Dissertations / Theses on the topic 'Scattering zone'

La structure des zones de faille a une directe implication sur l'évaluation des risques sismiques. Les techniques d'imagerie par réflexion, en particulier la migration, sont couramment utilisées pour imager le sous-sol. Un modèle de vitesse précis est souvent nécessaire pour localiser correctement les réflecteurs en profondeur. L'imagerie des zones de faille est un défi en raison de la distribution complexe de la vitesse des ondes de volume en leur sein. La plupart des techniques de réflexion imagent les zones de faille indirectement à partir de la discontinuité des couches géologiques. Les hétérogénéités à petite échelle, telles que les fissures et les fractures, sont généralement négligées. Dans cette thèse, nous proposons une approche d'imagerie matricielle pour l'exploration géophysique qui compense les variations de vitesse dans la croûte pour imager les hétérogénéités de cette dernière avec une résolution de l'ordre de la longueur d'onde autour des zones de faille.L'imagerie matricielle est inspirée de précédents travaux en imagerie ultrasonore et optique. D'une part, les corrélations du bruit ambiant sont utilisées pour construire la matrice de réflexion. La composante des ondes de volume dans cette matrice contient toute l'information disponible sur le milieu. D’autre part, l'approche présentée ne nécessite pas un modèle de vitesse détaillé du sous-sol.Dans une première application, nous utilisons des enregistrements de bruit ambiant dans la bande de fréquence [10 20] Hz provenant d'un réseau dense de géophones afin d'imager la faille de San Jacinto, Californie, à petite échelle. Les corrélations ZZ sont calculées et organisées en matrice 2D. En appliquant des lois de retard temporels sur les réponses impulsionnelles entre géophones, la matrice de réponse est projetée en profondeur, en se basant sur un modèle de vitesse homogène. Une matrice de réflexion focalisée est obtenue et contient les réponses impulsionnelles entre un ensemble de sources et récepteurs virtuels à chaque profondeur. A partir de cette matrice, l'image du milieu est construite et ses aberrations peuvent être quantifiées. La différence entre le modèle de vitesse considéré et la réalité entraînent des distorsions de phase, qui dégradent la résolution de l'image. Un processus de correction matricielle des aberrations permet de compenser ces distorsions en introduisant la matrice distorsion. Une image 3D des 4 premiers km de la croûte terrestre est obtenue avec une résolution huit fois plus fine que celle attendue en milieu homogène. Des différences de réflectivité sont observées entre le Nord-Ouest et le Sud-Est de la faille avec une zone de dommages intense et localisée dans le Sud-Est.Dans un deuxième cas d'étude, nous imageons la structure à grande échelle de la faille Nord Anatolienne en utilisant les corrélations horizontales [0.1 0.5] Hz calculées entre 73 paires de stations. Un modèle de vitesse multi-couches est considéré. Une correction locale des distorsions de phase est effectuée. La structure profonde des principaux blocs géologiques est révélée. Des différences dans la profondeur du Moho sont mises en lumière, avec un saut sous la branche nord. Une forte réflectivité est observée dans la région située le long de la branche Nord de la faille, coïncidant avec la limite des blocs lithosphériques. La diffusion dans le nord s'étend jusqu'à 60 km de profondeur, suggérant une zone de cisaillement qui pénètre dans le manteau supérieur sous la branche Nord.Dans la dernière partie de cette thèse, nous proposons une approche qui ouvre la voie à une tomographie passive 3D de la vitesse des ondes de volume. Enfin, toutes les applications présentées confirment l'efficacité de la matrice de réflexion pour révéler la distribution des hétérogénéités dans la croûte terrestre. Elle peut être appliquée sur n'importe quelle bande de fréquence, pourvu que l'échantillonnage spatial du réseau de géophones satisfasse au critère de Nyquist<br>Revealing the structure of fault zones provides insights required to assess seismic hazards. Reflection imaging methods, in particular migration, are commonly used to image the subsurface. An accurate velocity model is often needed to properly locate the reflectors in depth.Imaging fault zones is challenging due to the complex distribution of velocity. Also, most reflection techniques image fault zones indirectly from the discontinuity of geological layers. Wave diffraction by small-scale heterogeneities, such as cracks and fractures is generally neglected.In this thesis, we propose a matrix imaging approach for geophysical exploration that handles the velocity variation in the crust and allows to resolve heterogeneities of the order of the wavelength throughout the fault zone.The reflection matrix approach is inspired from previous studies in ultrasound and optical imaging of complex media. First, ambient noise cross-correlations are used to retrieve the reflection matrix associated with a dense array of geophones. The body wave components of this matrix contains all the information available on the medium. Second, the presented approach does not require a detailed velocity model of the subsurface. A set of matrix operation is applied to compensate for the mismatch between the actual wave velocity model and its approximate model.In a first application, we use ambient noise records in the frequency band [10 20] Hz from a dense array in order image the San Jacinto Fault, California, at small scale with an horizontal resolution of 80 m. ZZ cross-correlations are computed and arranged as 2D matrix. By applying time delays, the response matrix is projected to depth, using a homogeneous velocity model. A focused reflection matrix is obtained, that contains the impulse response between virtual sources and receivers at depth. From this matrix, the image of the medium is built and the resolution of the image can be quantified.Variations between the considered model and the reality result in phase distortions, i.e aberrations, that have detrimental effects on the image of the medium.We develop an aberration correction process that allows to compensate for these distortions by introducing a novel operator, the distortion matrix. 3D images of the first 4 km of the crust are retrieved. These images reveal the backscattered intensity generated by the heterogeneities in the medium. The location and reflectivity of scatterers are retrieved with a resolution 8 times better than the one in free space. Differences in the scattering between the Northwest and the Southeast of the fault were reported with an intense localized damage zone in the Southeast.In a second application, we image the large scale structure of North Anatolian Fault using [0.1 0.5] Hz horizontal cross-correlations computed between 73 pairs of stations. A multi-layered velocity model is considered. A local correction of the phase distortions is performed. The scattering structure of the crust and the upper mantle is revealed. Differences in the Moho depth are reported, with a step below the northern branch. Strong scattering is observed in the region lying along the northern strand of the fault, coinciding with the limit of the lithospheric blocks. The scattering in the North extends to 60 km depth, suggesting a shear zone that penetrates in the upper mantle beneath the northern strand. The scattering also reveals the deep structure of the main geological blocks.In the last part of this thesis, we propose an approach that paves the route towards a 3D passive tomography of the body wave velocity. Finally, all the presented applications confirm the efficiency of the reflection matrix approach in revealing the structure of the subsurface. It provides new insights into the scattering distribution in the Earth. It can be applied to any scale, scattering regime, and frequency bandwith, if the spatial sampling of the geophones' array satisfies the Nyquist criterion

