Interprétation et modélisation de mesures à distance de la surface marine dans le domaine micro−onde PDF Download
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Author: Sébastien Guimbard
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Category :
Languages : fr
Pages : 240
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Book Description
Cette thèse présente une étude générale sur l'utilisation et l'interprétation de mesures à distance de la surface océaniques dans le domaine micro-onde dans le but de caractériser les effets de la rugosité de surface sur l’émissivité. Une revue synthétique des théories électromagnétiques de diffusion/émission par/de la surface marine est proposée. Les liens théoriques entre les mesures à distance actives et passives sont rappelés et discutés. Basé sur l'analyse des modèles électromagnétiques et de différents jeux de données actives et passives, un modèle semi-empirique de la variation d'émissivité en fonction de la rugosité de la surface a été développé. Celui-ci caractérise de manière empirique les changements d’émissivité en fonction du coefficient de réflexion de Fresnel et de deux paramètres statistiques de la surface. Sur la base de cette paramétrisation, une méthodologie est proposée pour quantifier les impacts de la rugosité de la surface océanique sur la température de brillance observée dans les nouvelles données du satellite SMOS.
Author: Sébastien Guimbard
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Category :
Languages : fr
Pages : 240
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Book Description
Cette thèse présente une étude générale sur l'utilisation et l'interprétation de mesures à distance de la surface océaniques dans le domaine micro-onde dans le but de caractériser les effets de la rugosité de surface sur l’émissivité. Une revue synthétique des théories électromagnétiques de diffusion/émission par/de la surface marine est proposée. Les liens théoriques entre les mesures à distance actives et passives sont rappelés et discutés. Basé sur l'analyse des modèles électromagnétiques et de différents jeux de données actives et passives, un modèle semi-empirique de la variation d'émissivité en fonction de la rugosité de la surface a été développé. Celui-ci caractérise de manière empirique les changements d’émissivité en fonction du coefficient de réflexion de Fresnel et de deux paramètres statistiques de la surface. Sur la base de cette paramétrisation, une méthodologie est proposée pour quantifier les impacts de la rugosité de la surface océanique sur la température de brillance observée dans les nouvelles données du satellite SMOS.
Author: Isabelle Sherjal
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Category :
Languages : fr
Pages : 232
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Book Description
L'objectif des études en télédétection au laboratoire de glaciologie et de géophysique de l'environnement est de pouvoir mesurer de l'espace les paramètres géophysiques importants caractérisant la surface des calottes polaires, tels que les zones de fonte, la température et l'accumulation de neige. De plus, les mesures satellitaires dans le domaine des micro-ondes offrent l'avantage d'être peu sensibles aux effets atmosphériques et de fournir des informations sur une épaisseur du manteau neigeux de quelques centimètres a plusieurs mètres. Un modèle semi-empirique base sur le transfert radiatif et un modèle thermodynamique simple ont permis, moyennant l'hypothèse d'une émissivite constante et l'ajustement du coefficient d'extinction dans le milieu, de reconstruire les températures de brillance mesurées par le satellite (données ssm/i), a partir des seules températures de l'air dont nous disposions. cette méthode a été testée sur deux sites d'antarctique présentant des caractéristiques de neige différentes. ce modèle a ensuite été inverse de façon a déterminer la température de surface de la neige a partir des mesures satellitaires. Le problème est actuellement sous déterminé, cependant les résultats sont prometteurs. De manière a valider les modèles, nous avons acquis simultanément, en un site glaciaire du massif du Mont-Blanc, des mesures radiométriques a plusieurs fréquences et angles d'incidence, avec le radiomètre Portos du Cnes, fixé a une télécabine, et des mesures des caractéristiques du manteau neigeux. Ces mesures ont été étalonnées, corrigées de l'angle local d'incidence, l'effet du diagramme d'antenne sur la mesure angulaire a été évalué. Elles ont alors été comparées aux valeurs simulées par un modèle d'émissivite de la neige pour un milieu uniforme et stratifie et a un modèle de transfert radiatif. Les problèmes de caractérisation de la structure de la neige pour les micro-ondes et de modélisation de la diffusion par les cristaux ont été soulevés.
