Employeur : CNRS
Location : Laboratoire d’Electronique, Antennes et Télécommunications, UCA – UMR CNRS 7248.
Ecole doctorale : ED STIC (Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication), Université Côte d’Azur.
Description du sujet :
Le LEAT a acquis une compétence internationale reconnue dans le domaine des antennes et de leurs applications. Une de ses activités de recherche consiste à développer des outils de calcul pour la simulation de problèmes électromagnétiques dont la complexité ne permet pas toujours l’utilisation des logiciels commerciaux.
Cette complexité est en grande partie liée au caractère multi-échelle des problèmes rencontrés lorsqu’il s’agit d’étudier les antennes dans leur environnement. C’est le cas du domaine des transmissions aux très basses fréquences (VLF/LF) pour lesquelles la simulation d’antennes s’avère particulièrement difficile du fait de la différence d’ordre de grandeur entre les longueurs d’onde (10 à 100 km), la taille des composants couramment utilisés dans ces structures (câble de 1 cm de diamètre) et l’étendue des antennes (sur une surface de l’ordre du km2). Les antennes VLF/LF sont également très sensibles à la nature inhomogène et à la topologie irrégulière des sols environnants. Les développements effectués au cours de ces dernières années sur le code de calcul TLM (transmission Line matrix) du LEAT ont abouti à un logiciel de simulation électromagnétique intégrant un modèle de fil mince arbitrairement orienté avec composants électroniques localisés et un modèle de milieux dispersifs. Il s’est révélé être une alternative très compétitive par rapport au logiciel commercial FEKO (traditionnellement bien adapté à la simulation d’antennes VLF/LF) en termes de ressources informatiques pour des antennes déployées sur des sols complexes.
Le modèle conceptuel de base pour une antenne d’émission VLF-LF est un monopôle électrique vertical placé sur un plan de sol parfaitement conducteur. Pour des antennes d’émission fonctionnant encore plus bas en fréquence, du fait de longueurs d’onde extrêmement importantes, les structures couramment utilisées sont horizontales et utilisent les caractéristiques de l’environnement pour optimiser leur rendement. Ces modèles d’antenne sont dictés par des raisons techniques et financières afin d’obtenir le meilleurs compromis coût – efficacité de rayonnement. Différents modèles ont été imaginés et étudiés [Keiser-74] tels que des antennes utilisant les caractéristiques de conductivité du sol, le relief d’une île ou celui d’une montagne. La modélisation de telles structures constitue un défi pour les méthodes numériques par la prise en compte précise des caractéristiques de l’environnement nécessaire à l’évaluation des rendements. Cela viendra compléter les études analytiques effectuées jusqu’à présent et qui n’ont pu considérer que des fils verticaux ou horizontaux au-dessus de sols plats afin de limiter la complexité du problème. Il pourra être également nécessaire de tenir compte de la proximité des couches basses de l’ionosphère dont les interfaces se situent entre 60Km et 90Km d’altitude (inférieure à la longueur d’onde) en fonction des périodes diurnes et nocturnes.
Concernant l’aspect numérique en particulier, le caractère multi-échelle sera amplifié compte-tenu des longueurs d’onde mises en jeu et supérieures à 100Km. Cela nécessitera de mettre en œuvre des maillages variables (structurés et/ou non conformes) afin de tenir compte des discontinuités liées aux profils irréguliers des interfaces (air/sol et sols inhomogènes) et très proches des fils rayonnants. Bien que le nouveau modèle TLM de fil mince arbitrairement orienté soit implicitement compatible avec un maillage variable, il n’a pour l’instant été évalué que dans le cas d’un maillage cubique. Il s’agira donc de le faire fonctionner avec le maillage variable structuré déjà existant dans le code TLM et de l’étendre éventuellement au maillage non conforme.
Durée : 3 ans
Compétences souhaitées : Electromagnétisme, méthodes numériques, antennes.
Contacts : jean-lou.dubard@univ-cotedazur.fr