Doctorante/doctorant : Développement de solutions robotiques pour la modélisation adaptative de l’évolution spatio-temporelle de la qualité de la ressource en eau - CDD 36 mois à IMT Nord Europe

Nom et prénom du directeur de thèse : Eric DUVIELLA ; contact  : eric.duviella@imt-nord-europe.fr  ; N °tel : 03 27 71 21 02

Type de contrat et durée : Contrat doctoral (3 ans)

Offre de thèse soumise à validation d'une prise en charge financière par la Région.

CONTEXTE :

École sous tutelle du ministère de l'économie, des finances et de la souveraineté industrielle et numérique, IMT Nord Europe est née en 2017 de la fusion de Télécom Lille et de l'École des Mines de Douai. Elle compte aujourd'hui parmi les plus Grandes Écoles d'ingénieurs au Nord de Paris avec plus de 2200 élèves, dont un quart d'apprentis, plus de 600 diplômés par an et un réseau de 15 000 diplômés. Elle fait partie de l'Institut Mines Télécom, premier groupe public de Grandes Écoles d'ingénieurs et de management de France, et est partenaire de l'université de Lille.

IMT Nord Europe a 3 missions principales : ancien des ingénieurs responsables aptes à résoudre les grandes problématiques du XXIème siècle ; mener des recherches débouchant sur des innovations à haute valeur ajoutée ; soutenir le développement des territoires notamment en facilitant l'innovation et les créations d'entreprises. Son objectif est de former les ingénieurs de demain, maîtrisant à la fois les technologies numériques et les savoir-faire industriels. Idéalement situé au carrefour de l'Europe, à 1 heure de Paris, 30 minutes de Bruxelles et 1H30 de Londres, IMT Nord Europe a l'ambition de devenir un acteur majeur des grandes transformations industrielles, numériques et environnementales du XXIème siècle en combinant, tant dans ses enseignements et que dans sa recherche, les sciences de l'ingénieur et les technologies du numérique.

Localisée sur 2 sites principaux d'enseignement et de recherche, à Lille et à Douai, IMT Nord Europe s'appuie sur plus de 20000 m² de laboratoire pour développer un enseignement de haut niveau et une recherche d'excellence dans les domaines suivants :  Systèmes numérique | Energie et environnement | Matériaux et procédés. Pour plus de détails, visitez le site web de l'école : www.imt-nord-europe.fr

Intitulé du sujet de thèse : Développement de solutions robotiques pour la modélisation adaptative de l'évolution spatio-temporelle de la qualité de la ressource en eau.

Résumé du sujet de thèse : Le dernier rapport du CESER HdF a identifié deux problématiques majeures de la ressource eau en région, dont celle liée à la préservation de sa quantité et à la reconquête de sa qualité. La disponibilité durable de l'eau en quantité mais également en qualité constitue un des enjeux transversaux principaux. Les récents événements dramatiques liés aux épisodes d'inondation dans les HdF ont montré la nécessité de développer encore les infrastructures disponibles et les outils d'aide à la décision tout en veillant à l'optimisation des stratégies de gestion. Ces événements ont des impacts durables sur la qualité de l'eau des hydrosystèmes. La communauté scientifique dans les HdF s'est déjà emparée de ces problématiques puisqu'elle participe au collectif Res'eau et intègre dans les objectifs du CPER ECRIN une dimension liée à la caractérisation et au suivi de la qualité de l'eau. L'IMT Nord Europe conduit depuis 2020 des projets sur la caractérisation de la qualité de l'eau en région, en particulier le projet Stimule VERD-Eau, le projet IMT Nord Europe CASTR-eau et le projet CAP-Eau dans le cadre du CPER ECRIN, ainsi que sur les fonctionnalités à développer sur les drones aquatiques, le projet LORDS et le projet ANR RobLoc. Le laboratoire partenaire de l'UTOP, le LGP, a développé des recherches dans le domaine de la gestion des ressources en eau depuis plus de 20 ans, sur des problématiques liées aux aspects quantitatifs et qualitatifs, avec des cas d'études privilégiés aux bassins de la Garonne et de l'Adour. La complémentarité des expertises des chercheurs des deux laboratoires sera un atout important pour la bonne conduite de ce travail de recherche sur la caractérisation de la qualité de l'eau à partir de drones aquatiques équipés de sondes. Des premières solutions innovantes ont déjà été mises en œuvre et ont démontré tout le potentiel de cette technologie dont les premières briques sont maintenant disponibles. Il reste néanmoins encore plusieurs défis sur lesquels les communautés de l'intelligence Artificielle et de l'Automatique contribueront, en particulier :

