Modeling of electromagnetic scattering by coastal breaking waves

L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier l’interaction des ondes électromagnétiques en bande L avec les vagues côtières déferlantes, en particulier pour un observateur situé à proximité de la surface. Le travail s’attache à effectuer une modélisation électromagnétique précise en lien étroit avec le modèle hydrodynamique. Pour modéliser et calculer les champs électromagnétiques diffusés par les vagues déferlantes, nous utilisons une approche numérique par intégrale de frontière, notamment la Méthode des Moments (MdM). Dans ce cadre, nous focalisons le travail sur la problématique de la fiabilité et la convergence du calcul numérique pour des géométries de forte courbure comme peuvent l’être des surfaces de vagues déferlantes. Après une analyse approfondie de la problématique, nous montrons qu’une solution fondée sur la Méthode des Moments d’Ordre Supérieur (MdM-OS) combinée avec la technique de maillage Non Uniform Rational Basis Splines (NURBS) permet d’améliorer les performances de la méthode MdM-Classique. En parallèle du travail de modélisation électromagnétique, nous nous attachons à introduire un modèle hydrodynamique capable de simuler le plus fidèlement possible le mouvement et la déformation des vagues à proximité de la côte. Nous retenons une modélisation hydrodynamique basée sur la Méthode Désingularisée. Cette approche méthodologique nous permet d’étudier l’évolution des vagues en fonction de la pente du fond, de la hauteur relative et de la cambrure des vagues. La combinaison des résultats issus de la modélisation numérique électromagnétique et de la description hydrodynamique permettent ainsi d’évaluer l’évolution des champs électromagnétiques diffusés par les vagues côtières déferlantes en fonction du temps pour trois types de déferlement standard : glissant, plongeant et gonflant.The purpose of this thesis work is to study the interaction of electromagnetic waves in L bandwith breaking coastal sea waves, in particular for an observer situated close to the surface. The work attempts to realize a precise electromagnetic modeling in narrow link with hydrodynamic model. To model and calculate electromagnetic fields scattered by breaking sea waves, we use a numerical approach by boundary integral technique, in particular Method of Moments (MoM). In this frame, we focus on the reliability and the convergence problem of numerical computation for strong curvature geometries as the surfaces of breaking sea waves are. After a thorough analysis of the problem, we show that a solution based on Higher-Order Method of Moments (HO-MoM) combined with Non Uniform Rational Basis Splines (NURBS) meshing technique allows the improvement of the performances of Classical-MoM. In parallel of the work on electromagnetic modeling, we attempt to introduce a hydrodynamic model able to precisely simulate the movement and the deformation of waves near the coast. We choose a hydrodynamic modeling based on Desingularized Method. This methodological approach allows the study of the evolution of waves according to the bottom slope, the relative height and the wave steepness. The combination of the results obtained from the numerical electromagnetic modeling and from the hydrodynamic description allows us to estimate the evolution of the electromagnetic fields scattered by breaking coastal sea waves according to time for three types of standard breaking : spilling, plunging and surging

Modélisation de la diffusion électromagnétique par les vagues côtières déferlantes

