Le radar HF est actuellement le seul instrument courantométrique permettant d'obtenir une description synoptique à haute résolution spatiale et temporelle de la circulation côtière de surface. Un système radar déployé depuis 2010 en Méditerranée sur les côtes varoises offre pour la première fois une description exhaustive de la circulation, encore peu documentée dans cette zone.La cartographie des courants se fait classiquement en combinant les mesures d'au moins deux radars. Cependant des résultats significatifs ont été obtenus avec un seul radar concernant : l'identification de tourbillons méso-échelle ; la signature de phénomènes périodiques affectant la circulation superficielle dans les bandes diurne, inertielle et semi-diurne ; et les caractéristiques et les instabilités du Courant Nord Méditerranéen (CN).L'assimilation des mesures radar au moyen d'un lisseur de Kalman d'ensemble dans un modèle régional de la Méditerranée Nord Occidentale a été réalisée pour la première fois dans la zone d’étude. Cette méthode, qui contraint les courants de surface en optimisant le vent et les forçages aux frontières ouvertes, améliore la description de la veine du CN en vitesse et position / The HF radar is the sole instrument being able to monitor the surface coastal current at very high spatial and temporal resolution. A radar system deployed since 2010 on the Var coast (Western Mediterranean Sea) provides for the first time a comprehensive picture of the circulation, which remains poorly documented in this area.Surface current mapping is conventionally performed by combining measurements of at least two radars. However, significant results were obtained with a single radar concerning: the identification of mesoscale vortices; the signature of periodic phenomena affecting the surface circulation in the diurnal, inertial and semi-diurnal bands; and the features and instabilities of the North Mediterranean Current (NC).The assimilation of radar measurements using an ensemble Kalman smoother in a regional model of the North-Western Mediterranean Sea was performed for the first time in the study area. This method, which constraints the surface currents by wind and open boundary conditions optimisation, improves the simulation of the NC vein in terms of speed and position.

Le radar HF est actuellement le seul instrument courantométrique permettant d'obtenir une description synoptique à haute résolution spatiale et temporelle de la circulation côtière de surface. Un système radar déployé depuis 2010 en Méditerranée sur les côtes varoises offre pour la première fois une description exhaustive de la circulation, encore peu documentée dans cette zone.La cartographie des courants se fait classiquement en combinant les mesures d'au moins deux radars. Cependant des résultats significatifs ont été obtenus avec un seul radar concernant : l'identification de tourbillons méso-échelle ; la signature de phénomènes périodiques affectant la circulation superficielle dans les bandes diurne, inertielle et semi-diurne ; et les caractéristiques et les instabilités du Courant Nord Méditerranéen (CN).L'assimilation des mesures radar au moyen d'un lisseur de Kalman d'ensemble dans un modèle régional de la Méditerranée Nord Occidentale a été réalisée pour la première fois dans la zone d'étude. Cette méthode, qui contraint les courants de surface en optimisant le vent et les forçages aux frontières ouvertes, améliore la description de la veine du CN en vitesse et position

