Adaptation aux contraintes environnementales

Chapitre II – Outils expérimentaux et informatiques

développés

Durant les 3 ans de thèse, le travail de recherche, dont les analyses sont présentées dans le chapitre suivant, a nécessité un gros effort en aval couvrant la conception et le développement d’instrumentations et d’outils de mesure spécifiques. Cette mise en place, qui n'a pas sa place directement dans les articles de recherche de par son caractère plus technologique ou numérique, constitue pourtant une part importante du temps de thèse. Dans ce chapitre, nous présenterons ces développements que nous pouvons ranger en quatre groupes : l’instrumentation pour les mesures temporelles sur de longues durées, l'instrumentation de mesures tomographiques, la modélisation parallèle optique-radar, et d'autres systèmes de mesure qui malgré leurs résultats encourageants n'ont été que peu exploités faute de temps.

Il est important de noter que ce genre d'expérimentations n'est pas aisé à mettre en place tant à cause des appareils de mesures, qui sont rares et onéreux, qu'à cause des sites convenant aux mesures envisagées, qui sont difficiles à trouver. Ainsi, les expérimentations mises en place l'ont été grâce à des opportunités de matériel et de localisations. En effet, la campagne TreeScat a été faite à partir du toit du laboratoire où s'est déroulée la thèse, avec du matériel déjà disponible. L'expérimentation TropiScat a été installée sur la tour à flux de la station de Paracou car cette tour correspondait aux critères de proximité de la forêt et de hauteur exigés, et était située sur une zone précédemment imagée lors de la campagne aérienne TropiSAR. Enfin, la campagne d'imagerie tomographique verticale radar à haute résolution s'est déroulée avec du matériel de mesure déjà disponible et sur des sites de la forêt de Mende imagés quelques mois plus tôt lors de la campagne aéroportée ENVIRO menée par l'ONERA.

2.1. Expérimentations de suivi temporel en diffusiométrie

Ces deux expérimentations ont nécessité la mise en place d’une instrumentation spécifique. Elles présentent de nombreuses similitudes, étant basées toutes deux sur des mesures temporelles de diffusiométrie et donc de cohérences temporelles radar sur de longues durées. L'expérience acquise lors de la conception et de l’exploitation du premier instrument, TreeScat, a été très utile dans la conception et la mise en place du second.

Les deux instrumentations diffèrent cependant en ce qui concerne l'environnement du système: un environnement proche et "urbain", le bâtiment voisin, pour TreeScat; et un environnement lointain et "hostile", la forêt vierge amazonienne, pour TropiScat. De plus, l'instrumentation TropiScat présente une capacité supplémentaire de tomographique verticale.

2.1.1. Adaptation aux contraintes environnementales

Pour l’instrumentation TreeScat tout d'abord, l'objectif était d'avoir un système capable de faire des mesures radar polarimétriques en bande P d'un cèdre, à partir du toit du bâtiment proche, toutes les 5 minutes pendant plusieurs semaines. Même si le système se trouve dans l’enceinte de l’ONERA, à côté de nos bureaux, une automatisation était nécessaire à cause du caractère systématique des mesures. De plus, le système, bien que conçu avec du matériel de laboratoire non

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adapté aux changements de température ou à la pluie, devait pouvoir fonctionner à l'extérieur. Nous avons donc décidé d'installer un analyseur de réseau (VNA) de terrain à l'intérieur d'une salle de réunion du laboratoire, en le reliant par deux câbles coaxiaux bleus de 8 m de long aux deux antennes log-périodiques placées sur le toit. Le laboratoire étant climatisé, le VNA est donc à l'abri des variations thermiques et de la pluie. Comme on peut le voir sur la Figure 10, les antennes ont été installées sur un support mobile le long de la rambarde et sécurisées. Le support a été conçu et assemblé sur notre demande par l’atelier de l’ONERA à Toulouse.

Figure 10. TreeScat : Antennes fixées à la structure mobile sur le toit (gauche) et vue d'ensemble de la scène (droite).

Le même principe pour la protection du VNA est appliqué à l’instrumentation TropiScat. La situation sur une tour de 55 m de haut au cœur de la forêt tropicale complique bien sûr le problème et il a été choisi d’installer le VNA dans un abri au pied de celle-ci.

De surcroît, l'exigence de mesures tomographiques complexifie le système. Les mesures tomographiques polarimétriques exigeant des antennes à différentes hauteurs, un réseau de 20 antennes, conçu par une équipe de l'Université Politecnico di Milano (POLIMI) [Ho Tong Minh et al., 2012], a été installé en haut de la tour. Les 20 antennes sont reliées par des câbles courts à 2 boîtiers de commutation, eux même reliés au VNA par deux câbles à faibles pertes de 70 m de long fixés le long de la tour.

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Figure 11. TropiScat : Réseau d'antenne vu de l'extérieur (gauche) et vu d'en haut de la tour (droite).

Figure 12. TropiScat : PC de pilotage en noir, VNA et boîtier blanc de pilotage des commutateurs au pied de la tour (gauche) et intérieur d'un boîtier de commutation (droite).

Les deux boîtiers de commutation, chacun composé de 2 commutateurs pilotés par une carte USB depuis le pied de la tour, ont a été conçus et assemblés au Centre National d'Etudes spatiales (CNES) par un membre de l’équipe travaillant sur le projet. Le VNA et les commutateurs sont pilotés par un PC durci, sans ventilation et conçu pour résister aux conditions de température et d'humidité rencontrées sur le site.