Academic literature on the topic 'Focalisation en champ proche'

La microscopie de photoémission d’électrons constitue une technique non intrusive d’investigation du champ proche optique. Son domaine d’application actuel autorise une approche physique multidimensionnelle des phénomènes d’optique de champ proche aux échelles spatiale (nm), temporelle (fs) et spectrale (meV).

L'objectif général est de développer un nouvel outil numérique dédié à la focalisation en 3D de l'énergie en zone de champ très proche par un système antennaire. Cet outil permettra de définir la distribution spatiale complexe des champs dans l'ouverture rayonnante afin de focaliser l'énergie sur un volume quelconque en zone de champ réactif. L'hybridation de cet outil avec un code de calcul dédié à l'analyse rapide d‘antennes SIW par la méthode des moments permettra de synthétiser une antenne SIW ad-hoc. Les structures antennaires sélectionnées seront planaires comme par exemple les antennes RLSA (Radial Line Slot Array). Les dimensions de l'antenne (positions, dimensions et nombre de fentes) seront définies à l'aide des outils décrits ci-dessus. Les résultats numériques ainsi obtenus seront validés d'abord numériquement par analyse électromagnétique globale à l'aide de simulateurs commerciaux, puis expérimentalement en ondes millimétriques (mesure en zone de champ très proche). Pour atteindre ces objectifs, nous avons défini quatre tâches principales : Développement d'un outil de synthèse de champ dans l'ouverture rayonnante (formulation théorique couplée à une méthode dite des projections alternées) ; développement d'un outil de calcul rapide (sur la base de traitements par FFT) du champ électromagnétique rayonné en zone de champ proche par une ouverture rayonnante, et retro-propagation ; hybridation de ces algorithmes avec un code de calcul (méthode des moments) en cours de développement à l'IETR et dédié à l'analyse très rapide d'antennes en technologie SIW ; conception d'une preuve ou plusieurs preuves de concept, et validations numérique et expérimentale des concepts proposés
With the demand for near-field antennas continuously growing, the antenna engineer is charged with the development of new concepts and design procedures for this regime. From the microwave and up to terahertz frequencies, a vast number of applications, especially in the biomedical domain, are in need for focused or shaped fields in the antenna proximity. This work proposes new theoretical methods for near-field shaping based on different optimization schemes. Continuous radiating planar apertures are optimized to radiate a near field with required characteristics. In particular, a versatile optimization technique based on the alternating projection scheme is proposed. It is demonstrated that, based on this scheme, it is feasible to achieve 3-D control of focal spots generated by planar apertures. Additionally, with the same setup, also the vectorial problem (shaping the norm of the field) is addressed. Convex optimization is additionally introduced for near-field shaping of continuous aperture sources. The capabilities of this scheme are demonstrated in the context of different shaping scenarios. Additionally, the discussion is extended to shaping the field in lossy stratified media, based on a spectral Green's functions approach. Besides, the biomedical applications of wireless power transfer to implants and breast cancer imaging are addressed. For the latter, an extensive study is included here, which delivers an outstanding improvement on the penetration depth at higher frequencies. The thesis is completed by several prototypes used for validation. Four different antennas have been designed, based either on the radial line slot array topology or on metasurfaces. The prototypes have been manufactured and measured, validating the overall approach of the thesis