1) le déploiement de drones en flottille, impliquant une coordination robuste et agile, 

2) la détermination de trajectoires adaptatives permettant l'évitement d'obstacles fixes et mobiles (par exemple des péniches ou des OFNI), 

3) la mise en œuvre d'un jumeau numérique afin de reproduire, d'analyser la dynamique des pollutions en identifiant les paramètres et facteurs d'influence, 

4 ) et finalement de proposer un outil et des méthodologies qui pourront conduire à la conception de stratégies de remédiations. 

Ce travail de recherche devra s'appuyer sur le travail déjà réalisé par les laboratoires, en particulier sur les architectures de simulation intégrant Matlab, ROS et VRX (simulateurs de drones aquatiques).

DESCRIPTIF DU SUJET

1) Le sujet de recherche choisi et son contexte scientifique et économique :

Le dernier rapport du CESER Hauts-de-France a permis de réaliser un état des lieux « eau » dans la région. Il indique que moins d'un quart des masses d'eau régionales étaient en bon état écologique ou chimique sur la période 2013-2015. Par ailleurs, de nouvelles substances chimiques sont maintenant considérées par le DCE entraînant un déclassement de nombreux cours d'eau. Bien que les cours d'eau fassent l'objet d'un suivi physico-chimique régulier ainsi qu'une évaluation de leur état écologique tous les deux ans, il est encore possible d'améliorer ce suivi et peut être d'anticiper l' évolution de la qualité de l'eau grâce aux techniques de l'Intelligence Artificielle, de l'Automatique et de la Robotique, qui proposent des outils maintenant disponibles et matures. Il s'agit d'implémenter et de mettre en œuvre des réseaux de capteurs fixes à haute fréquence, et de compléter ce maillage grâce à l'utilisation de capteurs mobiles intégrés sur des drones aquatiques. Les drones aquatiques offrent une solution flexible et adaptable, reconfigurable, sûre et permettant économiquement une accessibilité importante aux zones aquatiques. Ces drones aquatiques qui embarquent des capteurs peuvent être déployés facilement et produire des cartographies temporelles 3D, lors de la surveillance de cours d'eau, ou bien remonter et identifier des sources de pollution. L'identification de ces sources de pollution peut conduire ensuite à une meilleure connaissance des facteurs d'impact de la qualité de l'eau et à l'élaboration de stratégies de remédiation. Il reste cependant encore beaucoup de défis à relever pour le déploiement sûr et autonome des drones aquatiques, en particulier la gestion de flottes de drones coordonnées dans des zones non cartographiées a priori, pouvant accueillir des bateaux. A partir des données collectées, il s'agira de mettre en œuvre des méthodes d'analyse afin de consolider et d'améliorer la connaissance sur les sources, les effets et la dynamique des pollutions.

L'ensemble de ces défis répond à plusieurs préconisations du rapport CESER Hauts-de-France sur la promotion des « activités de R&D pour accélérer et diffuser l'innovation au plus près des territoires » par le développement de solutions robotiques pour la modélisation adaptative de l'évolution spatio-temporelle de la qualité de la ressource en eau, sur les « mesures d'aménagement collectif et individuel de collecte et de traitement pour réduire la pollution de toutes les eaux » par une de la connaissance autorisant la mise en œuvre de stratégies d'atténuation, et finalement par le développement « sur les territoires de dispositifs d'alerte et de gestion face aux risques de pollution », par la conception de stratégies de détection et de localisation de sources de pollution basées sur le déploiement de flottes de drones aquatiques.

Ces défis répondent également aux problématiques identifiées dans le cadre du CPER ECRIN, en particulier l'Atelier 1 sur l'« Observation des milieux et la Compréhension des processus » pour lequel l'utilisation de drones en complément de stations intégrant des capteurs en point fixe est prévu. Ce projet de Thèse s'articulera également autour du projet CAP'Eau financé dans le cadre de l'appel à projet PPP (Partenariat Public-Privé), pour lequel un postdoc sera recruté dès mars 2024 pour une durée de 13 mois. L'étudiant en thèse tirera bénéfice de cet environnement de travail et des échanges avec l'équipe de chercheurs réunie autour de ce thème.

