Ecole Doctorale

Physique et Sciences de la Matière

Spécialité

INSTRUMENTATION

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Electromagnetisme,Problème inverse,Mesure en espace libre,Inversion linéaire,Approximation de Born,Matériaux magnétiques

Keywords

Electromagnetism,Inverse problem,Free-space measurement,Linear inversion,Born Approximation,Magnetic materials

Titre de thèse

Application expérimentale de méthodes inverses avancées pour l’imagerie des propriétés EM d’un matériau
Experimental application of inverse methods for advanced imaging EM properties of a material

Date

Mercredi 31 Janvier 2018 à 14:00

Adresse

52 Avenue Escadrille Normandie Niemen, 13013 Marseille. Non précisé pour l'instant

Jury

Directeur de these Mme Amélie LITMAN Aix Marseille Université
Rapporteur M. Ronan SAULEAU Université de Rennes, IETR
Rapporteur M. Yann LE BIHAN IUT de Cachan, GEEPS (Génie Electrique et Electronique de Paris)
Examinateur Mme Claire MIGLIACCIO Université Nice-Sophia Antipolis, LEAT (Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications)
Examinateur M. Stefan ENOCH Institut Fresnel
CoDirecteur de these M. Nicolas MALLéJAC CEA
Examinateur M. Juan Carlos CASTELLI ONERA, Département ÉlectroMagnétisme et Radar

Résumé de la thèse

Cette thèse porte sur la caractérisation non destructive de structures 2D magnétodiélectriques inhomogènes complexes. L’ensemble des étapes allant de l’expérience au traitement du problème inverse est traité. Dans un premier temps, un modèle direct reliant le champ diffusé aux propriétés électromagnétiques du matériau a été mis en place. Ce modèle requiert des calculs par éléments finis de la propagation de l’onde électromagnétique, en présence de l’objet observé lorsque celui-ci est positionné sur un support métallique. Une validation expérimentale a été réalisée via la mise en place d'un banc de mesure multistatique. Différentes étapes d'ajustements et d'étalonnages ont permis la réduction du bruit de mesure ainsi que des biais. Ensuite, le problème inverse a été traité afin de pouvoir remonter aux propriétés électromagnétiques des échantillons à partir d’une mesure du champ diffusé. L’inversion est traitée principalement par une approche linéaire, avec un choix attentif de la valeur des hyperparamètres qui y sont associés. Une fois les outils mis en place, six études ont été réalisées pour la validation de notre système d’imagerie 2D des propriétés électromagnétiques de matériaux magnéto-diélectriques inhomogènes. Cela comprend l’évaluation des incertitudes de mesure, de la résolution spatiale, la mesure de différents matériaux magnétiques et l’utilisation de différents supports à géométries variées. L’ensemble des résultats expérimentaux réalisés se place dans une hypothèse de géométrie 2D. C’est pourquoi, nous avons ensuite orienté nos travaux vers la recherche d’un design innovant permettant de faire évoluer le banc de mesure en un dispositif d’imagerie 3D. Dans cette perspective, une source secondaire vient se déplacer proche de la cible pour acquérir de l’information selon la troisième dimension. Une étude numérique a permis d'évaluer en partie les perfomances attendues de ce nouveau système.

Thesis resume

The subject of this thesis is the non-destructive characterization of complex inhomogeneous magneto-dielectric structures. Successively, the experimental developments, the modelling and the data treatments stages are addressed. A forward model that links the scattered field to the electromagnetic properties is established. This model requires some finite element computations in order to estimate the propagation of the electromagnetic wave in presence of the magneto-dielectric object which is glued on a metallic support. A multistatic bench has been designed and constructed in order to collect measured scattered fields. Several adjustments and calibration procedures have been carried out to reduce the measurement noise and biases. Next, the inverse problem has been dealt with, in order to retrieve the electromagnetic properties of the samples, from the measured scattered field. The inverse problem is mainly solved with a linear approach, with a careful selection of the hyperparameters. Once the system has been fine tuned, six studies have been realized to validate our 2D imaging system. The assessment of the measurement uncertainty, the evaluation of the spatial resolution, the characterization of various magnetics materials and the use of different supports with variable geometries have been performed. So far, all the developments were done under a 2D hypothesis. That is why, we have then focused our research on the design of a 3D innovative imaging setup. To this end, a secondary source moving close to the target has been added in order to gain information in the third direction. A numerical study has been performed to assess the expected performances of this new setup.