The purpose of this thesis work is to study the interaction of electromagnetic waves in L band with breaking coastal sea waves, in particular for an observer situated close to the surface. The work attempts to realize a precise electromagnetic modeling in narrow link with hydrodynamic model. To model and calculate electromagnetic fields scattered by breaking sea waves, we use a numerical approach by boundary integral technique, in particular Method of Moments (MoM). In this frame, we focus on the reliability and the convergence problem of numerical computation for strong curvature geometries as the surfaces of breaking sea waves are. After a thorough analysis of the problem, we show that a solution based on Higher-Order Method of Moments (HO-MoM) combined with Non Uniform Rational Basis Splines (NURBS) meshing technique allows the improvement of the performances of Classical-MoM. In parallel of the work on electromagnetic modeling, we attempt to introduce a hydrodynamic model able to precisely simulate the movement and the deformation of waves near the coast. We choose a hydrodynamic modeling based on Desingularized Method. This methodological approach allows the study of the evolution of waves according to the bottom slope, the relative height and the wave steepness. The combination of the results obtained from the numerical electromagnetic modeling and from the hydrodynamic description allows us to estimate the evolution of the electromagnetic fields scattered by breaking coastal sea waves according to time for three types of standard breaking : spilling, plunging and surging.L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier l'interaction des ondes électromagnétiques en bande L avec les vagues côtières déferlantes, en particulier pour un observateur situé à proximité de la surface. Le travail s'attache à effectuer une modélisation électromagnétique précise en lien étroit avec le modèle hydrodynamique. Pour modéliser et calculer les champs électromagnétiques diffusés par les vagues déferlantes, nous utilisons une approche numérique par intégrale de frontière, notamment la Méthode des Moments (MdM). Dans ce cadre, nous focalisons le travail sur la problématique de la fiabilité et la convergence du calcul numérique pour des géométries de forte courbure comme peuvent l'être des surfaces de vagues déferlantes. Après une analyse approfondie de la problématique, nous montrons qu'une solution fondée sur la Méthode des Moments d'Ordre Supérieur (MdM-OS) combinée avec la technique de maillage Non Uniform Rational Basis Splines (NURBS) permet d'améliorer les performances de la méthode MdM-Classique. En parallèle du travail de modélisation électromagnétique, nous nous attachons à introduire un modèle hydrodynamique capable de simuler le plus fidèlement possible le mouvement et la déformation des vagues à proximité de la côte. Nous retenons une modélisation hydrodynamique basée sur la Méthode Désingularisée. Cette approche méthodologique nous permet d'étudier l'évolution des vagues en fonction de la pente du fond, de la hauteur relative et de la cambrure des vagues. La combinaison des résultats issus de la modélisation numérique électromagnétique et de la description hydrodynamique permettent ainsi d'évaluer l'évolution des champs électromagnétiques diffusés par les vagues côtières déferlantes en fonction du temps pour trois types de déferlement standard : glissant, plongeant et gonflant

Modélisation de la diffusion électromagnétique par trois types de vagues côtières déferlantes : glissant, plongeant, gonflant

International audienceL'objectif de ce travail est d'étudier l'interaction des ondes électromagnétiques en bande L avec les vagues côtières déferlantes (selon différents types, glissant, plongeant et gonflant) et cela pour un observateur situé à proximité de la surface. Le travail s'attache à réaliser une modélisation électromagnétique permettant de calculer le champ diffusé par les vagues en s'appuyant sur les phénomènes hydrodynamiques

Numerical modeling of electromagnetic waves scattering from 2D coastal breaking sea waves

The aim of this work is to model the interaction of L-band electromagnetic waves with coastal breaking sea waves. The breaking sea waves’ profiles are generated using the desingularized technique and the electromagnetic waves scattering is computed using the high-order method of moments (HO-MoM) combined with non uniform rational basis spline (NURBS) geometry. Our study mainly focuses upon the electromagnetic waves behavior in the crest and the cavity of breaking sea waves

Modélisation des perturbations magnétiques sur une montre mécanique

International audienceUn champ magnétique est l'un des ennemis majeurs d'une montre mécanique. Ce champ peut modifier la structure du spiral et changer sa fréquence de résonance. En conséquence, la montre perd son exactitude. Le but de ce travail est de quantifier l'impact du champ magnétique sur la résonance du spiral en utilisant une approche par éléments finis. Ce problème couplé magnéto-mécanique implique le calcul des différentes perturbations d'origines magnétiques, tout en tenant compte de la rotation importante du ressort (non-linéarité géométrique). Mots clés-Montre mécanique, fréquence de résonance, problème couplé magnéto-mécanique

Modeling of magnetic field perturbations on the balance-spring of a mechanical watch

International audienceA magnetic field is a major enemy of a mechanical watch. This field may modify the structure of the balance-spring and change its resonance frequency. As a consequence, the watch loses its accuracy. The aim of this work is to quantify the impact of the magnetic field to the balance-spring resonance using a finite element approach. This coupled magneto-mechanical problem implies magnetic forces computation while accounting for a large rotation of the spring. An original algorithm including a dynamic mechanical time-stepping scheme is proposed to quantify the change of the resonance frequency. Index Terms-Mechanical watch, resonance frequency, coupled magneto-mechanic problem

MRI-Compatible Piezoelectric Actuator

International audienc