Bien que l'estimation économique exacte d'une dégradation de la qualité de l'eau des zones de surfaces, ou plus particulièrement de l'estimation des gains économiques induits par une meilleure qualité des eaux, soient particulièrement difficiles et à notre connaissance non estimée dans les différents rapports sur la qualité des eaux de surface, il semble évident qu'il s'agit d'un levier permettant à terme de fortes économies dans un contexte de changement climatique et d'augmentation de la population, où des solutions liées à la réutilisation des eaux usées épurées ou la recharge de nappe sont dès à présent évoquées. Cependant, il existe un impact économique direct pour les sociétés commercialisant des services à base de drones aquatiques pour les collectivités et les industriels.

2) L'état du sujet dans le laboratoire d'accueil :

Le contexte sociétal et économique étant décrit, le périmètre du sujet de thèse proposé concernera particulièrement le déploiement de flottes de drones aquatiques, la mise en œuvre de solutions stratégiques spécifiques (exploration, surveillance, identification de source de pollution), de collecte et d' interprétation des données. Ces travaux de thèse s'appuieront sur une base de travail solide, puisque les équipes d'accueil participent déjà (et ont participé) à plusieurs projets de recherche sur la caractérisation de la qualité de l'eau en région, en particulier le projet Stimule VERD-Eau, le projet interne IMT NE CASTR-Eau', les projets LORDS et CAP'Eau en partenariat avec l'entreprise BDS, le projet ANR RobLoc, en collaboration avec l'Université de Lille (LASIRE), les Universités espagnoles de Barcelone (UPC) et de Séville (USE), cosignataires de plusieurs communications, avec le LGP de l'UTOP (ENIT) dans le cadre de cette thèse, mais également avec le montage d'une collaboration avec l'Université du Havre. L'IMT NE participe activement au collectif Res'eau sur des activités en lien avec cette thématique de recherche. L'IMT NE et le LGP-ENIT sont membres actifs du groupe de travail de l'IFAC TC8.3 sur la modélisation et le contrôle des systèmes environnementaux. Ils conduisent des activités de recherche sur ce thème et ont valorisé leur travail dans de nombreux articles de journaux internationaux et de communications dans des conférences et ateliers internationaux. Plusieurs sessions invitées dans des conférences internationales ont été plébiscitées ces dernières années.

Au sein de l'IMT Nord Europe, plusieurs travaux de Master et de Postdoc ont permis d'augmenter la connaissance et l'expertise des chercheurs en se focalisant sur le thème de recherche en lien avec la commande autonome de drones aquatiques pour la réalisation de cartographies . . Des approches innovantes de commande prédictive ensembliste des drones, de cartographies à partir de LIDAR et de SLAM, ont été développées, tout en privilégiant la facette applicative par la réalisation de plusieurs expérimentations réelles.

Ce travail de recherche s'inscrit principalement dans au moins la thématique phare « Data Analytics et IA » de l'IMT, avec une volonté de contribuer à la surveillance et à la gestion des systèmes environnementaux.

3) Les objectifs visés, les résultats escomptés :

Le contexte des travaux de thèse et la thématique abordée ont été décrits présentant une problématique d'actualité majeure et des enjeux prioritaires sur court et moyen termes pour la population, les écosystèmes et les activités humaines. L'ensemble de cette problématique ne peut être abordé par un unique travail de thèse. Le périmètre de celui-ci doit donc être spécifié à la fois pour contribuer à la réponse aux enjeux identifiés tout en étant adapté à la durée de la thèse. Si les objectifs de la thèse se veulent ambitieux, il est nécessaire qu'ils restent réalistes.

Parmi les défis identifiés, les contributions des communautés de l'Intelligence Artificielle et de l'Automatique se focaliseront, dans le cadre de cette Thèse sur i) le déploiement de drones en flottille, intégrant une coordination robuste et agile ainsi que ii) la détermination de trajectoires adaptatives permettant l'évitement d'obstacles fixes et mobiles (péniches), iii) la mise en œuvre d'un jumeau numérique des étendues d'eau afin de reproduire, d'analyser la dynamique des pollutions en identifiant les paramètres et facteurs d'influence, iv) et finalement de proposer un outil et des méthodologies qui pourront conduire à la conception de stratégies de remédiation.

