Thèse Modélisation Dynamique des Dommages Causés aux Écosystèmes Aquatiques par les Rejets Anthropiques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Côte d'Azur École doctorale : STIC - Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication Laboratoire de recherche : Generating RENewable resources by Optimisation of Water Living microorganisms Direction de la thèse : Olivier BERNARD ORCID 0000000325399014 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-03T23:59:59 Les pressions croissantes exercées par les activités humaines sur les écosystèmes rendent indispensable une évaluation précise de leurs impacts environnementaux. L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) constitue aujourd'hui le cadre méthodologique de référence pour quantifier ces dommages. Elle repose sur deux étapes : l'Inventaire du Cycle de Vie (ICV), qui recense les flux de matières et d'émissions, et l'Évaluation des Impacts du Cycle de Vie (EICV), qui transforme ces flux en impacts via des facteurs de caractérisation.
Ces facteurs combinent le devenir, l'exposition et l'effet des polluants. Toutefois, ce cadre repose sur des hypothèses d'équilibre statique qui simplifient fortement les mécanismes écologiques, pour des raisons d'opérationnalité. Il ne prend pas en compte les dynamiques transitoires, les rétroactions non linéaires, ni les points de bascule pouvant conduire à des changements d'état irréversibles. De plus, la temporalité des émissions est rarement considérée.
Ce sujet de thèse propose d'utiliser les mathématiques des systèmes dynamiques pour améliorer le calcul des facteurs de caractérisation afin de mieux représenter le comportement réel des écosystèmes, ainsi que l'incertitude liée. L'approche sera appliquée à l'eutrophisation des écosystèmes aquatiques à l'aide du modèle ALBA développé à l'INRIA, puis étendue à d'autres impacts. Porté par l'INRIA et l'INRAE, ce travail vise à renforcer la pertinence scientifique et décisionnelle de l'ACV face aux défis environnementaux actuels.
Ce projet de thèse s'appuie sur une collaboration interdisciplinaire entre deux centres de recherche majeurs : l'INRIA (équipe GreenOwl, à Sophia-Antipolis) et l'INRAE (UMR ITAP, à Montpellier). Ce partenariat vise à explorer l'interface entre les mathématiques des écosystèmes et la méthodologie de l'Analyse du Cycle de Vie (ACV). Porté par Olivier Bernard (DR INRIA) et Arnaud Hélias (DR INRAE), ce travail réunit des expertises complémentaires en automatique, en systèmes dynamiques et en évaluation environnementale pour répondre aux limites des modèles d'impact actuels.

L'équipe GreenOwl de l'INRIA apporte son expertise scientifique dans l'application de méthodes mathématiques, telles que la théorie du contrôle et les systèmes dynamiques, pour l'étude des écosystèmes microbiens. Sous la direction d'Olivier Bernard, spécialiste de la modélisation et du contrôle des systèmes biologiques, l'équipe travaille sur la représentation des impacts anthropiques et la gestion de l'incertitude dans les modèles dynamiques. Le projet se déroulera en collaboration avec Francesca Casagli (CR Greenowl) qui a développé le modèle ALBA, pour simuler la cinétique microbienne et les réponses des écosystèmes aquatiques aux flux d'azote et de phosphore.

En parallèle, l'UMR ITAP de l'INRAE apporte sa maîtrise historique de l'ACV et de la modélisation des relations de cause à effet, de l'émission des polluants jusqu'à la quantification des dommages aux écosystèmes. Arnaud Hélias, qui co-dirige la thèse, consacre ses recherches à l'amélioration des cadres méthodologiques pour trouver un compromis entre la précision scientifique et l'opérabilité des outils d'évaluation. La thèse se déroulera en interaction avec Pierre Jouannais (CR INRAE) expert en ACV et en modélisation environnementale au sein de l'UMR ITAP.

Les deux directeurs de thèse bénéficient d'une longue expérience de collaboration fructueuse, ayant déjà publié ensemble de nombreux travaux pionniers sur l'évaluation environnementale.

Ce projet vise principalement à intégrer la science des systèmes dynamiques dans le calcul des facteurs de caractérisation de l'Évaluation des Impacts du Cycle de Vie (EICV). L'objectif est de proposer de nouvelles métriques capables de mieux représenter le comportement réel des écosystèmes pour renforcer l'aide à la décision par ACV. La démarche sera d'abord appliquée à l'eutrophisation des écosystèmes aquatiques en utilisant le modèle dynamique ALBA pour représenter la cinétique microbienne et la dynamique de l'oxygène. Les travaux s'étendront ensuite à d'autres catégories d'impacts, comme les prélèvements de biomasse par la pêche, en s'appuyant sur des modèles de dynamiques de populations ou d'écosystèmes. Enfin, un défi majeur consistera à extraire des indicateurs et leurs incertitudes à partir de dynamiques complexes tout en conservant la portée générale et exhaustive de l'ACV.

Formation et compétences techniques du candidat :
- Cursus : Titulaire d'un diplôme d'Ingénieur ou d'un Master 2 en Mathématiques Appliquées, Automatique, ou Calcul Scientifique.
- Théorie : Solides connaissances en systèmes dynamiques (équations différentielles) et/ou en théorie du contrôle (analyse de stabilité, observabilité).
- Modélisation : Une première expérience ou un intérêt marqué pour la modélisation de systèmes biologiques ou écologiques serait un atout majeur.
- Programmation : Maîtrise impérative d'un langage de calcul scientifique, idéalement Python (librairies type NumPy, SciPy, JAX) ou Matlab.

Compétences transversales souhaitées:
- Engagement : Un intérêt profond pour les enjeux de soutenabilité, de protection des écosystèmes et de durabilité absolue.
- Interdisciplinarité : Capacité à communiquer avec des experts de domaines différents (écologues, ingénieurs procédés) pour traduire des mécanismes biologiques en formalisme mathématique.
- Langues : Aptitude à la rédaction scientifique en anglais et à la présentation des travaux dans des conférences internationales.