Métasurface optimisée par un algorithme inverse pour l’imagerie radar du sol

Emmah est une Unité Mixte de Recherche (UMR) regroupant Avignon Université (AU) et l’INRAe. Une large partie du département de physique d’Avignon Université fait partie de cette unité et travaille notamment sur des problèmes de modélisations directe et inverse. L’unité dispose de calculateurs puissants que pourra utiliser le stagiaire et de logiciels tels que MATLAB ou COMSOL multiphysics.

Contexte : Qu'il s'agisse de retrouver des vestiges archéologiques, d'analyser des sols inconnus ou de sécuriser des ouvrages dans le génie civil, l'imagerie par géoradar est une démarche incontournable pour explorer le sol sans l'impacter. Cependant, cette caractérisation électromagnétique reste entravée par le très faible couplage entre les antennes radars et l'interface air-sol. En configuration bistatique (antenne émettrice / antenne réceptrice), une large part de l’onde émise est immédiatement réfléchie et ne renseigne donc pas sur la constitution du sol. Pour réduire cette réflexion et améliorer le rapport signal/bruit, des travaux récents explorent l’usage de métamatériaux bidimensionnels. Ces métasurfaces (MTS), placées entre les antennes et l’interface air-sol, visent à maximiser la transmission par un ajustement fin de leur géométrie. Elles présentent en outre l'avantage d'être légères, faciles à fabriquer et adaptables à la bande de fréquence choisie. Le défi reste néanmoins de concilier efficacité, adaptabilité et simplicité de fabrication. Alors que les approches actuelles misent sur des méthodes actives par ingénierie du front d’onde, le projet METINVERSE (financé par l’ANR) propose une voie originale : automatiser le processus de conception à partir d’une couche passive, plus robuste et plus simple à produire. Il s'agit de concevoir un solide modèle numérique d'une MTS, de l'améliorer par un algorithme inverse, puis de valider expérimentalement le modèle, en gardant toujours comme objectif de maximiser la transmission.

Le stage consistera d’abord à développer un modèle numérique par éléments finis sous COMSOL Multiphysics, pour évaluer et optimiser l’efficacité des métasurfaces. Une étude paramétrique (type de sol, fréquences d’exploitation, etc.), associée à une analyse de sensibilité, devra permettre de dégager des critères de performance et pourra idéalement donner lieu à une publication scientifique. Le projet a également une suite naturelle en thèse, centrée sur l’optimisation avancée et la validation expérimentale des dispositifs. 

Travail demandé : Le ou la candidat.e aura pour missions principales :

1) Effectuer une recherche bibliographique sur les métasurfaces et l’imagerie par radar de sol afin de situer l'état de l'art et avoir une vision exhaustive du sujet. 
2) Développer un modèle numérique sous COMSOL Multiphysics pour la modélisation directe des dispositifs.
3) Mettre en œuvre des travaux d’inversion et d’optimisation via des scripts MATLAB ou Python en vue d’améliorer la transmission électromagnétique pour les applications visées.

Ces travaux pourront évoluer en fonction du profil et de l'avancée des travaux au cours du stage. 

Lieu, encadrement et moyens : Le stage se déroulera au sein de l’UMR EMMAH (Avignon Université / INRAE), sur le campus Agroparc, dans une ville universitaire du sud de la France, réputée pour son patrimoine historique et culturel (festival d’Avignon). D’une durée de six mois (février – juillet 2026), il donnera lieu à la gratification légale (600 €/mois). Le/la stagiaire disposera d’un bureau, de moyens de calcul performants et bénéficiera d’un environnement dynamique, avec la présence de doctorants et la possibilité de participer aux animations scientifiques de l’unité. L'encadrement sera assuré par Simon Marcellin, maître de conférences au sein d'Avignon Université.

Profil attendu : Le/la candidat·e devra être en Master 2 dans le domaine de la Physique ou des Mathématiques, avoir un intérêt pour la physique numérique, la modélisation, l'électromagnétisme et un bon niveau en mathématiques. Curiosité et motivation pour la recherche scientifique seront des atouts majeurs pour ce stage. Les candidatures doivent inclure un CV, une lettre de motivation, ainsi que relevés de notes et classements.

IMPORTANT : Ce stage a vocation à se poursuivre en thèse (financement ANR assuré).

Le/la candidat·e devra être en Master 2 dans le domaine de la Physique ou des Mathématiques, avoir un intérêt pour la physique numérique, la modélisation, l'électromagnétisme et un bon niveau en mathématiques. Curiosité et motivation pour la recherche scientifique seront des atouts majeurs pour ce stage. Les candidatures doivent inclure un CV, une lettre de motivation, ainsi que relevés de notes et classements.

IMPORTANT : Ce stage a vocation à se poursuivre en thèse (financement ANR assuré).