Contribution à la conception de sources de forte puissance : applications aux tests de susceptibilité électromagnétique et à la neutralisation d’engins explosifs improvisés

par Jérémy Hyvernaud

Thèse de doctorat en Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Sous la direction de Joël Andrieu et de Romain Négrier.

Soutenue le 16-09-2021

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) .

Le jury était composé de Joël Andrieu, Romain Négrier, Edson Martinod, Guillaume Mejecaze.

Les rapporteurs étaient Laurent Pécastaing, Valérie Vigneras.

mots clés

• Guerre électronique
• Susceptibilité électromagnétique
• Engins explosifs improvisés
• Sources électromagnétiques de forte puissance
• Générateurs optoélectroniques
• Photoconducteurs
• Antenne ultralarge bande
• Compatibilité électromagnétique
• Contre-mesures électroniques -- Équipement électronique
• Susceptibilité magnétique
• Engins explosifs -- Détection

Résumé

Les travaux exposés dans ce manuscrit s’articulent autour de la conception de sources électromagnétiques de forte puissance pour deux applications distinctes : effectuer des essais de susceptibilité électromagnétique d’équipements électroniques et neutraliser à distance des engins explosifs improvisés. Pour la première application, l’objectif est de développer une source large bande capable de générer, en mode conduit, des ondes sinusoïdales amorties avec une fréquence centrale comprise entre 20 et 200 MHz, un coefficient de qualité supérieur à 10, et une amplitude crête égale à 10 kV. Cette source large bande est basée sur l’utilisation de générateurs optoélectroniques comportant des photoconducteurs commandés par impulsion laser. Pour la deuxième application, l’objectif est de dimensionner l’antenne d’une source ultra-large bande qui doit rayonner une onde bipolaire délivrée par un générateur de Marx dont l’amplitude crête-à-crête est de 500 kV. L’antenne ultra-large bande réalisée est partiellement remplie d’un isolant solide (PEHD) pour se prémunir de tout risque de claquage. La conception des éléments propres à chaque source est présentée et détaillée ; de même, des essais expérimentaux ont été menés, notamment pour la première application, afin de confronter les résultats obtenus face aux objectifs fixés.

mots clés

• Electronic warfare
• Electromagnetic susceptibility
• Improvised explosive devices
• Highpower electromagnetic sources
• Optoelectronic generators
• Photoconductive semiconductor switches
• Ultrawideband antenna

Titre traduit

Contribution to the design of high-power sources : applications to electromagnetic susceptibility tests and the neutralization of improvised explosive devices

Résumé

The work presented in this manuscript revolves around the design of high-power electromagnetic sources for two distinct applications : perform electromagnetic susceptibility tests on electronic equipment and remotely neutralize improvised explosive devices. For the first application, the objective is to develop a mesoband source capable of generating, in conducted mode, damped sinusoids with a center frequency between 20 and 200 MHz, a quality coefficient greater than 10, and a peak amplitude equal to 10 kV. This mesoband source is based on the use of optoelectronic generators incorporating photoconductive semiconductor switches controlled by laser pulses. For the second application, the objective is to size the antenna of an ultra-wideband source which must radiate a bipolar wave, delivered by a Marx generator, with a peak-to-peak amplitude of 500 kV. The realized ultra-wideband antenna is partially filled with a solid insulator (HDPE) in order to guard against any risk of breakdown. The design of the elements specific to each source is presented and detailed ; moreover, experimental tests were carried out, in particular for the first application, in order to compare the results obtained with the set objectives.