L’interface noyau-graine (ICB) est instable et une zone dendritique se forme sous des conditions très particulières, c’est à dire que la cristallisation est très lente par rapport à la convection très vigoureuse du noyau liquide. Afin de reproduire expérimentalement des conditions semblables, nous avons étudié une zone dendritique sous hyper gravite, dans une centrifugeuse. La hauteur de cette zone diminue quand la gravite augmente alors que la fraction solide augmente fortement : similairement, les études sismologiques suggèrent que la fraction solide dans la graine est proche de l’unité a l’ICB. De plus, la sismologie montre une graine très hétérogène en termes d’anisotropie élastique, d’atténuation ou de vitesse des ondes et met en lumière une forte dichotomie Est-Ouest. Celle-ci pourrait être engendrée par une translation de la graine qui provoquerait de la cristallisation sur une face et de la fusion sur l’autre. Cette hypothèse est testée en conduisant des expériences de cristallisation et de fusion d’une zone dendritique. Nous avons utilisé des ultrasons comme analogues aux ondes sismiques pour quantifier les changements de structure dans la zone dendritique à partir des mesures de l’atténuation et la diffraction. Extrapoles a la graine, nos résultats montrent que l’ICB pourrait fondre sur l’hémisphère Ouest et cristalliser sur l’hémisphère Est. D’autre part, avec du gaz xénon en hyper-gravite, nous avons observé un gradient adiabatique, pour la première fois dans un dispositif expérimental. Cette thèse montre la faisabilité de ces expériences et la possibilité de vérifier expérimentalement les approximations utilisées pour la convection compressible<br>The inner core boundary (ICB) is unstable, and a mushy layer forms under very particular conditions in which the crystallization is very slow compared to the very vigorous convection of the liquid core. To mimic these conditions, we have investigated a mushy layer under hyper-gravity in a centrifuge. The thickness of a mushy layer decreases with gravity and the solid fraction increases. This is coherent with seismological studies suggesting that the solid fraction at the ICB is close to unity. Moreover, seismology shows that the inner core is very heterogeneous in terms of elastic anisotropy, attenuation or wave velocity and that there exists a strong East-West dichotomy on the ICB. One hypothesis is that the latter is due to a translation of the inner core that would cause crystallization on one hemisphere and melting on the other one. We have tested that hypothesis with experiments of solidification and melting of a mush. We have used ultrasounds as an analogue to the seismic waves to quantify structural changes in the mush from measurements of attenuation and scattering. From our observations, it is plausible that the ICB on the Western hemisphere s melting while it is solidifying on the Eastern hemisphere. In other experiments, using xenon gas under hyper-gravity, we have observed an adiabatic gradient for the first time. This thesis shows the feasibility of these experiments and the possibility to check experimentally the approximations used for compressible convection

