Thèses en cours

Maria MOLINA

Amélioration de la capacité de prise en compte de données incertaines ou lacunaires par un réseau de neurones artificiel pour la prévision de l’'aléa hydrométéorologique

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)

Directeur de thèse: Anne JOHANNET (EMA/LGEI)
Encadrement : Severin PISTRE, Guillaume ARTIGUE (EMA/LGEI)
Laboratoire : LGEI (EMA)

Résumé : Cette thèse répond au besoin de la région Occitanie d'un support technologique à la gestion des crues éclairs. Particulièrement, le travail aura pour but d'obtenir une preuve de concept (PdC) pour la gestion à l'aide d'un logiciel opérationnel au système d'alerte en temps réel. La PdC évaluera différents modèles de prédiction statistique basés sur les réseaux de neurones artificiels et de machine learning, appliqués à des ensembles de données hydro-méteorologiques incomplets ou lacunaires. Les informations pertinentes pour les acteurs locaux dans la gestion du risque inondation seront considérées lors des différentes étapes de modélisation sur une sélection de cas types de la région. Les résultats seront évalués selon la capacité des modèles à produire des signaux d'alerte précis de crues éclairs, en un temps suffisant pour leur utilisation dans des applications de prédiction.

Oumar el Farouk MAMAN ILLATOU

Caractérisation de la distribution spatio-temporelle de l'Arsenic des aquifères du Liptako Gourma (LG): évaluation de l'impact anthropique lié à l'exploitation minière, conséquences sur l'exposition des populations et définition de stratégies d'intervention

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)

Directeur de thèse: Marc VINCHES (EMA/LGEI)
Encadrement : Ousman BOUREIMA
Laboratoire : LGEI (EMA)

Résumé : Caractérisation de la distribution spatio-temporelle de l’arsenic des aquifères du Liptako-Gourma : évaluation de l’impact anthropique lié à l’exploitation minière, conséquences sur l’exposition des populations, et définition de stratégies d’intervention.»

"La zone du Liptako-Gourma (L.G.), à cheval sur trois pays, Niger, Mali et Burkina-Faso, est riche en mines industrielles et artisanales d’or. Plus de 500 sites d’orpaillage et 15 mines industrielles sont exploités sur ce territoire. Le développement de ces exploitations minières est une source possible de pollution, et de rupture locale d’équilibres chimiques des terrains de surface pouvant entrainer des déplacements de polluants métalliques ou organiques. La géologie de la zone du LG peut aussi être une source de libération naturelle de l’arsenic dans la zone. Cette région compte environ 4,9 millions d’habitants avec une superficie d’environ 129. 103 km2. La majorité du territoire, en superficie, est alimentée en eau potable par des eaux de forages et des puits.

Des investigations ont révélé des concentrations élevées d’arsenic dans la zone du LG. Des mesures ponctuelles effectuées, ont relevé des traces d’Arsenic dans les eaux de surfaces et certaines nappes discontinues du socle que le Niger partage avec le Burkina Faso. Au niveau de ce dernier, 40749 points d’eau modernes (DGRE, 2012) ont été inventoriés et qualifiés de fortes teneurs en arsenic, et près de 80% de la population s’alimentent aux eaux de ces puits et forages. Des manifestations cutanées, dominées par les hyperkératoses palmo plantaires et les hyperpigmentations ont été mises en évidence dans la province de Yatenga au Burkina Faso (Issa T. SOME et al. (2012)).

L’objectif de cette thèse est de faire un état de lieu de la contamination des eaux par l’arsenic et sa répartition spatio-temporelle, de caractériser les pesticides sur le fleuve Niger et le rivière Mékrou, d’évaluer le niveau d’exposition des populations et de définir des stratégies d’intervention.

Philippe-Lionel EBENGUE ATEGA

Etude des effluents d’exhaure minière : caractérisation des sources, analyse des flux dans le cadre d’une démarche d’économie circulaire, évaluation des éventuelles conséquences épidémiologiques, et propositions de scénarios de traitements éventuels.