Les contributions aux objectifs i) seront principalement centrées sur la coordination de flottes de robots en milieux aquatiques. Selon les configurations des plans d'eau, lacs, rivières ou canaux, les stratégies de déploiement et de coordination ne seront pas identiques. Il s'agira de s'adapter spécifiquement à chaque cas d'étude, au type de missions préalablement défini, tout en proposant une architecture de conduite et des méthodes génériques et modulables. Des critères pour le déploiement optimal des drones (nombre, états initiaux, etc.) et leur coordination seront fournis. Des simulations basées sur une architecture Matlab/ROS/VRX (VRX est un logiciel de simulation de drones de surface) permettent de réaliser différents tests et de proposer des stratégies de conduite robuste et agile en définissant différents scénarios. Les premières briques de cette architecture ont été développées. Il s'agira de se les approprier, de les améliorer et de les étendre.

Les contributions aux objectifs ii) seront dédiées à la détermination de trajectoires optimales et adaptables de manière réactive, des drones coordonnés entre eux en définissant la présence d'obstacles fixes et mobiles. Les approches développées révèlent un processus de détection, d'identification et de localisation des obstacles, notamment les obstacles mobiles. Des techniques développées pour les véhicules autonomes seront privilégiées en priorité. Des simulations seront également mises en œuvre sur l'architecture Matlab/ROS/VRX afin de tester et valider nos approches. Des expérimentations sur des sites réels seront envisagées et réalisées si les conditions le permettent.

Les contributions aux objectifs iii) concernent principalement l'utilisation des données analysées afin de caractériser l'état de la ressource, détecter et localiser les sources de pollution. Des techniques issues du Machine Learning et de l'analyse de données seront développées afin de mieux caractériser la qualité de la ressource en eau, voire à caractériser sa dynamique et à prédire son évolution. Il sera nécessaire d'intégrer les paramètres et les facteurs les plus influents.

Finalement, les contributions aux objectifs iv) seront de définir le périmètre d'un outil d'aide à la décision, qui aura pour plus de générer des objectifs d'exploration (surveillance, détection et localisation de sources de pollution), de proposer des stratégies d'exploration par flotte de drones en spécifiant leur nombre optimal, les trajectoires optimales et la coordination entre les drones tout en entraînant les obstacles fixes et mobiles. Lorsqu'une source de pollution sera détectée et localisée, il s'agira de fournir aux gestionnaires les données et informations nécessaires à la mise en place de solutions de remédiation.

Le travail de Thèse est un travail multidisciplinaire à la frontière entre l'Intelligence Artificielle et l'Automatique, impliquant des savoir-faire en Robotique. Plusieurs compétences seront mises en œuvre, et les équipes de recherche impliquées dans l'encadrement de ce travail de recherche pourront y contribuer.

4) Le programme de travail avec les livrables et l'échéancier prévisionnel.

Les objectifs du travail de thèse ont été listés et définis tels que : 

1) le déploiement de drones en flottille, impliquant une coordination robuste et agile 

2) ainsi que la détermination de trajectoires adaptatives permettant l'évitement d'obstacles fixes et mobiles (péniches),

3) la mise en œuvre d'un jumeau numérique des étendues d'eau afin de reproduire, d'analyser la dynamique des pollutions en identifiant les paramètres et facteurs d'influence, 

4) et finalement de proposer un outil et des méthodologies qui pourront conduire à la conception de stratégies de remédiations.

La première partie de la thèse sera consacrée à la prise en main des outils et méthodes déjà développés ainsi qu'à l'élaboration d'un état de l'art le plus exhaustif possible. Il s'agira ensuite de développer encore ces outils et méthodes tout en les testant sur l'architecture de simulation déjà développée. A partir de cette architecture de simulation, des scénarios de fonctionnement, un drone, une flotte de drones, de surveillance, d'identification de sources de pollution, seront définis et testés. Il s'agira de proposer des trajectoires optimales et adaptatives. Ces taches sont planifiées sur les premiers 18 mois. Il sera possible également de réaliser quelques expérimentations sur des cas d'étude réels afin de valider certaines contributions. C'est une des raisons de l'utilisation de l'architecture Matlab/ROS/VRX.