L' attention, tout au long de ce mémoire est principalement dirigée vers l'infiltrométrie multi-disques appliquée aux problèmes de transfert multidirectionnel d'eau et de solute partiellement satures en eau. Les aspects étudiés, notamment pour les applications in-situ, englobent la précision et la sensibilité de la méthode, le phénomène de l'encroutement des sols, et le problème du contact hydraulique entre l'infiltromètre et le sol. Actuellement, la méthode appelée trims (triple ring infiltrometers at multiple succion), selon la dénomination introduite par le lthe, est utilisée avec trois disques de rayons différents. Ce contexte impose l'étude de la solution quasi-linéaire de l'infiltration en régime stationnaire proposée par Wooding (1968). Afin de vérifier l'applicabilité de cette solution lorsque les hypothèses de linéarisation ne sont pas respectées, les équations de transfert macroscopiques sont résolues par la méthode des différences finies en considérant une géométrie axisymétrique. Une fois examiné l'aspect hydrodynamique, le transport d'un solute non interactif (traceur) est modélisé en tenant compte des mécanismes de dispersion-convection. L'introduction d'un solute dans l'écoulement à l'aide de l'infiltromètre apparaît comme une approche séduisante pour l'étude des propriétés hydro-dispersives et pour la caractérisation plus fine du régime d'écoulement. On conclut que l'infiltrométrie multi-disques couplée (ou non) à des techniques complémentaires d'échantillonnage et de mesures en laboratoire constitue une approche incontestablement intéressante pour l'étude suscitée. De plus, le modèle-simulateur semble constituer un outil d'aide à la méthode de caractérisation dans la mesure où il peut conférer une plus grande crédibilité aux estimations expérimentales. Il reste encore à souligner que l'approche adoptée ici représente néanmoins une vue très simpliste face à l'énorme complexité de la réalité physique. Toutefois, il parait évident que, dans les limites d'applicabilité du modèle, les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence certaines tendances tout à fait réalistes

In microwave frequency band, the planar technology is mainly used to fabricate electronic circuits. Propagation of surface waves belongs to the significant problem of this technology. Surface waves can cause unwanted coupling among particular parts of the structure and can degrade its parameters. The problem can be solved using an electromagnetic band gap structure (EBG). These periodic structures are able to suppress surface waves in different frequency bands. This thesis is focused on the modeling of these structures in the program COMSOL Multiphysics.

Les systèmes radar à synthèse d’ouverture (RSO) sont utilisés depuis de nombreuses années pour des applications militaires telles que la détection des cibles cachées. L’amélioration constante de la résolution de ces capteurs permet aujourd’hui d’accéder à un niveau de détail élevé dans la scène imagée. Cependant, l’interprétation de ces images demeure particulièrement compliquée dans le cas des milieux urbains. En effet, ces milieux particuliers sont sièges de nombreux phénomènes physiques et d’interactions multiples qui rendent la tâche de détection difficile et parfois erronée. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse. L’objectif est d’étudier la faisabilité de détection d’une cible en non visée directe du capteur à l’intérieur d’une scène simple et représentative du milieu urbain: le canyon urbain. Une étude sur la phénoménologie de propagation électromagnétique à l’intérieur des canyons urbains est menée à l’aide de mesures en environnement contrôlé à échelle réduite. Ces mesures ont permis la validation d’un outil électromagnétique commercial pour l’étude de la propagation d’une configuration à échelle réelle. Se basant sur les résultats de simulation du code électromagnétique validé, un outil maison, dédié à la prédiction des zones de détection d’une cible à l’intérieur d’un canyon urbain et à l’analyse de la signature électromagnétique correspondante, a été développé et validé. En outre, ce code contribue à l’interprétation complète de données radiométriques et interférométriques d’une scène urbaine réelle<br>Synthetic Aperture Radar (SAR) systems have been used since many years for military applications such as the detection of hidden targets. With improved resolutions of these systems, high level of details can be distinguished in the corresponding images. However, some difficulties are encountered when analyzing the SAR images of urban areas. In particular, in these areas, many physical phenomena and interactions occur that make the detection of a target a challenging task. In this framework, the goal of the thesis is to investigate the feasibility of detecting Non Line Of Sight targets inside a simple and representative scene: the urban canyon. A study of the electromagnetic (EM) phenomenology of propagation inside urban canyons has been performed using indoor data at a reduced scale. These data allowed the validation of an EM commercial tool that studies the EM propagation at a real scale. Based on the results of simulation of this code, an in-house code was developed dedicated to predict the detection of a target inside an urban canyon and to analyze the corresponding EM signature. Moreover, this code contributed to a full interpretation of InSAR data of a real complex urban scene with targets

