Description du sujet de thèse

Modélisation numérique à petite échelle du transport d’algues sargasses en milieu proche littoral côtier

Contexte de travail

1. Contexte
Depuis 2011, d’importants échouements d’algues sargasses affectent les îles caribéennes [1], avec des impacts sanitaires, économiques et environnementaux majeurs [2]. La détection en mer et la prédiction de leur trajectoire sont cruciales pour limiter ces effets, notamment via le déploiement de barrières flottantes. Les recherches actuelles s’appuient largement sur l’imagerie satellitaire pour détecter les sargasses, et sur des données océanographiques et atmosphériques pour modéliser leur déplacement. Des modèles récents, comme ceux basés sur HYCOM, NEMO-Sarg1.0 ou encore des approches Lagrangiennes et Eulériennes, ont été développés [3, 4, 5]. Certains intègrent des méthodes d’intelligence artificielle (machine et deep learning) [6, 7] pour améliorer la précision des prédictions. Cependant, ces modèles rencontrent des limites à petite échelle (quelques kilomètres), notamment en raison de la précision et des perturbations dans les images satellitaires (nuages, artefacts). Les approches alternatives (imagerie côtière, vidéos) restent encore expérimentales. Pour améliorer la précision des prédictions, il est nécessaire de mieux intégrer la dynamique océanique et atmosphérique, ainsi que des facteurs locaux comme la bathymétrie, la configuration du littoral ou les marées.

2. Objectifs
L’objectif principal de cette thèse est de fournir un modèle petite échelle dans le but de simuler le transport des sargasses adapté à un domaine proche du littoral côtier des îles de la Caraïbe. L’approche envisagée est déterministe mais il est important que le modèle d’interface-fluide-structure ne soit pas trop coûteux en temps calcul car il est souhaitable qu’il puisse fournir une prévision des zones d’échouement. Un tel outil est à l’heure actuelle très attendu par les acteurs et gestionnaires du territoire de la Guadeloupe.

3. Description
D’après des travaux préliminaires, il est prévu de minimiser l’impact des sargasses sur l’eau de mer et de considérer un modèle de type Saint-Venant multicouches [8-10], auquel le transport de sargasses à la vitesse de la couche de surface est couplé au système. Afin de simuler fidèlement la dérive des algues, le schéma numérique se doit d’être le moins diffusif possible, ou tout au moins sur la composante modélisant les algues. Mais il est aussi certain que la couche superficielle du modèle est affectée par le forçage du vent de surface [11]. Des cas tests classiques seront reproduits, avec bathymétrie constante ou pas (rupture de barrage, …), puis la salinité sera rajoutée. Après une étude du modèle 1D, un solver en volumes finis sera développé avec plusieurs versions du flux numérique (Central-Upwind scheme, HLL, sur grilles décalées, …) [12, 13, 14] dont on mènera une analyse comparative.
Puis, il sera nécessaire d’étendre le modèle dans une configuration 2D dans une baie du littoral côtier, de manière à le valider sur des scénarios connus et observés. Il faudra s’attendre à reproduire des dynamiques et morphogénèses de nappes et radeaux de sargasses.
Aussi, la prise en compte de dispositifs de barrières flottantes semble opportune, retenant les algues tout en laissant passer le courant marin et les vagues, ce qui fournirait un nouveau type de conditions aux limites mixtes. Ce serait d’ailleurs l’une des visées de cette étude, d’optimiser le placement de ces barrières pour prévenir des zones d’échouements ou encore proposer leur disposition pour tenter de rendre déviant ces dispositifs.

Compétences requises :
Le candidat recherché doit posséder un Master de Mathématiques ou équivalent. Le candidat devra avoir de bonnes compétences en mathématiques appliquées et en particulier en analyse des Équations aux Dérivées Partielles. Il doit aussi avoir de bonnes compétences en calcul scientifique, en programmation Python (et autre langage compilé).

Contexte de travail
Le/La doctorant(e) bénéficiera d’une allocation doctorale de trois ans et sera intégré au projet « SARG-FORSS » lauréat de l’AAP Pépinière Interdisciplinaires des Antilles Françaises de la MITI-CNRS.
Le/La doctorant(e) sera hébergé au sein du Laboratoire de Mathématiques Informatique et Applications (LAMIA) de l’université des Antilles, sur le Campus de Fouillole, à Pointe-à-Pitre, en Guadeloupe.

Contraintes et risques

Une collaboration étroite sera menée avec Antoine ROUSSEAU, DR INRIA de l’Institut Montpellierain Alexander Grothendieck (IMAG, UMR CNRS 5149), Université de Montpellier et membre du projet SARG-FORSS. Une mission de 5 semaines sera prévue à Montpellier en 2026.

Informations complémentaires :
Le laboratoire de rattachement du doctorant sera l’UMR CNRS 8053 Pouvoirs, Histoire, Esclavage, Environnement Atlantique Caraïbe (PHEEAC), Université des Antilles, BP7209, 97275 Schoelcher Cédex - Martinique.
Le doctorant sera donc inscrit à l’École Doctorale Dynamique des Environnements dans l’Espace Caraïbes-Amériques (DEECA), ED 636 de l’université des Antilles
Un co-encadrement sera réalisé par Mesdames Léa BATTEUX et Priscilla RAMSAMY, chacune, Maîtresse de conférences de l’UA. De plus, une codirection sera assurée par Antoine ROUSSEAU et Jean-Raphaël GROS-DESORMEAUX, respectivement, DR de l’UMR 5149 et DR de l'UMR 8053.

Pour toute candidature, merci de déposer sur la plateforme, une lettre de motivation,
et 1 CV mentionnant les notes de Master