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)

Directeur de thèse: Marc VINCHES (EMA/LGEI)
Encadrement : Corinne CASIOT
Laboratoire : LGEI (EMA)

Résumé :

Cagri Alperen INAN

Prévision des crues par réseaux de neurones artificiels : évaluation des apports de l’assimilation de données pour les applications aux rivières cévenoles

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)

Directeur de thèse: Anne JOHANNET (EMA/LGEI)
Encadrement : Bedri KURTULUS, Severin PISTRE, Guillaume ARTIGUE (EMA/LGEI)
Laboratoire : LGEI (EMA)

Résumé : Les fortes précipitations dites Cévenoles suivies de crues destructrices à la frontière des Cévennes ont toujours été un phénomène menaçant pour le sud de la France. La complexité et l'hétérogénéité des événements produit par des concepts géologiques inconnus ont été problématiques pour modéliser la relation entre les précipitations et le débit des cours d'eau à l'échelle temporelle et spatiale. Face à ces défis, l'hydrologie et la météorologie devraient développer des solutions pour prévenir ces risques et protéger les populations. Cette protection inclut spécifiquement des avertissements précoces que des prévisions hydrologiques sont nécessaires. C'est un vrai problème scientifique que les précipitations à l'origine de ces inondations sont très difficiles à prévoir et les temps de réponse des systèmes hydrologiques associés sont très courts.
Dans ce cadre, le SCHAPI (Service Central d'Hydrométéorologie et d'Appui à la Prévision des Inondations) souhaite disposer d'outils performants et fiables pour l'alerte précoce des populations et la sécurité des biens. Le développement et l'amélioration des solutions de modélisation sont donc privilégiés et c'est dans ce contexte que le sujet de cette thèse intervient.
Les réseaux de neurones ont donné des résultats encourageants et ont ouvert de nouvelles perspectives de recherche pour améliorer la fiabilité des prévisions d'inondations, l'horizon de prévision ou même la capacité des modèles à utiliser plusieurs types de données de manière interchangeable. Ces travaux visent à approfondir les capacités de prévision des crues éclair par apprentissage artificiel, notamment en utilisant des méthodes existantes ou innovantes d'assimilation de données.

Antoine GARNIER

Développement d'un échantillonneur passif pour un diagnostic de la contamination des zones portuaires par des organoétains.

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)

Directeur de thèse: Catherine GONZALEZ (EMA/LGEI)
Co-Directrice : Emmanuelle CADOT (IRD/HSM), Christelle BANCON MONTIGNY
Laboratoire : LGEI (EMA)

Résumé :

Antoine FRICARD

Résilience de la gestion de l’eau en zone méditerranéenne face aux changements globaux : cas des vallées des Gardons.

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)

Directeur de thèse: Guillaume JUNQUA (EMA/LGEI)
Co-Directrice : Emmanuelle CADOT (IRD/HSM)
Laboratoire : LGEI (EMA)

Résumé : À l’échelle mondiale, le lien entre changements climatiques et ressources en eau est un sujet d’intérêt, car les premiers sont susceptibles d’augmenter la fréquence et l’intensité des événements extrêmes (sécheresses, précipitations, inondations) et d’affecter ainsi la dynamique des hydrosystèmes de surface et souterrains. Par ailleurs, les changements climatiques peuvent influer sur la qualité des eaux en amplifiant différentes formes de pollution de l’eau (présence de carbone, pathogènes, pollution thermique). La consommation de l’eau par les activités humaines cause aussi une amplification des phénomènes de sècheresses et donc une détérioration de la qualité de la ressource. De même, la modification de l’utilisation des sols peut perturber le cycle de l’eau par des modifications des propriétés des sols (notamment de leur perméabilité) et de l’évapotranspiration. L’ensemble de ces phénomènes est donc susceptible de générer des impacts long terme sur la ressource en eau qui devraient être pris en compte par les décideurs afin de garantir une eau de qualité disponible par les générations futures. La détérioration de la qualité de l’eau peut en limiter ses usages, et avoir des conséquences, il est indispensable de proposer des méthodes d’évaluation adaptées.

À une échelle plus locale, au sud de la France, les Gardons supportent (ou ont historiquement supporté) différentes activités humaines tout au long de leur parcours. Dans les Cévennes, les activités récréatives se sont substituées aux activités agricoles (cultures en terrasses avec l’utilisation de canaux) et aux activités industrielles (mines, magnaneries et filatures). Dans la plaine, si les activités récréatives peuvent être présentes, l’eau des Gardons permet indirectement, via les nappes alluviales, le maintien d’activités agricoles et urbaines. La ressource en eau est ainsi toujours soumise à des pressions anthropiques liées à ces activités passées ou actuelles. Si les Gardons traversent ainsi des zones d’utilisation des sols assez variées, la géologie rencontrée présente aussi une grande diversité. Ces différents facteurs influent sur le cycle de l’eau, tant sur les aspects qualitatifs que quantitatifs.  Un autre facteur clé est lié aux variations saisonnières qui sont notamment marquées par des périodes de basses eaux et des épisodes cévenols ou méditerranéens, engendrant de fortes variabilités de la ressource en eau. À l’heure actuelle ces différents évènements sont étudiés quantitativement, essentiellement pour des aspects de gestion des risques naturels (prévision des crues éclairs et sécheresse). En revanche, les aspects qualitatifs de la ressource ainsi que leur variabilité sont beaucoup plus mal connu. La variabilité de la qualité de l’eau peut cependant avoir des conséquences importantes en termes d’usages, avec une eau de qualité dégradée qui peut présenter des impacts sanitaires ou environnementaux.

