Modélisation et optimisation des systèmes aquaponiques intelligents intégrant l'IoT, les énergies renouvelables et les technologies de l'Industrie 4.0 // Modeling and optimization of smart aquaponic systems integrating IoT, renewable energies and Industry

Ce projet de thèse vise à développer des outils technologiques et méthodologiques innovants pour optimiser les systèmes aquaponiques, une technologie combinant pisciculture et hydroponie en boucle fermée. L'objectif principal est de maximiser la durabilité et l'efficacité de ces systèmes en réduisant leur dépendance aux intrants chimiques et en valorisant les ressources locales.
Les travaux de recherche se concentreront sur plusieurs axes :
1. Optimisation énergétique : Intégrer des énergies renouvelables (photovoltaïque, éolien) et développer des algorithmes de gestion énergétique intelligente pour réduire la consommation tout en assurant la continuité du système grâce au stockage d'énergie.
2. IoT pour surveillance et contrôle : Déployer des capteurs connectés pour surveiller les paramètres critiques en temps réel, créer des systèmes de contrôle prédictif basés sur l'apprentissage machine, et concevoir des plateformes cloud et mobiles pour le suivi à distance.
3. Industrie 4.0 : Introduire des technologies comme les jumeaux numériques pour simuler et optimiser les systèmes en temps réel, l'automatisation pour la maintenance et la gestion, et la blockchain pour assurer une traçabilité transparente des produits.
4. Modélisation et simulation : Élaborer des modèles énergétiques et biologiques pour simuler et optimiser les performances des systèmes aquaponiques, et appliquer des méthodes d'optimisation multi-critères pour équilibrer coûts, productivité et durabilité.
5. Applications concrètes : Étudier l'adaptation des systèmes aquaponiques connectés dans des environnements urbains, développer des solutions abordables pour les pays en développement, et concevoir des systèmes modulaires évolutifs.
6. Intelligence artificielle et data analytics : Exploiter l'IA pour prédire la croissance des poissons et des plantes, détecter les anomalies et optimiser les cycles biologiques grâce à l'analyse des données collectées.
Ce projet s'inscrit dans les priorités de la Région Hauts-de-France, notamment dans les domaines de l'économie circulaire, de la bioéconomie et de la transition énergétique. Il vise à renforcer l'autosuffisance alimentaire régionale, à promouvoir l'innovation pédagogique et à créer des opportunités économiques durables.
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This thesis project aims to develop innovative technological and methodological tools to optimize aquaponic systems, a technology combining fish farming and hydroponics in a closed loop. The main objective is to maximize the sustainability and efficiency of these systems by reducing their dependence on chemical inputs and by valorizing local resources.
The research work will focus on several axes:
1. Energy optimization: Integrate renewable energies (photovoltaic, wind) and develop intelligent energy management algorithms to reduce consumption while ensuring system continuity through energy storage.
2. IoT for monitoring and control: Deploy connected sensors to monitor critical parameters in real time, create predictive control systems based on machine learning, and design cloud and mobile platforms for remote monitoring.
3. Industry 4.0: Introduce technologies such as digital twins to simulate and optimize systems in real time, automation for maintenance and management, and blockchain to ensure transparent product traceability.
4. Modeling and simulation: Develop energy and biological models to simulate and optimize the performance of aquaponic systems, and apply multi-criteria optimization methods to balance costs, productivity, and sustainability.
5. Concrete applications: Study the adaptation of connected aquaponic systems in urban environments, develop affordable solutions for developing countries, and design scalable modular systems.
6. Artificial intelligence and data analytics: Use AI to predict fish and plant growth, detect anomalies, and optimize biological cycles through the analysis of collected data.
This project is in line with the priorities of the Hauts-de-France Region, particularly in the areas of the circular economy, the bioeconomy and the energy transition. It aims to strengthen regional food self-sufficiency, promote educational innovation and create sustainable economic opportunities.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Programmes de l'Union Européenne de financement de la recherche (ERC, ERASMUS)

Université de Picardie - Jules Verne

585 Sciences, Technologie, Santé

Nous recherchons un(e) candidat(e) motivé(e) pour entreprendre une thèse dans le domaine des systèmes aquaponiques intelligents, en combinant modélisation, optimisation, IoT, énergies renouvelables et technologies de l'Industrie 4.0. Compétences requises: • Formation : Master (ou équivalent) en génie des systèmes, ingénierie énergétique, automatique, informatique industrielle, ou domaine connexe. • Compétences techniques : o Modélisation et simulation des systèmes complexes (Matlab/Simulink, Python, ou outils similaires). o Optimisation des processus multi-physiques et multi-objectifs. o Internet des Objets (IoT) : capteurs connectés, communication sans fil, protocoles (MQTT, LoRa, Zigbee, etc.). o Énergies renouvelables : intégration et gestion de l'énergie solaire, stockage et efficacité énergétique. o Industrie 4.0 : automatisation, intelligence artificielle, jumeaux numériques. Qualités personnelles : autonomie, esprit analytique, travail en équipe, communication scientifique (publications, conférences). Objectif principal : Modéliser et optimiser un système aquaponique intelligent, intégrant des capteurs IoT, des sources d'énergies renouvelables et des approches de l'Industrie 4.0 pour améliorer la productivité et la durabilité. Axes de recherche : • Développement d'un modèle mathématique et simulation du système aquaponique. • Conception d'un système de contrôle optimisé pour la gestion de l'eau, de l'énergie et des nutriments. • Développement d'une plateforme IoT pour la collecte et l'analyse des données en temps réel. • Intégration de techniques d'intelligence artificielle pour l'optimisation prédictive. • Expérimentations et validation sur un prototype de système aquaponique.
We are looking for a motivated candidate to undertake a PhD in the field of intelligent aquaponic systems, combining modeling, optimization, IoT, renewable energies, and Industry 4.0 technologies. Required Skills ✅ Education: Master's degree (or equivalent) in systems engineering, energy engineering, automation, industrial computing, or a related field. ✅ Technical Skills: - Modeling and simulation of complex systems (Matlab/Simulink, Python, or similar tools). - Optimization of multi-physical and multi-objective processes. - Internet of Things (IoT): connected sensors, wireless communication, protocols (MQTT, LoRa, Zigbee, etc.). - Renewable energy: integration and management of solar energy, storage, and energy efficiency. - Industry 4.0: automation, artificial intelligence, and digital twins. ✅ Personal Qualities: Autonomy, analytical mindset, teamwork, scientific communication (publications, conferences). Mission & Objectives Main Objective: To model, and optimize an intelligent aquaponic system, integrating IoT sensors, renewable energy sources, and Industry 4.0 approaches to enhance productivity and sustainability. Research Areas: - Development of a mathematical model and simulation of the aquaponic system. - Design of an optimized control system for managing water, energy, and nutrients. - Development of an IoT platform for real-time data collection and analysis. - Integration of artificial intelligence techniques for predictive optimization. - Experimentation and validation on an aquaponic system prototype.