doctoral thesis, Ph.D, University of California, Berkeley, Berkeley, CA.<br>Published through the Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information. "LBNL--55855" Gedik, Nuh. USDOE Director. Office of Science. Office of Basic Energy Sciences 05/20/2004. Report is also available in paper and microfiche from NTIS.

This work contributes to the structure investigation on the basis of small-angle neutron scattering (SANS). A new analytical scattering function for polydispers precipitates with diffusion zones is presented and used in SANS experiments. For diluted and dense packed systems structure describing parameter values were obtained. These results lead to a deeper understanding of the process of nanocristallization of amorphous alloys. The investigation of SANS on Fe73.5Si15.5B7Cu1Nb3 shows that the Fe3Si type nanocrystals created in the amorphous matrix during annealing are covered by Nb-atoms. The accumulation of Nb-atoms or Nb-B-aggregates acting as inhibitors at the surface of the nanocrystals is assumed to be the basic mechanism controlling the evolution of the precipitates. For the first time this inhibitor-model is shown to be correct without doubts. In the Zr32Ti7.5Al10Cu20Ni8 amorphous alloy the formation of ultrafine nanocystals of about 2-3 nm in diameter was observed. The nanocrystallization starts after ordered clusters achieved particular sizes and a certain packing fraction. This leads to a new model for the microscopic formation procedure of ultrafine nanocrystals in this amorphous alloy. Theoretical models of fractal systems are applied to complicated polydisperse materials. Both the theory for an exact surface fractal of Hermann (1994)and the model for coupled volume and surface fractals in the formulation of Wong (1992) are shown to be applicable. The latter approach is applied to experimental data here for the first time. With computer simulations conditions for scattering experiments were optained therewith predictions about the quality and grade of fractality in real specimens become possible<br>Die vorliegende Arbeit ist ein Beitrag zur Strukturaufklärung mittels Neutronen-Kleinwinkel-Streuung (SANS). Es wird eine neu entwickelte analytische Streufunktion für polydisperse Ausscheidungen mit Diffusionszonen genutzt, um SANS Experimente auszuwerten. Sowohl für verdünnte, als auch für dicht gepackte Systeme werden auf diese Weise quantitative Strukturparameter gewonnen. Diese liefern einen Beitrag zum Verständnis des Nanokristallisationsverhaltens amorpher metallischer Gläser. Die Auswertung der Experimente an on Fe73.5Si15.5B7Cu1Nb3 zeigt, dass Fe3Si-artige Nanokristalle, die während der Temperaturbehandlung in der amorphen Matrix entstehen, von Nb-Atomen bedeckt werden. Diese Ansammlung von Nb-Atomen oder von entsprechenden Nb-B-Aggregaten auf der Oberfläche dieser Ausscheidungen hemmt das Größenwachstum der entstehenden Nanokristalle. Dieses Inhibitor-Modell wurde hier erstmals zweifelsfrei bestätigt. In Proben des amorphen metallischen Glases Zr32Ti7.5Al10Cu20Ni8 werden ultrafeine Ausscheidungen mit Durchmessern von 2-3 nm beobachtet. Diese entstehen verzögert nach der Ausprägung dicht gepackter Gebiete mit erhöhter Nahordnungsstruktur. Es wird ein Modell vorgeschlagen, das diesen Prozess erklären kann. Theoretisch diskutierte Modelle für fraktale Systeme werden auf komplizierte polydisperse Materialien angewendet. Sowohl die Formulierung von Hermann (1994) für ein exaktes Oberflächenfraktal, als auch der erstmals auf experimentelle Daten angewendete Ansatz von Wong (1992) für ein gekoppeltes Volumen- und Oberflächenfraktal erweisen sich als praktisch nutzbar. Mittels Computersimulationen wurden Bedingungen abgeleitet, die an Streuexperimente zu stellen sind, damit Aussagen über Qualität und Grad von Fraktalität in realen Proben getroffen werden können