La deuxième partie de la thèse sera consacrée aux techniques d'analyse de la qualité de l'eau à partir des données enregistrées. Un outil dédié à la reproduction des phénomènes observés, un jumeau numérique, devra être proposé afin de mieux comprendre les phénomènes observés, les analyser, les reproduire voire les anticiper. A partir de ce jumeau numérique des premiers éléments pour la conception d'un outil d'aide à la décision seront proposés. Ces tâches seront planifiées sur les 18 mois suivants.

Les différentes contributions du travail de thèse seront valorisées dans le cadre de communications dans des conférences internationales ainsi que dans des journaux internationaux. Il sera également possible de mettre en ligne sur les réseaux grand public des vidéos de nos expérimentations. Il s'agira de publier dans au moins trois conférences internationales reconnues ainsi qu'un journal à facteur d'impact au cours de ces trois années de thèse. Les résultats seront mis à la connaissance des gestionnaires des réseaux hydrographiques de la Région, du collectif RES-EAU, et des différents partenaires avec qui nous collaborons déjà. Les deux partenaires encadrant ce travail de thèse, pourront bénéficier également de très bonnes collaborations de travail avec les Universités partenaires.

La thèse sera menée au LGP-ENIT de Tarbes, avec des séjours de travail réguliers à l'IMT Nord Europe, puisque l'étudiant sera salarié de l'ENIT. L'étudiant sera inscrit à l'école doctorale MADIS selon les règles de financement de la Région HdF. Une convention de partenariat sera mise en place entre les deux établissements. Bien que le programme des tâches à réaliser ainsi que l'échéancier de travail soit dès à présent proposé (voir ci-dessous), ils pourront être adaptés de manière agile en fonction de la progression de l'étudiant, tout en conservant les critères de réussite et de valorisation des travaux de thèse.

Les collaborations prévues  :

Le projet de recherche est réalisé en partenariat avec le LGP-ENI de Tarbes avec qui l'IMT Nord Europe collabore depuis plusieurs années sans toutefois avoir eu l'opportunité de co-diriger les travaux de Thèse. Un sujet de Master 2 a néanmoins été co-encadré en 2021 par l'IMT NE et le LGP-ENIT (Houssem TRIKI, « Stratégie de contrôle des inondations basée sur l'estimation des hydrogrammes et la répartition des volumes »). Ce projet permettra de renforcer la collaboration entre les laboratoires de ces deux établissements.

Ces travaux de thèse ont avant tout un très fort ancrage Régional, puisqu'ils viennent renforcer les activités de recherche du CERI SN de l'IMT Nord Europe en collaboration avec le LASIRE de l'Université de Lille et la start-up BDS, dans le cadre de différents projets (Verd'Eau et Castr'Eau), mais également les objectifs de recherche du CPER ECRIN. Ils tentent de répondre aux problématiques identifiées au niveau Régional, en particulier dans le dernier rapport du CESER.

Ces travaux auront également un ancrage national en bénéficiant de l'expertise du LGP-ENIT dans le domaine de l'environnement et de la gestion de la ressource en eau, puisque ce laboratoire travaille depuis plus de 20 ans sur ces problématiques, avec la coordination de plusieurs projets trans-nationaux et nationaux et la participation au comité d'expert du pôle Aqua-Valley [1] . Le LGP-ENIT a également mis en œuvre des techniques de détection et de diagnostic de contaminants dans l'eau à partir d'approches basées sur les données. Les solutions à base de drones qui seront développées dans le cadre de cette thèse pourront être déployées sur des sites d'étude dans le sud de la France.

Ce travail renforcera également les collaborations de travail qu'ont les deux laboratoires avec l'UPC de Barcelone et l'Université de Séville qui développent des approches pluridisciplinaires en matière de l'Intelligence Artificielle, de l'Automatique et de la Robotique avec des applicatifs . sur les réseaux hydrographiques ; quelques exemples non exhaustifs avec le développement de drones aquatiques par l'Université de Séville, et la surveillance de la qualité de l'eau au large de Barcelone avec des drones par l'UPC. Plusieurs contributions scientifiques sont issues de ces collaborations, avec des co-encadrement de Thèses, et l'accueil de chercheurs invités.

