Cette publication présente les recherches que j'ai menées ces dernières années sur l'étude des structures pédologiques complexes pour la détection micro-ondes spatiale active et passive. Les compétences et les ressources de l'équipe CEMT sont utiles pour obtenir de très analyses précises qui permettent d'améliorer notre connaissance du comportement électromagnétique de structures pédologiques complexes. Mon expertise s'applique principalement dans le cadre de projets de recherche spatiaux (développement et la validation d'algorithmes de traitement des données). Ma recherche porte sur la modélisation et la simulation de phénomènes électromagnétiques dans le contexte de la télédétection active et passive. L'objectif est de calculer le coefficient bi-statique ou l'émissivité de structures géologiques ou pédologiques complexes. Cette recherche est menée conjointement avec des mesures expérimentales de constantes diélectriques du sol dans des conditions extrêmes (en termes de température, d'humidité ou la salinité de l'hétérogénéité). L'application de ces recherches est l'analyse et l'identification de la signature radar ou radiométrique de structures telles que les pergélisols par exemple.

Les travaux réalisés au cours de cette Thèse ont contribué à améliorer l'estimation de l'humidité de surface du sol et de l'humidité racinaire sur la bande sahélienne en Afrique de l'ouest. La première partie a été consacrée à évaluer la capacité de différents algorithmes d'estimations de l'humidité du sol basées sur des mesures satellites dans le domaine spectral de l'infrarouge thermique. Dans un deuxième temps, une méthode a été développée dans le but d'obtenir une cartographie de l'humidité du sol à une résolution temporelle fine (< 3h) en se basant sur deux produits satellites: un produit satellite de précipitation et une cartographie journalière micro-onde sensible à l'humidité du sol. Dans un troisième temps, une évaluation de la fiabilité et de la robustesse de la méthodologie a été proposée. Enfin, une méthode semi-empirique a été utilisée afin de produire une cartographie de l'humidité de la zone racinaire (0-1 m) sur l'ensemble de la bande sahélienne. Les mesures de terrain obtenues sur trois sites situés au Mali, au Niger et au Bénin dans le cadre du programme AMMA ont servi de référence pour évaluer la qualité des estimations de l'humidité superficielle et racinaire à chaque étape de ce travail. Les résultats montrent qu'une estimation de l'humidité superficielle du sol est possible avec une précision de moins de 3 % vol. sur la bande sahélienne. L'erreur est de l'ordre de 5% vol. sur la zone soudanienne (Bénin). La précision est identique sur l'estimation de l'humidité racinaire. Enfin, la méthode développée permet parallèlement de corriger les produits satellites de précipitation et notamment la surestimation du cumul annuel et du nombre d'événements des trois produits satellites utilisés dans ce travail.

Deux objectifs étroitement liés sont poursuivis dans ce travail. Tout d'abord contribuer au développement de la RMN du carbone 13 en tant qu'outil d'analyse des mélanges complexes naturels et en particulier des huiles essentielles. Parallèlement, contribuer à la diversification de l'offre PPAM en région Corse en caractérisant les plantes par l'étude détaillée de la composition chimique des huiles essentielles qui en sont extraites et en essayant d'établir les relations entre la nature des constituants et les propriétés des plantes (activité biologique). Nous avons réalisé des mélanges binaires de mono, sesqui- et diterpènes oxygénés qui montrent que les liaisons hydrogène intermoléculaires sont responsables des variations de déplacements chimiques des carbones dans le spectre du mélange par rapport aux valeurs des composés purs. Par ailleurs, il est probable que d'autres liaisons faibles (Van der Waals) sont aussi impliquées dans l'existence de variations des déplacements chimiques de certains carbones. Nous avons ainsi utilisé la méthode d'analyse des huiles essentielles par RMN du carbone-13, mise au point et développée au sein de notre équipe pour étudier la composition chimique de trois huiles essentielles de plantes insulaires : Clinopodium ascendens de l'île et de Madère, Bupleurum fruticosum et Santolina corsica de Corse. - L'huile essentielle de Clinopodium ascendens a montré une grande richesse en composés menthaniques substitués en C3 (cis-et trans-isopulégones, néoiso-isopulégol). - L'huile essentielle de buplèvre de Corse, Bupleurum fruticosum a fait l'objet d'une étude détaillée afin de mieux cerner l'influence de paramètres importants pour sa production (variabilité chimique, état physiologique du végétal, différents organes du végétal, mode d'obtention de l'huile essentielle, étude de l'hydrolat). - La présence de nombreux monoterpènes irréguliers a été mise en évidence dans l'huile essentielle de Santolina corsica et l'activité antimicrobienne de cette huile essentielle est liée à la présence d'un monoterpène irrégulier : le lyratol.