Nowadays plasmonics is rapidly developing areas from fundamental studies to more application driven research. This dissertation contains three different research topics on plasmonics. In the first research topic, by modulating the zone width of a plasmonic zone plate, we demonstrate that a beam focused by a proposed plasmonic zone plate lens can be achieved with higher intensity and smaller spot size than the diffraction-limited conventional zone plate lens. This sub-diffraction focusing capability is attributed to extraordinary optical transmission, which is explained by the complex propagation constant in the zone regions afforded by higher refractive index dielectric layer and surface plasmons. On the other hand, the resulted diffraction efficiency of this device is relatively low. By introducing a metal/dielectric multilayered zone plate, we present higher field enhancement at the focal point. This higher field enhancement originates not only from surface plasmon polaritons-assisted diffraction process along the propagation direction of the incident light (longitude mode), but also from multiple scattering and coupling of surface plasmons along the metal/dielectric interface (transverse mode). In the second research topic, we suggest a novel concept of SERS-active substrate applications. The surface-enhanced Raman scattering enhancement factor supported by gap surface plasmon polaritons is introduced. Due to higher effective refractive index induced by gap surface plasmon polaritons in the spacer region between two metal plates, incident light tends to localize itself mostly in the medium with higher refractive index than its adjacent ones and thereby the lights can confine with larger field enhancement. In the last research topic, we offer a simple structure in which a gold dipole antenna is formed on the SiC substrate. Surface phonon polaritons, counterparts of surface plasmon polaritons in the mid-infrared frequencies, are developed. Due to the synergistic action between the conventional dipole antenna coupling and the resonant excitation of surface phonon polaritons, strong field enhancement in the gap region of dipole antenna is attained. Most of research topics above are expected to find promising applications such as maskless nanolithography, high resolution scanning optical microscopy, optical data storage, optical antenna, SERS-active substrate, bio-molecular sensing and highly sensitive photo-detectors.

Most current interpretations of lower crustal seismic reflectivity suggest the existence of fine-scale ($\approx$100 m thick) layered structures at depth. Typical common-midpoint (CMP) stacked images of deep structures are, however, noisy and show discontinuous reflections characterized by numerous subhorizontal segments. Present interpretation techniques cannot definitively resolve whether such a reflection response is attributable to heterogeneity at the target or whether the seismic image is distorted by propagation effects and contaminated by noise. The quantitative assessment of lateral heterogeneity in the deep crust is fundamental to understanding mechanisms of crustal formation and evolution. Here, crustal heterogeneity is represented by velocity structures that vary randomly in two dimensions, with a correlation distance comparable to the dominant wavelength of the seismic source. Synthetic CMP seismic data are computed for various models using a fourth-order finite-difference solution to the acoustic wave equation. A conventional data processing sequence produces CMP stacked sections with greater lateral continuity than is present at the target and an overall appearance comparable to that of field-recorded data. Lateral coherence is quantified using the spectral coefficient of coherence, applied to trace pairs having various spatial separations. Increased continuity in the CMP stack is attributable to the dip-filtering action of stacking and can be compensated by the application of migration before stack or equivalent processes. The reflection response observed in common-shot trace gathers shows amplitude and lateral coherence increasing with offset, an effect attributable to the source-receiver geometry. Observed wavefield coherence is related to the correlation properties of the target through a convolutional expression. A field data example from the Black Forest, Germany shows that enhanced coherence can be expected in wide-angle field experiments and that a model having two-dimensional heterogeneity matches field data previously interpreted in terms of extreme fine-scale layering. A densely-sampled field data set from the Basin and Range Province, Nevada shows increased coherence for P$\sb{\rm m}$P at large offsets. Observed lateral coherence values are lower than predicted for scattering purely in the Moho transition zone; coherence levels can be modeled by including scattered energy from inhomogeneities above the target zone.