Depuis plusieurs années, des recherches sont conduites à l'ONERA, sur les radars " transhorizon " et notamment sur le radar de surveillance côtière à onde de surface (ROS). En vue d'augmenter les performances de ce radar, il est nécessaire d'améliorer son rayonnement en onde de surface. Lors de précédents travaux réalisés à l'ONERA et à l'UPMC, il a été proposé d'utiliser un métamatériau pour lancer, vers la surface de la mer, une onde confinée, ce qui est impossible avec un matériau à permittivité positive. Le métamatériau devra être placé sur le sol, devant les antennes d'émission du radar, ce qui permettra d'augmenter leur rayonnement vers la surface, sans pour autant modifier significativement l'architecture du système. Mais l'ajout du métamatériau crée une rupture d'impédance entre le métamatériau et le sol. L'objectif de ces travaux de thèse est de répondre à deux questions principales. La rupture d'impédance existant entre le métamatériau et le sol va-t-elle diffracter l'onde de surface créée sur celui-ci ? L'augmentation du niveau de champ électrique, à la surface du métamatériau, va-t-elle se conserver lors de la propagation sur la mer ? / For many years, researches « on over the horizon radar » are investigated, especially on the High Frequency Surface Wave Radar (HFSWR), which is dedicated to the maritime surveillance. To increase the efficiency of the HFSWR we deal with the part of the electromagnetic field radiated at low elevation angle. In a previous work conducted at ONERA and UPMC, it has been suggested to use a metamaterial to launch, at the interface between air and ground a confined wave, which can not exist with a soil with positive permittivity. The metamaterial is placed on the interface in the vicinity of the transmitting antennas to allow the propagation of a strong surface wave without modifying significantly the architecture of the system. But, the inclusion of this metamaterial creates a quite high discontinuity in permittivity. The principal aim of this research work is to answer two main questions. The discontinuity of permittivity between the metamaterial and the soil, is it going to diffract the surface wave create over the metamaterial? The improvement of the electric field level at low elevation angle metamaterial, is it going to keep throughout the propagation on the sea?

Les travaux de cette thèse concernent l'analyse des signatures de cibles aériennes dans le domaine des basses fréquences, à l'aide du radar HF-VHF multifréquence et multipolarisation MOSAR. On considère en particulier les possibilités de reconnaissance de cibles par le comportement de la surface équivalente radar (SER) dans cette bande de fréquence où les cibles ne peuvent être furtives. <br />Dans un premier temps, les capacités du radar MOSAR sont décrites, ainsi que les évolutions et améliorations que le système a subi pour atteindre un fonctionnement optimal. Ensuite, une première analyse est effectuée sur les campagnes de mesures. Elle met en évidence les difficultés de caractériser les cibles par une signature sans la connaissance de leur trajectoire. <br />Dans un second temps, les possibilités de développement de modèles numériques d'avions sont étudiées, pour essayer de mieux caractériser la SER des cibles dans la bande de fréquence utilisée. Un modèle d'avion commercial est réalisé et est évalué par comparaison à des mesures effectuées en chambre anéchoïde. Ses performances ont permis de quantifier l'influence de la trajectoire sur les signatures des cibles et de confirmer les observations.<br />Finalement, les possibilités de classification de cibles sont considérées. A cet effet, deux méthodes de classification sont utilisées : la méthode du plus proche voisin et la méthode du réseau de neurones perceptron multicouche (MLP). L'importance du choix des critères discriminants, ainsi que du nombre de fréquences émises, est mise en évidence, et l'application de ces méthodes aux données du système MOSAR est discutée.

Les radars HF à ondes de surface (HFSWR) trouvent des applications dans la surveillance maritime, l'océanographie ou la détection de cibles. Ils utilisent des ondes HF qui se propagent sur la surface de la mer jusqu'à quelques centaines de km. Néanmoins, ils sont récents et encore peu opérationnels à cause de quelques inconvénients. L'objectif de cette thèse est de résoudre deux de ces inconvénients pour améliorer les performances des HFSWR. Tout d'abord, en réduisant la taille des antennes HF usuelles qui sont beaucoup trop grandes. Pour des raisons pratiques et pour envisager des configurations radars embarquées, il est nécessaire de créer une antenne HF compacte pouvant répondre aux cahier des charges du HFSWR. Deuxième préoccupation, les ondes HF et les vagues interagissent et créent des échos de mer élevés qui peuvent masquer des échos de cibles éventuelles. Le second objectif de cette thèse est donc de réduire ces échos marins gênants par une méthode de filtrage adaptatif.