La modélisation numérique des équations de Maxwell n'étant pas facilement utilisable pour la conception de tous les circuits hyperfréquences, il apparaît important de développer en parallèle des méthodes d'analyse et de synthèse de dispositifs micro-ondes fondées sur la théorie des circuits. Pour conserver ce type d'approche, une minimisation des différents problèmes parasites doit être respectée. En effet, l'un des problèmes inhérents aux réseaux à lignes de transmission est la modélisation des discontinuités entre les différentes largeurs de ligne. Ce problème devient important dans la conception de filtres planaires. Nous définissons une structure initiale exempte de tels sauts d'impédance, ce qui permet de conserver, par rapport à des structures classiques, une configuration optimale à des fréquences supérieures. La 1ère partie théorique décrit la méthode originale construite à partir d'outils mathématiques simples et “ portables ”, pour l'analyse de lignes de transmission à variation continue d'impédance. Dans la 2ème partie, consacrée à la réalisation de filtres passe-bas et coupe bande, les avantages de la méthode sont mis en avant. Le réseau à variation continue d'impédance présente, de part sa structure même, un nombre supérieur de degrés de liberté par rapport aux réseaux classiques. Ce principe est mis en application pour générer des filtres passe-bas à bandes atténuées élargies. La souplesse et la précision de la méthode en font un outil intéressant pour la réalisation de filtres passe-bande à partir de lignes couplées en technologie microruban. Dans la dernière partie, l'approche est d'abord utilisée pour compenser la dégradation de la réponse du filtre, due à la configuration microruban. Les degrés de liberté de la méthode utilisée étape par étape permettent ensuite la conception de filtres passe-bande complexes avec de larges bandes de réjection.

Dans une première partie de ce travail, la fonte estivale partielle de la neige antarctique, qui affecte fortement l'émissivité micro-onde de la surface, est identifiée et comptabilisée au cours de 18 années sur la période 1980-1999. Pour cela, un algorithme de traitement des données satellitales s'adaptant à la variabilité spatiale et inter-annuelle de la température de brillance moyenne de la neige a été développé. Le cumul du produit de la surface affectée par la fonte par la durée de la période de fonte , appelé Cumulative Melting Surface CMS), est un des 3 indices définis et discutés ici. En moyenne sur les 20 années, le CMS Antarctique a diminué de 1.8 ± 1 % an- l, résultat cohérent avec un refroidissement des températures moyennes du mois de janvier sur le continent, récemment identifié par d'autres à partir de mesures dans l'infra-rouge. De plus, les indices de fonte comportent les signatures inter-annuelles de l'Oscillation Antarctique (AO), et peut-être de l'Oscillation Sud El Nino (ENSO). Les modèles actuels de circulation générale de l'atmosphère (MCGA) prennent mal en compte certaines des caractéristiques du climat des zones polaires. Ainsi, la simulation du bilan d'énergie de surface, donc la fonte, par le MCGA LMDz est encore peu fiable. Afin d'améliorer ce point, nous avons testé une paramétrisation non-locale des flux turbulents de surface pour les couches limites très durables et très stables (typiques de la longue nuit polaire antarctique). Cette paramétrisation autorise la propagation verticale des ondes de gravité depuis la troposphère libre, et simule donc l'apparition de turbulence intermittente dans la couche stable. Malgré la forte variabilité climatique inter-annuelle, il semblerait que la température du sol et l'intensité du vent soient généralement mieux décrites à l'intérieur du continent, mais un problème de découplage entre le sol et le premier niveau vertical du modèle apparaît près de Vostok.

La technique TWSTFT a démontré des performances remarquables par sa contribution dans l'organisation du TAI/UTC, en termes de stabilité des liens micro-ondes et d'incertitude combinée sur l'écart entre [UTC-UTC(k)]. Cependant, l'étroitesse de la bande passante des codes utilisés ne permet pas la comparaison à moins d'un jour des étalons primaires de fréquence, et le recours à l'utilisation de la phase des porteuses est une piste privilégiée. Ce travail de thèse consiste à étudier et développer la méthode two-way phase, choisie selon un ensemble de critères cohérents comme la disponibilité et la configuration adaptée de deux stations terriennes, la distribution adaptée des signaux d'horloges de hautes performances, la disposition d'un simulateur de satellite caractérisé et l'utilisation d'une même bande de fréquence satellite. La technique utilisée s'appuie simultanément sur des mesures two-way entre stations distantes et sur des mesures de ranging effectuées par chaque station, l'ensemble étant basé sur le principe de propagation liée à la vitesse des porteuses. De plus, une analyse expérimentale par le code et par la phase est effectuée et des solutions efficaces conduisant à la réduction du bruit des liens sont proposées. Les principaux résultats de mesures obtenus par la mise en œuvre de cette technique au laboratoire montrent une stabilité de fréquence de 1 x 10-12 à 1 s et de 3 x 10-14 à 100 s, avec deux stations alimentées par un même maser à hydrogène actif. Ce travail s'achève par notre contribution dans l'application de la technique de transfert de temps two-way sur un lien fibré long de 540 km en collaboration avec le LPL, révélant des résultats très prometteurs

