Aperçu du numéro 2017-5 de la REE (décembre 2017)

Numéro

5

NOVEMBRE-DÉCEMBRE

2017

EDITORIAL La REE, indispensable outil de culture scientifique Jacques Horvilleur Secrétaire général de la SEE ENTRETIEN AVEC Guillaume Devauchelle Vice President Innovation et développement scientifique Valeo

ÉNERGIE

TELECOMMUNICATIONS

DOSSIERS

SIGNAL

COMPOSANTS

AUTOMATIQUE

INFORMATIQUE

Cet aperçu gratuit permet aux lecteurs ou aux futurs lecteurs de la REE de découvrir le sommaire et les principaux articles du numéro 2017-5 de la revue, publié en décembre 2017. Pour acheter le numéro ou s'abonner, se rendre à la dernière page.

ISSN 1265-6534

Journées URSI France 2017 (sélection d'articles)

www.see.asso.fr

EDITORIAL

Jacques Horvilleur

Q

La REE, indispensable outil

uels points communs y a-t-il entre la mobilitĂŠ ĂŠlectrique,

ÂŤ numĂŠrique Âť. Le souhait exprimĂŠ par nos plus ďŹ dèles abonnĂŠs nous y

la protection contre la foudre, la gestion des donnĂŠes

conduit, ainsi que la conscience que nous avons que la lecture de notre

ÊnergÊtiques, les micro-rÊseaux d’Ênergie, l’Internet des

revue est largement partagĂŠe au sein des entreprises dans lesquels ils

objets, l’arrivÊe de la 5e gÊnÊration de radiocommuni-

travaillent, ce qui lui assure une large diffusion.

cations mobiles, la problÊmatique de la cybersÊcuritÊ, la fusion ÊlectronuclÊaire, la gestion des dÊchets de l’industrie nuclÊaire, ou encore

CĂ´tĂŠ numĂŠrique, je rappelle que notre revue est rĂŠfĂŠrencĂŠe sur Research-

l’intelligence artiďŹ cielle ou l’exploitation des ressources spatiales ?

gate et que beaucoup de nos auteurs y postent leurs articles. Par ailleurs,

Principalement deux :

au-delà des 1 500 membres de la SEE qui ont accès à tous les articles de

s LE PREMIER EST QUE TOUS CES SUJETS SE RAPPORTENT AUX GRANDS DĂ?lS DE

la REE, comme d’ailleurs à ceux de l’autre revue de la SEE, la 3E.I, je veux

notre temps que sont le changement climatique, la transition ĂŠner-

saluer le dÊveloppement d’un autre canal de diffusion : celui des grandes

gĂŠtique ou le dĂŠďŹ numĂŠrique ; notre mode de vie de demain, et

ĂŠcoles qui ont mis en place des accords de partenariat avec la SEE. Elles

sans doute notre survie d’après-demain en dÊpendent, sans parler de

sont maintenant plus d’une quinzaine qui mettent nos articles à la dis-

l’enjeu que reprÊsente le maintien d’une sociÊtÊ ouverte et dÊmocra-

position de leurs professeurs, de leurs chercheurs et de leurs ĂŠtudiants

tique dans un monde oĂš la concentration des donnĂŠes numĂŠriques

par l’intermÊdiaire de leurs outils de partage interne des informations. Au

pourrait ĂŞtre porteuse de menaces ;

total, c’est certainement plus de 5 000 Êtudiants qui ont ainsi la possibilitÊ

s LE SECOND EST QUE TOUS CES SUJETS ONT FAIT CES DERNIERS MOIS LE SUCCĂ’S

de s’enrichir à la lecture de nos dossiers.

de notre revue, soit par des dossiers thĂŠmatiques, soit par des articles rĂŠdigĂŠs par les meilleurs spĂŠcialistes des domaines ou par leur inter-

Ce dĂŠveloppement va de pair avec celui de la notoriĂŠtĂŠ croissante de

view. Que tous trouvent ici l’expression de notre reconnaissance pour

la SEE et il est porteur de promesses pour l’avenir. Ce dont le secrÊtaire

avoir, au milieu d’une multitude de sollicitations, choisi la REE pour

gĂŠnĂŠral de la SEE ne peut que se rĂŠjouir.

partager leur savoir et leur culture !

Jacques Horvilleur est ingĂŠnieur Telecom. Il a consacrĂŠ Au-delĂ de la qualitĂŠ des textes qui nous sont proposĂŠs et de la rigueur

l’essentiel de sa carrière, au sein du groupe EDF, à l’Êtude

scientiďŹ que dont ils font preuve, je tiens Ă souligner ici l’esprit d’ouver-

et Ă la gestion des rĂŠseaux ĂŠlectriques. Il a notamment

ture que reète le choix des thèmes de nos dossiers : c’est ainsi que,

ÊtÊ responsable des politiques techniques d’ERDF. Il a

sur les quatre derniers dossiers consacrÊs à l’Ênergie, deux traitaient des

Êgalement, pendant une dizaine d’annÊes, ÊtÊ en charge du

renouvelables (insertion des EnR et des microgrids) et deux de l’Ênergie

dÊveloppement d’EDF et d’ERDF dans plusieurs rÊgions du

nuclĂŠaire (grand carĂŠnage et projet ITER).

monde. Depuis 2015, il est le secrĂŠtaire gĂŠnĂŠral de la SEE.

En 2018, la REE va poursuivre l’exploration de ces grands sujets.