Par ailleurs, les données quantitatives et qualitatives liées aux ressources et à leurs usages sont présentes dans différentes bases de données et ont un caractère hétérogène et incomplet. Certains auteurs proposent une coopération afin de pouvoir centraliser au sein d’un système d’information commun cet ensemble d’informations. De plus, du fait du désengagement progressif de l’État, des projets participatifs tels que Hydropop visent à améliorer le partage de connaissances entre acteurs locaux afin que ces derniers puissent s’approprier des outils de mesure et de gestion de l’eau des Gardons.

De façon globale, les changements climatiques vont augmenter l’intensité et la fréquence des précipitations, mais aussi des périodes de sécheresse qui seront plus marquées. De plus, l’allongement des périodes de basses eaux pourrait engendrer des phénomènes accrus de dégradations de qualité des eaux (salinisation, développement de blooms algaux), imposant la limitation de certaines activités ou modifiant les chaînes de traitement ou d’approvisionnement de l’eau, en différents endroits du pourtour méditerranéen, avec des conséquences diverses selon les pays. Une meilleure connaissance des conséquences des changements climatiques sur la qualité des eaux et, par répercussion sur les usages de l’eau est donc nécessaire. La conception et la mise en œuvre de mesures d’adaptation, ainsi que l’évaluation de leurs effets sur la santé humaine, les écosystèmes et la disponibilité de la ressource en eau pour les générations futures s’avère indispensable. Enfin, un site « miroir » du bassin versant des Gardons sera choisi dans un deuxième temps, au Sud du bassin méditerranéen afin de mener des comparaisons.

Mots Clés : Résilience, adaptation, analyse de cycle de vie, usages de l’eau, changements climatiques.

Nicolas BIJON

Une promesse plausible à la bio économie : Initiation de la Symbiose Territoriale pour favoriser l'économie circulaire

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)

Directeur de thèse: Thomas WASNAAR (EMA/LGEI)
Encadrement : Guillaume JUNQUA
Laboratoire : LGEI (EMA)

Résumé : Les stratégies bioéconomiques visent à utiliser des ressources biologiques pour subvenir aux besoins initialement pourvus par des ressources fossiles. Dans la situation où un territoire présente à la fois une forte demande en intrants non renouvelables substituables (tel que c'est le cas en agriculture) et un flux important et diversifié de matière organique résiduelle, il y a a priori un fort potentiel d'optimisation. Dans la continuité des travaux autour de la Symbiose Industrielle, nous proposons d'exploiter ce potentiel par l'augmentation de la coopération des acteurs à une échelle locale, dans une démarche que nous nommerons Symbiose Territoriale afin d’insister sur la diversité des types de flux pouvant entrer en considération (au delà des flux issus d'une activité économique industrielle), ainsi que la prise en compte de la complexité des différentes dimensions du territoire (matérielle, organisationnelle, idéelle). Les synergies bioéconomiques correspondent donc à l'échange de sous-produits organiques au sein d'un territoire permettant de diminuer la dépendance de ses acteurs aux énergies fossiles de manière durable. Cependant, la définition du territoire sur lequel ces symbioses seraient pertinentes est inconnue, et la motivation des acteurs pour s'engager dans de telles démarches est incertaine. C'est pourquoi nous faisons l’hypothèse qu’il est nécessaire d'identifier au préalable un système-territoire  sur lequel ces symbioses bioéconomiques sont pertinentes, et de formuler une promesse plausible aux acteurs de ce système qui permette de les engager dans une démarche de concertation. La définition du système-territoire et la formulation de la promesse plausible nécessitent la conceptualisation d'un cadre épistémologique et méthodologique aujourd'hui inexistant. Afin de formuler la promesse plausible, nous envisageons la modélisation des dynamiques territoriales par l’utilisation de systèmes multi-agents, une piste qui semble prometteuse.