Author: Igor V. Cherny
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Category : Science
Languages : en
Pages : 226
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Book Description
Passive Microwave Remote Sensing of Oceans Igor V. Cherny and Victor Yu. Raizer In Passive Microwave Remote Sensing of Oceans, the detailed results of more than 20 years of experimental and theoretical investigations in the field of ocean remote sensing, utilising microwave radiometric techniques and multi-frequency aerospace instruments, are presented. Experimental results presented in this book to some extent contradict the traditional view that microwave radiometry and, in particular, millimetre-wave frequencies are not useful for remote sensing of oceans. The authors show that studies of the ocean and atmosphere as a coupled system, and of processes occurring at the ocean surface and in deep water, can be reliably evolved using compact passive radiometric sensors. They further demonstrate that for studies of global, large-scale and local processes in the ocean-atmosphere system, only the combination of microwave and optical techniques will reveal the spatial structure and dynamics of the ocean surface at scales from centimetres to several hundred metres. The text first introduces ocean surface phenomena, discussing the ocean-atmosphere interface, the classification of surface waves, the generation and statistics of wind waves, and wave-breaking and foaming processes. The microwave emission characteristics of the ocean surface are then described, and the influence of wind waves, bubble-foam-spray coverage, oil spills and sea ice are discussed. The instruments and methods used for passive microwave remote sensing of the oceans from both aircraft and from satellites are reviewed. Microwave observations of processes in the ocean-atmosphere system are then described in detail, incorporating a new approach for microwave diagnostics of deep-ocean processes. Examples presented include the Rossby soliton, frontal zone in the Kurosio region, influence of brief showers on the subsurface layer, and interaction of tropical cyclones with the ocean during their origin and subsequent trajectories over the ocean surface. Readership: Undergraduate and postgraduate students studying remote sensing, marine science, oceanography, geography, geophysics, meteorology, climatology, atmospheric physics and environmental science. Professional oceanographers and those interested in oceanographic remote sensing processes and their applications, marine scientists and engineers, environmental scientists, and those studying the ocean-atmosphere system.
Author: Alexandra Bringer
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Languages : fr
Pages : 0
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De plus en plus de données satellitales ou aéroportées acquises au dessus de la surface de la mer sont disponibles notamment dans la gamme micro-ondes. Pour interpréter correctement ces données, il est nécessaire de disposer d'une part d'un modèle de diffusion qui soit capable de prendre en compte l'aspect multi-échelles de la surface de mer et d'autre part une bonne représentation spectrale de la surface de mer. Ces dernières années, plusieurs modèles de diffusion électromagnétiques unifiés (capables de prendre en compte la diffusion électromagnétique pour les petites et grandes vagues) ont été développés sous statistiques gaussiennes de la surface de mer. Cependant, ces modèles sont insuffisants pour interpréter les observations lorsque différents jeux de données (multi-bande et multi-incidence) sont confrontés. Le plus de cette thèse est de progresser dans une modélisation cohérente de ces données radar.La première étape est d'incorporer les aspects non-gaussiens de la surface de mer, connus pour influer significativement sur la section efficace de rétrodiffusion (SER). Cela est réalisé dans le cadre du modèle électromagnétique "Weighted Curvature Approximation » (WCA) en introduisant le kurtosis des pentes et en se limitant à la SER omnidirectionnelle et à la polarisation verticale.Ces corrections permettent une meilleure modélisation de la section efficace radar mais ne sont pas suffisantes pour obtenir un accord avec les données dans toutes les configurations (bande, incidence, vent). Cela suggère une amélioration nécessaire du spectre des vagues courtes, qui fait l'objet de la deuxième partie de ces travaux de recherche.Un nouveau spectre omnidirectionnel est calculé afin d'obtenir une meilleure modélisation de la SER omnidirectionnelle en polarisation verticale tout en respectant des contraintes a priori sur les pentes mesurées par des techniques optiques. Ce spectre s'avère assez semblable au spectre unifié d'Elfouhaily, avec quelques différences notables cependant dans la gamme des échelles décimétriques.
