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13 mai 2018

Thèse de doctorat/ PhD, Toulouse Univ grant, October 2018 : « DIMSCALE3D : Détection et imagerie de masses d’eau aux échelles des bassins et de la subsurface par calcul haute performance et inversion conjointe de données sismiques et potentielles »


Catégorie : Doctorant


Thèse de doctorat : « DIMSCALE3D : Détection et imagerie des masses d’eau aux échelles des bassins et de la subsurface par calcul haute performance et inversion conjointe de données sismiques et potentielles »
 
PhD title: DIMSCALE3D:" Basin and subsurface water and fluid masses detection and imaging using high performance computing and joint inversion of seismic and potential data"
PhD starting date / Date de début de la thèse : à partir d’octobre 2018 (3 ans)
 
Financement ACQUIS: Allocation doctorale sur contrat Région Occitanie & Université Fédérale Toulouse Midi Pyrénées
Rémunération : 1 414 euros net/mois, 17. Taux habituel conventionné du CNRS et de l’Enseignement Supérieur.
 
Funding ALREADY ACQUIRED: Doctoral grant of Region Occitanie and Federal University of Toulouse Midi-Pyrénées; gross pay: 1768 euros; net pay: 1414 euros.

Thesis supervisors and contacts:
PI : Dr. Roland Martin HDR, GET, (+33) 5 61 33 25 64 roland.martin@get.omp.eu
Co-PI: Dr. Ing. Didier El Baz HDR, LAAS-CNRS, (+33) 5 61 33 63 03 elbaz@laas.fr

Encadrants et contacts: (PI) Dr. Roland Martin HDR, GET/Observatoire Midi-Pyrénées/Toulouse, roland.martin@get.omp.eu et (Co-PI) Dr. Ing. Didier El Baz HDR, LAAS-CNRS, elbaz@laas.fr
Téléphone : Roland MARTIN 07 82 53 91 67/05 61 33 25 64, Didier EL BAZ 05 61 33 63 03

Résumé du projet :
En raison de l’actualité des problématiques environnementales et climatiques, découvrir, produire et gérer de nouvelles ressources énergétiques telles que l’eau du sous-sol sont un défi majeur à relever. Notre projet a pour objectif de développer de meilleurs outils de prospection, de monitoring et de gestion de masses d’eau et de fluides aux échelles régionales. La conception et l’application de ces outils performants d’imagerie du sous-sol se feront à différentes échelles spatiales et temporelles (bassins et proche surface des continents) pour des données de natures multiples (sismiques, électriques, gravimétriques). Ce projet réunit des chercheurs géophysiciens du laboratoire Géosciences Environnement Toulouse (GET) et des informaticiens et mathématiciens appliqués du Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes (LAAS-CNRS). Afin d’estimer les masses d’eau aux échelles de bassins sédimentaires ou versants et en proche surface, nous proposons d’améliorer, optimiser et utiliser des outils numériques d’imagerie par inversion conjointe de données diverses à différentes échelles. Ceci constitue un défi majeur à relever. Le projet s’inscrit dans les deux thématiques prioritaires du GET « Géoressources » et « Géophysique et Géodésie spatiale », dans l’axe prioritaire de l’UPS en « Sciences de la Terre » et l’Axe 1 du pôle de compétitivité régional AQUAVALLEY «Identification et mobilisation des ressources en eau (Identification et mobilisation des ressources en eau superficielles et profondes-Qualité et quantité de la ressource-Anticipation de l'évolution de la ressource)».

Etant donné le volume très important de données à traiter, l’optimisation des calculs haute performance sur les plateformes régionale (CALMIP) ou locale (NUWA de l’OMP) permettra d’estimer de manière précise les teneurs en eau. Les calculs s’effectueront sur deux sites pilotes, à moyenne échelle en côte méditerranéenne et à l’échelle kilométrique dans le bassin de Saint-Lary, en utilisant la base de données gravimétriques du BGI. Ces applications en milieu naturel se feront en lien avec avec des experts d’acquisition et traitement de données. Nous pourrons alors à moyen terme effectuer des études systématiques dans les Pyrénées et monitorer les transferts de masses d’eau aux échelles locales et régionales.

