Thèse en Robotique Sous-Marine Contribution à une Architecture de Jumeau Numérique pour le Design de Drones Sous-Marins (H/F)

Quel est le sujet de la thèse ?

La conception des drones sous-marins se heurte à de sérieux défis d'ingénierie et les coûts d'exploitation élevés restreignent les tests en conditions réelles, mal maîtrisées au niveau de leur caractérisation. D'une manière générale, les volumes de données disponibles pour entraîner des algorithmes de contrôle ou de planification de mission manquent de définition et de couverture.

Afin de pallier ces limitations à l'innovation, les simulateurs offrent une piste intéressante, notamment pour la génération de grandes bases de données synthétiques réalistes. Cependant, les simulateurs disponibles à ce jour intègrent certains modèles physiques ciblés (et non l'ensemble du système), ou proposent un environnement graphique d'apparence réaliste mais sans considération physique. Ils sont peu fournis en modèles représentatifs de la diversité des fonds marins.

Il est proposé à travers le présent sujet de recherche de contribuer au développement d'un simulateur temps-réel de drones intégrant des modèles physiques réalistes d'écoulement, de consommation énergétique, de senseurs (acoustiques, visuels) dans une plateforme de calcul optimisée, permettant de générer des données synthétiques pour le test ou l'entraînement d'algorithmes à base d'apprentissage statistique ou par renforcement. Le travail portera dans une première phase sur la simulation en temps réel de la captation de données acoustiques (sonar, hydrophone, DVL, USBL) à faible distance (de l'ordre du kilomètre à quelques mètres) par un robot en mouvement ; la modélisation inclura les propriétés physiques pertinentes des éléments composant la scène sous-marine. Les simulations seront validées par des tests en mer spécifiques et le rejeu de données enregistrées lors de campagnes océanographiques.

Le projet met ainsi en exergue la nécessaire prise en compte des interactions entre les modèles de robot et d'environnement sous-marin, à l'instar des pratiques qui se développent en robotique terrestre pour la conception de lois de commandes et d'algorithmes de navigation autonome.

Quelles seront vos missions et vos activités ?

Faire un état de l'art sur les modèles physiques et numériques implémentés dans des simulations temps-réel de comportements de robots sous-marins et de capteurs sous-marins, notamment des capteurs acoustiques.

Modéliser de robots sous-marins, de capteurs (notamment acoustiques) et des propriétés physico-chimiques pertinentes des scènes sous-marines, puis intégrer ces modèles dans un simulateur physique réaliste temps-réel. Les travaux s'appuieront sur les briques logicielles de simulation temps-réel déjà mises en oeuvre par le CSN et l'Ifremer.

Rédaction d'articles scientifiques, participation à des congrès nationaux et internationaux.

Qui sommes-nous ?

Côté Ifremer, le candidat travaillera au sein de l'équipe PRAO du centre Ifremer de La Seyne-sur-mer. L'équipe PRAO est spécialisée en « Positionnement, Robotique, Acoustique et Optique ». Elle fait partie de l'unité des Systèmes Sous-Marins et conduit des activités de recherche et développement sur les capteurs, algorithmes de traitements et contrôleurs embarqués sur les robots sous-marins de la Flotte Océanographique Française.

https://www.flotteoceanographique.fr/en/Who-we-are/Direction/Missions-and-team/The-Underwater-Systems-unit

Côté Mines PSL, le candidat travaillera au sein du Collège des sciences navales (CSN), laboratoire commun entre Mines Paris - PSL et l'UIMM, implanté à Sophia-Antipolis et à Toulon. Le CNS développe notamment des simulateurs temps-réels de robots et de capteurs sous-marins pour l'entraînement de pilotes ou l'entraînement et le test d'algorithmes à base d'Intelligence Artificielle (IA).

https://www.minesparis.psl.eu/crc/le-college-des-sciences-navales/

Qui êtes-vous ?

• Formation Bac +5 (Ecole d'ingénieur / Master 2)

Vous avez les compétences, connaissances et expériences suivantes :

• Mathématique appliquée
• Modélisation (physique / numérique)
• Informatique (C++ / Python)
• Robotique
• 1ère expérience en recherche académique

Vous avez les qualités suivantes :

• Autonome
• Rigoureux
• Communication orale et écrite en français et en anglais
• Goût pour la recherche