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Stage M2: Processus de Hawkes pour la modélisation de la REmise en suspension de particules (PHARE)
Du 1 mars 2026 au 31 juillet 2026
Contact: Dominique Heitz (dominique.heitz@inrae.fr)
Des microparticules déposées sur des surfaces et soumises à des flux d’air peuvent être remises en suspension. L’objectif du stage est de modéliser par les processus de Hawkes à partir de données d’expériences en laboratoire, la fraction de particules réémises en fonction de leurs propriétés, de leur mode de dépôt et des conditions de flux d’air. De manière générale les résultats doivent améliorer la prédiction et le contrôle des risques de contamination aéroportée, qu’elle soit d’origine inerte, chimique, biologique ou radioactive. Les microparticules étudiées dans ce stage sont pour le moment choisies pour leur adaptabilité aux conditions expérimentales mais à terme l'idée est d'élargir le spectre et d'aller vers des bioaérosols. Plus spécifiquement, cette recherche s’inscrira dans une démarche de réduction des risques liés à la propagation de spores ravageurs des cultures.
La remise en suspension de particules résulte de l’équilibre entre les forces qui les maintiennent sur une surface (adhésion, gravité) et celles qui les en détachent (forces aérodynamiques ou mécaniques). Ce phénomène dépend à la fois des propriétés de l’air, des caractéristiques des particules (taille, forme, densité, surface), de la nature de la paroi (rugosité, charge) et des contraintes aérodynamiques locales. Malgré des avancées reliant mieux les conditions d’écoulement à la remise en suspension, le type de mouvement initial des particules (roulement, glissement, détachement, rebonds) reste mal connu, surtout lorsque les concentrations élevées entraînent des collisions. Les modèles actuels manquent ainsi de précision et devraient intégrer la nature du mouvement initial et la probabilité associée de remise en suspension.
Le processus de Hawkes est un modèle stochastique utilisé pour décrire des séquences d’événements dépendants, tels que l’occurrence d’un évènement augmente la probabilité d’en observer un autre directement après. Cette propriété caractérise de nombreux phénomènes, ce qui confère au modèle un caractère générique et explique sa popularité dans de divers domaines, par exemple en sismologie, en finance ou en neurosciences. Dans le cadre du stage il sera utilisé pour modéliser les instants de la remise en suspension des particules. Par sa construction, le modèle de Hawkes permettra à la fois de caractériser les interactions entre les particules et d’intégrer l’information concernant de nombreux facteurs qui peuvent jouer sur l’instant de leur détachement. Les données d’expériences permettront de renseigner le modèle et d’inférer ses paramètres. L’approche bayésienne sera utilisée pour quantifier l’incertitude associée aux paramètres et pour sélectionner des variables influentes. Les résultats de l’inférence permettront également de développer un outil de prédiction de la remise en suspension, basé sur l’algorithme de simulation du modèle.
Ce projet de modélisation réunit quatre laboratoires : MaIAGE (INRAE Jouy-en-Josas, mathématiques / statistique), OPAALE (INRAE Rennes, mécanique des fluides), IGEPP (INRAE Rennes, épidémiologie) et GEPEA (IMT Atlantique Nantes, science des aérosols).