Doctorat : Vers Un Jumeau Numérique Pour

33610 CESTAS GAZINET _

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**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’unité de recherche ETTIS (Environnement, Territoires en Transition, Infrastructures, Sociétés) qui mène des recherches pluridisciplinaires en SHS, en sciences pour l’ingénieur et en mathématiques pour la gestion durable et optimisation des réseaux d’eau potable.

**Résumé du projet**

Ce sujet s’inscrit dans le projet national "CoRREau", financé par l’ANR (Agence Nationale de la Recherche), visant à protéger les réseaux d’eau potable et leurs données des attaques de type cyber, des dommages liées à des causes naturelles ou des contaminations intentionnelles pouvant menacer leur fonctionnement. Le projet ANR global ambitionne de créer d’une part un modèle réduit du réseau d’eau physique et du système hydraulique associé (appelé jumeau numérique ou "digital twin" en anglais) et d’autre part une ombre numérique ("digital shadow" en anglais) collectant les données fournies par le système d’information du réseau, le but étant _in fine_ de faire communiquer ces deux entités afin d’identifier des cas d’attaque. Le travail proposé dans cette thèse se place dans le cadre de l’élaboration du jumeau numérique sur un réseau physique réel et complet.

**Enjeux scientifiques**

Les réseaux de distribution d’eau potable (WDN) sont très souvent des infrastructures interconnectées, vastes et complexes. La protection et l’évaluation des risques sur ces réseaux nécessitent la résolution de problèmes d’optimisation de réseaux et d’assimilation de données. Les méthodes de résolution des problèmes d’optimisation évaluent un grand nombre de fois les solutions hydrauliques permanentes issues de modèles haute-fidélité, ce qui peut s’avérer coûteux en temps de calcul pour de grands réseaux. L’objectif de cette thèse est donc de proposer une réduction d’ordre du système actuel basé sur la résolution des équations hydrauliques appliquées dans le réseau d’eau, à savoir les équations de Saint-Venant incompressibles stationnaires, pour obtenir une modélisation 0D stationnaire sous forme de graphe du réseau. Des modèles 0D en pseudo-transitoire et transitoire lent ainsi qu’un modèle réduit de transport/diffusion seront également à l’étude.

Au-delà de la réduction d’ordre du modèle, un enjeu scientifique important dans la conception du jumeau numérique résidera dans l’assimilation des données d’observation en temps réel (calage de paramètres, utilisation de mégadonnées physiques collectées sur le réseau -débits, vitesses, pressions-, placement de nouveaux capteurs,...). Le modèle réduit devra donc être construit en intégrant des lois de commandes. Enfin, la quantification des incertitudes sur les entrées (demande, état interne des conduites, état d’ouverture des vannes,...) et l’étude de propagation d’incertitude liée aux calculs générés par le jumeau numérique seront des enjeux importants de la thèse.

**Enjeux sociétaux et finalisés**

L’enjeu sociétal majeur de ces travaux de thèse réside dans le renforcement de la sécurité des infrastructures d’importance vitale que sont les réseaux publics d’eau potable. Il s’agit de les protéger d’attaques cybers et physiques, mais aussi de prendre en compte l’impact du changement climatique sur la résilience des réseaux et de protéger le réseau et ses consommateurs de pollutions accidentelles ou intentionnelles. Les réponses scientifiques apportées par cette thèse et par les résultats globaux du projet CoRREau dans lequel elle s’inscrit permettront de proposer des adaptations du réseau et de sa gestion opérationnelle afin qu’il soit structurellement sûr, durable et opéré de façon sobre.

**Etat de l’art**
Au travers de projets ANR antérieurs, des résultats concluants ont été obtenus grâce à des modèles détaillés et haute fidélité, que ce soit sur la capacité à démontrer la résilience du réseau (thèse de Mathias Braun [2, 3] via l’ANR ResiWater et l’ANR SMart-Online
**WDN**

ou l’étude de problème de transport de polluants et de problèmes inverses (the