Author: Isabelle Sherjal
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Languages : fr
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L'objectif des études en télédétection au laboratoire de glaciologie et de géophysique de l'environnement est de pouvoir mesurer de l'espace les paramètres géophysiques importants caractérisant la surface des calottes polaires, tels que les zones de fonte, la température et l'accumulation de neige. De plus, les mesures satellitaires dans le domaine des micro-ondes offrent l'avantage d'être peu sensibles aux effets atmosphériques et de fournir des informations sur une épaisseur du manteau neigeux de quelques centimètres a plusieurs mètres. Un modèle semi-empirique base sur le transfert radiatif et un modèle thermodynamique simple ont permis, moyennant l'hypothèse d'une émissivite constante et l'ajustement du coefficient d'extinction dans le milieu, de reconstruire les températures de brillance mesurées par le satellite (données ssm/i), a partir des seules températures de l'air dont nous disposions. cette méthode a été testée sur deux sites d'antarctique présentant des caractéristiques de neige différentes. ce modèle a ensuite été inverse de façon a déterminer la température de surface de la neige a partir des mesures satellitaires. Le problème est actuellement sous déterminé, cependant les résultats sont prometteurs. De manière a valider les modèles, nous avons acquis simultanément, en un site glaciaire du massif du Mont-Blanc, des mesures radiométriques a plusieurs fréquences et angles d'incidence, avec le radiomètre Portos du Cnes, fixé a une télécabine, et des mesures des caractéristiques du manteau neigeux. Ces mesures ont été étalonnées, corrigées de l'angle local d'incidence, l'effet du diagramme d'antenne sur la mesure angulaire a été évalué. Elles ont alors été comparées aux valeurs simulées par un modèle d'émissivite de la neige pour un milieu uniforme et stratifie et a un modèle de transfert radiatif. Les problèmes de caractérisation de la structure de la neige pour les micro-ondes et de modélisation de la diffusion par les cristaux ont été soulevés.
Author: Ludovic Brucker
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Languages : en
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La cryosphère a un rôle essentiel dans le système climatique entre autre parce qu'elle réfléchit une fraction importante de l'énergie solaire parvenant à la surface de la Terre et qu'elle contient une grande quantité d'eau douce sous forme solide. Du fait de la grande sensibilité de la cryosphère aux variables climatiques comme la température et les précipitations, les différents éléments de la cryosphère, tels que la calotte polaire Antarctique et la neige saisonnière dans les régions subarctiques, sont des indicateurs du changement climatique global. Toutefois, nos connaissances des régions polaires restent limitées par un manque d'observation in situ qui s'explique par l'isolement de ces régions et les conditions météorologiques difficiles. L'analyse de ces observations éparses peut être renforcée grâce à la télédétection spatiale et ainsi réduire les incertitudes sur les tendances climatiques observées aux hautes latitudes. En effet, la télédétection permet des observations continues et à grande échelle des régions polaires et subpolaires. La télédétection passive, en particulier dans le domaine spectral des micro-ondes, est adaptée à l'interprétation et au suivi des propriétés physiques du manteau neigeux. Effectivement, le rayonnement micro-onde émane du sol ou du manteau neigeux lui-même, puis se propage jusqu'à la surface. Ainsi, le rayonnement émergeant contient de l'information sur les variations verticales des propriétés de la neige, telles que la température ou les propriétés de microstructure (taille de grains et densité). Ces trois propriétés de la neige déterminent l'émission micro-onde d'un manteau sec. Lorsqu'il est humide, la teneur en eau liquide devient par contre la propriété dominant l'émission. Les évolutions temporelles et les variations verticales de ces différentes propriétés sont définies par la métamorphose. Leur lien avec l'émission micro-onde est considéré dans le transfert radiatif. Cette thèse a pour objectif d'expliquer l'émission micro-onde de la neige par voie de modélisation afin de comprendre l'évolution des principales propriétés physiques de la