Caractérisation du résultat d'un travail du sol à l'aide d'un capteur micro-ondes : analyse numérique et expérimentale des interactions surfaciques et volumiques des ondes électromagnétiques avec le sol
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Abstract EN:
The aim of this thesis is to evaluate the soil characterization abilities of microwave sensor thank to a study of the interactions between the electromagnetic waves and the soil. This study follows a numerical approach reinforced by some experimental data. After a short review about the electromagnetic waves scattering by rough heterogeneous media and the existent models, the work focus on the development of a simulator. This leads firstly to a composition of different numerical methods which can model the free-space wave propagation with complex semi-infinite 2D structures, and secondly to a development of a rough heterogeneous medium generator which can represent, thank to an aggregate approach, a soil section. Some tests based on theoretical and experimental data are then performed which show good agreements for either electromagnetic wave scattering or soil representations. At the end, the work focus on the study of the soil characterization using a radar. In that way, experimental data gives the inputs of the soil generator to generate realistic structural states of soil which should be discriminated and simulation series are launched. The results show that different structural states may be discriminated by backscattering coefficient measures at different incidence angles. This coefficient is mainly influenced by the roughness due to the presence of clods at the surface. However, the roughness is not directly linked to the clod size and the backscattering coefficient is also influenced by the moisture : further investigations are still needed. Mainly, information on the volume are visible in the scattering signal and a temporal signal processing may allow to extract them
Abstract FR:
L’objectif de cette thèse est d’évaluer les possibilités de caractérisation des sols agricoles à l’aide d’un capteur micro-ondes par une étude des interactions des ondes électromagnétiques avec le sol avec une approche numérique appuyée sur des données expérimentales. Après un tour d’horizon sur la diffusion des ondes électromagnétiques par des milieux rugueux hétérogènes et les modélisations déjà développées, les travaux se sont concentrés sur le développement d’un simulateur. Cela a abouti, d’une part à l’assemblage de différentes méthodes numériques permettant de répondre aux problèmes de la modélisation de la propagation en espace libre avec des milieux semi-infinis 2D à la structure géométrique complexe, et d’autre part, au développement d’un générateur de milieux rugueux hétérogènes permettant de représenter une coupe de sol grâce à une approche « agrégats ». Des tests avec des résultats théoriques et expérimentaux ont ensuite été effectués donnant des résultats satisfaisants sur le plan de la diffusion électromagnétique et sur le plan de la représentation du sol. Enfin, les travaux se sont poursuivis sur l’étude de la caractérisation des sols à l’aide d’un radar. Ainsi, prenant appui sur des données expérimentales pour générer des maquettes de sols représentatives des états à discriminer, des simulations ont été lancées. L’étude des résultats indique qu’une discrimination de différents états structuraux serait possible par des mesures du coefficient de rétrodiffusion à différents angles d’incidence. Ce coefficient est influencé principalement par la rugosité résultant de la présence de mottes en surface. Cependant, la rugosité n’est pas forcément directement reliée aux calibres des mottes présentes et le coefficient de rétrodiffusion est aussi influencé par l’humidité : des investigations sont donc encore nécessaires. Notamment, des informations sur le volume sont visibles dans le signal diffusé et un traitement du signal en temporel pourrait les extraire