The objective of this thesis work is to detect and to characterize three-dimensional targets in a disordered medium, using electromagnetic excitations. This research domain is of great interest in many applications, such as subsoil probing, medical imaging, non-destructive testing and geophysical exploration, etc. In order to extract the target information from the heterogeneities of the medium, we propose to use one of the time reversal technique, namely the DORT method (French acronym for Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel). This method permits us to generate different waves that focus selectively on each target in high noisy environment. Moreover, this method is also combined with a non-linear inversion algorithm, which permits not only to localize but also to characterize the targets. The reconstruction resolution appears to be better than the ones obtained with the DORT or the inversion procedure alone, especially in the illumination direction. It is also shown that using full-polarized data is indispensable for achieving better performances rather than in scalar configuration. Moreover, in the half-space configuration, it is mandatory to use the frequency-diversity data to get an accurate reconstruction. These theoretical developments are also confronted to experimental data measured in the optical domain. A full-polarization Tomographic Diffractive Microscopy (TDM) is implemented and a resolution about one-fourth of the wavelength is thus obtained. Furthermore, the DORT method is applied in TDM to realize selective focalization and characterization. In the presence of multiple targets, selective characterization of each scatterer is achieved.This thesis work also deals with the characterization problem using transient data. Different inversion algorithms are validated using synthetic and experimental hyper-frequency data.

Cette thèse présente les contributions de l'auteur au domaine des ondes non-diffractives. Essentiellement, les ondes non diffractives sont des faisceaux électromagnétiques qui rayonnent une énergie localisée avec une variété d'applications pratiques potentielles. Le travail présenté dans cette thèse peut être divisé en deux parties. Dans la première partie, un nouveau concept de synthèse de lanceurs de faisceaux de Bessel/ondes X à profil spline a été proposé. Tout d'abord, un outil basé sur l'adaptation de mode est présenté. L'outil est capable d'évaluer les paramètres S, les diagrammes de rayonnement en champ proche et lointain de structures métalliques à symétrie azimutale. Ensuite, des lanceurs métalliques à faisceau de Bessel/ à impulsion sont synthétisés à l'aide de cet outil ad hoc. Le concept a été validé expérimentalement en fabriquant et en mesurant un lanceur pour fonctionner dans une gamme de fréquences de 75 à 105 GHz. Le lanceur est la première démonstration d'un lanceur d'ondes X à de telles fréquences. Dans la deuxième partie, nous avons étudié l'utilisation d'ondes non diffractives pour le transfert d'énergie sans fil. Tout d'abord, l'utilisation de faisceaux de Bessel-Gauss pour le WPT est étudiée. Les performances supérieures des faisceaux de Bessel-Gauss par rapport aux faisceaux de Bessel sont démontrées. Un lanceur Bessel-Gauss a été conçu pour valider cette affirmation. Le coefficient de transfert de puissance du lanceur dépasse 50 % pour les distances dépassant sa portée de non diffraction
This thesis present the author’s contributions to the field of non-diffractive waves. Essentially, non-diffractive waves are electromagnetic beams that radiate localized energy with a variety of potential practical applications. The work presented in this thesis can be divided into two parts. In the first part, a novel concept of synthesizing metallic spline profiled Bessel beam/X-wave launchers has been proposed. First, an ad-hoc tool based on mode matching is presented. The tool is capable of evaluating the S parameters, near-, and far-field radiation patterns of metallic structures with azimuthal symmetry. Then, metallic Bessel beam/X-wave launchers are synthesized using the ad-hoc tool. The concept has been experimentally validated by manufacturing and measuring an X-wave launcher operating in a 75-105 GHz frequency range. The fabricated launcher is the first experimental demonstration of an X-wave launcher at such frequencies. In the second part, we have investigated the use of non-diffractive waves for wireless power transfer. First, the use of Bessel-Gauss beams for WPT is investigated. The superior performance of Bessel-Gauss beams compared to Bessel beams is demonstrated. A Bessel-Gauss launcher has been designed for validating this claim. The power transfer coefficient of the launcher exceeds 50% for distances exceeding its non-diffractive range