Objectifs du travail de thèse :

Le doctorant focalisera ses efforts notamment à :

1) l’amélioration, l’adaptation et l’optimisation nécessaires des codes numériques de modélisation directe (schémas numériques d'ordre élévé) et d’inversion de données au calcul intensif haute performance (HPC) pour la résolution de la modélisation et du couplage de différentes physiques en inversion.

2) l’application et la validation des codes numériques d'inversion de données acoustiques en laboratoire.

3) la prise en compte de données pétrophysiques et géologiques a priori lors des inversions aux échelles de la subsurface et des bassins (code d'inversion déjà dans un état avancé)

Les outils développés seront utilisés sur des sites ciblés dans les Pyrénées (Saint-Lary), dans le Vaucluse et en bordure de mer (Gruissan) en lien avec des experts d’acquisition et traitement de données). A moyen long terme, nous effectuerons un couplage à haute fréquence entre la couche superficielle et les couches plus profondes sur ces sites. Une complexité croissante en matière de comportements des matériaux est envisagée en fonction de la résolution et de l’échelle considérée. Ceci représente un défi technologique important à relever pour la communauté géophysique et du calcul scientifique.


Perspectives professionnelles du doctorant : savoir-faire dans les domaines du calcul numérique et du calcul à haute performance (HPC). Expertise en géophysique et ingénierie civile aussi bien pour le privé,l’académique, régional et international souhaitée mais non obligatoire.

Actions de formation, d'insertion et de mobilité internationale pour le doctorant : Le doctorant participera à une école d'été en géophysique ou en modélisation numérique. Présentation des résultats aux congrès internationaux en géophysique EGU et SIAM, ECCOMAS (mathématiques appliquées) ou “Intern. Parallel and Distrib. Processing Sympos. (IPDPS) en calcul haute performance. Participation à des journées de formation en calcul de CALMIP ou l’IDRIS. Participation aux réunions de projets d’imagerie du laboratoire. Missions à prévoir dans le sud-Ouest de la France (CSTJF/Total à Pau, Toulouse et sur le terrain) et à Paris (labo. METIS, P6).

Lien de la thèse avec d’autres projets structurants : Ce projet est associé à d’autres demandes de financement : 2 projets INSU et CNES 2017 de. R. Martin : AO PNP-INSU Modélisation gravimétrique et sismique aux échelles régionales : applications aux données sol et BGI et satellite (GOCE) - L’étudiant utilisera le méso-centre CALMIP, les machines NUWA de l’OMP, les machines CURIE et OCCIGEN, ce qui renforcera les liens entre GET, UPS et LAAS.


Présentation des Directeurs de thèse :
Dr. Roland MARTIN (GET/OMP/CNRS/INSU) : Chercheur CNRS (HDR) en calcul scientifique pour la géophysique au Laboratoire de Géosciences et Environnement de Toulouse à l'Observatoire Midi-Pyrénées. Spécialités : modélisation de la propagation d’ondes, méthodes potentielles (gravimétrique, magnétique, électrique), et imagerie par inversion de données géophysiques. Nombreuses contributions en méthodes numériques : différences finies, volumes finis , éléments finis spectraux. Applications aux échelles du laboratoire, globales et régionales (Pyrénées, SO Europe, Mexique, Australie), couplage Terre-Atmosphère en lien avec l’ISAE/Toulouse

Dr. Ing. Didier El Baz (HDR) : Chercheur au LAAS-CNRS à Toulouse. Spécialisé en calcul haute performance et mathématiques appliquées. Dirige l'équipe Calcul Distribué et Asynchronisme (CDA) et contribue essentiellement à deux grands défis :1) la conception et l'analyse d'algorithmes parallèles ou distribués qui passent à l'échelle, 2) la facilité d'utilisation des architectures massivement parallèles ou distribuées. Contributions principales: schémas itératifs asynchrones, méthodes de partitionnement en sous-domaines, algorithmique parallèle via l’utilisation d'accélérateurs de calcul massivement parallèles de type Graphics Processing Units (GPU) ou massivement vectorisés (Intel Xeon Phi).


 

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