Le Bureau des Études Doctorales a le plaisir de vous informer que

Madame Zainab GUERRAOU

Doctorante au laboratoire M.I.O. rattaché à l’école doctorale 548 « Mer et Sciences », sous la direction de Monsieur Charles-Antoine GUERIN, Professeur des Universités, Université de Toulon (France) soutiendra publiquement sa thèse préparée en cotutelle en vue de l’obtention du Doctorat de Physique sur le thème suivant :

Le mardi 26 septembre 2017 à 11h00,

à l’Université de Toulon – Campus de La Garde – Amphithéâtre - Bâtiment X –

devant un jury composé de :

• M. Christophe Bourlier, Directeur de recherche CNRS-Laboratoire IETR, Rapporteur
• M. Gabriel Soriano, Maître de conférences HDR-Institut Fresnel, Rapporteur
• M. Marc Saillard, Professeur des Universités-MIO, Examinateur
• Mme. Hélène Oriot, Maître de Recherche-ONERA, Examinateur
• M. Richard Dusseaux, Professeur des Universités-LATMOS, Examinateur
• M. Charles-Antoine Guérin, Professeur des Universités, Directeur de thèse
• M. Sébastien Angelliaume, Ingénieur de recherche ONERA, Co-encadrant

Résumé

Un nombre croissant de données satellitaires et aéroportées acquises dans le domaine micro-ondes sur la surface de mer est aujourd’hui disponible. L’interprétation correcte de ces observations dépend d’une part de la précision des modèles de diffusion électromagnétiques, et d’une autre part de la maîtrise des propriétés hydrodynamiques et statistiques de la surface. Ces dernières années ont connu une amélioration considérable des modèles électromagnétiques et spectraux. Cependant, certains phénomènes sont encore mal compris et non pris en compte par ces modèles. En particulier, la variation angulaire de la rétrodiffusion par la surface de mer est à ce jour non totalement caractérisée et modélisée. Ce travail de thèse concerne l’étude de cette variation azimutale et des asymétries directionnelles de la surface de mer. Une première étape consiste à effectuer une analyse expérimentale en se basant sur les données de la littérature mais également sur d’autres jeux de données acquises par l’ONERA et le DSTO. Cette analyse permet de caractériser les asymétries directionnelles en fonction de la géométrie d’observation, l’état de mer et la fréquence électromagnétique. Une seconde étape consiste à proposer des mécanismes physiques pouvant être à l’origine des asymétries directionnelles. L’asymétrie upwind-crosswind étant essentiellement liée à la fonction d’étalement du spectre directionnel, notre étude théorique a principalement porté sur la caractérisation de l’asymétrie upwind-downwind. Nous étudions l’influence de la prise en compte des formes déferlantes, initialement à travers des formes simples de vagues fortement asymétriques, et ensuite à travers une distribution de pentes expérimentale prenant en compte ces formes de vagues. Les asymétries obtenues par un modèle deux-échelles prenant en compte ces formes de vagues sont en accord qualitatif avec les asymétries observées pour les bandes de fréquences X et L. Une étape supplémentaire consiste ensuite à calculer les asymétries obtenues par un code de diffusion rigoureux sur des profils numérisés d’une expérience en soufflerie et permet la validation des résultats obtenus avec un modèle deux-échelles.

Mot clés : Rétrodiffusion micro-onde, variation azimutale, asymétries directionnelles

Microwave backscattering from the sea surface at large incidence angles : a joint theoretical and experimental approach

Summary

An increasing number of airborne and space-born data acquired in the microwave regime on the sea surface is now available. The appropriate interpretation of these observations depends on the precision of the electromagnetic scattering models as well as the knowledge of hydrodynamic and statistical properties of the sea surface. A considerable improvement has been realized in electromagnetic and spectral models in the recent years. However, some phenomena are still poorly understood and not correctly taken into account in these models. In particular, the angular variation of the sea surface is still not totally characterized and modeled. This PhD work concerns the study of this azimuthal variation and the related directional asymmetries. A first step consists in carrying out an experimental analysis based on data of the literature and other datasets acquired by ONERA and DSTO. This analysis enables the characterization of the directional asymmetries with respect to acquisition geometry, sea state and electromagnetic frequency. A second step consists in suggesting and testing physical mechanisms that may be at the origin of these directional asymmetries. As the upwind-crosswind asymmetry is essentially related to the spreading function of the directional spectrum, our theoretical study focused on the study of the upwind-downwind asymmetry. We investigate the influence of the presence breaking waves, initially through simple forms of strongly asymmetric waves, and then through an experimental slope distribution including these wave forms. The asymmetries obtained by a two-scale model taking into account these wave forms are in qualitative agreement with the asymmetries observed at X and L bands. A further step consists in calculating the asymmetries using a rigorous model on digitized wind tank experiment profiles and allows the validation of the results previously obtained using a two-scale model.

Keywords : Microwave backscattering, azimuthal variation, directional asymmetries.