Les données accumulées sur les mouvements du sol apportent des connaissances très importantes sur les processus de rupture des séismes, les caractéristiques du milieu de propagation, la relation entre le mouvement du sol et les dommages des structures... Cependant, les séismes de faible et moyenne amplitude étant plus fréquents que les grands événements sismiques, les bases de données de mouvements de sol utilisées dans le développement de modèles de prédiction du mouvement du sol ne contiennent pas beaucoup de données de forts séismes. Le point le plus critique concerne les stations proches de la rupture de la faille, pour lesquelles les bases de données restent mal échantillonnées. Les pays à sismicité modérée ou élevée pour lesquels des failles majeures peuvent se briser à proximité de ses grandes villes, sont donc confrontés à un risque sismique majeur, mais le manque d’enregistrements du mouvement ne permet pas une bonne prédiction des mouvements fort du sol. Il est donc nécessaire de simuler le mouvement fort en champ proche. Cette thèse est divisée en 2 parties. La partie 1 se concentre sur une meilleure compréhension de la rupture sismique et de son rapport avec le mouvement du sol proche de la faille. Les mécanismes de génération des valeurs de pics du mouvement du sol sont étudiés pour des ruptures homogènes et hétérogènes. Une analyse quantitative de sensibilité du mouvement du sol aux paramètres cinématiques de la rupture est présentée, pour des sites au voisinage de la rupture ainsi qu’en champ lointain. Un second chapitre est consacré à un effet de source majeur en champ proche: l’effet de directivité. Ce phénomène se produit lorsque la rupture se propage vers un site, avec une vitesse de rupture proche de la vitesse de l'onde de cisaillement Vs; les ondes se propageant vers le sites interfèrent de manière constructive et génèrent une onde de grande amplitude appelée pulse. Les caractéristiques de ce pulse, notamment sa durée, représentent des paramètres d’intérêt pour le génie parasismique. Une équation simple est présentée pour relier la durée du pulse à la configuration géométrique de la rupture et du site d'intérêt et aux paramètres de la source. La partie 2 est consacrée à une meilleure estimation de l’aléa sismique au Liban en simulant le mouvement fort pour des sites proches de la faille principale: la faille de Yammouneh. Le Liban est situé dans un environnement tectonique actif où le risque sismique est considéré comme modéré à élevé. Historiquement, des tremblements de terre destructifs se sont produits dans le passé, le dernier remontant à 1202. Cependant, en raison de la sismicité de grande ampleur actuellement peu fréquente, aucun mouvement fort n'a jamais été enregistré au Liban à ce jour. La faille de Yammouneh est une grande faille en décrochement traversant le Liban du Nord au Sud, situant toutes les villes et infrastructures à moins de 25km de la faille. Une tomographie de la structure de la croûte du Liban, en termes de vitesse des ondes de cisaillement Vs, est réalisée en utilisant le bruit ambiant. À notre connaissance, il s’agit de la première étude de la tomographie Vs 3D au Liban. Par la suite, une approche hybride est utilisée pour simuler le mouvement du sol en champ proche sur une large bande de fréquences (0.1-10Hz). Aux basses fréquences (≤1Hz), des ruptures potentielles de M7 sont simulées (comme définie dans les chapitres précédents), et les fonctions sources obtenues sont convoluées aux fonctions de Green calculées pour le modèle de propagation des ondes issu de la tomographie Vs afin d’estimer le mouvement du sol à proximité de la faille. Le mouvement du sol est complété par un contenu haute fréquence (jusqu’à 10 Hz), en utilisant un modèle stochastique calibré par des enregistrements en champ proche, et en tenant compte de la phase impulsive due à la directivité de la rupture
Accumulated data of strong ground motions have been providing us very important knowledge about rupture processes of earthquakes, propagation-path, site-amplification effects on ground motion, the relation between ground motion and damage... However, most of the ground motion databases used in the development of ground motion prediction models are primarily comprised of accelerograms produced by small and moderate earthquakes. Hence, as magnitude increases, the sets of ground motions become sparse. Ground motion databases are poorly sampled for short source-to-site distance ranges (‘Near-fault’ ranges). However, the strongest ground shaking generally occurs close to earthquake fault rupture. Countries of moderate to high seismicity for which major faults can break in the vicinity of its major cities are facing a major seismic risk, but the lack of earthquake recordings makes it difficult to predict ground motion. Strong motion simulations may then be used instead. One of the current challenges for seismologists is the development of reliable methods for simulating near-fault ground motion taking into account the lack of knowledge about the characteristics of a potential rupture. This thesis is divided into 2 parts. Part 1 focuses on better understanding the seismic rupture process and its relation with the near-fault ground motion. The mechanisms of peak ground motion generating are investigated for homogeneous as well as for heterogeneous ruptures. A quantitative sensitivity analysis of the ground motion to the source kinematic parameters is presented, for sites located in the vicinity of the fault rupture, as well as far from the rupture. A second chapter is dedicated to a major near-fault source effect: the directivity effect. This phenomenon happens when the rupture propagates towards a site of interest, with a rupture speed close to the shear-wave speed (Vs); the waves propagating towards the site adds up constructively and generates a large amplitude wave called the pulse. The features of this pulse are of interest for the earthquake engineering community. In this chapter, a simple equation is presented that relates the period of the pulse to the geometric configuration of the rupture and the site of interest, and to the source parameters.Part 2 is dedicated to better estimate the seismic hazard in Lebanon by simulating the strong ground motion at sites near the main fault (the Yammouneh fault). Lebanon is located in an active tectonic environment where the seismic hazard is considered moderate to high. Historically, destructive earthquakes occurred in the past, the last one dates back to 1202. However, strong motion has never been recorded in Lebanon till now due to the presently infrequent large-magnitude seismicity, and therefore facing an alarming note of potential new ruptures. The Yammouneh fault is a large strike-slip fault crossing Lebanon, making all its regions located within 25km away from the fault. At first, the crustal structure tomography of Lebanon, in terms of Vs, is performed using the ambient noise, in order to characterise the wave propagation from the rupture to the ground surface. To our knowledge, this is the first study of the 3D Vs tomography in Lebanon. Afterwards, a hybrid approach is presented to simulate broadband near-fault ground motion . At low-frequencies (≤1Hz), potential ruptures of M7 are simulated (as defined in the previous chapters), and the generated slip rate functions are convolved with the Green’s functions computed for the propagation medium defined by the Vs tomography. The ground-motion is complemented by a high-frequency content (up to 10Hz), using a stochastic model calibrated by near-fault recordings and accounting for the presence of the directivity pulse. The computed peak ground acceleration is compared to the design acceleration in Lebanon

