Etude d`un magnéto-électromètre marin : conception

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ GRENOBLE ALPES
Spécialité : Optique et Radiofréquences
Arrêté ministériel : 7 août 2006
Présentée par
Mathieu BAICRY
Thèse dirigée par Christine LEFROU et
coencadrée par Laure-Line ROUVE et Matthieu LE PRADO
préparée au sein du CEA-LETI
dans l'École Doctorale EEATS
Etude d’un magnéto-électromètre
marin : conception, dimensionnement
optimisé et réalisation d’un prototype
Thèse soutenue publiquement le 12 novembre 2015 ,
devant le jury composé de :
Dr. Gauthier HULOT
Directeur de recherche CNRS, responsable du groupe géomagnétisme à l'Institut de Physique du
Globe de Paris, Rapporteur
Pr. Pascal TARITS
Professeur, responsable du groupe électromagnétisme pour les géosciences, Laboratoire
Domaines Océaniques, Université Bretagne Occidentale, Rapporteur
Pr. Christian VOLLAIRE
Professeur, Responsable de l’activité CEM, Laboratoire Ampère, Ecole Centrale de Lyon,
Examinateur
Pr. Marian CHATENET
Professeur, responsable du groupe Electrochimie Interfaciale, LEPMI, Université Grenoble Alpes,
Examinateur et Président
Dr. Christine LEFROU
Maître de conférences, LEPMI, Université Grenoble Alpes, Directrice de thèse
Dr. Laure-Line ROUVE
Ingénieure de recherche, G2ELab, Université Grenoble Alpes, Encadrante
Dr. Catherine TRUFFERT
Directrice de la recherche, BRGM, Orléans, Invitée
Dr. Stéphane SAINSON
Ingénieur conseil indépendant, Orléans, Invité
Dr. Matthieu LE PRADO
Chef de laboratoire, CEA-LETI, Grenoble, Co-encadrant et Invité

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Remerciements
Je voudrais remercier ici toutes les personnes qui ont contribué à l’aboutissement de ce
travail, de près ou de loin.
Tout d’abord, un grand merci à mes encadrants. Matthieu LE PRADO a été à l’origine de ce
sujet, je le remercie pour son accueil au sein de son laboratoire et pour le temps qu’il m’a
consacré. Merci à Laure-Line ROUVE pour son implication, l’excellence de ses conseils, sa
bienveillance et sa gentillesse. Merci à Christine LEFROU, qui a accepté de diriger cette thèse,
pour sa disponibilité, sa gentillesse et son implication constantes.
Je suis très reconnaissant aux membres du jury qui ont accepté de juger ce travail. M. Pascal
TARITS, professeur à l’Université de Bretagne Occidentale, et M. Gauthier HULOT, directeur de
recherche à l’Institut de Physique du Globe de Paris, m’ont fait l’honneur d’accepter d’être
rapporteurs. Le jury est également composé de M. Marian CHATENET, professeur et
représentant de Grenoble INP, M. Christian VOLLAIRE, professeur à l’Ecole Centrale de Lyon et
examinateur dans ce jury, Mme Christine LEFROU, directrice de thèse, et Mme Laure-Line
ROUVE, co-encadrante. Enfin, M. Matthieu LE PRADO, co-encadrant, Mme Catherine TRUFFERT,
directrice de la recherche au BRGM, et Stéphane SAINSON, ingénieur conseil indépendant
spécialiste en instrumentation pour les mesures électromagnétiques en environnement
marin, complètent ce jury en tant qu’invités.
En plus de mes encadrants, je remercie les personnes qui, par leur aide technique
ponctuelle, ont contribué à ce travail, en particulier François ALCOUFFE, François BERTRAND,
Axel BONESS, Eric CHAINET, Cyril GOBBO, Pierre-Xavier THIVEL.
Je remercie toutes les personnes qui ont été mes voisin(e)s de bureau : Yann, William,
Zouhair, Yoanna, Elisabeth. Je voudrais y associer Titia, Menad, Cyril et Jaroslaw. Par leur
amitié et leur soutien, ils ont fortement contribué à l’aboutissement de ce travail.
Merci à l’ensemble du laboratoire LCI du CEA/Leti et à l’équipe ERT-CMF du G2ELab pour
leur sympathie et leur accueil. J’y ai passé de très bons moments.
J’aimerais associer à ces remerciements tous mes amis, musiciens, montagnards et autres,
qui m’ont permis de trouver un équilibre entre travail et loisirs.
Mes parents m’ont souvent été d’un grand secours, je leur en suis très reconnaissant.
Yann, sans toi je ne serais jamais arrivé au bout, merci infiniment.
Clara, merci pour ta présence et ton soutien.

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Résumé
La mesure des champs électromagnétiques très basses fréquences en mer est utilisée pour
de nombreuses applications, dont les principales sont militaires et géophysiques. Les besoins
pour ces applications sont des capteurs capables d’effectuer des mesures à très basses
fréquences avec un niveau de bruit inférieur au .
Les électromètres commerciaux et académiques utilisés actuellement pour la mesure des
champs électriques en mer sont à mesure de tension. Leur inconvénient majeur est une
remontée de bruit aux basses fréquences, due à l’électronique d’amplification du signal. Une
autre méthode de mesure des champs électriques en mer consiste à mesurer le courant
traversant un dispositif de faible impédance. Nous avons conçu un électromètre à mesure de
courant et magnétomètre au sein du même capteur, en essayant de pallier les défauts des
électromètres passés et actuels.
Dans un premier temps, nous décrivons le milieu dans lequel le capteur sera amené à
fonctionner, puis les applications auxquelles il est destiné, et enfin l’état de l’art des capteurs
existant et leurs limites.
Nous décrivons ensuite de manière détaillée le comportement du capteur. En particulier,
nous déterminons par simulation et de manière expérimentale les différentes fonctions de
transfert du capteur, en fonction de ses caractéristiques géométriques et de son
environnement.
Après avoir présenté plusieurs architectures possibles d’électromètres répondant aux
objectifs fixés, nous utilisons les résultats obtenus au chapitre précédent pour dimensionner
un électromètre dont la conductivité équivalente n’est pas forcément égale à celle de l’eau
de mer. Ce degré de liberté supplémentaire par rapport aux contraintes de conception des
électromètres à mesure de courant passés permet d’améliorer les performances du capteur.
Enfin nous proposons deux méthodes de calibration de l’électromètre, sans connaissance a
priori de son environnement.
Enfin nous caractérisons les différents éléments d’un prototype de laboratoire, et nous
présentons les résultats des tests de ce prototype complet.