Cette thèse s'inscrit dans la lignée des travaux sur la prédiction du champ électromagnétique réfléchi par les bâtiments en milieu urbain. Nous avons développé une méthode de prédiction basée sur la Surface Équivalente Radar (SER) pour le traitement spécifique des bâtiments situés en zone lointaine. Contrairement aux méthodes classiques de lancer et le tracé de rayons où les réflexions sont traitées rayons par rayons, notre approche utilise la SER global d'un ensemble de bâtiments pour décrire la réflectivité des scènes. Le champ électrique est ensuite reconstruit au point de réception à partir de cette SER. La méthode de calcul est analytique et essentiellement basée sur la combinaison de l'optique géométrique (OG) et du calcul de l'intégrale de Kirchhoff-Huygens. Les interactions multiples de l'onde entre les bâtiments sont également prises en compte dans le modèle proposé. Les résultats obtenus en termes de précision de prédiction dans les directions spéculaires et non-spéculaires sont très satisfaisants. Les temps de calcul n'excédent pas 5 secondes pour les scénarios les plus complexes simulés ; ils permettent ainsi de réduire les temps de calcul et de surmonter les contraintes en place mémoire lors de l'étude d'une scène urbaine. Dans une seconde étude, l'influence des irrégularités des façades sur le champ électromagnétique diffracté a été évaluée. Nous utilisons la méthode des moments (MoM) bidimensionnelles (2D) pour résoudre de façon rigoureuse le problème de diffraction lié à trois types de façades : façade plane, façade corruguée et façade avec des balcons. A partir de la distribution du champ diffracté en zone proche et des diagrammes de rayonnement des façades en zone lointaine, nous décrivons les différents mécanismes de diffraction qui s'y produisent et les directions de réflexion prépondérantes sont données pour chacune des façades. Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre du projet ANR OP2H (Outil de Prédiction par navigation Hiérarchique et Homogénéisation de matériaux)

Cette thèse s'inscrit dans la lignée des travaux sur la prédiction du champ électromagnétique réfléchi par les bâtiments en milieu urbain. Nous avons développé une méthode de prédiction basée sur la Surface Équivalente Radar (SER) pour le traitement spécifique des bâtiments situés en zone lointaine. Contrairement aux méthodes classiques de lancer et le tracé de rayons où les réflexions sont traitées rayons par rayons, notre approche utilise la SER global d'un ensemble de bâtiments pour décrire la réflectivité des scènes. Le champ électrique est ensuite reconstruit au point de réception à partir de cette SER. La méthode de calcul est analytique et essentiellement basée sur la combinaison de l'optique géométrique (OG) et du calcul de l'intégrale de Kirchhoff-Huygens. Les interactions multiples de l'onde entre les bâtiments sont également prises en compte dans le modèle proposé. Les résultats obtenus en termes de précision de prédiction dans les directions spéculaires et non-spéculaires sont très satisfaisants. Les temps de calcul n'excédent pas 5 secondes pour les scénarios les plus complexes simulés ; ils permettent ainsi de réduire les temps de calcul et de surmonter les contraintes en place mémoire lors de l'étude d'une scène urbaine. Dans une seconde étude, l'influence des irrégularités des façades sur le champ électromagnétique diffracté a été évaluée. Nous utilisons la méthode des moments (MoM) bidimensionnelles (2D) pour résoudre de façon rigoureuse le problème de diffraction lié à trois types de façades : façade plane, façade corruguée et façade avec des balcons. A partir de la distribution du champ diffracté en zone proche et des diagrammes de rayonnement des façades en zone lointaine, nous décrivons les différents mécanismes de diffraction qui s'y produisent et les directions de réflexion prépondérantes sont données pour chacune des façades. Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre du projet ANR OP2H (Outil de Prédiction par navigation Hiérarchique et Homogénéisation de matériaux) / The motivation of this dissertation is to propose an efficient approach for the prediction of the electromagnetic field scattered from a set of buildings in urban area. Unlike the ray tracing and ray lanching methods where the reflection mechanics are treated building by building, the proposed approach uses the radar cross section (RCS) as a global quantity to describe the reflection by a set of buildings and to predict the scattered field at the receiver position. An analytical expression is obtained to model building scattering using the vector form of Kirchhoff-Huygens integral and the geometrical optics (GO) method, and the multiple reflections between