Les microscopes en champ proche micro-ondes sont des outils émergents pour la caractérisation des matériaux. Dans ce travail, une sonde de champ proche a été conçue, décrite et analysée en termes de performance et de résolution. Cette sonde a été associée à deux microscopes en champ proche micro-ondes. Le premier microscope est basé sur de la réflectométrie en intensité et a permis d'évaluer la qualité et la résolution latérale de la sonde. Cette résolution peut atteindre une dimension sub-longueur d'onde ouvrant la voie pour une caractérisation locale des matériaux. La seconde expérience présente la conception d'un banc de caractérisation des matériaux. Ce système met en œuvre un mélangeur I/Q afin d'extraire l'information en intensité et en phase de l'interaction en champ proche. Enfin, la dernière expérience concerne l'injection électromagnétique en champ proche d'un signal hors-bande sur un module de communication. L'ensemble des résultats montrent que l'expérience d'injection en champ proche a le potentiel pour devenir un outil de métrologie important pour l'étude de la susceptibilité
Microwave near-field microscopes are emerging tools for material characterization. In this work, a near-field probe was designed, described and analyzed in terms of performance and resolution. This probe has been associated with two microscopes in the near microwave field. The first microscope is based on intensity reflectometry and evaluated the quality and lateral resolution of the probe. This resolution can reach a subwavelength dimension, opening the way to local characterization of materials. The second experiment presents the design of a materials characterization bench. This system uses an I/Q mixer to extract information in intensity and phase of near-field interaction. Finally, the last experiment concerns electromagnetic injection in the near field of an out-of-band signal on a communication module. The overall results show that the near-field injection experiment has the potential to become an important metrology tool for susceptibility studies

