Thèse Modélisation Numérique des Lacs Thermo-Hydraulique et Qualité d'Eau Distribuée H/F - 50

Établissement : École nationale des ponts et chaussées
École doctorale : Mathématiques Hadamard
Laboratoire de recherche : CERMICS - Centre d'Enseignement et de Recherche en Mathématiques et Calcul Scientifique
Direction de la thèse : Sébastien BOYAVAL ORCID 0000000278135146
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59

L'évolution de la température des lacs, des cours d'eau et des zones côtières reste difficile à prévoir malgré l'accroissement continu des moyens d'observation et de simulation pour des sites variés. Cette prévision conditionne la gestion de la qualité des eaux.
Une difficulté majeure dans la prévision de la température d'eaux à la surface de la Terre est la simulation numérique de la stratification thermique à l'aide d'équations primitives. Reproduire les variations journalières de la température et des courants pendant un temps long (plusieurs mois) nécessite d'une part des observations suffisamment fréquentes (en temps et espace) des sources et puits de chaleur, mais surtout des schémas numériques stables et précis d'autre part, même si un ré-ajustement périodique des paramètres est nécessaire.
Le but de la thèse est d'analyser et résoudre les difficultés de simulation de la température des grandes masses d'eau à la surface de la Terre (lacs en particulier), à l'aide de l'analyse mathématique, de la simulation numérique, et potentiellement de nouvelles expériences physiques, afin de valider la solution proposée. Pour cela, on commencera par s'approprier les observations et les simulations déjà disponibles au LHSV pour quelques lacs français. Un indicateur de succès particulier est la capacité à simuler des ondes internes.
Au delà d'une prévision satisfaisante de la température dans un lac, l'objectif est de bien prévoir divers indicateurs de qualité d'eau (par exemple, la concentration en oxygène dissous). Cette perspective guidera les travaux de modélisation numérique, de même que la nécessité de recalibrer le modèle régulièrement au regard d'observations.

Les lacs, les cours d'eau et les zones côtières sont impactés par le changement climatique en cours. Pour bien gérer ces milieux aquatiques, notamment la qualité de l'eau, il est devenu crucial d'y prévoir l'évolution de la température. Or, même si les observations sont de plus en plus nombreuses et variées, elles restent difficiles à projeter dans le futur. Les prédictions de la température restent incertaines, en particulier dans les zones de fort courant: les modèles numériques surestiment souvent le mélange. Il est donc devenu crucial de bien contrôler les incertitudes de la mécanique numérique, pour bien cibler quelles nouvelles observations permettraient de mieux prévoir la température, puis plus généralement la qualité de l'eau.