Thèse Gestion des Inondations Résiliente au Climat une Approche Hybride Physique-IA des Dynamiques Hydrologiques Couplées de Surface et de Subsurface H/F - 59

Établissement : Université de Lille
École doctorale : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
Laboratoire de recherche : LGCgE - Laboratoire Génie Civil & Géo-Environnement
Direction de la thèse : Jamal EL KHATTABI ORCID 0000000290464399
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59

Dans un contexte de changement climatique, la gestion des risques d'inondation constitue un défi majeur (Hirabayashi et al., 2013). L'évolution des régimes de précipitations, l'intensification des événements extrêmes et la modification des cycles hydrologiques perturbent le fonctionnement naturel des bassins versants (Xiong et al., 2024). Ces transformations affectent à la fois les cours d'eau de surface et les nappes souterraines, dont les interactions jouent un rôle déterminant dans la genèse et la dynamique des crues.
Les inondations génèrent une diversité de risques associés, aux dimensions humaines, économiques, environnementales et sanitaires. Elles peuvent provoquer des pertes humaines, des déplacements de population (en 2024, 2800 inondations causant 3.5 millions de déplacés dans 127 pays, « IDMC, 2026 ») et une dégradation des conditions de vie (Hammond et al., 2015). Sur le plan économique, les dommages aux infrastructures, aux habitations et aux réseaux de transport ou d'énergie entraînent des coûts importants et des perturbations durables de l'activité (Zeng et al., 2019). Les inondations favorisent également la pollution des sols et des eaux par la remise en suspension de contaminants, affectent les écosystèmes et peuvent engendrer des risques sanitaires liés à la qualité de l'eau (Vineetha et al., 2020).
En France, la diversité des contextes géologiques et hydrologiques se traduit par une grande variété de situations de risque. La surveillance des cours d'eau et des nappes constitue un pilier des dispositifs nationaux de prévention, appuyés par des réseaux de mesure et des programmes de recherche dédiés à la compréhension des dynamiques hydrologiques. La région des Hauts-de-France représente un cas d'étude particulièrement pertinent. Marquée par de vastes plaines sédimentaires, une forte anthropisation et la présence d'aquifères stratégiques, elle est exposée à des phénomènes d'inondation à la fois fluviaux et liés aux remontées de nappes. Le renforcement du suivi hydrologique et hydrogéologique, associé à une meilleure intégration des connaissances géologiques dans la planification territoriale et à l'appui d'outils numériques innovants, apparaît ainsi essentiel pour réduire les risques associés aux inondations et accroître la résilience des territoires face aux changements climatiques. Les avancées récentes en instrumentation, en modélisation hydrogéologique et en systèmes de surveillance, complétées par l'apport ponctuel de l'intelligence artificielle et des données issues de la télédétection satellitaire contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes d'inondation (Rahman et al., 2017 ; Jones et al., 2023). Ces outils permettent d'affiner le suivi spatio-temporel des phénomènes hydrologiques et de soutenir l'élaboration de stratégies de gestion plus réactives et adaptées. La gestion des risques s'inscrit alors dans une logique systémique, articulant connaissance scientifique, aménagement du territoire et politiques d'adaptation au changement climatique.
Dans cette perspective, cette thèse vise à proposer une approche intégrée de la gestion des risques d'inondation fondée sur l'analyse conjointe des dynamiques hydrologiques de surface et souterraines, des caractéristiques géologiques et des outils modernes de suivi environnemental. Elle cherchera à améliorer la compréhension des mécanismes de vulnérabilité des territoires, à développer des méthodes de suivi et d'évaluation du risque, et à contribuer à la mise en place de stratégies de prévention plus efficaces. Par ailleurs, cette thèse intégrera les projections climatiques afin d'anticiper l'évolution des régimes hydrologiques et des risques d'inondation. L'analyse de scénarios climatiques permettra d'évaluer l'aggravation potentielle des crues, la variation des niveaux de nappes et l'augmentation de la vulnérabilité des territoires, offrant ainsi un appui scientifique aux décisions d'aménagement et de résilience face à un climat en mutation.

Dans un contexte de changement climatique, l'évolution des régimes de précipitations, l'intensification des événements extrêmes et la modification des cycles hydrologiques perturbent le fonctionnement naturel des bassins versants. Ces transformations affectent à la fois les cours d'eau de surface et les nappes souterraines, dont les interactions jouent un rôle déterminant dans la genèse et la dynamique des crues. Ces phénomènes engendrent des dommages matériels considérables et représentent un danger accru pour les populations. Ces dernières années, en France, et tout particulièrement dans la région des Hauts-de-France, les inondations se sont multipliées, conduisant les autorités à solliciter la communauté scientifique afin de développer des systèmes de gestion et d'aide à la décision capables d'atténuer les effets de ces événements.
Dans ce contexte, le renforcement des dispositifs de surveillance hydrométéorologique, l'amélioration des modèles de prévision et l'intégration de données multi-sources apparaissent comme des leviers essentiels. Le développement d'approches intégrées, combinant hydrologie de surface et hydrogéologie, permet d'affiner la compréhension des mécanismes de crue et d'anticiper plus efficacement les situations critiques. Par ailleurs, l'essor des outils numériques, des méthodes d'analyse avancées et de l'IA offre de nouvelles perspectives pour la mise en place de systèmes d'alerte précoce plus performants et pour l'élaboration de stratégies territoriales visant à accroître la résilience face aux risques d'inondation.

Développer un cadre de modélisation hybride permettant de prédire et de gérer les risques d'inondation complexes (fluviaux et souterrains) dans un contexte de changement climatique, afin de renforcer la résilience des territoires sédimentaires.

Méthode (Approche Hybride)
La méthodologie repose sur le concept de Modélisation Hybride :
- Volet Physique : Mise en place d'un modèle déterministe (ex: Modflow, Mike SHE ou HEC-RAS) pour simuler les écoulements selon les lois courantes.
- Volet IA : Utilisation de réseaux de neurones pour apprendre les réponses rapides du système que les modèles physiques peinent parfois à capturer .
- Prospective : Injection des scénarios du GIEC (SSP2-4.5, SSP5-8.5) pour simuler les risques à l'horizon 2050-2100.