Bob SAINT FLEUR

Vers une meilleure prise en compte des comportements multi-échelles des aquifères complexes (karsts-crues rapides) par les modèles à réseaux de neurones

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)
Directeur de thèse: Anne JOHANNET (EMA/LGEI), Severin PISTRE (HSM Montpellier)
Encadrement :  Guillaume ARTIGUE (EMA/LGEI)
Laboratoire : LGEI (EMA)

Résumé : Lors des épisodes de précipitations dites « cévenoles » de grandes quantités d’eau s’abattent sur les sols et déclenchent des phénomènes qui ne sont pas complètement connus dans des contextes géologiques hétérogènes et complexes, comme on les rencontre dans la bordure cévenole. En particulier, mais pas seulement, les aquifères karstiques qui contribuent à la dynamique des crues, ont un comportement complexe, non linéaire, qui dépend de leurs propriétés intrinsèques, lesquelles ne peuvent être approchées physiquement par des méthodes non destructives. Conceptuellement, les karsts sont souvent décrits comme un système à trois compartiments. Ces derniers sont différenciés par leur degré de saturation potentielle et de leur structure conductrices (ou matricielle) [Virgile TAVER, 2014].

Compte tenu de la méconnaissance de l’existence ou de l’exacte position et caractéristiques de ces drains, fissures, et systèmes annexes, il est actuellement difficile de simuler le fonctionnement hydrodynamique de ces systèmes par des méthodes physiques. C’est pourquoi des méthodes conceptuelles à l’aide de réservoirs [FLEURY, 2014 ; JOURDE 2015] ont été proposées.

Dans cette thèse nous proposons de mettre en œuvre des méthodes de modélisation issues de l’intelligence artificielle : les réseaux de neurones formels. Ces modèles ont en effet la capacité d’identifier des fonctions non linéaires de manière efficace. Qui plus est, des études récentes ont prouvé que ces systèmes, habituellement utilisés comme boîtes noires pouvaient aussi être mis à profit pour améliorer les connaissances sur le processus étudié [Line KONG-A-SIOU, 2011 ; Thomas DARRAS, 2015], donc, dans nos études, sur les bassins versants étudiés.

Plusieurs thèses se sont déjà déroulées avec succès sur ce thème : Line Kong A Siou (2011), Virgile Taver (2014), Thomas Darras (2015), qui ont pu contribuer à la définition de méthodologies de conception de ces modèles pour maximiser leurs propriétés prédictives et leur robustesse.

Cependant une difficulté a été identifiée (Virgile Taver (2014)) : la capacité de ces modèles à représenter les fonctionnements intervenant à différentes échelles temporelles ; c’est le défi que cette thèse se propose de relever.

 

Nicolas AKIL

Etude des incertitudes des modèles neuronaux sur la prévision hydro(géo)logique. Application à des bassins versants de typologies différentes.

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)

Directeur de thèse: Anne JOHANNET (EMA/LGEI)
Encadrement : Marc VINCHES, Guillaume ARTIGUE
Laboratoire : LGEI (EMA)

 Résumé : Les crues et les sécheresses sont deux des risques majeurs en France et nécessitent une attention particulière. Dans ces conditions où le changement climatique engendre des phénomènes extrêmes de plus en plus fréquents, la modélisation de ces risques est désormais un élément incontournable pour la gestion de la ressource en eau.
Actuellement, les débits ou hauteurs d’eau sont principalement anticipés à partir de modèles à base physique ou conceptuelle. Bien qu’efficaces et nécessaires, la calibration et la mise en œuvre de ces modèles nécessitent la réalisation d’études longues et coûteuses.
Dans ce contexte, cette thèse, soutenue par l’IMT Mines Alès et financée par la société AQUASYS, a pour objectif de développer des modèles issus du paradigme systémique. Ceux-ci nécessitent uniquement des connaissances a priori basiques sur la caractérisation physique du bassin étudié, et qui peuvent être calibrés à partir des seules informations d’entrées et de sorties (pluies et débits/hauteurs).
Les modèles les plus utilisés dans le monde environnemental sont les réseaux neuronaux, qui sont utilisés sur ce projet. Cette thèse cherche à répondre à trois objectifs principaux :

  1. Élaboration d’une méthode de conception de modèle adaptée aux différentes variables (débits/hauteur des eaux de surface) et à des bassins de types très différents : bassins versants ou bassins hydrogéologiques (hauteur des eaux souterraines)
  2. Évaluation des incertitudes liées à ces modèles en fonction des types de bassins visés
  3. Réduction de ces incertitudes

Plusieurs bassins sont utilisés pour répondre à ces problématiques : la nappe du bassin du Blavet en Bretagne et le bassin de la nappe de la Craie de Champagne sud et Centre.