building facades are taken into account. The model is applied on various buildings configurations and accurate results are obtained in the predominant scattering directions with simulation times inferior to five seconds for the most complex scenarios. Since our approach is compatible to the classical methods based on ray techniques or the radiation of surface currents, it can be useful to accelerate the existing softwares. The second part of this thesis is devoted to the study of the influence of building facade irregularities such as balconies. As the complexity of these facades is incompatible with the use of asymptotic methods, the rigorous method of moments (MoM) has been chosen to determine the scattered field from these façades. The field distribution in the near zone of the facades as well as the radiation patterns in the far zone have been considered. It appears that single and second order reflections are the main scattering mechanisms for these facades. We also show that from a certain distance from the facade, the corrugated facade can be used as a simplified equivalent model for the facade with balconies. This thesis is supported by the French ANR project OP2H

Les expériences de sismique active sont couramment utilisées pour estimer la valeur d'un modèle de vitesse de propagation desondes P dans le sous-sol. Les méthodes dites d'« analyse de vitesse par migration » ont pour but la détermination d'un macro-modèle de vitesse, lisse, et responsable de la cinématique de propagation des ondes. Dans une première étape de « migration », une image de réflectivité est obtenue à partir des données enregistrées en utilisant une première estimation du macro-modèle. Cette image dépend d’un paramètre additionnel permettant dans un second temps d’estimer la qualité du macro-modèle puis de l'améliorer. Les images de réflectivité obtenues par les techniques de migration classiques sont cependant contaminées par des artefacts, altérant la qualité de la remise à jour du macro-modèle. En particulier, elles ne prennent pas en compte les réflexions multiples, habituellement retirées des données avant traitement. Cette étape reste cependant délicate et on se prive alors de l'information supplémentaire contenue dans les multiples.Nous proposons dans cette étude une stratégie d’optimisation imbriquée en itérant l'étape de migration avant de remettre à jour le macro-modèle. La migration itérative produit des images de réflectivité satisfaisantes pour l'analyse de vitesse et s’étend naturellement aux réflexions multiples. Un désavantage de la méthode est son coût de calcul. Un pseudo-inverse de l'opérateur de modélisation est alors utilisé comme préconditionneur pour limiter le nombre d’itérations dans la boucle interne. Une autre difficulté est l'instabilité de la remise à jour du modèle de vitesse calculée pour des modèles de réflectivité successifs proches les uns des autres. Une nouvelle approche plus robustesse est proposée, valide aussi dans le cas de multiples. Son efficacité est testée sur des jeux de données synthétiques 2D. / Active seismic experiments are commonly used to recover a model of the P-wave propagation velocity in the subsurface. “Migration Velocity Analysis” techniques aim at deriving a smooth background velocity model controlling the kinematics of wave propagation. First, a reflectivity image is obtained by “migration” of observed data using a first estimate of the background velocity. This image depends on an additional “subsurface-offset” parameter allowing to assess the quality of the background velocity model with a focusing criterion and to correct it. However classical migration techniques do not provide a sufficiently accurate reflectivity image, leading to inconsistent velocity updates. In particular they do not take into account multiple reflections, usually regarded as noise and removed from the data before processing. Multiple removal is however a difficult step, and additional information contained in multiples is discarded.In this thesis, we propose to determine the reflectivity model by iterative migration before subsequent velocity analysis, leading to a nested optimisation procedure. Iterative migration yields accurate reflectivity image and extends naturally to the case of multiples. One of its disadvantages is the associated increased computational cost. To limit the number of iterations in the innerloop, a preconditioner based on a pseudo-inverse of the modelling operator is introduced. Another difficulty is the instability of the velocity update obtained with very close successive reflectivity models. We propose a modified approach, valid in the presence of multiples, and discussed through applications on 2D synthetic data sets.