neige. Le transfert radiatif dans la neige a été calculé avec les modèles multicouches Microwave Emission Model of Layered Snowpacks (MEMLS) et MultiLayered Dense Media Radiative Transfer (DMRT-ML), s'appuyant sur des approches respectivement semi-empirique et théorique. Les profils stratigraphiques de la neige utilisés en entrée ont été mesurés, estimés de façon aléatoire, modélisés avec une relation simple de la métamorphose ou avec le modèle d'évolution thermodynamique de la neige Crocus. Ces modèles et approches ont été appliqués sur deux types de manteau neigeux, permanent en Antarctique et saisonnier au Québec. Dans le premier cas, l'évolution temporelle de la température de brillance a été modélisée localement, à Dôme C, à partir de mesures in situ des propriétés de la neige. Dans cette approche, l'émissivité est modélisée à partir de mesures et reste par conséquent applicable localement. Pour modéliser l'émissivité à l'échelle de l'Antarctique, différents profils synthétiques de taille de grains et de densité ont été testés. Dans tous les cas, la variation verticale de la taille de grains est apparue déterminante pour prévoir l'émissivité en polarisation verticale. Cette sensibilité a été exploitée pour estimer à l'échelle du continent cette variable glaciologique importante. Le profil de densité et les propriétés de surface déterminent quant à eux l'écart entre les polarisations verticale et horizontale. L'émission micro-onde d'un manteau saisonnier au Québec a également été abordée. La spécificité de l'étude est de prévoir l'évolution temporelle de la température de brillance avec un modèle d'évolution thermodynamique de la neige couplé à un modèle de transfert radiatif micro-onde, ici Crocus-MEMLS. Cette approche a permis d'interpréter finement l'évolution temporelle des températures de brillance mesurées avec un radiomètre au sol et de mettre en doute certaines relations physiques du modèle Crocus. Les résultats ont mis en évidence la complexité du signal micro-onde pour des manteaux évoluant rapidement à des températures proches du point de fusion.
Author: Zaynab Guerraou
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Languages : fr
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Book Description
Un nombre croissant de données satellitaires et aéroportées acquises dans le domaine micro-ondes sur la surface demer est aujourd'hui disponible. L'interprétation correcte de ces observations dépend d'une part de la précision desmodèles de diffusion électromagnétiques, et d'une autre part de la maîtrise des propriétés hydrodynamiques etstatistiques de la surface. Ces dernières années ont connu une amélioration considérable des modèlesélectromagnétiques et spectraux. Cependant, certains phénomènes sont encore mal compris et non pris en comptepar ces modèles. En particulier, la variation angulaire de la surface de mer est à ce jour non totalement caractériséeet modélisée. Ce travail de thèse concerne l'étude de cette variation azimutale et des asymétries directionnelles de lasurface de mer. Une première étape consiste à effectuer une analyse expérimentale en se basant sur les données dela littérature mais également sur d'autres jeux de données acquises par l'ONERA et le DSTO. Cette analysepermettra de caractériser les asymétries directionnelles en fonction de la géométrie d'observation, l'état de mer et lafréquence électromagnétique. Une seconde étape consiste à proposer des mécanismes physiques pouvant être àl'origine des asymétries directionnelles. L'asymétrie upwind-crosswind étant essentiellement liée à la fonctiond'étalement du spectre directionnel, notre étude théorique a principalement porté sur la caractérisation del'asymétrie upwind-downwind. Nous étudions l'influence de la prise en compte des formes déferlantes, initialementà travers des formes simples de vagues fortement asymétriques, et ensuite à travers une distribution de pentesexpérimentale prenant en compte ces formes de vagues. Les asymétries obtenues par un modèle deux-échellesprenant en compte ces formes de vagues sont en accord qualitatif avec les asymétries observées pour les bandes defréquences X et L. Une étape supplémentaire consiste ensuite à calculer les asymétries obtenues par un code dediffusion rigoureux sur des profils numérisés d'une expérience en soufflerie et permet la validation des résultatsobtenus avec un modèle deux-échelles.