Dans le cadre de ce travail, des composés de formulation Ce1−xFexO2−x2 ont été synthétisésà l'aide de deux protocoles : co-précipitation et synthèse assistée par chauffage micro-ondes.L'utilisation de cette dernière a ainsi conduit à l'obtention de nanoparticules de morphologiescubiques ou " bâtonnets " et ceci pour des temps de synthèse relativement courts. L'analysepar diffraction X a montré notamment que le paramètre de maille diminue en fonction de lateneur en fer, x. L'environnement local et le degré d'oxydation du fer ont été analysés parspectroscopies Mössbauer, RPE et XANES mettant ainsi en évidence la présence d'ions Fe3+isolés au sein de sites octaédriques distordus et sous forme de clusters. Une comparaison entreles deux voies de synthèse a montré que des différences apparaissent à l'échelle locale. Lessolutions solides obtenues ont ensuite été caractérisées au cours du traitement thermique etsous différentes atmosphères. Indépendamment de l'atmosphère de recuit, une démixtion dela solution solide intervient pour des températures proches de 600°C.

Ce travail a été consacré au développement du procédé de chauffage micro-ondes en vue de l'élaboration de céramiques à propriétés électriques particulières. L'objectif, est de valoriser ce procédé de chauffage à travers l'élaboration de céramiques fonctionnelles. Le manuscrit présente des travaux pouvant être découpe en deux parties :<br />- Une première partie aborde l'élaboration par chauffage micro-ondes d'oxydes réfractaires dans une cavité résonante rectangulaire TE102. La synthèse par chauffage micro-ondes direct de la phase La0.8Sr0.2MnO3 (LSMO) envisagée initialement n'est pas satisfaisante, un chauffage indirect est alors mis en place. Ce nouveau procédé a permis de synthétiser et de fritter avec succès en mode statique et en continu de longs barreaux de LSMO sans altérer les propriétés remarquables du matériau à magnétorésistance colossale. L'utilisation de ce procédé pour fritter également un matériau isolant BaZrO3 a conduit à une réussite. <br />- Une seconde partie est consacrée à la texturation de YBa2Cu3OΔ par procédé micro-ondes de fusion de zone. L'objectif est d'améliorer les propriétés supraconductrices en contrôlant l'orientation cristallographique. Ainsi deux procédés ont été développés. Le premier qui consiste à substituer partiellement l'Yttrium par du Calcium a permis une réelle optimisation de l'orientation et ouvre de nouvelles perspectives. Le second combine la fusion de zone avec la croissance assistée par germe. Les échantillons élaborés par cette méthode possèdent des propriétés supraconductrices satisfaisantes. Ils ont été caractérisés par des méthodes d'analyses de texture comme : l'EBSD, DRX, neutron.

