Développement de systèmes intelligents de détection et de prévention des incendies industriels : modélisation multiphysique couplée, réseaux de capteurs sans fil et intégration IoT/IA // Development of intelligent industrial fire detection and prevention

Les incendies dans les bâtiments industriels, tertiaires, hospitaliers ou patrimoniaux constituent des scénarios à risque majeur en termes de sécurité du fait de la combinaison entre propagation thermique, transport de fumées, dégradation des conditions d'accessibilité, atteintes possibles aux personnes, pertes d'exploitation et dommages environnementaux. Dans les structures confinées et mécaniquement ventilées, la cinétique d'un feu dépend du couplage entre la source incendie, la géométrie des pièces/espaces/bâtiments, les régimes de ventilation, la disponibilité en oxygène, les transferts radiatifs et convectifs, la stratification des fumées et les variations de pression internes.
Le document de référence sur les feux industriels solides et la méthode FLUMILOG met en évidence l'importance de paramètres comme la puissance de l'incendie au cours du temps, les vitesses de propagation horizontale et verticale, le rôle du rayonnement, l'effet du vent, l'échauffement des parois et la limitation de propagation liée à la concentration en oxygène. De son côté, Hugues Prétrel et al. souligne, pour les milieux confinés et ventilés, le rôle du sous-oxygénage, des variations de pression, de la stratification verticale des fumées et des écoulements de transfert à travers ouvertures et trémies. Ces travaux montrent qu'un système de détection pertinent ne peut pas être conçu indépendamment d'un modèle physique crédible du scénario d'incendie.
Parallèlement, les solutions filaires classiques restent robustes mais peuvent être coûteuses à déployer dans des bâtiments existants, étendus, évolutifs ou à forte contrainte patrimoniale. Les architectures sans fil, complétées par l'IoT et l'IA, ouvrent la voie à une instrumentation innovante plus distribuée, plus reconfigurable et potentiellement plus fine.
Cette thèse s'inscrit dans le contexte général d'analyse et développement des systèmes de détection d'incendie dans les environnements modernes. Elle aborde également la modélisation de la propagation de l'incendie pour mieux le détecter. L'enjeu scientifique de la thèse est donc double : comprendre et mieux prédire la dynamique d'un incendie dans des structures confinées et ventilées, puis relier cette dynamique au comportement réel du réseau de capteurs chargé de la détecter, de l'observer et, à terme, de piloter certains moyens de mise en sécurité. Le travail de cette thèse devra, en plus des objectifs scientifiques cités, démontrer techniquement la capacité du sans-fil à fonctionner en ambiance dégradée : montée en température, fumées, pertes locales d'alimentation, surcharge du trafic lors des alarmes, défaillance de nœuds, reconfiguration topologique ou partition du réseau. Elle devra également proposer des solutions robustes de disposition et d'architecture, intégrant les modèles numériques de propagation issus de la modélisation multiphysique des phénomènes.
Notons pour finir que les enjeux du travail de recherche sont alignés avec la politique de recherche de l'uvsq qui est « agir pour des mondes habitables » dans le thème 2 sur le développement durable et dans le thème transversal sur les dispositifs innovants.
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Fires in industrial, commercial, tertiary, hospital, or heritage buildings represent major safety risk scenarios due to the combination of thermal propagation, smoke transport, degradation of accessibility conditions, potential harm to people, operational losses, and environmental damage. In confined and mechanically ventilated structures, the kinetics of a fire depend on the coupling between the fire source, the geometry of rooms/spaces/buildings, ventilation regimes, oxygen availability, radiative and convective heat transfers, smoke stratification, and internal pressure variations.

The reference document on solid industrial fires and the FLUMILOG method highlight the importance of parameters such as fire power over time, horizontal and vertical propagation speeds, the role of radiation, wind effects, wall heating, and propagation limitation due to oxygen concentration. Meanwhile, Hugues Prétrel et al. emphasize, for confined and ventilated environments, the role of oxygen depletion, pressure variations, vertical smoke stratification, and transfer flows through openings and chutes. These studies show that a relevant detection system cannot be designed independently of a credible physical model of the fire scenario.

At the same time, traditional wired solutions remain robust but can be costly to deploy in existing, extensive, evolving, or heritage-constrained buildings. Wireless architectures, enhanced by IoT and AI, pave the way for more innovative, distributed, reconfigurable, and potentially finer instrumentation.

This thesis falls within the broader context of analyzing and developing fire detection systems in modern environments. It also addresses the modeling of fire propagation to improve detection. The scientific challenge of this thesis is therefore twofold: to understand and better predict the dynamics of a fire in confined and ventilated structures, and then to link this dynamics to the real behavior of the sensor network responsible for detecting, observing, and ultimately controlling certain safety measures. The work of this thesis must, in addition to the scientific objectives mentioned, technically demonstrate the ability of wireless systems to operate in degraded environments: temperature rise, smoke, local power losses, traffic overload during alarms, node failures, topological reconfiguration, or network partitioning. It must also propose robust solutions for layout and architecture, integrating digital propagation models derived from multiphysics modeling of phenomena.

Finally, it should be noted that the research objectives align with UVSQ's research policy, which is 'acting for habitable worlds,' under Theme 2 on sustainable development and the cross-cutting theme on innovative devices.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Cifre

CIFRE - ANRT (Agence Nationale Recherche Technologie)

Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

580 Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication

La/Le candidat retenu devrait avoir - terminé ou entrain de terminer un Master 2 (ou un diplôme d'ingénieur) généraliste avec une compétences et un intérêt pour : - la modélisation physique phénomènes couplés (thermique, fluides, structures) - l'informatique industrielle et/ou mécatronique ou ingénieur avec une expérience de recherche - l'architectures matérielles des systèmes embarqués, électronique, - la communication écrite et orale en anglais et/ou en français. Des connaissances et/ou une expérience dans les domaines suivants seraient grandement appréciées : - Connaissances sur les logiciels (ANSYS Fluent, COMSOL Multiphysics, SIMSCALE,..) - connaissances sur les protocoles de communication : UART, SPI, I2C, Ethernet, CAN, etc., - conception assistée par ordinateurs : Eagle, Proteus - informatique embarquée et instrumentation capteurs : microcontrolleurs, FPGA, - Débogage et test à l'aide d'outils tels que des émulateurs, des sondes JTAG, des analyseurs de protocole, etc.
The selected candidate should have: Completed or be in the process of completing a Master's degree (or an engineering diploma) with a generalist background and skills/interests in: Physical modeling of coupled phenomena (thermal, fluid dynamics, structural mechanics) Industrial computing and/or mechatronics, or engineering with research experience Hardware architectures of embedded systems and electronics Written and oral communication in English and/or French The following knowledge and/or experience would be highly appreciated: Knowledge of software tools (ANSYS Fluent, COMSOL Multiphysics, SIMSCALE, etc.) Knowledge of communication protocols: UART, SPI, I2C, Ethernet, CAN, etc. Computer-aided design: Eagle, Proteus Embedded computing and sensor instrumentation: microcontrollers, FPGAs Debugging and testing using tools such as emulators, JTAG probes, protocol analyzers, etc.