Author: Jean-Pierre Wigneron
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Languages : fr
Pages : 59
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Book Description
DANS LE CADRE DES OBSERVATIONS SPATIALES DE LA SURFACE TERRESTRE, L'INTERET DES MESURES RADIOMETRIQUES HYPERFREQUENCES POUR LE SUIVI DES CARACTERISTIQUES D'UN COUVERT VEGETAL EST ANALYSE DANS CE TRAVAIL. LA MESURE MICRO-ONDE PASSIVE PRESENTE L'AVANTAGE D'UNE FAIBLE SENSIBILITE AUX EFFETS ATMOSPHERIQUES ET SOLAIRES ET D'UNE SENSIBILITE ELEVEE A UN LARGE EVENTAIL DE PARAMETRES DE LA COUVERTURE VEGETALE ET DU SOL, DE FACON DIFFERENCIEE EN FONCTION DE LA FREQUENCE ET DE LA POLARISATION DU SIGNAL EMIS. DEUX MODELES PHYSIQUES CONTINU ET DISCRET ONT ETE DEVELOPPES POUR ENTREPRENDRE CETTE ANALYSE. LES DEUX MODELES SE FONDENT SUR UNE RESOLUTION IDENTIQUE DES EQUATIONS DE TRANSFERT RADIATIF DANS UNE STRATE DE VEGETATION. DANS L'APPROCHE CONTINUE, LA DIFFUSION AU SEIN DU COUVERT VEGETAL EST RELIEE AUX FLUCTUATIONS DIELECTRIQUES INTRINSEQUES DU MILIEU. DE FACON TRES COMPLEMENTAIRE, L'APPROCHE DISCRETE PREND EN COMPTE LES CARACTERISTIQUES DIELECTRIQUES ET GEOMETRIQUES FINES DES DIFFUSEURS VEGETAUX EN TERMES DE PERMITTIVITE, DIMENSION, FORME ET DISTRIBUTION D'ORIENTATION. LES DONNEES SIMULEES PAR CES DEUX APPROCHES SONT COMPAREES A DES MESURES ACQUISES SUR COUVERT DE SOJA. EN SE FONDANT SUR L'ETUDE CONJOINTE DES DONNEES MESUREES ET SIMULEES, LES POTENTIALITES ET LES CONFIGURATIONS OPTIMALES DE LA RADIOMETRIE HYPERFREQUENCE POUR ESTIMER LES PARAMETRES DE SURFACE (TENEUR EN EAU DU SOL ET DE LA VEGETATION, BIOMASSE, TEMPERATURE...) SONT ANALYSEES. UNE ETUDE PORTANT SUR LE COUPLAGE DU MODELE MICRO-ONDE DISCRET ET D'UN MODELE DE SIMULATION DES ECHANGES ENERGETIQUES ET HYDRIQUES D'UN COUVERT VEGETAL A ETE CONDUITE. L'EVOLUTION DE L'EMISSION MICRO-ONDE D'UNE CULTURE DE SOJA, EN FONCTION DES CARACTERISTIQUES DU COUVERT ET DE DONNEES METEOROLOGIQUES, A ETE ANALYSEE A L'ECHELLE HORAIRE ET JOURNALIERE. LE MODELE COUPLE EST EGALEMENT UN OUTIL INTERESSANT POUR ANALYSER LA SYNERGIE ENTRE LES MESURES EFFECTUEES DANS LES DIFFERENTS DOMAINES DU SPECTRE
Author: Eric Mougin
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Languages : fr
Pages : 231
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Book Description
DANS LES DOMAINES SPECTRAUX DU VISIBLE ET DE L'INFRA-ROUGE, L'APPORT DE LA TELEDETECTION SPATIALE A LA CONNAISSANCE DE LA VEGETATION TERRESTRE N'EST PLUS CONTESTEE. EN DEPIT DU FAIBLE NOMBRE DE DONNEES ACTUELLEMENT DISPONIBLES, LES CAPTEURS MICRO-ONDES APPARAISSENT EGALEMENT PROMETTEURS BIEN QUE LEURS POTENTIALITES N'AIENT PAS ETE ENCORE ENTIEREMENT DEMONTREES. EN PARTICULIER, LE PROBLEME DE L'EXTRACTION, A PARTIR DU SIGNAL ENREGISTRE, DE L'INFORMATION QUANTITATIVE THEMATIQUE PRESENTE DANS LA SURFACE ILLUMINEE, N'EST PAS ENCORE RESOLU. DES PROGRES, DANS SA RESOLUTION, SONT NOTAMMENT ATTENDUS GRACE A UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES PHENOMENES ELECTROMAGNETIQUES MIS EN JEU. L'APPROCHE DEVELOPPEE, DANS LE CADRE DE CETTE THESE, REPOSE SUR LA MODELISATION DES INTERACTIONS ONDE ELECTROMAGNETIQUE-COUVERT VEGETAL POUR L'INTERPRETATION DES DONNEES RADAR EXISTANTES ET POUR LES ETUDES DE SIMULATION. LA PREMIERE PARTIE DE LA THESE EXPOSE LES BASES PHYSIQUES NECESSAIRES A LA MODELISATION