Conception d'un système intelligent ultra-basse consommation pour le suivi télémétrique sous-cutané des jeunes populations de requins marteaux aux îles Galápagos

Les populations de requins marteaux (Sphyrna lewini) de l'archipel des Galápagos constituent une espèce clé mais critique pour l'équilibre des écosystèmes marins. Le Galapagos Science Center (GSC) étudie les déplacements de ces squales afin de mieux cerner leurs routes migratoires et leurs zones de nourricerie. Néanmoins, l'étude des individus dès leur plus jeune âge se heurte à un verrou technologique majeur : les balises de marquage du commerce sont trop volumineuses pour être implantées de manière sous-cutanée sur des bébés requins sans altérer leur comportement ou leur survie. La thèse vise à développer un SOC bio-compatible, communiquant, ultra-basse consommation. Ce système innovant devra associer plusieurs capteurs, dans un environnement contraint (surface, gamme de température, pression élevée) et rester fonctionnel a minima jusqu'à l'âge adulte des requins en dehors de toute intervention humaine. Plusieurs verrous technologiques devront être levés au cours de la thèse : - Le premier verrou réside dans la gestion et la récupération d'énergie au sein d'un environnement marin hautement dynamique. Il s'agit d'extraire l'énergie environnementale, souvent intermittente et à très faible rendement, pour les besoins d'un système devant assurer l'acquisition continue de données et leur transmission sans fil, le tout sans dégrader l'autonomie du micro-dispositif. - Le deuxième verrou concerne l'atténuation sévère des signaux et la co-conception de l'antenne ou du transducteur pour la propagation en milieu biologique et aquatique. La transmission des données à travers les tissus sous-cutanés du jeune requin puis dans l'eau de mer impose des contraintes de puissance strictes et exige le développement d'architectures de communication à très haut rendement énergétique. - Enfin, le troisième verrou tient à l'intégration monolithique et à la miniaturisation extrême du système. Le compromis entre le bruit des circuits analogiques de lecture, la précision des capteurs de pression et de température, et le maintien d'une consommation submicrowatt dans des conditions environnementales fluctuantes nécessite de repousser les limites de la conception microélectronique mixte ultra-basse consommation. La conduite de ce projet repose sur un partenariat interdisciplinaire et international solide entre le LAAS-CNRS à Toulouse (France) et le Galapagos Science Center (GSC), structure conjointe entre l'Université de San Francisco de Quito et l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill. L'équipe académique française apporte son expertise en conception et simulation d'ASICs analogiques et mixtes ainsi qu'en programmation de circuits numériques type microcontrôleurs, FPGA, SOC. De son côté, le partenaire équatorien assure la définition fine du cahier des charges biologique, la fourniture des données terrain et la mise à disposition des infrastructures nécessaires aux tests d'ergonomie et d'implantation. Le déroulement de la thèse s'articulera comme suit : La première année sera consacrée à la consolidation de l'architecture globale du SoC, à la co-conception des blocs d'acquisition et de gestion d'énergie, ainsi qu'à la sélection de capteurs sur étagère ou intégrés sur silicium. La deuxième année sera consacrée à la conception de l'ASIC assurant l'Analog Front End et le lien avec les circuits numériques, suivies de l'optimisation des modules de communication et du développement d'un système complet répondant au cahier des charges. La troisième et dernière année permettra de valider le fonctionnement du prototype, de réaliser les tests préliminaires d'intégration sous-cutanée en collaboration avec les équipes scientifiques aux îles Galápagos, et de valoriser les résultats par la rédaction de publications internationales et du manuscrit de thèse. École doctorale : GEETS - Génie Electrique Electronique,Télécommunications et Santé : du système au nanosystème Direction : Hélène TAP Financement : MSCA COFUND BEST