Analyse du comportement d’un résonateur électromagnétique ouvert selon son environnement (Pourvu)

Les capteurs électromagnétiques sont très intéressants dans la mesure où leur organe de transduction
est intrinsèque, ce qui rend ces capteurs peu couteux et relativement simples à réaliser. Parmi les
capteurs utilisant des signaux à haute fréquence, on trouve les antennes et les cavités résonnantes.
Ces dernières sont très utilisées pour la caractérisation des propriétés diélectriques des matériaux, la
fréquence de résonance de la cavité et son coefficient d’amortissement pouvant être très précisément
estimés. Cependant cela nécessite d’enfermer le matériau à tester dans une enceinte et donc de ne
travailler qu’avec des échantillons, pas forcément représentatifs de l’état naturel du matériau. C’est
donc une mesure ex-situ. Il existe également des systèmes de mesure ayant une cavité ouverte, le
matériau testé étant mis en contact du coté de l’ouverture. Mais les impuretés de l’interface entre le
matériau et le dispositif de mesure risque de biaiser grandement la mesure.
Le Laboratoire de Physique et d’Étude desMatériaux (LPEM) teste pour des applications industrielles
une technique de cavité enfouie totalement ouverte pour l’étude de matériaux tels que les plaquettes
forestières (filière de l’énergie) ou les bétons (filière du bâtiment). La cavité est en fait une antenne, par
exemple une antenne demi-onde, mais au lieu de s’intéresser à l’énergie qu’elle émet, on s’intéresse à
la fréquence à laquelle elle l’émet. Cette fréquence est en effet très sensible à l’environnement local de
l’antenne ce qui en fait un très bon capteur des propriétés locales du matériau dans son environnement
naturel.
L’objet de ce stage est d’étudier en détail les paramètres d’influence du capteur et d’en dresser la carte
de sensibilité. Une approche théorique et analytique sera dans un premier temps réalisée. Elle sera
suivie de simulations pour valider les concepts déterminés. Un capteur sera alors dimensionné pour
une série de tests expérimentaux soit pour l’analyse de l’humidité des plaquettes forestières dans le
cadre de la filière bois-énergie, soit pour l’analyse des eaux résiduelles dans les bétons et l’impact du
gel.
Ce stage est à la fois théorique et expérimental. Les domaines principaux sont l’électromagnétisme
(équations de Maxwell, antennes, lignes), la simulation numérique, les capteurs, la mesure.
Lieu du stage : ESPCI - LPEM - Bat A - 10, rue Vauquelin - 75005 Paris
Encadrement : S. Holé (stephane.hole (arobase) espci.fr)
E. Géron (emmanuel.geron (arobase) espci.fr)
T. Ditchi (thierry.ditchi (arobase) espci.fr)
Durée : 6 mois
Rémunération : Rémunération réglementaire
Évolution : Une poursuite en thèse est envisageable mais non programmée

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