Courant Josephson dans une jonction "S/2DQ/S" : Nous caractérisons les effets d'Andreev croisés (CAR) dans une jonction composée de deux points quantiques couplés à deux contacts supraconducteurs. En présence d'un flux magnétique intérieur, la présence ou non de CAR influe directement sur la période d'oscillation du courant critique. Techniquement, on calcule l'énergie libre dans le formalisme d'intégrales de chemins et on utilise une approche de champ moyen pour traiter l'interaction coulombienne. On obtient ainsi le courant Josephson, le nombre d'occupation moyen et des diagrammes de phases pour la transition 0 - p. Courant dans une jonction "S/QD/S+N" : nous caractérisons la présence d'un contact normal dans une jonction de référence composée d'un point quantique couplé à deux contacts supraconducteurs. Un tel système pourrait servir à simuler la décohérence dans le transport. Nous montrons que la première harmonique du courant est déphasée en présence du contact normal. D'autres effets sur les réflexions multiples d'Andreev sont observés. Techniquement, nous utilisons le formalisme de Keldysh et une approche de champs moyens pour traiter l'interaction coulombienne. Bruit dans une fourche "nanotube de carbone-métal" : nous étudions le bruit en régime photo-assisté dans un système composé d'un nanotube de carbone de longueur finie couplé en son centre à un métal normal. Les corrélations de courant montrent les effets de l'interaction coulombienne dans le nanotube ainsi que les marches caractéristiques du régime photo-assisté.

La séparation de signaux corrélés à partir de leurs combinaisons linéaires est une tâche difficile et possède plusieurs applications en traitement du signal. Nous étudions deux problèmes, à savoir la séparation aveugle de sources parcimonieuses et le filtrage adaptatif des réflexions multiples en acquisition sismique. Un intérêt particulier est porté sur les mélanges convolutifs : pour ces deux problèmes, des filtres à réponses impulsionnelles finies peuvent être estimés afin de récupérer les signaux désirés.Pour les modèles de mélange instantanés et convolutifs, nous donnons les conditions nécessaires et suffisantes pour l'extraction et la séparation exactes de sources parcimonieuses en utilisant la pseudo-norme L0 comme une fonction de contraste. Des équivalences entre l'analyse en composantes parcimonieuses et l'analyse en composantes disjointes sont examinées.Pour la soustraction adaptative des réflexions sismiques, nous discutons les limites des méthodes basées sur l'analyse en composantes indépendantes et nous soulignons l'équivalence avec les méthodes basées sur les normes Lp. Nous examinons de quelle manière les paramètres de régularisation peuvent être plus décisifs pour l'estimation des primaires. Enfin, nous proposons une amélioration de la robustesse de la soustraction adaptative en estimant les filtres adaptatifs directement dans le domaine des curvelets. Les coûts en calcul et en mémoire peuvent être atténués par l'utilisation de la transformée en curvelet discrète et uniforme. / The recovery of correlated signals from their linear combinations is a challenging task and has many applications in signal processing. We focus on two problems that are the blind separation of sparse sources and the adaptive subtraction of multiple events in seismic processing. A special focus is put on convolutive mixtures: for both problems, finite impulse response filters can indeed be estimated for the recovery of the desired signals.For instantaneous and convolutive mixing models, we address the necessary and sufficient conditions for the exact extraction and separation of sparse sources by using the L0 pseudo-norm as a contrast function. Equivalences between sparse component analysis and disjoint component analysis are investigated.For adaptive multiple subtraction, we discuss the limits of methods based on independent component analysis and we highlight equivalence with Lp-norm-based methods. We investigate how other regularization parameters may have more influence on the estimation of the desired primaries. Finally, we propose to improve the robustness of adaptive subtraction by estimating the extracting convolutive filters directly in the curvelet domain. Computation and memory costs are limited by using the uniform discrete curvelet transform.

Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse s'intègre dans le domaine de la télédétection de l'environnement maritime. Il porte, d'une part sur l'étude de l'interaction d'une onde électromagnétique avec une surface maritime en présence d'une cible complexe et observée en configuration bistatique. D'autre part, le travail est complété par l'étude et l'analyse de l'influence sur cette interaction des différents paramètres à la fois liés à la cible et à l'environnement. Dans ce contexte d'étude, le présent travail s'articule autour de deux volets importants. Le premier vise l'étude et la simulation de la Surface Equivalente Radar (SER) d'une cible complexe placée dans un environnement marin. Et un deuxième volet applicatif qui traite l'imagerie radar ISAR d'une cible complexe. Afin de traiter le premier point, le modèle électromagnétique retenu est basé sur une combinaison de méthodes asymptotiques (Optique Physique (OP), Optique Géométrique (OG), Méthode des courants équivalents (MCE)) intégrant les phénomènes d'ombrage et les multitrajets. Afin d'introduire l'influence de la surface de mer sur la réponse électromagnétique de la cible dans son environnement, nous avons opté pour une représentation de la scène (cible+surface de mer) par un ensemble de facettes triangulaires. Dans ce cadre, la cible discrétisée par un maillage triangulaire est générée à l'aide d'un outil de CAO (CATIA V5), quant à la surface de la mer, elle est générée en utilisant le spectre de mer d'Elfouhaily (et le modèle de Debye pour la prise en compte des paramètres diélectriques de l'eau de mer). Enfin, afin d'appliquer la méthode développée dans le cadre de l'imagerie radar ISAR, le calcul de la SER de la cible navale a été effectué en considérant une nouvelle représentation de la cible en parallélépipèdes. La méthodologie proposée a été évaluée via des simulations ainsi que des expérimentations (dans la chambre anéchoïque de l'ENSTA Bretagne) sur un modèle générique d'un navire.

Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse s’intègre bien dans le domaine de la télédétection de l’environnement maritime. Il porte notamment, d’une part sur l’étude de l’interaction d’une onde électromagnétique avec une surface maritime en présence d’une cible complexe et observée en configuration bi-statique. D’autre part l’étude est complétée par l’étude et l’analyse de l’influence des différents paramètres à la fois liés à la cible et aussi à l’environnement. Dans ce contexte d’étude, le présent travail s’articule autour de deux volets importants. Le premier vise l’étude et la simulation de la Surface Equivalente Radar(SER) d’une cible complexe placée dans son environnement maritime. Et un deuxième volet applicatif traite l’imagerie radar ISAR d’une scène observée, avec prise en compte des cibles présentes sur la surface. Afin de traiter le premier point, le modèle électromagnétique retenu est basé sur une combinaison de méthodes asymptotiques (Optique Physique (OP), Optique Géométrique (OG), Méthode des courants équivalents (MCE)). Pour l’étude de l’influence de la surface de mer sur la réponse électromagnétique de la cible, nous avons opté pour une représentation de la scène (cible+surface de mer) par un ensemble de facettes triangulaires. Dans ce cadre, la cible discrétisée par un maillage triangulaire est générée à l’aide d’un outil de CAO (CATIA V5), quant à la surface de la mer, elle est générée en utilisant le spectre de mer d’Elfouhaily (et le modèle de Debye pour la prise en compte des paramètres diélectriques de l’eau de mer). Enfin, pour l’application de l’imagerie radar ISAR, le calcul de la SER de la cible navale a été effectué en considérant une nouvelle représentation de la cible en parallélépipèdes. La méthodologie proposée a été évalué via des simulations ainsi que des expérimentations sur un modèle générique d’un navire. / The work presented here interset with remote sensing of the maritime environment.It espacially carried with the study of electromagnetic scattering by sea surface with the presence of the target. This study is done in bistatic configuration. So, it is completed by the analysis of the influence of various parameters related to the target and also to the environment. In this context, this work focuses on two important parts. The first is the study and simulation of Radar Cross Section (RCS) of a complex target placed in the maritime environment.And the second part deals with the application of ISAR radar imagery of an observed scene, with consideration of target on the sea surface. We have opted for a combination between Physical Optics (PO), Geometrical Optics (GO) and Equivalent Edge Currents (ECM) (POGO/ EMC) to estimate the RCS. In order to take into account the infuence of sea surface, we have genereted a 2D sea surface from the Elfouhaily spectrum. In order to integrate the target into the scenario (the target in its environment, radar imagery), we propose a parallelepiped representation of the naval taget and RCS calculation. The proposed methodology was evaluated through simulations and measurements on a generic model of a ship.