Departement de proche surface Ecole doctorale STUE de Strasbourg

´D´epartement de proche surface Ecole doctorale STUE de Strasbourg
Imagerie g´eoradar et mod´elisation des
diffractions multiples
`THESE
pr´esent´ee et soutenue publiquement le 18 d´ecembre 2002
pour l’obtention du
Doctorat de l’universit´e Louis Pasteur – Strasbourg 1
(sp´ecialit´e G´eophysique)
par
Jean-Fran¸cois Girard
Composition du jury
Rapporteurs : Michel Dietrich (LGIT-Grenoble)
Gilles Grandjean (Geomac-Li`ege)
Guy Marquis (EOST-Strasbourg)
Examinateur : Dominique Gibert (G´eosciences-Rennes)
Maksim Bano (EOST-Strasbourg)
Institut de Physique du Globe de Strasbourg — UMR 7516
ecteurth?seDirde:laMisthloria.enclassepageavecmonRemerciemenptsumeur.Merciour?quiM.quiBanooertestoutDietricd'abcoursord,depMatthieu,ourj'aim'ayv?galemenoirnotreoertvlaD.pquelquesossibilit?ersit?del'IPGpasserAng?lique,3Juan,ann?esremerciesuppl?-aussimenoirtairesvitetr?sparall?le.instructivhest?bibliographique.l'EOST.etJ'ailesappr?ci?dedebretraj'aivtsaillertribu?,a?riences,vqueeclalui,:tanS?bastien,tFauSophielabtoratoirequequeici.sur.lem'aterrain.lesEtd'exploiterjepnelasuisremer-pasJ.lehseul,faciliterc'estvieaussihercpremercieourquoiG.ilMarquism'aaccept??t?orteursfacilevdeainsicollabert,orervit?.amavyecdod'autresleurs?quiptesladeleursreclahercth?sehes?joursurpassedesonneprobl?matiquesdonc,aussiS?vvManari?esMaggyqueGideon,laNico,recenn,herctoushevd'indicesjedetn?o-tectoniqueingratadevremercieecPM.GegoutMeghraouiouretvM.donnerFmoerryens,tr?squelesdivossibilit?sersparcasprogrammationd'?tudesJe(cciehaudstetFiscsecs)bacapvnousecautanM.laScdanshrecuster.heJeJetiensM.?h,remercierGrandjean?galemenG.td'atousoirlesd'?trememrappbresdedetral'?quipaileth?sedequeproGibcmemhe-surface,indirig?eAupardeJ-M.th?se,Marthelotc?toet?aujourd'hautresuictoranG.etMarquis,amisauonseincondeparlaquelledivs'estded?roul?eexpcette?th?se.r?ussiteJ'ymaaietbmon?n?ci?,?commesetousdanslesbth?sardshdeMercil'?quip?e,J?r?me,deerine,moCarole,yu,ensMedhi,tec,hniquesMathilde,etAnne,d'uneran?ois,aideAlexis,scienGwtiqueOlivier...quietm'onceuxtsapenermisquedelesmenersinc?remen?maisbien(quelmes!)traoubli?vciteraux.iJeiioth?seR?sum?di?rencesLedi?lectrique.g?oradarfa?onestleunenoustecehniqueL'analysecourammenpr?sencetenutilis?eteneurpenouretprospaectereleaproteneurcdeheensous-sol.tsDespriseondesmo?lectromagn?tiquessucc?s?ourhautesenfr?quencescon(>10milieuxMHz)tsonlimitesth?misestsdansvlea-solouvetl'inlesv?cfr?quenhosrappenregistr?sr??ctraduisenestimertdeslesvconentrastesr?alistes.deutilis?pdeermittivit?tdi?lectriquehampenersion,tretemplesl'emploidi?renolutiontsourmilieux.ersifs.Celaonspt?ermetdesd'imagertleserfectcyhangemencotsr?exiondeermislithologie,l'hdesfaible?tatsdedeeaufracturationexpliquerdi?renr?ecteursts,d'unedesNousvaussiariationstendedesteneurtenspeau...desDans?cespmilieuxpdi?lectriques,vl'ondeetpcompteerturbdeeeaulesensuitedistributionsdesdederniercvhargesv?lectriquesm?meli?esdi?rencesetvinduittemps,unelepMots-cl?s:olarisationdi?lectriques,quiv?domainesonoreltourg?n?ralis?inued'unesurvl'onder?cursivetpd?formelesledispsignal.NousEnvaccord?galemenaimpl?menvd'uneecoriginalelesconditionsmesuresdesuryp?c"phanmatctillons,lanouser".utilisonsdesuneecienloidepuissancenousdepladesusceptibilit?alider?lectriqueypenqu'unefonctionvderiationlalafr?quenceenppouraitcaract?riserlacettedesdisp?ersion.t?rieurAdunevsable.ecauneonstelleexploit?sensibilit?conauxudi?rentieltssignauxmat?riauxcalculanetlesuneortsr?solutionectrauxallantretsignauxdehisquelquesdi?rencenosetsti-ourm?tresla?ermittivit?plusieursCesd?cim?tres,aleursleparam?trestraitemenlatendesdesdonn?esariationsrequiertlalaenpriseserventcompte?ded?liserlasituationsforteEnh?t?rog?n?it?lieu,desamilieuxons?tudi?s.aC'estecpleourquoiconousdeanies,vrenonsersand?vleeloppp?r?tro-propageruncalgorithmeenregistr?.deg?oradar,mo-nies,d?lisationdispparindi?rencesersionniesetAbstractAsGroundsource.PinsideenetratingdelRadarvisinwidelyariationsusedtotodelingprosppropectyptheabsorbingnearesurfacecanwithThehighprofrequency.electromagneticlast,wpropagateadielectric,vdiedesto(F>ersiv10wMHz).hImagingathereexiondielectricandconbtrastsaterinsptheatrstameterspofwthetheticearthusedshotimewsbacthepchemehangesainelithologysc,allfracturation,oforpropwoundaryaterimplemenconerfecttenyt...originalIn.thesestudieddielectricecienmediasandthethatelectriceeldsmallinducestheatenpofolarisation,ratiowhiceenhtresultsusintothethedistortiontivitofdatathetosignal.realisticFAolloewingsameprecedenbuttersal,studies,recordedwtoeords:useradar,avfrequencyandposedomowrecursiverconlaolutionwhemeforincludethetelectricesusceptibilitdispyetoerties.mobdelconditions,thisedis-tedppersionmatceect.laWitherssucanhwaysensibilitWyalsotothethecodierentstaeolianmediadunesandconcludedatheyresolutionbrangingexplainedfromy5vcenintimeterswtoconsevt.eralanalysisdecimeters,thetheectralstrongbheterogeneitwysignalsofdierentheosetsnearvidessurfacewithneedsnewtoolbestimateedielectricconsideredermit-foryanTheseecienallotusdatamopromorecessing.synFcases.ortthiswreason,successfullywtheemodevprogram,elopwithedrevatonewthemoeldsdelingkalgorithmtheusingKeywthegroundniteenetratingdierenceFDTD,timeindomainersionscsensLasain.scienceunn'estLeczinski)rienetqueraisonnementle(S.bvonvi?quationsT.able.des.mati?res.In.tro.duction.g?n?rale1.3.21dePdeartie.I.?l?men.ts.de.la.th?orie.de.l'?lectromagn?tisme.Chapitre.1.Lestiel?quations.desinMaxw.ell.1.1.Grandeursuationph.ysiques.?tudi?es......es.....11.............1.4.1.......1.4.2.......des.......15.qualit?..7.1.2conductivit?Les.?quations.deviiMaxwMaxwell.dans.le.videmilieux.............T.ourier.............1.4.ou.........domaine..8.1.2.1.Th?or?me.de.sup.erp.ositionondes.............1.4.3.erses...............A.facteurs...........1.4.5.r?gime9.1.2.2.L'?quation.du.ux.magn?tiquedes(?q.de1.1)ell...........10.Les.isotrop.lin?aires................9.1.2.3.L'?quation.de1.3.3Maxwransform?eellFF.arada.y.(?q..1.2)..................13.L'?quation.Helmholtz.diusion-propagation........9.1.2.4.L'?quation.de13MaxwEnellfr?quenGauss.(?q..1.3)......................13.Les.planes.uso?dales........9.1.2.5.L'?quation.de.Maxw.ell.Amp.?re14(?q.Mo1.4)transv...............................1.4.4.tt?n10et1.3deLes.?quations.de.Maxw.ell.dans.les.mat?riaux.di?lectriques....16.La.en.alternatif............10.1.3.1.Nouv.elle20Reformulation†
†e
.mati?r44es.1.4.6.Vitesse.de.group.e..ersion...........Y...........(2,2).........viii.et...2.3.2...terpr?tation............20.1.4.7CorrectionSignication.ph42ysique.de2.6.2des..P...our.....d'unit?s.....2.3.1.........et.....38.d'induction...Div........21.1.4.8.Vitesse.de.groupStabilit?e.et.vitesse.de.l'?nergie........des.......calculs.......?.......l'ordre..22.1.5dispLes.milieux.dispcersifs..........des.................maillage.orel...........Une.des.......39.libre........23.1.5.1.Les.m?canismes2.4deum?riquep.olarisation............40.................41..............23.1.5.2PLes?m?canismes.de.la.conductivit?......our.l'ordre...........43.des.(4,4)...........2.6.4.calculs..23.1.5.3.Expression.g?n?rale.deAnisotropieablenT.........2.7.normalisation.....................36.Mo.TE.TM..............24.1.5.4.Mo.d?les.de.propri?t?s.disp.ersiv36esLe.spatial.temp.de.ee...................2.3.3.in.directe.lois........24.1.5.5.R?p.onses2.3.4tempergenceorelles.et.fr?quen.tielles.des.mo.d?les..................40.Disp.n26.1.5.6.P.aram?tres.de.quelques.mat?riaux....................2.5.Num?rique..................27.P.artie.I.I.Mo.d?lisation.en2.6domaineg?om?triquetemp.orel.par.di?rences.nies.Chapitre.2.Les.di?rences.nies.2.1.Princip.e.de.base..2.6.1.our.calculs.l'ordre.......................42.P.des.?.(4,2).......................2.6.3.our.calculs34l'ordre2.2.Correction.de.t.yp.e.Lax-W.endro.simpli?e......44.P.des.?.pseudo(4,4)...................2.6.5.de.ersion35um?rique2.3.L'algorithme.de.Kane.Y.ee........44.Syst?me.et.des.hamps.................46..