Les futurs systèmes d'écoute pour la Guerre Electronique auront à résoudre des problèmes de plus en plus ardus liés à deux types de contraintes :<br />- détecter et reconnaître des signaux de plus en plus variés en puissance et en fréquence,<br />- se protéger contre les dispositifs de brouillage.<br />La fonction d'un limiteur de puissance, placé immédiatement après une antenne réceptrice, est d'éviter la saturation ou la mise hors fonction des éléments sensibles situés en aval, en particulier la chaîne d'amplification à faible niveau.<br />L'objectif de ces travaux financés par une bourse doctorale de la Délégation Générale pour l'Armement est de développer de tels dispositifs en conciliant ces deux contraintes dans une plus large mesure que les dispositifs existants en 2004. Ainsi, une synthèse bibliographique des développements en terme de sources micro-ondes de forte puissance associée à une étude système sera menée afin de déterminer les spécifications attendues du limiteur de puissance. Ces résultats seront ensuite comparés aux valeurs de certification aussi bien civile que militaire, montrant la vulnérabilité de certains systèmes et la nécessité d'un limiteur de puissance.<br />Diverses technologies de limiteurs de puissance, incluant les matériaux ferroélectriques, supraconducteurs ou bien l'utilisation de semi-conducteurs, seront ensuite analysées et comparées avec les spécifications et les contraintes liées aux applications. Il s'avèrera que ces technologies aussi variées soient elles ne répondent pas au cahier des charges lié aux applications militaires ou aéronautiques.<br />C'est ainsi que cette étude se propose d'évaluer une autre technologie basée sur l'utilisation d'électronique sous vide dont on rappellera les principales applications et fondements physiques comme les phénomènes d'émission électronique.<br />Le limiteur proposé s'appuie ainsi sur la dissipation progressive d'une onde électromagnétique le long d'une ligne de transmission chargée par une distribution de diodes à vide. Le dimensionnement de ce type de dispositif fera appel à des outils de simulation électromagnétique mais également particulaire.<br />Ces composants seront ensuite fabriqués en utilisant les moyens de la salle blanche située à l'ESIEE. Compte tenu de leur sensibilité à l'environnement, une encapsulation spécifique sera développée en associant couplage électromagnétique et soudure entre deux substrats afin de garantir une herméticité totale des dispositifs. En effet, la puissance pourra soit être dissipée par émission électronique par effet de champ, soit par la formation d'une décharge plasma. La prépondérance de l'un ou l'autre phénomène dépendra alors de l'environnement d'encapsulation.<br />Les performances hyperfréquences des dispositifs ont également été évaluées dans une bande de fréquences comprises entre 0 GHz et 40 GHz. Les pertes d'insertion liées à l'encapsulation et aux parties limitatrices ont ainsi été déterminées. Des limiteurs de puissance à très faibles pertes par rapport aux autres technologies peuvent ainsi être obtenus.<br />L'étude en puissance de ces limiteurs a également été menée. C'est ainsi que quelques échantillons ont subi une multitude d'impulsions de très forte puissance pouvant aller jusqu'à deux kilowatts à des fréquences situées en bande X. Les résultats de ces mesures montreront une limitation effective de la puissance et la validité du concept de limiteur de puissance basé sur l'utilisation d'électronique sous vide.

La logique supraconductrice RSFQ (Rapide Single Flux Quantum) est une solution très attractive pour le <br />traitement des données à très haute fréquence avec une dissipation très faible et des performances nettement <br />supérieures à ce que la technologie CMOS pourra offrir dans la prochaine décennie. La technologie RSFQ <br />en nitrure de niobium (NbN) en cours de développement au CEA-G est basée sur des jonctions Josephson <br />NbN/Ta_{X}N/NbN auto-shuntées qui présentent une fréquence d'oscillation maximum proche du THz jusqu'à <br />10 K. L'objectif de cette recherche a été d'appliquer cette technologie NbN 9K à un CAN (Convertisseur <br />Analogique-Numérique) adaptable aux télécommunications spatiales. Une architecture de type CAN <br />sigma-delta a été étudiée, sur-échantillonnant à 200 GHz de fréquence d'horloge un <br />signal avec une bande de 500 MHz et modulé sur une porteuse de 30 GHz. En particulier une horloge, <br />un comparateur et différents portes <br />logiques ont été étudiés et conçus pour opérer à 200 GHz ainsi qu'un modulateur sigma-delta passe-bande <br />du troisième ordre dont les performances SNR, SFDR, devraient après optimisation satisfaire les objectifs <br />visés. La complexité de l'architecture du filtre de décimation a été analysée. Certains composants de base <br />du filtre, des diviseurs de fréquence et des registres à décalage, ont été étudiés et dessinés, enfin quelques <br />méthodes de test du modulateur sont proposées. Le travail d'implémentation de circuits NbN en technologie <br />multi-niveaux a été traité conduisant à la réalisation complète de deux lots de circuits qui pour des raisons <br />technologiques clarifiées ensuite n'ont pu aboutir au test des portes logique du CAN. Cependant, les marges de <br />fonctionnement des portes logiques NbN ont été déterminées grâce à la caractérisation de jonctions, SQUIDs <br />et de filtres (résonateurs) micro-ondes. Finalement, une étude comparative entre des circuits à jonctions NbN <br />auto-shuntées opérant à 9K en réfrigération allégée et des circuits similaires obtenus en fonderie Nb basés sur <br />des jonctions Nb/AlO_{X}/Nb shuntées en externe opérant à 4K, démontre tous les avantages qu'on peut espérer <br />attendre de la technologie NbN.