VAgues déFerlantes et diffusion ElectroMagnétique : modélisation, simulation et analyse couplée (VAFEM)

Dans les domaines de la surveillance ou de la télédétection en milieu maritime,  l'analyse des données recueillies par des systèmes de mesures électromagnétiques (en particulier les systèmes radar) constitue un enjeu de premier plan. L'objectif principal est  l'identification et l'interprétation des signatures électromagnétiques des différentes composantes de la scène d'observation (navires, éléments de côtes, surface de mer...). Dans ce contexte, les vagues déferlantes, générées par des vents forts ou par la proximité des côtes (variation bathymétrique), induisent des signatures très visibles et très informatives mais aussi complexes à analyser, notamment pour des ondes électromagnétiques émises en incidence rasante. La complexité de ces signatures est liée d'une part à la physique non linéaire du fluide qui génère des déformations importantes et des variations temporelles rapides de la surface de mer, et d'autre part à la diffusion de l'onde électromagnétique par une surface rugueuse aléatoire contenant des formes ayant de très fortes courbures et cavités.

Le programme de thèse s'articule autour de trois volets complémentaires. Le premier concerne la génération des vagues déferlantes en mouvement, le second porte sur l'estimation de la signature EM des vagues générées et enfin un volet important est dédié à l'analyse des signaux reçus. Les retombées scientifiques attendues s'inscrivent dans la perspective de la surveillance maritime et aussi au sens large de la télédétection opérationnelle en environnement maritime.

Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de réaliser des simulations numériques de diffusion électromagnétique par des vagues déferlantes. D'un point de vue de la mécanique des fluides, la génération, la propagation et les instabilités de la houle est un problème compliqué dès lors que l'on atteint de fortes cambrures et plus encore s'il se produit le déferlement. Le code de génération des vagues est développé à l'ENSTA Bretagne. Il fait l'objet de développements continus. Ce code sera utilisé pour la génération des profils de vagues dont on cherchera à calculer la signature électromagnétique. D'un point de vue électromagnétique, la diffusion des ondes radar par ce genre de surface fluide fortement distordue est également un problème très compliqué. Toutefois, la difficulté majeure ne réside pas dans le fait de réaliser la simulation uniquement pour un profil de vague déferlante donné, mais de réaliser cette simulation à chaque instant pour un profil qui évolue dynamiquement. C'est là, l'enjeu principal de cette thèse que de résoudre le problème d'évolution temporel de la diffusion électromagnétique par de la houle fortement non linéaire.

En pratique on cherche à combiner les supports de discrétisation pour la résolution temporelle des problèmes de mécanique des fluides et d'électromagnétisme via des méthodes de singularités.  Cette combinaison permettra de décrire  l'évolution temporelle du champ électromagnétique en fonction de la dynamique des vagues. Sur la base des développements numériques réalisés, on se concentrera aussi sur l'optimisation et la validation des algorithmes. Un des objectifs de la thèse est de concevoir des outils robustes et rapides.

Grande école d'ingénieurs et centre de recherche pluridisciplinaire, ENSTA Bretagne dispense des formations et mène des activités de recherche de haut niveau en technologies de l'information et de la communication, sciences mécaniques et sciences humaines pour l'ingénieur. Avec l'Ecole polytechnique, ENSTA Paris et ISAE-SUPAERO, ENSTA Bretagne fait partie du groupe des écoles d'ingénieurs sous tutelle de la Direction Générale de l'Armement (DGA), elle-même rattachée au ministère des Armées. Ces grandes écoles d'ingénieurs partagent une culture de l'exigence et de l’excellence qui fondent leur solide réputation internationale.

Les deux laboratoires LABSTICC et IRDL sont associés à cette thèse.

Le Lab-STICC, fort de son rattachement à l'institut INS2I du CNRS, 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...

L'Institut de recherche Dupuy De Lôme (IRDL) est une Unité Mixte de Recherche CNRS. Laboratoire référent des systèmes mécaniques en Europe liées à l'ingénierie des matériaux et des systèmes utilisés dans les secteurs industriels liés à l'automobile, l'énergie, l'aéronautique, la santé, aux transports et plus particulièrement tous les domaines en interaction dynamique avec le milieu marin, telles que la construction navale et offshore, les énergies marines.

Etudiant.e (troisième année d'école d'ingénieurs, M2 ou BAC+5) en physiques (modélisation électromagnétique, voire multi-physique) et/ou mathématiques numériques. La thèse est financée par l'Agence de l'Innovation de Défense; le.la thésard.e doit doit avoir la citoyenneté européenne.