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HAL Id: hal-01212963 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01212963 Submitted on 14 Oct 2015 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Prospective en Automatique HORIZON 2020 - Contribution de l’Automatique aux défis, à l’HORIZON 2020, des Sciences et Technologies de l’Information et de Communication et de leurs Interactions Françoise Lamnabhi-Lagarrigue To cite this version: Françoise Lamnabhi-Lagarrigue. Prospective en Automatique HORIZON 2020 - Contribution de l’Automatique aux défis, à l’HORIZON 2020, des Sciences et Technologies de l’Information et de Communication et de leurs Interactions. [Rapport de recherche] L2S, CNRS, Supelec, Université Paris Sud. 2011, 32p. hal-01212963 Décembre 2011 Prospective en Automatique HORIZON 2020 Contribution de l’Automatique aux défis, à l’HORIZON 2020, des Sciences et Technologies de l'Information et de Communication et de leurs Interactions Françoise Lamnabhi-Lagarrigue (*) Laboratoire des Signaux et Systèmes, Gif-sur-Yvette lamnabhi@lss.supelec.fr | 2 | 3 La version anglaise de ce rapport a été signée par de nombreux industriels: COMPANIES Contact name Signature ALSTOM Bruno LUSCAN Technology Program Director ALSTOM Grid R&D BASF - The Chemical Company Joachim BIRK Vice President, Executive Expert of Automation Technology BAYER Technology Services Norbert KUSCHNERUS Senior Vice President, Process Management Technology CASSIDIAN / EOS (former EADS) Robert HAVAS European Organisation for Security Chairman EdF Pierre-Louis VIOLLET Vice-President International & Partnership EDF R&D HONEYWELL Mike SOUTHGATE Vice-President EMEA Honeywell EnvCombustion Controls INEOS David EMBLETON, O&P Europe Technology Manager, Ineos Olefins & Polymers Europe PSA Peugeot Citroën Sylvain ALLANO Directeur scientifique et technologies futures THALES Mauro MONTANARI Advanced Studies Director DENSO AUTOMOTIVE Naoki MATSUMOTO Technical Planning & Research Director AKHELA Piercarlo RAVASIO Chief Executive Officer and Director Empresarios Agrupados Internacional Pedro COBAS Project Manager CADLM Kambiz KAYVANTASH Directeur Général Adjoint et Directeur Scientifique GTD Sistemas de Información Marta ESCUDERO Director of Space Division WEST Aquila Fabio GRAZIOSI Chair of the Governing Board | 4 | 5 Cinq principaux défis fondamentaux génériques : Résumé L'objectif de ce rapport, soutenu par de nombreux industriels européens et résultant en grande partie d’un travail collectif au sein du Réseau d’Excellence HYCON2 www.hycon2.eu est de démontrer que l’Automatique est au cœur des Sciences et Technologies de l'Information et de Communication et de leurs Interactions et en conséquence, doit être une priorité dans les futurs programmes de travail régionaux et nationaux, et notamment pour l’Agence Nationale de la Recherche. Après avoir rappelé brièvement le rôle de l’Automatique, dix besoins cruciaux de la société, dans lequel l’automatique aura un fort impact dans la prochaine décennie, sont esquissés. La section suivante résume quelques-uns des principaux défis fondamentaux et problématiques génériques à relever, sans indiquer des méthodes et des outils qui pourraient être utilisés. Elle est suivie par une liste de nouveaux secteurs où l’Automatique aura aussi, très probablement, un rôle majeur à jouer. Enfin, quelques recommandations opérationnelles sont suggérées afin de favoriser le développement de cette discipline essentielle. | 6 | 7 Table des matières Section 1 - Qu'est-ce que l’Automatique? ________________________________________ 8 Section 2 - 10 besoins cruciaux de la société où l’Automatique aura un impact fort dans la prochaine décennie _________________________________________________________ 11  Gestion intelligente du trafic au sol et du trafic aérien  L'électricité ‘verte’ et les réseaux électriques intelligents  Amélioration du rendement énergétique des systèmes de production  Sécurité en matière d'automatisation décentralisées  Mécatronique et co-conception de la production et de l’automatique  Analyse, contrôle et adaptation des grandes infrastructures  Systèmes autonomes  Neurosciences  Santé: vers un contrôle en boucle fermée  La recherche cellulaire et biomoléculaire Section 3 – Thèmes de recherche et défis majeurs ________________________________ 18 3.1 - Coordination et contrôle des systèmes à grande échelle ___________________________ 18 3.2 – Systèmes de contrôle distribués en réseau _____________________________________ 19 3.3 – Autonomie, cognition et automatique _________________________________________ 21 3.4 – Ingénierie des systèmes basée sur les modèles et conception temps réel _____________ 23 3.5 – Interaction homme-machine _________________________________________________ 24 Section 4 – L’Automatique pour de nouveaux domaines ___________________________ 26 4.1 – Automatique et santé ______________________________________________________ 26 4.2 – Automatique, phénomènes sociaux et économiques, et marchés ___________________ 27 4.3 – Automatique et ingénierie quantique _________________________________________ 27 Section 5 - Recommandations ________________________________________________ 28 | 8 Section 1 - Qu'est-ce que l’Automatique? L’Automatique (Systems and Control Science) est une discipline fondamentale présente dans de très nombreux domaines