ET SITUE LE PROBLEME POSE PAR LA REPRESENTATION DU COUVERT VEGETAL EN PARAMETRES PHYSIQUES, INCORPORABLES DANS LES MODELES DE DIFFUSION MICRO-ONDES. DANS LE PROCESSUS DE MODELISATION, LA CONNAISSANCE DES PROPRIETES DE TRANSMISSION DE L'ONDE ELECTROMAGNETIQUE DANS LES COUVERTS VEGETAUX APPARAIT ESSENTIELLE. LA DETERMINATION DU FACTEUR DE TRANSMISSION SERA ABORDEE DANS LA DEUXIEME PARTIE, DE MANIERE EXPERIMENTALE PUIS THEORIQUE. LA MODELISATION DE LA REPONSE RADAR A PARTIR D'UN COUVERT SIMPLIFIE COMPOSE UNIQUEMENT D'OBJETS DE FORME CYLINDRIQUE FAIT L'OBJET DE LA DERNIERE PARTIE DE LA THESE. APRES AVOIR ETE VALIDE DANS UNE PREMIERE PHASE, A PARTIR DE DONNEES EXPERIMENTALES OBTENUES AU LABORATOIRE, LE MODELE EST ENSUITE UTILISE POUR L'INTERPRETATION DE DONNEES IMAGE RADAR ET POUR UNE ETUDE DE SIMULATION CONCERNANT LA DETECTION DE L'HUMIDITE DE SURFACE DES SOLS SOUS COUVERT VEGETAL
Author: Thibaut Lurton
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Category :
Languages : fr
Pages : 173
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Book Description
L'objectif de cette thèse consiste en une modélisation numérique de l'interaction entre une onde électromagnétique émanant d'un radar d'observation aéroporté et une scène marine, c'est-à-dire une étendue d'eau de mer de caractéristiques physiques déterminées, portant éventuellement un ou plusieurs objets de composition métallique en surface, et d'évolution temporelle donnée. À cette fin, l'étude que nous avons menée fait appel à différentes techniques de modélisation numérique de la propagation ondulatoire électromagnétique : on s'est dans un premier temps penché sur l'utilisation de la technique des différences finies, puis sur le principe TLM (Transmission-Line Matrix), hérité du domaine des micro-ondes. Chacune des deux méthodes est appliquée au comportement de l'onde électromagnétique de manière locale, à proximité de la surface de mer uniquement, la simulation de la propagation en espace libre étant assurée par des moyens géométriques. Nous proposons dans un premier temps une brève étude critique de l'opportunité des méthodes numériques et de leur faisabilité en termes de demande en ressources de calcul notamment. Après cette évaluation théorique, un suivi du développement de l'implantation de la solution retenue est proposé. Nous présentons par la suite diverses applications de notre méthode de simulation : évaluation de la surface équivalente radar d'un patch de mer, dérivation de cartes de réflectivité, extension de l'évaluation de la surface équivalente radar à une grande zone de mer, mise en évidence de l'effet de la rugosité sur la puissance rétrodiffusée, simulation de l'observation par radar à synthèse d'ouverture d'un objet manufacturé sur une scène de mer, et comparaison de l'observation de scènes marines statiques et mouvantes. Le champ d'application des travaux présentés est large. Le travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet de développement MODENA, mené à l'échelle régionale bretonne, dont l'objectif est le développement d'outils de simulation d'acquisition radar au dessus de la surface de l'océan. À cet égard, les avancées théoriques et pratiques détaillées dans ce rapport de thèse offrent des perspectives intéressantes quant à la modélisation de telles observations.
