Thèse Modélisation des Fonds Marins et Reconstruction des Paléocourants par Approche Cfd Diphasique et Morphodynamique Comparaison Données de Terrain - Modélisation sur le Plateau de Demerara H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Perpignan Via Domitia École doctorale : Energie et Environnement Laboratoire de recherche : Centre de formation et de recherche sur les environnements méditerranéens Direction de la thèse : Lies LONCKE ORCID 0000000267232805 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 Ce projet de thèse porte sur la reconstruction des paléocourants océaniques par une approche innovante de mécanique des fluides numérique (CFD). Le plateau de Demerara situé entre 200 et 3800 m de profondeur au large de la Guyane, présente des dépôts et structures sédimentaires (appelées « rides », et « comètes ») dont l'évolution morphologique est directement associée à la dynamique de la North Atlantic Deep Water (NADW) qui régule le climat à l'échelle planétaire. Par conséquent, ces structures métriques à kilométriques sont une archive naturelle de la dynamique globale des courants en latitude tropicale.
L'originalité majeure réside dans l'utilisation d'une approche diphasique de type Euler-Euler (via le code SedFoam), permettant de simuler simultanément la phase fluide et la phase sédimentaire
ainsi que leur couplage pour comprendre et modéliser l'évolution des structures sédimentaires en fonction des conditions de courant. Les tailles de grains nécessaires à la réalisation de ce modèle seront celles directement relevées sur site (carottes sédimentaires CALYPSO allant jusqu'à 30m d'enregisytrement vertical). Cette méthode permet de capturer des interactions physiques fines (traînée, turbulence, collisions) pour établir un lien quantitatif entre les courants et les dépôts/structures observés.
La thèse s'articule autour de deux axes complémentaires : (i) L'étude des processus sédimentaires actuels pour valider les modèles numériques sur des cas réels comme les structures en 'comètes' ou « rides de courant » ; (ii) La reconstruction des dynamiques passées à partir de carottes et profils sismiques haute résolution issus des campagnes océanographiques DIADEM (2023) et IGUANES (2003), couvrant des échelles de temps géologiques.
Une stratégie multi-échelle sera mise en oeuvre : les simulations fines (SedFoam) calibreront des modèles morphodynamiques plus rapides (SedExnerFoam), puis des modèles réduits (réseaux de neurones) pour explorer de larges paramètres notamment la variabilité temporelle. Enfin, une approche inverse identifiera les régimes de courants les plus probables.
L'enjeu scientifique est le suivant : étudier l'évolution des vitesses de circulation de la North Atlantic Deep Water (NADW) au cours du temps pour retracer l'impact de la fonte des glaces arctiques sur la vitesse de cette circulation océanique. En combinant sédimentologie et modélisation CFD avancée, ce travail vise à fournir des données pour les modèles climatiques et la compréhension des futurs changements.
La problématique de recherche de ce projet repose sur la nécessité de quantifier le lien entre les courants océaniques passés et les structures sédimentaires qu'ils ont façonnées sur le fond marin. Si le plateau de Demerara offre des archives naturelles exceptionnelles sous forme de rides ou de 'comètes', l'interprétation de ces dépôts en termes de direction et d'intensité de courant reste complexe. Jusqu'à présent, les méthodes avancées de mécanique des fluides numérique (CFD) diphasiques n'ont pas été appliquées pour traduire ces archives de manière quantitative, notamment par la difficulté à établir des modèles réduits représentant la dynamique d'un courant. Le défi scientifique majeur consiste donc à intégrer des processus physiques à très petite échelle (interactions fluide-sédiment) dans des modèles capables de simuler l'évolution du fond marin sur des temps géologiques. L'enjeu ultime est de comprendre comment la circulation océanique tropicale, vecteur essentiel de chaleur, réagit aux changements climatiques globaux, tels que la fonte des glaces polaires, afin d'affiner les modèles de prédiction climatique futurs. A l'heure actuelle, les méthodes de mécanique des fluides numériques (Computational Fluid Dynamics) diphasiques n'ont jamais été appliquées à la compréhension quantitative des archives océanographiques. Or de récents développements et des rapprochements inter-disciplinaires permettraient des avancées significatives sur ce front. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce projet est d'établir un lien quantitatif entre les conditions de courant et les structures sédimentaires associées, afin de pouvoir reconstruire les régimes hydrodynamiques passés à partir des dépôts observés. Cette approche vise à interpréter les enregistrements sédimentaires en termes de dynamique des écoulements au cours des différentes périodes géologiques pour des périodes allant du millers au million d'années. La méthodologie mise en place et les résultats obtenus permettront, à termes, d'ouvrir des perspectives très importantes sur l'interprétation des archives paléocéanographiques en termes d'évolution du climat (trajectoires océanographiques en périodes glaciaires/interglaciaires, points de bascule, etc). Pour modéliser ces processus, nous utiliserons la mécanique des fluides numérique (CFD), en particulier une approche URANS (Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes) morphodynamique et diphasique de type Euler-Euler (Radl & Municchi, 2018). Cette méthode permet de simuler simultanément la phase fluide et la phase sédimentaire (en suspension et en charriage), en reproduisant de manière réaliste les interactions fluide-sédiment, la turbulence et les effets induits par la présence d'obstacles (Finn & Li, 2016). Les simulations s'appuieront sur les codes open source récents SedFoam (Chauchat et al., 2017) et SedExnerFoam (Renaud et al., 2025), développés au LEGI et à INRAE (Université Grenoble Alpes), et seront réalisées sur le cluster IO de Montpellier, pour lequel nous disposons déjà des ressources nécessaires.
L'un des principaux défis du projet réside dans la large gamme d'échelles spatiales et temporelles considérées : des interactions fines (millimétriques et millisecondes), gouvernées par les interactions fluide-sédiments et sédiments-sédiments, jusqu'à des échelles morphodynamiques de plusieurs centaines de mètres et de temps géologiques allant jusqu'à plusieurs centaines de milliers d'années.
La thèse s'articule autour de deux axes complémentaires (Axe « Actuel » versus Axe « Paléocourants » . Pour chacun de ces axes, la démarche suivra une progression similaire :
1.Validation de la méthodologie sur des cas académiques monophasiques (sans la fraction sédimentaire), pour lesquels des données de référence sont disponibles.
2. Analyse des interactions fluide-sédiment (diphasique) sur des cas simplifiés.
3. Application au cas réel, en s'appuyant sur les données préalablement récoltées sur le plateau de Demerara lors des missions DIADEM (https://doi.org/10.17600/18000672) et IGUANES (https://doi.org/10.17600/13010030): caractéristiques sédimentologiques (taille et nature des grains), données de sismiques haute résolution, bathymétrie à résolution décimétrique (imagerie ROV)
4. Comparaison à d'autres proxys paléoclimatiques (sortable silts et glauconie ; (Tallobre et al., 2019) et à la dynamique d'autres sites le long de la NADW (Masson et al., 2004).

Il s'agira d'un(e) candidat(e) au profil pluridisciplinaire dont le projet sera dans un premier temps de valider plusieurs aspects d'un modèle numérique CFD (convergence en maillage, choix du modèle de turbulence) sur des cas académiques. Le/la candidat(e) devra être capable de mener des simulations diphasiques visant à analyser les interactions complexes fluide-sédiment. Ses travaux porteront notamment sur le développement de la méthodologie qui a été développée lors du stage de Jules Fanti (M2) et la quantification de l'influence des paramètres numériques (modélisation des interactions fluide-solide et solide-solide) et physiques (diamètre des sédiments, masse volumique, concentration, forme, etc.) en s'appuyant sur les données expérimentales acquises sur le plateau de Demerara (sédimentologie, imagerie sismique). Le/la Candidat(e) devra être capable de collaborer avec ses encadrants issus de deux laboratoires de l'UPVD, principalement Martin David, spécialiste en 'Computational Fluid Dynamics' au LAMPS, mais également en concertation avec Kelly Fauquembergue et Lies Loncke, sédimentologues et paléocéanographes au CEFREM.