d'application tels que l'automobile, l'aéronautique et l'aérospatiale, les usines de fabrication, la production et distribution d'énergie électrique, de chauffage, de ventilation et de climatisation, la production de produits chimiques, le papier, l’agro-alimentaire et les métaux, la robotique, les chaînes d'approvisionnement et de logistique, pour n'en citer que quelques-uns. L’Automatique fournit les bases scientifiques et la technologie pour analyser et concevoir des systèmes (ou des systèmes de systèmes) évoluant de manière dynamique, en particulier des systèmes pour lesquels la rétroaction (feedback) joue un rôle important. Le mot rétroaction signifie que les actions tiennent compte des mesures, de la perception et de l’environnement. Les rétroactions sont omniprésentes dans les systèmes technologiques, socio-technologiques, économiques et biologiques. L’Automatique développe des méthodes et des outils pour la modélisation des systèmes dynamiques (physiques, chimiques, biologiques, économiques, sociaux) pour leur analyse et pour leur commande afin de réaliser des tâches et/ou d’optimiser des critères. L’Automatique fait appel aux mathématiques, au traitement du signal, à l'informatique et aux connaissances des divers domaines d'application. Cette discipline est indispensable pour analyser, concevoir, simuler, optimiser, valider et vérifier les systèmes technologiques et socio-technologiques qui sont amenés dans la prochaine décennie à devenir de plus en plus interconnectés, avec un traitement d'énormes quantités de données et d’information, et avec de nouvelles formes de synergie entre les humains et les systèmes technologiques. De plus, ces systèmes complexes devront répondre à de plus en plus d’exigences sur les performances, la fiabilité et l'efficacité énergétique. Les rôles de base de l’Automatique sont alors les suivants:  Modéliser les phénomènes physiques et leurs artefacts, pour comprendre et prédire leurs comportements dynamiques et leurs interactions entre les composants,  Développer des stratégies de contrôle et des algorithmes pour optimiser le comportement des systèmes afin qu'ils accomplissent certaines tâches et satisfassent des contraintes, et/ou pour minimiser les effets négatifs, par exemple la consommation d’énergie,  Mettre en œuvre les stratégies de contrôle en sélectionnant les capteurs et actionneurs à intégrer dans le système tout en assurant une performance maximale sous contraintes de coûts,  Valider et vérifier que la mise en œuvre des stratégies de contrôle agissant sur le système physique, satisfont bien les contraintes et les exigences de performance, de sécurité, de fiabilité, de durée. Relever théoriquement une problématique, liée à un domaine d’application, pour le résoudre par des approches mathématiques est une des caractéristiques de l’Automatique. Si l'abstraction permet de résoudre une classe de problèmes, les résultats obtenus dans ce domaine d'application peuvent être transférés à d'autres domaines a priori, complètement différents. L’Automatique, parmi d’autres disciplines, a joué un rôle important dans pratiquement toutes les évolutions technologiques majeures jusqu'à aujourd'hui, de la machine à vapeur aux fusées, aux avions à haute performance, aux vaisseaux spatiaux, aux trains à grande vitesse, aux voitures | 9 «vertes», aux caméras numériques, aux téléphones intelligents, aux technologies de productions modernes, aux équipements médicaux, et bien d'autres, voir [1] par exemple. Les systèmes de contrôle embarqués interagissent avec des dispositifs physiques et les systèmes, petits et grands, allant du téléphone mobile aux automobiles, aux robots, jusqu'à l'ensemble des installations industrielles. Plus de 90% de l’unité centrale de traitement (CPU) sont occupés par des systèmes de contrôle embarqués. Durant la dernière décennie, ces systèmes ont vu une amélioration considérable de leur performance et plus particulièrement dans les voitures, où l'augmentation de la sécurité et la réduction de la consommation de carburant sont principalement dues à des conceptions mécatroniques qui combinent génie mécanique, électronique, informatique et automatique. Récemment les systèmes de contrôle ont donc évolué vers les systèmes de contrôle embarqués et en réseau, appelés aussi ‘systèmes cyber-physiques’ (cyber-physical systems – CPS), prenant ainsi en compte la forte interaction des transmissions et du traitement de l'information en temps réel avec le dispositif physique ou le processus [2]. Voici par exemple quelques défis contemporains de l’Automatique : - L'industrie automobile est axée sur les technologies de sécurité, d’économie d’énergie et de conduite partiellement autonome. Sur des parties importantes de leurs trajets, les conducteurs deviendront des passagers de leur véhicule (électrique ou hybride) automatisé, régi par des algorithmes de contrôle commande automatique, permettant ainsi une meilleure sécurité, une meilleure économie de carburant, et une meilleure utilisation de l'infrastructure disponible. - L’Automatique aidera à améliorer les interventions chirurgicales. Les robots sont déjà utilisés aujourd'hui pour aider les chirurgiens afin de minimiser les procédures intrusives et d'accroître la précision des opérations. Dans le futur, ce seront des robots semi-autonomes commandés uploads/Science et Technologie/ automa.pdf