Une formulation est proposee pour le calcul de la vitesse vibratoire de la plaque soumise a une excitation sinusoidale ponctuelle, en prenant en compte les parametres position et frequence de l'excitation, coefficient d'encastrement et facteur de perte du materiau. L'intensite acoustique rayonnee est determinee en appliquant l'integrale de rayleigh a la plaque discretisee. Simulation numerique : le but de cette simulation est de montrer dans quelle mesure une faible variation d'un des parametres de l'excitation influe sur la vitesse vibratoire de la plaque, sur sa decomposition modale et sur le champ proche rayonne. Etude experimentale : des mesures intensimetriques sont effectuees dans des plans paralleles et perpendiculaires a la plaque. Les formes modales des modes excites apparaissent tres nettement sur les representations graphiques obtenues et les mesures dans des plans verticaux mettent parfaitement en evidence le phenomene de court-circuit acoustique en champ proche. Les resultats de mesure presentent une bonne concordance avec les simulations

Ce memoire de these s'inscrit dans le cadre d'une etude generale theorique sur les amas supportes et sur la microscopie en champ proche. Plusieurs sujets d'etude ont ete abordes, avec des applications soit pour des systemes presentant un interet particulier, soit pour des systemes modeles permettant d'obtenir des regles generales. Nous avons montre que : (i) les amas supportes de rhenium en forme de pointe pyramidale ne sont pas les configurations les plus stables en energie, mais demeurent dans cette geometrie pour des temperatures courantes (ii) l'ordre magnetique au sein d'amas compacts 2d de fe deposes sur un substrat de w depend de la competition entre un couplage magnetique entre les adatomes favorisant l'ordre ferromagnetique et la polarisation induite dans le substrat favorisant l'ordre antiferromagnetique (iii) l'ordre magnetique au sein d'amas compacts 2d de cr supportes par fe(001) depend fortement de leurs tailles et de leurs formes (iv) un modele de spin de type ising permet d'etudier qualitativement le magnetisme ordonne du systeme cr/fe(001) (v) la reconstruction c(4 x 2) d'une surface beta-sic(100) s'explique par le leger abaissement d'un dimere de si sur deux au sein d'une ligne de dimeres (vi) le transport electronique a travers une jonction stm contenant des adsorbats de xe depend fortement de la position de ces adatomes et d'un effet quantique d'interference destructive entre plusieurs canaux de propagation (vii) il semble possible de deplacer de facon controle un atome d'argent sur une surface si(001) avec une pointe de microscope en champ proche (viii) dans un regime de forte compression d'une pointe de rhenium sur une surface de rhenium, on observe la formation d'un pont atomique entre la pointe et la surface, et la restructuration par a-coups de la pointe, chacune de ces reorganisations etant accompagnees de discontinuites de la conductance de la constriction ainsi formee.

Le calcul des performances des antennes repose sur les équations de Maxwell. Cette étude présente les principales équations et formulations indispensables à l’élaboration des codes numériques, en fonction de divers paramètres : le matériau constitutif des antennes, le milieu matériel, le champ proche, le champ lointain, les antennes dipôles, les antennes à ouverture, etc.

La surveillance par télédétection en champ rapproché (sol, drone …) partage de nombreux points communs avec la télédétection spatiale, traitée dans un autre chapitre. Mais elle offre aussi une gamme d'approches plus riche en raison de la plus grande facilité de mise en œuvre et d'expérimentation et elle permet d'atteindre des résolutions très fines. Ce chapitre fait le point sur les principales méthodes actuelles de la télédétection en champ proche.

