PhD Thesis Proposal Toward a Smart Digital Twin for Aeronautical Production Lines: From Data To Model

Informations globales

Cette thèse aura lieu au Centre de Génie Industriel de IMT Mines Albi (France).

·       Localisation: Albi, CGI  https://cgi.imt-mines-albi.fr/

·       date de début: September ou octobre  2026 selon disponibilité du candidat

·       financementde la thèse: CORAC PME pour le projet Infinity

·       mots clés :  Digital Twin engineering, coupling Simulation-optimisation-AI, surface treatment industry.

Contexte

Dans le contexte de l’Industrie 4.0 et au-delà, les acteurs industriels déploient des stratégies de numérisation où les systèmes opérationnels sont connectés à des systèmes cyber de plus en plus intelligents. Dans ce contexte, le jumeau numérique organisationnel désigne le système qui permet une interaction bidirectionnelle entre une organisation physique (personnes et systèmes) et sa réplique virtuelle dans un objectif de pilotage global des flux.

Les revues récentes et les typologies (par ex. Kritzinger et al., 2018 ; Onaji et al., 2022 ; Soori et al., 2023 ; Kober et al., 2024 ; Traoré, 2024 ; Namaki Araghi et al., 2025) sur les jumeaux numériques dans le cadre manufacturier montrent que le JN gère des données d’atelier et interopère avec divers systèmes (MES, ERP, traçabilité, qualité), dispose de modèles de simulation physiques ou basés sur les données axés sur la gestion des flux, et orchestre des services orientés vers le traitement des données ou des modèles de simulation. Le JN a divers objectifs (évaluation des impacts des changements et de la performance, optimisation), et des interactions avec les utilisateurs lorsque nécessaire pour soutenir des décisions à différents horizons (tactique et opérationnel) et potentiellement de différentes natures (planification, maintenance, qualité). La mise en œuvre d’un tel système représente un défi organisationnel et technique majeur qui doit être adapté aux spécificités et évolutions industrielles.

Le projet INFINITY vise à concevoir et tester un système de jumeaux numériques pour soutenir la planification industrielle dans le contexte d’une industrie de traitement de surface. Il est en partenariat avec un industriel phare de ce domaine pour l’industrie aéronautique qui porte le projet sur un financement CORAC. Les projets de jumeau numériques de taille industrielle étant peu fréquents un des enjeux du projet est d’étudier la scalabilité du système proposé et l’impact sur jumeau numérique sur l’organisation. Une partie du projet visant à concevoir de nouveaux procédés de traitement, une partie du sujet porte aussi sur l’évaluation de l’impact de ces nouveaux procédés sur le pilotage du système de production.

Plusieurs thèses sont menées simultanément au sein de ce projet, chacune avec des orientations complémentaires : (i) la collecte de données et la construction des informations nécessaires à la planification ; (ii) le jumeau numérique pour la planification à court et moyen terme ; et (iii) le jumeau numérique pour la planification stratégique.

Problématique

Le projet INFINITY porte sur la conception et le développement d'un jumeau numérique des lignes de production d'un façonnier du secteur aéronautique, dans le cadre de la transition numérique de son outil de production. Un jumeau numérique ne peut remplir son rôle qu'à la condition de représenter fidèlement les informations essentielles à la prise de décision, elles-mêmes issues de données collectées sur les lignes de production.

Or, ces lignes présentent des niveaux d'automatisation hétérogènes : certaines sont entièrement automatisées, d'autres entièrement manuelles, d'autres encore semi-automatisées. La nature des opérations réalisées (peinture, traitement de surface) impose des contraintes fortes sur la disponibilité de ces données : leur collecte automatique et en temps réel n'est pas toujours techniquement envisageable, ce qui constitue un défi central pour l'alimentation du jumeau numérique.