Mots-Clés : Réseaux neuronaux, Modélisation, Incertitudes, Densités de probabilités, Bassins versants, Nappes

Aurélie HINSBERGER

Structuration des populations virales chez les baculovirus. Importance de l’infection multiple.

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)

Directeur de thèse: Miguel LOPEZ-FERBER (EMA/LGEI)
Encadrement :
Laboratoire : LGEI (EMA)

Résumé : Presque 10% du potentiel total de production agricole est perdu par les attaques des insectes ravageurs des cultures. La lutte biologique (LB) vise à contrôler ces ravageurs à l’aide de leurs propres prédateurs ou maladies, ne générant pas des pollutions dans l’environnement. Parmi les moyens de lutte existants, les baculovirus sont des virus spécifiques de chaque insecte ravageur qui sont fréquemment utilisés.

L’insecte peut développer des résistances à ce virus. Ce développement de résistance a été observé en Europe après 20 ans d’utilisation d’un seul génotype viral. Très rapidement, il a été possible de trouver des isolats viraux capables de se répliquer et de contrôler ces insectes résistants. Mais l’emploi de préparations homogènes, sans diversité virale conduit à l’apparition de ces résistances. Il a donc été proposé l’association de plusieurs génotypes, et il a été observé que ces mélanges viraux augmentent l’efficacité face aux insectes résistants.

L’objectif de cette thèse, financée par la Région Occitanie, est d’analyser comment les populations virales s’adaptent dans la nature, grâce à la diversité génétique et à la mutation. L’observation d’effets synergiques ouvre des questions à trois niveaux : celui de la cellule, celui au sein de l’insecte et celui de la population d’insectes. Comment ces virus envahissent leurs hôtes, seuls ou à plusieurs, et comment ils arrivent à maintenir une diversité garantissant leurs survies.

In fine,  une fois les mécanismes de régulation de l’infection multiple élucidés, il s’agira de voir comment ils peuvent être mimés au niveau industriel, pour permettre l’adaptation en continu des produits commerciaux à base de virus à leurs insectes cibles et ainsi pérenniser la lutte biologique pour la protection des cultures.

Mots Clés : Carpocapse des pommes et des poires, lutte biologique, baculovirus, résistance

Thibault JEANNIN

Modélisation du comportement mécanique d'ouvrages souterrains dangereux.

Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation,Environnement, Terre, Eau) (ED n°584)

Directeur de thèse: Marc VINCHES (EMA/LGEI)
Encadrement : David SALZE (EMA/LGEI)
Laboratoire : LGEI (EMA)

Résumé : Le territoire Français comporte de nombreux anciens ouvrages souterrains éparpillés sur tout le territoire. Ces ouvrages peuvent être de différentes natures et se présenter sous forme de ruisseaux-couverts comme de galeries en lien avec l’exploitation minière. Ces ouvrages, lorsqu’ils sont situés en zones urbanisées ou potentiellement urbanisables, représentent un danger potentiel pour les personnes, les biens et les infrastructures construites en surface. Ceci est d’autant plus préoccupant que leurs localisations, et leurs états s’avèrent encore méconnus pour une partie d’entre eux. Ces édifices oubliés ont subi l’altération du temps en lien avec les phénomènes hydrogéologiques propres à leurs localisations.

  Il s’agit donc de réaliser l’analyse combinée de la géologie structurale, de la mécanique des éléments discrets, des contraintes in situ et des déplacements pour la modélisation des comportements mécaniques des ouvrages souterrains et de leurs encaissants fracturés.

  Ces études conduiront à la proposition d’une prestation qui part des recherches in situ jusqu’à la modélisation et l’analyse mécanique. Les modèles mécaniques de massifs rocheux seront ensuite présentés à partir des données historiques du massif et des mesures faites sur site ainsi qu’en laboratoire.

  Les modèles numériques en 3D seront analysés par l’utilisation d'un logiciel basé sur la méthode de la Dynamique des Contacts Non Réguliers. Les modélisations suivantes seront ensuite exposées : la création d’une roche et d'un ouvrage numérique pour simuler l'évolution spatio-temporelle de l'ensemble.

Mots Clés :