Évaluation de l’aléa laves torrentielles par méta-modélisation

Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Vous serez accueilli(e) au sein de l’UMR IGE (Institut des Géosciences de l’Environnement, Grenoble) qui mène des recherches sur le climat, l’anthropisation et les risques environnementaux dans les régions polaires, la zone intertropicale et les régions de montagne. Vous rejoindrez l’équipe ECRINS qui s’intéresse à l’évaluation et la prévention des risques naturels en montagne (avalanches, crues torrentielles, glissements de terrain, chutes de blocs, risques d’origine glaciaire, etc.). Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration avec le BRGM (Unité Risques Mouvements de Terrains, Direction Risques, Orléans). À ce titre, vous serez amené à partager votre temps entre les deux sites.

Votre travail de thèse portera sur la modélisation d’écoulements hydro-gravitaires de type laves torrentielles et coulées de débris. Plus spécifiquement, ce projet vise à développer de nouvelles méthodes efficaces et fiables pour la cartographie des aléas à l’échelle du site comme à l’échelle régionale. Les méthodes actuelles reposent soit sur des approches empiriques rapides à mettre en œuvre mais relativement simplistes, soit sur des modélisations numériques à base physique capables de mieux prendre en compte la complexité des processus mais coûteuses en temps de calcul. La méta-modélisation, c’est-à-dire le développement d’approximations statistiques entraînées à partir d’une base de données de simulations, constitue une alternative prometteuse pour préserver les capacités prédictives des modèles à base physique tout en diminuant les coûts calculatoires.

L’objectif de la thèse sera de proposer et tester une approche de méta-modélisation appliquée aux modèles d’écoulement en couche mince utilisés pour simuler la propagation des laves torrentielles. Cette approche permettra de propager les incertitudes sur les paramètres et les conditions initiales des modèles et ainsi d’établir des cartes d’aléas probabilisées. Différents verrous scientifiques et méthodologiques devront être levés, liés notamment à la grande dimension des variables à estimer (prédictions spatialisées) et aux réponses non-linéaires du modèle. Ce travail exploratoire pourra servir de base à des études similaires sur d’autres phénomènes comme les avalanches de neige et de blocs.

L’étude comportera 3 volets principaux :

1. Entraînement d’un méta-modèle simplifié (sorties scalaires avec ou sans dépendance temporelle), pour reproduire des observations de terrain et inférer la distribution de paramètres rhéologiques associés aux écoulements observés ;
2. Entraînement d’un méta-modèle prenant en entrée les paramètres rhéologiques et la condition initiale fournie sous forme d’un hydrogramme d’entrée, pour estimer des sorties spatialisées (cartes d’inondation) ;
3. Utilisation du méta-modèle pour propager la variabilité sur les conditions initiales et les paramètres rhéologiques afin d’obtenir des sorties probabilisées.

Les travaux se concentreront dans un premier temps sur l’échelle d’un bassin versant et de son cône de déjection. La possibilité d’étendre l’approche à l’échelle régionale sera ensuite explorée. Vous utiliserez les modèles d’écoulement développés dans les équipes d’accueil, à savoir Shaltop et Lave2D/SaVal-2D. Vous adapterez ou/et étendrez des approches de méta-modélisation déjà éprouvées dans d’autres contextes, ainsi que des techniques de réduction de dimension et d’échantillonnage adaptatif.

Vous serez plus particulièrement en charge de :

1. Conduire une étude bibliographique approfondie de l’état de l’art du domaine ;
2. Définir et tester la méthodologie de méta-modélisation pour chaque volet de l’étude ;
3. Construire les bases d’apprentissage permettant d’entraîner les méta-modèles ;
4. Valider les outils développés sur des sites d’étude à définir ;
5. Assurer la diffusion et la bancarisation (dépôt GitHub) des codes développés ;
6. Présenter et discuter régulièrement les résultats obtenus avec l’équipe d’encadrement ;
7. Rédiger et publier au moins deux articles dans des revues internationales ;
8. Présenter les résultats de l’étude dans au moins une conférence internationale.
9. Thèse bi-localisée à l’IGE (Grenoble) et au BRGM (Orléans) : afin de permettre une collaboration optimale entre les deux équipes, vous passerez au moins une année au BRGM.
10. Missions de terrain occasionnelles en montagne.

Formations et compétences recherchées :

1. Licence/Master (Bac+3/5) ;
2. Formation recommandée : Master en modélisation mécanique / Master en risques naturels / Master en statistiques / Ecole d’ingénieur.
3. Connaissances souhaitées : Des connaissances en programmation (python/R), modélisation numérique et statistiques sont indispensables, ainsi qu’une bonne maîtrise de l’anglais (écrit/oral). Des connaissances en modélisation hydraulique, science des risques ou méta-modélisation seront appréciées.
4. Expérience appréciée : stage de recherche sur la thématique des risques naturels ou la modélisation hydraulique.
5. Aptitudes recherchées : autonomie, rigueur, capacités d’analyse et de rédaction.

Votre qualité de vie à INRAE :

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

1. jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein) ;
2. d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
3. de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
4. d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
5. de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
6. d'activités sportives et culturelles ;
7. d'une restauration collective.

Modalités pour postuler :

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation.

Les personnes accueillies à INRAE, établissement public de recherche, sont soumises aux dispositions du Code de la fonction publique notamment en ce qui concerne l’obligation de neutralité et le respect du principe de laïcité. A ce titre, dans l’exercice de leurs fonctions, qu’elles soient ou non au contact du public, elles ne doivent pas manifester leurs convictions, par leur comportement ou leur tenue, qu’elles soient religieuses, philosophiques ou politiques. > En savoir plus : site fonction publique.gouv.fr