Influence de la périodicité de réseaux tout diélectrique sur le compromis diffusion/absorption dans un contexte de menaces multistatiques

Contexte et problématique

Usuellement optimisés pour assurer une forte absorption spéculaire dans une plage angulaire limitée, les absorbants électromagnétiques (EM) doivent aujourd’hui être regardés sous un nouvel angle en raison du développement rapide de menaces liées à l’émergence des radars multistatiques. En effet, dans ce contexte, les radars (émetteur/récepteur) peuvent se trouver n’importe où dans l’espace et échanger des informations entre eux.

Dans un contexte classique, les absorbants sont dimensionnés pour assurer une absorption optimale (S₁₁ < -10 dB) dans une plage angulaire limitée (typiquement -30° à +30°) au risque de dégrader fortement leurs performances pour des angles d’incidence élevés. Cette stratégie peut s’avérer contre-productive dans le contexte plus général du multi-statisme car la cible peut alors être détectée par le réseau de radars avec des émetteurs/récepteurs situés à des angles fortement obliques.

Ainsi, ce projet de thèse vise à définir de nouveaux critères de performance dans ce contexte général et à concevoir des stratégies globales d’optimisation. La thèse explorera les capacités de diffusion multiple et d’absorption de réseaux périodiques de matériaux à pertes. En effet, dans les réseaux à forte périodicité (D > λ₀), des modes de Floquet d’ordre supérieur à réflexion non spéculaire (angle de réflexion différent de l’angle incident) peuvent être excités. Ce concept a été largement exploré dans le domaine des métasurfaces basées sur des PCB pour des applications de redirection de faisceau ou de diffusion multiple. Cependant, ces possibilités n’ont été que très peu exploitées sur des absorbants 3D et encore moins dans le but d’étudier les compromis absorption/réflexion non spéculaire dans le contexte du multistatisme.

Un travail préliminaire dans l’équipe a permis de mettre en évidence que l’exploitation de ces modes à réflexion non spéculaire pouvait permettre d’optimiser à la fois l’absorption spéculaire et l’énergie totale rétro-diffusée par la surface périodique [1]. Si ce compromis n’est regardé pour l’heure que dans le cas d’une incidence et d’une polarisation unique à fréquence fixe, le concept est à priori naturellement large bande et peu dépendant à la polarisation, ouvrant la voie à une perspective plus générale.

Axes de recherche et déroulement de la thèse

La thèse se concentrera dans un premier temps sur la définition de critères de performance adaptés au multistatisme. Plusieurs scénarios seront explorés en considérant une ou plusieurs sources et récepteurs situées à des positions angulaires différentes de façon à chercher à établir des critères de performance pertinents. Puis, l’influence de la périodicité (simple ou multiple) de réseaux de motifs constitués intégralement de polymères et de composites à pertes sera étudiée. Pour les validations expérimentales, l’équipe s’appuiera sur son savoir-faire de mise en forme de géométries complexes de matériaux (polymères et composites) en technologies additives précédemment exploité pour la conception d’absorbants originaux en ligne de transmission ou en espace libre. L’objectif final constituera le dimensionnement d’une surface périodique performante au regard du multistatisme sur une large gamme de fréquences (BPR > 100%).

Les résultats de la thèse contribueront à la définition de critères de performance et de stratégies d’optimisation pour ces nouvelles menaces dans le domaine de la furtivité. Ils pourront être généralisés à des contextes civils par des méthodes de synthèse adaptées à des problématiques particulières (positions angulaires de source et de récepteur fixes). Ils permettront aussi d’envisager, dans le domaine de la métrologie, des réflexions générales sur la forme de chambre de mesure et sur la position des surfaces absorbantes.

Le Lab-STICC est une unité de recherche historiquement reconnue en Bretagne Océane et en France dans le domaine des STIC. Elle affiche une capacité avérée de couvrir un large spectre scientifique autour des sciences du numérique, et avec en particulier cette faculté d’adresser des champs disciplinaires variés (Théorie de l’Information, Ondes & Matériaux, Electronique et Informatique embarquées, Sciences des données, Communication et détection de signaux, Interfaces Homme-Machines,..) suivant des thématiques/secteurs applicatifs multiples : l’environnement maritime, les objets communicants, la défense, le spatial, la santé, la sécurité, la robotique...

Le slogan de l’Unité «Des capteurs à la connaissance : communiquer et décider» soulignait initialement la volonté de donner du “sens” au “signe”, en terme d’interprétations et de valeur augmentée vis à vis des traitements adossés à un signal sous toutes ses formes. Ce motto s’avère aujourd’hui plus conforté encore face à l’importance de la donnée, qui devient le vecteur de l’innovation technologique et scientifique, dopée indéniablement par les progrès majeurs de la science dans le domaine de la cognition et de l’intelligence artificielle. La capacité du Lab-STICC d’établir ce lien entre les couches basses et les couches hautes (jusqu’à la coopération Humain-Systèmes complexes) est un atout pour mobiliser ses forces scientifiques, et fédérer des recherches autour des enjeux de la société, tels que le numérique, l’environnement, l’énergie. Le laboratoire se présente sous une forme restructurée au niveau de son projet dans le contexte de cette évaluation HCERES, autour de 9 pôles de recherche, regroupant 26 équipes multi-tutelles. Il s’agit bel et bien d’une architecture basée sur des compétences disciplinaires – les équipes – travaillant de manière coordonnée au sein de pôles suivant des ambitions scientifiques partagées – et aptes à s’articuler de manière transversale autour des défis scientifiques et sociétaux.

Le doctorant sera accueilli par l'équipe SMART du Lab-STICC dont les activités se focalisent autour de l'étude, du développement et de la caractérisation de matériaux pour des applications hyperfréquences. L'équipe dispose de tous les moyens de simulation numérique, de mise en forme de matériaux et de mesures hyperfréquences pour mener à bien des travaux allant de la matière première jusqu'aux applications. La thèse sera dirigée par Vincent Laur, Professeur et responsable de l'équipe SMART, et co-encadrée par Lana Damaj et Sophie Lasquellec.

Etudiant en Master 2 ou en dernière année d’un cycle ingénieur

Domaine physique, électronique ou télécommunications