SuperDARN est un réseau de radars HF cohérents dédié à l'étude de la convection du plasma ionosphérique à haute latitude qui trouve ses principales applications dans l'étude des relations Soleil/Terre. On s'intéresse ici aux effets des interactions entre l'onde radar émise et les gradients d'ionisation de différentes échelles et à leur impact sur la mesure. Des études sont menées pour détecter la signature du mouvement cyclotron des ions, superposé aux mouvements turbulents, dans les spectres mesurés. Ensuite, l'effet des moyennes échelles (100 m à 10 km) est mis en évidence sur la mesure des largeurs spectrales. Des études statistiques montrent que la détermination des paramètres est affectée par le rapport entre la fréquence émise et la fréquence plasma et par la distance de l'écho. Nous proposons une interprétation en terme de décorrélation du front d'onde au cours de la propagation, validée par la mise en place de simulations s'appuyant sur des paramètres réalistes de l'ionosphère.

La Mer d’Iroise est observée depuis 2006, par des radars à haute fréquence (HF) qui estiment les courants de surface. Ces mesures ont une finesse temporelle et spatiale pour permettre de capturer la dynamique fine du domaine côtier. Ce travail de thèse vise à la conception et l’application d’une méthode d’assimilation de ces données dans un modèle numérique réaliste pour optimiser le frottement sur le fond et corriger l’état du modèle afin de mieux représenter la circulation résiduelle de marée et les positions des fronts d’Ouessant en mer d’Iroise. La méthode d’assimilation de données utilisée est le Filtre de Kalman d’Ensemble dont l’originalité est l’utilisation d’une modélisation stochastique pour estimer l’erreur du modèle. Premièrement, des simulations d’ensemble ont été réalisées à partir de la perturbation de différents paramètres du modèle considérés comme sources d’erreur : le forçage météo, la rugosité de fond, la fermeture turbulente horizontale et la rugosité de surface. Ces ensembles ont été explorés en termes de dispersion et de corrélation d’ensemble. Un Lisseur de Kalman d’Ensemble a ensuite été utilisé pour optimiser la rugosité de fond (z0) à partir des données de courant de surface et d’un ensemble modèle réalisé à partir d’un z0 perturbé et spatialisé. La méthode a d’abord été testée en expérience jumelle puis avec des observations réelles. Les cartes du paramètre z0, optimisés, réalisées avec des observations réelles, ont ensuite été utilisées dans le modèle sur une autre période et les résultats ont été comparés avec des observations sur la zone. Enfin, des expériences jumelles ont été mises en place pour corriger l’état modèle. Deux méthodes ont été comparées, une prenant en compte la basse fréquence en filtrant la marée des données et du modèle pour réaliser l’analyse ; l’autre prenant en compte tout le signal. Avec ces expériences, on a tenté d’évaluer la capacité du filtre à contrôler à la fois la partie observée du vecteur d’état (courant de surface) et la partie non-observée du système (température de surface). / The Iroise Sea has been observed since 2006 by High Frequency (HF) radars, which estimate surface currents. These measurements offer high resolution and high frequency to capture the dynamics of the coastal domain. This thesis aims at designing and applying a method of assimilation of these data in a realistic numerical model to optimize the bottom friction and to correct the model state in order to improve the representation of the residual tidal circulation and the positions of the Ushant fronts in the Iroise Sea. The method of data assimilation used is the Ensemble Kalman Filter. The originality of this method is the use of a stochastic modeling to estimate the model error. First, ensemble simulations were carried out from the perturbation of various model parameters which are the model error sources: meteorological forcing, bottom friction, horizontal turbulent closure and surface roughness. These ensembles have been explored in terms of dispersion and correlation. An Ensemble Kalman smoother was used to optimize the bottom friction (z0) from the surface current data and from an ensemble produced from a perturbed and spatialized z0. The method is tested with a twin experiment and then with real observations. The optimized maps of parameter z0, produced with the real currents, were used in the model over another period and the results were compared with independent observations. Finally, twin experiments were conducted to test the model state correction. Two approaches were compared; first, only the low frequency, by filtering the tide in the data and in the model, is used to perform the analysis. The other approach takes the whole signal into account. With these experiments, we assess the filter's ability to control both the observed part of the state vector (currents) and the unobserved part of the system (Sea surface Temperature).