Thèse Subiot Réseau de Capteurs Communicants pour le Suivi des Écosystèmes Sous-Marin H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes Laboratoire de recherche : IES - Institut d'Electronique et des Systèmes Direction de la thèse : Arnaud VENA ORCID 0000000316816867 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59 Le déploiement de capteurs environnementaux s'accélère dans les maisons, les bâtiments, les villes et les zones moins urbanisées. En revanche, les écosystèmes marins sont des milieux encore peu explorés : comprendre l'évolution de ces milieux complexes à l'aide de capteurs fixes ou mobiles serait une grande avancée. Ce manque peut s'expliqué par plusieurs raisons : la première étant que l'eau est un milieu sévère pour l'électronique ; il est difficile d'alimenter des dispositifs électroniques dans l'eau rendant la présence de batterie obligatoire ; enfin, communiquer des données entre plusieurs dispositifs immergés ou entre un dispositif immergé et une station de base à la surface reste un défi. Pour la mise en place de transmission à bas débit, les solutions adoptées classiquement sont basées sur des dispositifs acoustiques du fait de la possibilité de propager des ondes à grande distance. Dans un scénario où la portée de détection peut se limiter à quelques mètres mais où le débit de données doit être de quelques 100kHz tout en limitant la puissance d'émission, utiliser des ondes électromagnétiques aux fréquences radio (HF, VHF), peut s'avérer être une alternative intéressante. Ce projet de thèse a pour objectif d'étudier des solutions possibles pour surmonter ces obstacles et se décline en trois phases :

Dans une première phase de cette thèse, la personne engagée pour le doctorat étudiera les phénomènes de propagation et de rayonnement en milieu sous-marin : cela permettra notamment de dimensionner les sources d'émission radio, et la sensibilité des récepteurs pour une détection à une distance de plusieurs mètres. Pour caractériser le canal de propagation électromagnétique (EM) de ce milieu sous-marin relativement peu documenté dans la littérature scientifique, des logiciels de simulation EM 3D seront utilisés et appliqués suivant plusieurs scénarios typiques rencontrés dans l'exploration d'un milieu sous-marin. Une étude sur l'impact de la fréquence en fonction de la salinité sera notamment menée.

Dans une seconde phase, il s'agira d'étudier initialement la génération de signal radio en tenant compte des contraintes liées au milieu subaquatique (étanchéité, permittivité complexe). Les données de dimensionnement en termes de fréquence de fonctionnement, de forme du signal et de puissance devront être prises en compte. Un point important concernera la conception d'antenne adaptée au milieu liquide. Nous étudierons la possibilité de nous servir de la permittivité relative élevée de l'eau pour miniaturiser l'antenne dont les dimensions physiques sont de l'ordre de plusieurs mètres dans l'air dans la bande de fréquence 10MHz - 100MHz. Cette étude va probablement permettre de générer un grand nombre de résultats scientifiques du fait de la nouveauté de cet axe de recherche. Dans une seconde phase, le front-end RF sera étudié pour une communication possible à plusieurs mètres. Deux pistes seront étudiées, la première fera appel à des transpondeurs radio de dernière génération sous forme de composants intégrés, la seconde se focalisera sur l'utilisation de dispositifs de type radio logicielle (SDR).

Dans la dernière phase de ce projet de thèse, il s'agira de valider les différents éléments étudiés lors des deux premières phases du projet par des mesures pratiques en environnement réel. Nous nous intéresserons dans un premier temps à évaluer la consommation énergétique du dispositif. L'objectif étant d'atteindre une consommation moyenne de quelques µW qui permettrait d'envisager une alimentation par récupération d'énergie. Des solutions existantes pourront être implémentées (hydrolienne, électro-chimique...) pour valider cette hypothèse. Nous définirons ensuite un protocole d'essai pour évaluer les performances du dispositif en environnement réel. L'application principale visée concerne la communication radio sous-marine entre capteurs fixes et mobiles, et une station de base à la surface, ou entre plongeurs. Les changements climatiques, observés depuis plusieurs décennies et liés aux activités humaines, ont un impact majeur sur notre environnement, sur la faune, la flore, sur notre santé, sur la qualité de nos eaux de rivière ainsi que sur les mers et les océans. Pour mieux comprendre et quantifier ces changements, nous avons besoin d'observer et de mesurer, ce qui nécessite l'utilisation de capteurs communicants fixes ou positionnés sur des véhicules autonomes.

- M2 EEA ou Diplôme d'ingénieur en électronique / système embarqué
- compétences en systèmes radiofréquences
- compétences en capteurs et instrumentations