Le travail de Thèse sera pluridisciplinaire, entre l'Intelligence Artificielle, l'Automatique et la Robotique, nécessitant le développement d'architectures de simulation, d'outils de contrôle et de coordination multi-agents pour gérer la flotte de robots, de techniques d 'identification et de Machine Learning pour caractériser l'état de la ressource en eau.

En quoi le sujet répond à l'un au moins des critères de priorisation de la Région ? cf. Délibération de lancement de l'appel à projets Allocations n° 2022.01499 du 22 novembre 2022 http://guide-aides.hautsdefrance.fr/aide491

La Région Hauts-de-France ambitionne de renforcer la dynamique rev3 sur les territoires afin de positionner la Région en tant que leader et exemplaire d'un développement durable au service des Hommes, des territoires, de la Planète. C'est dans ce contexte que s'inscrit le projet ECRIN dans le cadre du CPER 2021-2027 qui vise à mieux comprendre en quoi le changement climatique et plus largement les changements environnementaux (qualité de l'air, de l'eau…) liens à l'activité humaine provenant de notre santé et de la biodiversité. Les objectifs de cette thèse contribueront à l'exemplarité du développement durable de la Région avec la conception d'approches dédiées à la préservation d'une ressource vitale dont toutes les activités humaines dépendent directement et indirectement. En effet, bien que les objectifs de recherche et de développement n'entrent pas directement dans les thématiques et pistes de spécialisation de la Stratégie, ils y contribuent fortement car il est inévitable que les inégalités sociétales s'accroissent fortement si l'accès à une ressource en l'eau propre n'est plus garantie de manière équitable. De même, l'industrie, la production d'énergie, l'économie circulaire, l'agriculture sont directement tributaires d'une disponibilité de l'eau. Une ressource en eau polluée a également de très forts impacts sur la santé publique.

En quoi le sujet participe à la structuration de la recherche en Région ?

La thématique de recherche proposée s'inscrit principalement dans le projet CPER ECRIN 2021-2027, en lien avec les objectifs de l'acquisition de connaissances scientifiques et le développement de l'innovation et la valorisation de la recherche en Environnement. Le projet CPER CORNELIA pourrait également bénéficier des contributions de recherche sur le thème de l'IA responsable et durable.

En quoi le sujet s'inscrit dans les priorités du cofinanceur concerné ? Pour les sujets en lien avec un partenariat public-privé ou un partenariat entre plusieurs laboratoires publics, quelles sont les modalités du partenariat ? nature, moyens, propriété, partage et diffusion des résultats, encadrement et localisation du doctorant…

Le co-financier de cette Thèse est le laboratoire LGP-ENIT qui souhaite développer davantage encore son activité de recherche sur la thématique de l'environnement en particulier la gestion de la ressource en eau. Ce laboratoire développe une expertise dans le domaine de l'Intelligence Artificielle et de l'Automatique, avec une application privilégiée sur la gestion des réseaux hydrographiques, tant quantitativement que qualitativement. Le LGP-ENIT a coordonné de nombreux projets de recherche depuis plus d'une vingtaine d'années. Il est par conséquent un partenaire privilégié qui apportera une complémentarité très intéressante pour la conduite de ces travaux et la satisfaction des objectifs ambitieux affichés.

En quoi le sujet pourrait être valorisé dans un cadre national, européen, international (Conférences, publications) ?

L'IMT NE et le LGP-ENIT participent activement au groupe de travail de l'IFAC TC8.3 sur la modélisation et le contrôle des systèmes environnementaux, en proposant régulièrement des sessions invitées lors de conférences internationales de rang A. travail de Thèse sera. . . . . . . . valorisé par des conférences internationales et au moins une revue internationale à bon facteur d'impact. Le sujet est un thème fédérateur au niveau régional, national mais également européen avec des collaborations existantes avec des Universités espagnoles. Un projet national a été accepté dans le cadre de l'aap ANR Défi Robotique pour l'année 2024. Plusieurs projets européens ont été déposés ces dernières années sur le thème de la robotique pour l'environnement. Nous ambitionnons d'obtenir prochainement le financement d'un projet européen sur ce thème, en se basant sur une expertise solide qui se construit en premier lieu au périmètre régional et national.