Verrous scientifiques identifiés sur cette thèse :

VS1 Modélisation du besoin informationnel. Il s'agit de concevoir un méta-modèle capable de représenter, de façon générique et formelle, les informations strictement nécessaires à l’alimentation du jumeau numérique des lignes de production. Ce méta-modèle doit permettre de cadrer la remontée d'information en définissant le juste besoin, c'est-à-dire en distinguant ce qui relève de l'information décisionnelle de ce qui constitue un artefact de collecte sans valeur ajoutée pour le pilotage.

VS2 Alimentation des modèles. Une fois le méta-modèle du besoin informationnel établi, la question de son instanciation à partir de données réelles de production se pose. Comment alimenter ces modèles à partir de données hétérogènes, partielles, et produites selon des rythmes et des modalités de collecte variables ? Ce verrou articule des enjeux d'intégration, de qualité et de cohérence de la donnée au regard des exigences du jumeau numérique.

VS3 Gestion de l'absence de données. Dans un contexte où certaines opérations ne permettent pas une collecte automatique et en temps réel, en raison de la nature même des procédés (peinture, traitement de surface) ou du niveau d'automatisation des lignes, comment maintenir la cohérence et la complétude de la représentation portée par le jumeau numérique ? Ce verrou interroge la capacité du système à pallier les lacunes de la remontée de données par des mécanismes d'inférence ou de déduction, permettant de reconstituer un état vraisemblable du système à partir d'informations partielles.

Verrous Techniques étudiés dans ce sujet de thèse

VT1 Interopérabilité des systèmes d'information : l'intégration des données issues de systèmes hétérogènes (ERP, capteurs, documentation technique, etc.) typiques d'un façonnier aéronautique pose des problèmes de standardisation et de compatibilité.

VT2 Numérisation de l’atelier : le passage au numérique des lignes de production implique de gérer la remontée de données en « temps réel » (i.e. qui tient compte de la cinétique nécessaire dans le domaine) et préférentiellement automatique, ce qui suppose le recours à des infrastructures parfois incompatibles avec les opérations réalisées (d’un point de vue physique et technique).

VT3 Qualité et gouvernance de la donnée : garantir la fiabilité, la traçabilité et la sécurité des données dans un contexte aéronautique soumis à des exigences réglementaires fortes et à une cinétique informationnelle rapide.

Plan d’action

Le plan d’action visé sur cette thèse est le suivant :

–      Analyse des exigences et des besoins informationnels,

–      Définition du meta-modèle,

–      Définition des algorithmes pour alimenter les modèles,

–      Définition des algorithmes pour gérer l’absence de données,

–      Application sur quelques exemples de situation issus d’une étude de cas industrielle,

–      Évaluation de démonstrateurs.

Références

[1] J. Bézivin, ‘On the unification power of models’, Software & Systems Modeling, vol. 4, no. 2, pp. 171–188, 2005.

[2] W. Charles, N. Aussenac-Gilles, and N. J. Hernandez, Temporalité et graphes de connaissances : analyse théorique et enjeux pratiques », in 34es Journées francophones d’Ingénierie des Connaissances (IC 2023)@ PFIA 2023, AFIA, 2023, pp. 1–10.

[3] Y. Chasseray, A.-M. Barthe-Delanoë, S. Négny, and J.-M. Le Lann, ‘A generic metamodel for data extraction and generic ontology population’, Journal of Information Science, vol. 48, no. 6, pp. 838–856, 2022.

[4] N. Shah, S. Shah, P. Jain, and N. Doshi, ‘Overview of Present-Day IoT Data Processing Technologies’, Procedia Computer Science, vol. 210, pp. 277–282, Jan. 2022, doi: 10.1016/j.procs.2022.10.150.

[5] S. Arbesman, The half-life of facts: Why everything we know has an expiration date. Penguin, 2013.

[6] E. S. Knudsen and L. B. Lien, ‘The half-life of knowledge and strategic human capital’, Human Resource Management Review, vol. 33, no. 4, p. 100989, 2023.