Les spectroscopies d’absorption infrarouge et de diffusion Raman, très riches en informations physico-chimiques, souffrent cependant d’une faible sensibilité. En effet, il est difficile par des moyens d’optique classique d’aller sonder en solution ou de caractériser des nano-objets dilués. Il existe cependant plusieurs stratégies pour contourner ce problème en spectroscopie de diffusion Raman et ce chapitre propose de décrire brièvement et de manière non exhaustive ces principales possibilités. Nous présenterons dans la première partie les moyens pour augmenter les sections efficaces de diffusion des systèmes à étudier et dans une deuxième partie les moyens pour augmenter les champs électriques à proximité des molécules en utilisant des propriétés plasmoniques de nanostructures métalliques en champ proche optique.

Le lait a une place importante dans le régime alimentaire d’un certain nombre de nos sociétés modernes, en particulier sur le continent européen. Pourtant, le lait n’est entré dans notre régime alimentaire que tardivement. En effet, ce n’est qu’avec la domestication des bovins, brebis et chèvres il y a plus de 10 000 ans, que l’homme a commencé à consommer du lait. Le lait frais est riche en lactose, le « sucre du lait », et sa consommation par des individus qui y sont intolérants peut provoquer des troubles digestifs. Pourtant, de nos jours, un adulte sur trois dans le monde peut digérer le lactose grâce à la production de l’enzyme lactase permettant l’hydrolyse du lactose en glucose et galactose. En Europe, la production de lactase à l’âge adulte est due à une seule mutation (-13910*T) dans le génome humain. Cette adaptation à la consommation de lait frais depuis la Préhistoire suggère une pression de sélection forte dans la population européenne. Tandis que l’analyse d’ADN ancien d’individus du début du Néolithique n’a pas permis de détecter cet allèle, il apparaît chez une proportion plus importante d’individus plusieurs millénaires après la domestication des bovins et caprinés. Outre les analyses génétiques permettant de détecter si les premiers agriculteurs avaient la capacité de digérer le lactose, la problématique de l’exploitation du lait pendant la préhistoire peut être abordée à partir des restes des animaux domestiques. L’étude des ossements animaux découverts sur les sites archéologiques permet d’avoir accès aux stratégies d’abattage des bovins et caprinés, et donc à la gestion démographique des troupeaux. Les courbes d’abattage ont permis de montrer que les caprinés étaient exploités pour leur lait dès le Néolithique précéramique. D’autres méthodes complémentaires des courbes d’abattage, les analyses isotopiques des restes dentaires animaux (bovins et caprinés), permettent d’établir la saisonnalité des naissances et l’âge au sevrage. Bien que relativement récentes, ces études ont déjà montré un sevrage précoce des veaux dans certains sites néolithiques, probablement en lien avec une durée de lactation plus courte chez les vaches néolithiques. L’étude de tessons de poterie est aussi un champ d’investigation précieux pour examiner les débuts de l’exploitation laitière. L’identification de lipides issus de lait dans des poteries du VIIe millénaire a permis de montrer que le lait était bien une denrée alimentaire au Proche-Orient. De même, la présence de résidus laitiers dans des récipients perforés découverts dans des sites archéologiques du début du Ve millénaire a permis d’identifier la production de fromages. Les approches génétique, archéozoologique et biomoléculaire restent complémentaires pour élucider les débuts de l’histoire de l’exploitation laitière.

Les propriétés biologiques des céramiques phosphocalciques, dont l’hydroxyapatite, de composition chimique proche de celle de l’os minéral ne sont pas suffisantes pour répondre à l’ensemble des besoins en médecine régénérative osseuse. Pour en améliorer les performances biologiques plusieurs leviers d’actions existent à différents niveaux de la chaîne d’élaboration de ces biomatériaux. Or, chaque maillon de cette chaîne correspond à un champ disciplinaire spécifique lié à un domaine scientifique différent (ex : chimie des matériaux vs. biologie). L’organisation de la recherche menée à l’IRCER autour de cette thématique est donc le reflet de cette transdisciplinarité. Elle implique une perméabilité et un dialogue constant entre les disciplines et permet la maîtrise de la recherche depuis la synthèse du matériau jusqu’à l’évaluation de ses performances biologiques.