Quelles sont les perspectives de valorisation, de transfert et d'innovation sur le territoire des Hauts-de-France ?

Le projet contribue-t-il à la Stratégie Recherche Innovation de la région (S3) ? Si oui, pour quel Domaine d'Activité Stratégique ? D'une façon plus générale, quelles sont les retombées socio-économiques pour le territoire régional ?

https://delibinternet.hautsdefrance.fr/Docs/CommissionPermanente/2022/03/17/DELIBERATION/2022.00573_annexe.PDF

Les retombées socio-économiques pour le territoire régional sont nombreuses et importantes car tous les domaines liés à l'activité humaine nécessitent la disponibilité d'une ressource en eau de qualité. Il est cependant difficile de quantifier directement ces retombées car les indicateurs ne sont pas disponibles auparavant. Cependant, le caractère alarmant du dernier rapport du CESER démontre l'importance que nous devons attribuer à la préservation de la ressource en Eau, et le rôle que doivent jouer les laboratoires de recherche pour y contribuer par des activités de recherche et de développement. Tout cela se situe, en plus, dans un contexte d'augmentation de la population et de changement climatique avec des événements extrêmes de plus en plus fréquents et de plus en plus impactant, en particulier les périodes d'étiage et d'inondation. Ces phénomènes ont un impact sur l'état de la ressource en eau qu'il en encore difficile d'appréhender totalement.

• Le territoire de la région est maillé par un réseau hydrographique important et dense qui s'étendra encore avec le canal Seine-Nord. Un tel réseau est une force pour la région qu'il faut cependant gérer (qualité et quantité de la ressource en eau) et exploiter (transport fluvial, production d'énergie potentielle, usages et activités humaines...) au mieux. L'optimisation de cette ressource grâce à des modèles ou des algorithmes d'Intelligence Artificielle issus de la recherche nécessite d'instrumenter ce réseau pour collecter des données de qualité en nombre suffisant spatialement et temporellement. Nous collaborons étroitement avec la société régionale BDS pour définir aujourd'hui les méthodologies qui permettront demain à BDS de proposer des services innovants d'instrumentation à bas coût (comparé au déploiement d'un réseau de capteurs fixes par exemple) en utilisant des drones aquatiques .

Ce sujet de thèse s'inscrit donc pleinement dans les perspectives de valorisation, de transfert et d'innovation de la région et vise plus particulièrement à développer un tissu économique fort allant de la récolte jusqu'à l'exploitation des données de réseaux hydrographiques pour pour optimiser le fonctionnement.

Le sujet peut-il ou non contribuer à la Troisième Révolution Industrielle (TRI) ? 

Le sujet de thèse contribue de manière indirecte à la TRI, car toutes les activités économiques de l'Homme ont essentiellement un accès à une ressource en eau de qualité en quantité suffisante. De nombreuses industries de la Région des Hauts de France, et plus généralement en France, sont très consommatrices d'eau, et ne peuvent pas fonctionner à un niveau nominal sans y avoir accès. Des solutions de sobriété sont maintenant mises en œuvre au sein des entreprises avec des circuits d'eau fermés.

Le sujet peut-il contribuer à développer la bioéconomie en région ?

La ressource en eau étant au centre des activités humaines, sa préservation contribuera également au développement de la bioéconomie en Région, en particulier pour la création de la biomasse issue des domaines forestiers, agricoles, et aquacoles, ainsi qu'à sa transformation à des fins de production alimentaire, d'alimentation animale, de matériaux biosourcés, d'énergie.

Le sujet peut-il contribuer à développer l'intelligence artificielle ?

https://www.hautsdefrance.fr/humain-lambition-des-hauts-de-france-pour-une-intelligence-artificielle-au-service-des-habitants/

Les techniques mises en œuvre seront issues du domaine de l'Intelligence Artificielle, de l'Automatique et de la Robotique avec un applicatif sur la modélisation adaptative de l'évolution spatio-temporelle de la qualité de la ressource en eau. De nouvelles techniques de Machine Learning permettant la caractérisation de la dynamique de l'état de la ressource en eau seront développées lors de ce travail de Thèse. Par conséquent, ce sujet de Thèse contribuera bien à développer l’Intelligence Artificielle.

Date limite de candidature : 31 mai 2024