L’onde de tête est l’onde de première arrivée observée au cours d’une inspection TOFD (Time Of Flight Diffraction). La technique TOFD est une méthode d’inspection très répandue en CND (Contrôle Non Destructif) par ultrasons, faisant appel à deux capteurs piézoélectriques positionnés symétriquement et en vis-à-vis, avec un écartement constant, au-dessus de la surface d’entrée de la pièce à inspecter.Une étude numérique montre que la propagation de l’onde de tête près d’une surface d’entrée irrégulière n’est plus un phénomène de propagation uniquement surfacique comme dans le cas d’une surface plane, mais fait aussi intervenir un phénomène de propagation volumique induit par des diffractions du champ ultrasonore sur les irrégularités de surface.Pour modéliser ces phénomènes, une méthode générique de tracé de rayons fondée sur le principe de Fermat généralisé est développée et détermine le parcours effectif dans une pièce de surface irrégulière de toutes les ondes ultrasonores se propageant dont l’onde de tête.L’évaluation des phénomènes de diffraction par des modèles d’amplitude suivant une approche rayons permet ensuite d’obtenir une simulation complète (temps de vol, front d’onde et amplitude) de l’onde de tête pour plusieurs types d’irrégularités surfaciques. Des validations théoriques et expérimentales de l’outil de simulation développé ont été effectuées et se sont avérées concluantes. / The head wave is the first arrival wave received during a TOFD (Time Of Flight Diffraction) inspection. The TOFD technique is a classical ultrasonic NDT (Non Destructive Testing) inspection method employing two piezoelectric transducers which are symmetrically placed facing each other with a constant spacing above the inspected specimen surface.The head wave propagation along an irregular entry surface is shown by a numerical study to be not only a surface propagation phenomenon, as for the plane surface case, but also involves a bulk propagation phenomenon caused by diffractions of the ultrasonic wave field on the surface irregularities.In order to model theses phenomena, a generic ray tracing method based on the generalized Fermat’s principle has been developed and establishes the effective path of any ultrasonic propagating wave in a specimen of irregular surface, notably including the effective head wave path.The diffraction phenomena evaluation by amplitude models using a ray approach allows to provide a complete simulation (time of flight, wave front and amplitude) of the head wave for numerous kinds of surface irregularity. Theoretical and experimental validations of the developed simulation tool have been carried out and have proven successful.

La caractérisation des sources de rayonnement électromagnétique par des techniques de champ proche est aujourd'hui largement utilisée. Ces techniques consistent à mesurer le champ rayonné à proximité de la source pour en déduire, par traitement mathématique, le champ dans d'autres zones de l'espace (champ proche ou champ lointain). Les applications sont nombreuses comme par exemple la caractérisation des diagrammes de rayonnement des antennes ou la détermination des périmètres de sécurité autour des antennes de station de base. Par ailleurs, la mesure en champ proche trouve également des applications dans le diagnostic des sources.Ce travail de thèse porte sur une nouvelle méthode de calcul des coefficients du développement modal à partir d'une mesure sur une surface échantillonnée irrégulièrement ou arbitraire. Ces coefficients permettent ensuite d'évaluer le diagramme de rayonnement de la structure rayonnante dans toutes les directions de l'espace.Le principe de la méthode matricielle consiste à mesurer les composantes tangentielles du champ électromagnétique sur une surface. Les coefficients modaux sont obtenus par l'inversion d'un système d'équations linéaires reliant le champ électrique mesuré et les fonctions d'ondes.Cette méthode permet de désolidariser la géométrie de la surface de mesure du système de coordonnées dans lequel est exprimé le développement modal. Il en résulte de nombreux avantages, comme le choix d'une surface de mesure quelconque, pour des raisons de compacité, de simplicité de mise en œuvre ou de suppression d'erreur de troncature. / The characterization of electromagnetic radiation sources by near field techniques is now widely used. These involve measuring the radiated field close to the source to deduce, by mathematical processing, the field in other areas of space (near field and far field). There are many applications such as the evaluation of the antenna far field radiation patterns or the determination of safety perimeters around base station antennas. Furthermore, the near-field measurement technique can be used in the sources diagnostic.In our study, we present a new method for calculating the modal expansion coefficients from irregularly sampled or arbitrary measurement surfaces. The calculation of these modal coefficients allows the assessment of the radiation pattern of the antenna under test in every spatial directions.The principle of the matrix method is to calculate the modal coefficients by solving a system of linear equations relating the measured electric field and wave functions. Once the modal coefficients are known the far field of the structure is achieved.This method allows the separation between the geometry of the measuring surface and the coordinate system wherein the modal expansion is expressed. This leads to many advantages, such as selecting any measurement surfaces, for the reasons of compactness, implementation simplicity or truncation errors suppression.