renvoyer sur Terre pour analyse. La tomographie radar appliquée à des analogues d'astéroïdes est récemment devenue accessible grâce à des techniques numériques telles que l'inversion full-wave, qui combine une simulation du problème direct (interaction de l'onde avec la cible) et un algorithme d'inversion avancé en utilisant des ordinateurs haute performance équipés de ressources GPU.
Cette thèse explore l'applicabilité d'une approche non destructive pour l'imagerie de l'intérieur des analogues d'astéroïdes par le biais de calculs numériques avancés et de mesures quasi-monostatiques en laboratoire. En particulier, elle vise à faire progresser les études sur la tomographie radar des analogues d'astéroïdes par le biais de la simulation numérique de domaines de test bidimensionnels et tridimensionnels, et de mesures micro-ondes en configuration quasi-monostatiques. Des expériences numériques utilisant un modèle d'analogue 2D de l'astéroïde 1998 KY26 ont été réalisées en prenant en compte des fréquences centrales de 20 et 60 MHz, le diamètre de la cible correspond alors à 32 et 64 fois la longueur d'onde du signal se propageant dans la cible. Ces fréquences ont été proposées pour les radars DISCUS (Deep Interior Scanning CubeSat) et Juventas, respectivement. L'expérience numérique tridimensionnelle, quant à elle, a été conduite sur un analogue de l'astéroïde Itokawa, modélisé avec une fréquence centrale de 12,9 GHz (correspondant à 16 fois la longueur d'onde du signal se propageant dans la cible par rapport à son diamètre) et une largeur de bande de 5,70 GHz. Cette thèse a également proposé des méthodes de filtrage, par le biais d'approches statistiques, pour réduire les incertitudes induites par la grande dimension de la cible comparée à la longueur d'onde et les effets de trajets multiples. Ce sont des erreurs de modélisation causées par la propagation complexe du signal à l'intérieur de la cible lors de la simulation du champ dans le domaine temporel.
Les mesures micro-ondes en configuration quasi-monostatiques et multi-frequences de l'analogue de l'astéroïde Itokawa ont été inversées dans le domaine temporel. Une procédure d'inversion rapide de ces données, de type rétropropagation via l'équation d'observation, sur différentes bandes de fréquence, a aussi été utilisée comme une alternative à l'inversion complète. Des techniques de filtrage telles que l'analyse en composantes principales, la décomposition en valeurs singulières tronquées, la représentation temps-fréquence ont été proposées pour obtenir une reconstruction de meilleure qualité en utilisant une inversion par rétropropagation.
Les techniques de filtrage et les algorithmes d'inversion présentés dans cette thèse ont été utilisés pour reconstruire avec succès l'intérieur d'un analogue d'astéroïde à fort contraste, tant pour les cas numériques qu'expérimentaux. Une évaluation de la précision et de la robustesse a été effectuée avec des critères quantitatifs et montre que la précision et la robustesse sont toutes les deux raisonnables.
Les méthodes décrites dans ce document pourront être exploitées, en travaillant sur l'optimisation des ressources informatiques, pour inverser les données des futurs radars spatiaux dédiés à l'étude des petits corps du système solaire tels que les astéroïdes et les comètes.