Thèse Méthodes de Monte Carlo et Espaces de Chemins pour l'Analyse et la Caractérisation de Propriétés Thermophysiques de la Neige H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace Laboratoire de recherche : CNRM - Centre National de Recherches Météorologiques Direction de la thèse : Marie DUMONT ORCID 0000000240025873 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 La thèse porte sur la modélisation des propriétés du manteau neigeux et de leur évolution temporelle, une brique essentielle pour les modèles de prévision numérique du temps et de climat [1]. Le postulat est qu'une bonne représentation du couvert nival passe nécessairement par une compréhension fine de la physique en jeu
: des divers corpus mobilisés - thermique, thermodynamique, mécanique, fluidique, électromagnétique... et de leurs couplages. L'essentiel du travail de thèse portera sur l'élaboration de nouvelles représentations de ces physiques, inspirées des formulations statistiques de la physique dite ``en espace de chemins', héritée de
Feynman et Kac. La traduction de modèles physiques déterministes en espace de chemin est au coeur des travaux du groupe de recherche EDStar dans lequel s'inscrit la thèse [2,3]. Cette reformulation permet non seulement de renouveler le regard des physiciens sur leur objet d'étude, un acte fertile sur le terrain de l'analyse, mais ouvre également à la possibilité d'une résolution numérique par la méthode de Monte Carlo, dont le principal atout est son insensibilité à la complexité géométrique, rendue effective par la communauté
informaticienne de la synthèse d'image [4]. La neige étant classiquement modélisée comme un matériau poreux caractérisé par sa microstructure (l'arrangement et la forme de la matrice de glace la constituant), les
approches développées depuis dix ans dans EDStar pour répondre aux questions de thermique couplée dans des milieux poreux [5] pourront être immédiatement réinvesties au service des questions de nivologie.
Parmi les questions travaillées par l'équipe co-encadrante au Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM), la thèse abordera en priorité une ou plusieurs de celles qui font intervenir de façon centrale la physique du rayonnement, terrain traditionnel des méthodes de Monte Carlo du fait de sa complexité dimensionnelle et de la forte intuition probabiliste associée aux équations de transport. La thèse est ainsi
structurée selon trois volets, pour trois régimes spectraux différents : (I) en solaire, dans la suite des travaux de thèse d'Alvaro Robledano [6] : le réchauffement par absorption du rayonnement solaire dans la microstructure est-il réellement homogène ? Sinon, quel est l'impact de cette inhomogénéité sur les autres
processus thermiques ? (II) en infrarouge thermique : les échanges radiatifs associés aux émissions internes contribuent-ils de manière significative aux transferts de chaleur ? Peuvent-ils permettre d'interpréter des
données récentes suggérant que la représentation actuelle des transferts de chaleur dans la neige est incomplète ? (III) en régime quasi-électrostatique : comment la permittivité diélectrique effective de la neige est-elle liée à la présence d'eau liquide en son sein ? Peut-on synthétiser ces effets dans un modèle rapide
permettant d'inférer les propriétés internes du manteau neigeux à partir d'observations radar?
La thèse sera co-encadrée au sein du CNRM (équipes Modélisation Méso-Echelle et Centre d'Etude de la Neige) et par le Groupe de Recherche Energetique, Plasma et Hors Equilibre du LAPLACE. Les bénéfices attendus de ce travail interdisciplinaire sont d'une part l'extension des capacités de modélisation dans le matériau neige, ouvrant de nouveaux horizons en physique de la neige et à terme une meilleure représentation
de la neige dans les modèles de météo et de climat ; et d'autre part une extension des méthodes de Monte Carlo à la simulation et à l'analyse de physiques couplées non linéairement, en particulier les couplages thermique-thermodynamique. La thèse porte sur la modélisation des propriétés du manteau neigeux et de leur
évolution temporelle, une brique essentielle pour les modèles de prévision numérique
du temps et de climat [1]. Le postulat est qu'une bonne représentation du couvert nival
passe nécessairement par une compréhension fine de la physique en jeu : des divers corpus
mobilisés - thermique, thermodynamique, mécanique, fluidique, électromagnétique... et
de leurs couplages. L'essentiel du travail de thèse portera sur l'élaboration de nouvelles
représentations de ces physiques, inspirées des formulations statistiques de la physique
dite en espace de chemins, héritée de Feynman et Kac. La traduction de modèles phy-
siques déterministes en espace de chemin est au coeur des travaux du groupe de recherche
EDStar dans lequel s'inscrit la thèse [2,3]. Cette reformulation permet non seulement de
renouveler le regard des physiciens sur leur objet d'étude, un acte fertile sur le terrain
de l'analyse, mais ouvre également à la possibilité d'une résolution numérique par la
méthode de Monte Carlo, dont le principal atout est son insensibilité à la complexité
géométrique, rendue effective par la communauté informaticienne de la synthèse d'image
[4]. La neige étant classiquement modélisée comme un matériau poreux caractérisé par
sa microstructure (l'arrangement et la forme de la matrice de glace la constituant), les
approches développées depuis dix ans dans EDStar pour répondre aux questions de ther-
mique couplée dans des milieux poreux [5] pourront être immédiatement réinvesties au
service des questions de nivologie.

Le ou la candidate devra avoir un diplôme de Master 2 ou d'ingénieur, en physique, mathématiques appliquées ou sciences de l'Univers. Une expérience dans un ou plusieurs de ces domaines sera valorisée, ainsi qu'un intérêt démontré pour le calcul scientifique.
The candidate must have a Master's degree or engineering degree in physics, applied