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Offre de thèse de doctorat

Modélisation de la pollution maritime induite par la création d’une zone de contrôle des émissions de soufre et de particules dans l’atmosphère (SECA) en mer Méditerranée

Mots clés :
Trafic maritime, pollution, écosystèmes marins et côtiers.

Laboratoire d'accueil
Mines Paris - PSL / Centre de recherche sur les Risques et les Crises (CRC)

Directeur de thèse :
Aldo NAPOLI, Directeur de recherche, Mines Paris – PSL / CRC

Partenaire socio-économique :
TVT/System Factory (structure associative)

Lieu de la thèse
Mines Paris - PSL
Centre de recherche sur les Risques et les Crises (CRC)
Rue Claude Daunesse – CS 10207
06904 Sophia Antipolis

Profil de candidature

L'étudiant.e devra :
- Être titulaire d’un master 2 (ou diplôme équivalent) en science des données,
- Être âgé.e de trente ans au plus au 31 décembre 2024.

Date limite de candidature :
Envoyer avant le 15/04/2024, une lettre de motivation et un CV à aldo.napoli@texte-a-enlever.minesparis.psl.eu

Le partenariat

Le CRC de Mines Paris - PSL
Le CRC conduit des recherches à la croisée des sciences humaines et sociales (SHS) et des sciences pour l'ingénieur (SPI). Les travaux, façonnés par la modélisation et l'ingénierie, visent à formaliser et à unifier des savoirs afin de permettre aux individus, aux organisations (et plus particulièrement aux entreprises) et aux territoires de réduire leurs vulnérabilités et d'accroître leurs capacités de résilience face à des événements particulièrement perturbateurs et dommageables (catastrophe technologique majeure, accident du travail, maladie professionnelle, aléa naturel et environnemental, acte de malveillance, terrorisme, risque de projet, risque opérationnel...).

TVT/System Factory
Toulon Var Technologies (TVT) est une association créée en 1988 par des acteurs publics et privés, dédiée au soutien des écosystèmes innovants du Var, de la région Sud. Depuis 35 ans, TVT est l’acteur majeur de l’innovation et l’accompagnement d’entreprises innovantes sur le territoire varois. Au service des entreprises, startups et entrepreneurs innovants, TVT accompagne l’innovation dans toutes ses dimensions : produits, services, nouvelles technologies, usages et approches organisationnelles. TVT regroupe aujourd'hui plus de 600 membres comprenant des institutions régionales et locales, des entrepreneurs, des centres de R&D, des entreprises, oeuvrant pour l'innovation.

Description du sujet de thèse
Nous proposons dans le cadre de cette recherche de développer une démarche méthodologique de modélisation de la pollution maritime engendrée par la nouvelle zone SECA en Méditerranée à l’aide de méthodes issues de l’intelligence artificielle et plus particulièrement de l’apprentissage automatique. La démarche développée permettra (1) l’estimation de la pollution atmosphérique causée par les navires à l’aide de données de navires et d’images satellites, (2) la caractérisation des routes les plus polluées, (3) l’estimation des transferts de polluants atmosphériques en mer, (4) la création d’indicateurs de pollution maritime et d’impact sur les écosystèmes marins et côtiers, et sur leur exploitation. Les résultats de ces recherches seront valorisés dans une nouvelle offre de services proposée par TVT/System Factory à l’attention des industriels du secteur maritime dans notre région.

Contexte de la thèse
Pilier de l’économie moderne, le trafic maritime, principale source de pollution atmosphérique en océan ouvert, ne cesse de s’intensifier. En juin 2022, l’Organisation Maritime Internationale a approuvé la création d’une zone de contrôle des émissions d’oxydes de soufre et de particules (zone SECA) en Méditerranée. A l’horizon 2025, cette nouvelle zone SECA permettra de limiter davantage la pollution de l’atmosphère par les navires. Afin de respecter cette obligation, les armateurs peuvent faire le choix (1) d’utiliser un carburant moins soufré mais bien plus cher ou (2) d’équiper les cheminées des navires de scrubbers, des épurateurs à base de filtres à particules qui permettent de capter les aérosols produits par les navires et de les dissoudre dans l’eau de mer. Cette eau polluée, riche en métaux lourds et hydrocarbures, est alors soit, pour les scrubbers en boucle fermée, stockée, traitée et rejetée en mer, soit, pour les scrubbers en boucle ouverte qui équipent 70 à 80% des navires, rejetée en mer sans traitement. Paradoxalement, ces dispositifs anti-pollution déployés sur les navires assainissent l’air mais ils polluent les mers. On estime qu’un porte-conteneur traversant la Méditerranée de Suez à Gibraltar peut polluer jusqu’à 360 000 tonnes d’eau de mer et un ferry faisant la traversée Corse/continent pollue 43 000 tonnes par jour. Cette pollution impacte dramatiquement et inévitablement les écosystèmes marins et côtiers.

Proposition d’une démarche méthodologique

Les premiers éléments de l’état de l’art du domaine nous permettent de poser les postulats suivants :

Postulat 1 : à partir de 2025, les navires devront réduire leurs émissions de soufre dans l’atmosphère en Méditerranée.
Postulat 2 : la pollution qui est rejetée dans l’air sera alors majoritairement captée et rejetée en mer par les scrubbers.

Nous pouvons déduire de ces postulats les premières hypothèses de recherche : certaines routes maritimes (Hypothèse 1) seront plus polluées et (Hypothèse 2) auront plus d’impact sur les écosystèmes marins et côtiers.

Démarche méthodologique
La démarche de thèse proposée repose sur 6 étapes :
1. Identification des routes maritimes à l’aide des données de localisation de navires (AIS, densités de navires, etc.) en Méditerranée et les types de navires empruntant ces routes,
2. Modélisation, à l’aide de l’AIS, des données de navires, des données Copernicus, la pollution aérienne induite par le trafic maritime,
3. Caractérisation des routes maritimes en fonction du niveau de pollution et des courants marins,
4. Modélisation de la quantité d’aérosols qui, après 2025, sera rejetée en mer, en tenant compte des interdictions de rejet à moins de 3 milles nautiques (eaux traitées) ou 12 milles nautiques (eaux non traitées) des côtes,
5. Etablissement d’une classification des routes maritimes les plus polluées,
6. Modélisation de l’impact potentiel de la pollution maritime sur les écosystèmes marins et côtiers.

Différentes sources de données seront mobilisées dans le cadre de cette thèse pour modéliser la pollution rejetée en mer, relatives au trafic maritime, à la pollution atmosphérique, aux conditions atmosphériques, à la pollution maritime, aux conditions océaniques, aux écosystèmes marins et côtiers.

Les résultats de ces recherches seront exploités par TVT/System Factory afin de développer une nouvelle offre de service à l’attention des industriels et des collectivités locales de la région pour les aider à (1) évaluer leurs impacts sur l’environnement marin et (2) adopter de nouvelles mesures, pratiques et technologies, pour réduire leur empreinte sur les territoires maritimes et côtiers.