IMT Mines Albi et le Centre de Génie Industriel

École du ministère en charge de l'industrie, IMT Mines Albi est une école de l’Institut Mines- Télécom, 1er groupe d’écoles d’ingénieurs et de management de France. À l'avant-garde des enjeux industriels et académiques sur la scène internationale, elle agit comme un moteur scientifique et économique territorial en combinant ses 4 missions - former des ingénieurs en intégrant la dynamique du développement durable, faire de la recherche scientifique, contribuer au développement économique et diffuser la culture des sciences, des techniques et de l'innovation - en un cercle vertueux et porteur d'innovation.

Son positionnement en matière de formation et de recherche place IMT Mines Albi comme école de référence sur trois des quatre thématiques de l’IMT, à savoir l’industrie du futur responsable, l’énergie, économie circulaire et société ainsi que l’ingénierie, santé et bien-être.

IMT Mines Albi, au travers du Centre Génie Industriel (CGI), développe des recherches à la frontière entre l’intelligence artificielle et le génie industriel, en collaboration avec des partenaires publics et industriels nationaux et internationaux.

Le Centre Génie Industriel (CGI) (https://cgi.imt-mines-albi.fr/) compte environ 70 personnes dont 25 doctorants. Le centre s’intéresse à l’accompagnement de la transition des écosystèmes en permettant de prendre des décisions responsables et durables, dans des environnements instables ou perturbés. Ceci est mis en pratique par la représentation, la modélisation et l’analyse des données de ces organisations afin de formaliser de la connaissance conduisant à la prise de décision dans des contextes hétérogènes, collaboratifs, incertains et/ou perturbés.

Il est structuré selon des axes de recherche appliquée et des programmes scientifiques. Les axes de recherche appliquée sont :

• Axe FLOWS : Flexible Logistics and Operations for sustainable WorldS dans lequel cette thèse est rattachée.

• Axe DiSCS : Digital Systems for Crisis management and Security ;

• Axe TRACE : Territorial Resilience, Agility, and Circular Economy ;

• Axe WHOPS : Well-being and Health through Organizational Processes and Services.

Les deux programmes scientifiques au cœur de ces axes de recherche sont :

• HOPOPOP : Hybridization for Operations & Planning, Organizations & Performance, Optimization & Problem-solving.

• AIME-DM : Automated Information Modeling and Extraction for Decision-Makers dans lequel cette thèse est rattachée.

Profil recherché :

Formation 

Ingénieur.e généraliste, en génie industriel ou en informatique ou Master en génie industriel ou en informatique ou équivalent (niveau Bac+5).

Compétences techniques

·       Modélisation conceptuelle de systèmes complexes (Ingénierie Dirigée par les Modèles),

·       Analyse systémique,

·       Architecture logicielle (notamment n-tiers, Service Oriented Architecture),

·       Maîtrise indispensable d’UML.

Compétences transverses

·       Niveau B2 minimum exigé en anglais (cf. référentiel européen ; ex. :  785/990 minimum au TOEIC), attesté par une certification reconnue (TOEFL, TOEIC, IELTS).

·       La maîtrise du français (C1 minimum) est exigée afin de faciliter les échanges avec les experts et les acteurs industriels.

• Autonomie et capacité à travailler dans une équipe de recherche.

• Motivation pour contribuer à une application industrielle de la recherche.

Compétences complémentaires

·       Des connaissances en algorithmique, Web sémantique seront très appréciées

Documents demandés pour candidater : CV, lettre de candidature, résumé de la thèse de master, copies de publications, relevés de notes (bac+4 et bac+5), lettres de recommandation (expérience de recherche et industrielle) et tout autre document jugé utile pour appuyer votre candidature.

Date butoir : 19 Juin 2026, 12:00 PM.

Convocation pour entretien : entre le 30 Juin et le 2 juillet 2026.

Contacts:

Anne-Marie Barthe-Delanoë, CGI IMT Mines Albi, anne-marie.barthe@mines-albi.fr

Myriam Lamolle, CGI IMT Mines Albi, myriam.lamolle@mines-albi.fr