Attendez-vous à y trouver notamment, dès les premiers numÊros de

P.-S. : En cette ďŹ n d’annĂŠe 2017, J’ai le plaisir de vous informer de la

l’annÊe, des dossiers consacrÊs à l’autoconsommation, aux lasers de

publication de l’Êtude intitulÊe  L’Internet des objets 2018 – MarchÊs,

puissance, Ă la blockchain, aux ĂŠoliennes offshore, Ă la 5G, etc. Et,

technologies, cybersĂŠcuritĂŠ Âť.

bien entendu aussi, comme c’est le cas dans le prÊsent numÊro, aux

Cette Êtude dresse un bilan de l’Êtat de l’art de l’Internet des objets

avancĂŠes scientiďŹ ques et techniques ressortant des confĂŠrences et

et en prÊsente, de façon objective, les perspectives technologiques,

congrès organisÊs ou co-organisÊs par la SEE.

Êconomiques et applicatives. RÊdigÊe à l’issue des travaux d’un groupe

ConfrontĂŠs aux mĂŞmes difďŹ cultĂŠs que celles que connaĂŽt aujourd’hui

rĂŠunissant de grands acteurs industriels et les meilleurs spĂŠcialistes du

toute la presse en ce qui concerne les publications ÂŤ papier Âť, nous

domaine, elle constitue un document de rĂŠfĂŠrence unique destinĂŠ Ă

poursuivrons nĂŠanmoins en 2018 la double publication ÂŤ papier Âť et

tous ceux qui s’intÊressent à l’IoT ou qui souhaitent en tirer parti.

REE N°5/2017 1

sommaire Numéro 5

1

EDITORIAL La REE, indispensable outil de culture scientifique Jacques Horvilleur

2 5 p. 1

8 10 12

SOMMAIRE FLASH INFOS La spintronique et les nano-neurones au service de l’intelligence artificielle Gaz à effet de serre dans l’atmosphère : la progression n’est pas contenue Casser ou tester un mot de passe grâce aux réseaux de neurones Vers une mesure et un contrôle des émissions de CO2 par satellite

16 ACTUALITÉS 19 23

p. 30

La chronique de la 5G : les réseaux mobiles et l’accès Wi-Fi Le prix Nobel de physique : aboutissement d’un travail d’équipe Eoliennes flottantes : deux inaugurations importantes mais beaucoup d’incertitudes demeurent

26 A RETENIR Congrès et manifestations

28 VIENT DE PARAÎTRE La REE vous recommande

30 LES GRANDS DOSSSIERS

p. 67

Retour sur le sonar et nouveaux développements en radar et sonar Introduction : Retour sur le sonar et nouveaux développements du traitement du signal en radar et sonar Marc Leconte

33

Les débuts de la détection acoustique sous-marine Yves Blanchard

44

Evolution de la détection des cibles mobiles en sonar actif Yves Doisy

p. 102 Photo de couverture : USN

2 REE N°5/2017

p. 123

53

Détection des cibles mobiles par radar large bande non-ambiguë François Le Chevalier, Nikita Petrov

67 Journées URSI France 2017 (sélection d'articles) Introduction : Les radiosciences au service de l’humanité Sélection de communications présentées aux journées URSI France 2017

e ts 0 8

Tullio Joseph Tanzi, Jean Isnard

69

L’exposition du public créée par le compteur communicant.

Protocole et résultats de mesure Jean-Benoît Agnani, Emmanuelle Conil

76

Modélisation formelle pour l’ingénierie système.

La sûreté d’un drone comme illustration des enjeux d’une conception formalisée Sophie Coudert, Dominique Legros

85

Le potentiel scientifique et technique d’un laboratoire.

Favoriser l’innovation, protéger les savoirs et le savoir-faire sans entraver la recherche ? Un délicat équilibre à trouver.

Jean-Pierre Damiano

93

Anticiper le risque dans le processus décisionnel : applications en renseignement criminel Nicolas Valescant, Daniel Camara, Patrick Perrot

102 GROS PLAN SUR …

Injection massive de renouvelables : effets d’éviction et besoins de flexibilité Jacques Percebois, Stanislas Pommeret

111 CHRONIQUE L’innovation inversée Alain Brenac

113 RETOUR SUR ...

La longue histoire de la voiture électrique et de ses constituants Adrien Foucquier, Yves Thomas

123 ENTRETIEN AVEC...

FROM JANUARY 31st TO FEBRUARY 2nd TOULOUSE, France PIERRE BAUDIS CONGRESS CENTER

Guillaume Devauchelle

Valeo mise sur le véhicule autonome

Organized by:

126 ENSEIGNEMENT & RECHERCHE ENSTA Paris-Tech : développement et stratégie Entretien avec Elisabeth Crépon

Echos de l’enseignement supérieur Alain Brenac & Bernard Ayrault

134 SEE EN DIRECT

www.erts2018.org

La vie de l'association

REE N°5/2017 3

FLASHINFOS

nous avons à plusieurs reprises2, souligné à quel point

La spintronique et les nano-neurones au service de l’intelligence artificielle

l’électronique conventionnelle était thermodynamiquement inefficace si l’on prend comme référence le niveau

Pourrait-on développer un robot doté d’une intelli-

d’énergie de Landauer, c’est-à-dire le niveau d’énergie mi-

gence artificielle proche de celle du cerveau humain à

nimal nécessaire pour effacer un bit d’information (2,75

la fois en taille et en efficacité énergétique ? Aujourd’hui,

10 -21 J à 20°C).

la réponse est clairement non mais c’est dans ces

Pour supporter les algorithmes évolués d’intelligence

deux directions, réduction de la taille et réduction de

artificielle dans des conditions acceptables, il faut trou-

la consommation d’énergie, que de nombreux centres

ver de nouvelles solutions aux problèmes d’encombre-

de recherche travaillent. Ainsi récemment, l’unité mixte

ment et de consommation d’énergie. A défaut de pou-

de physique CNRS/Thales de Palaiseau annonçait1 avoir

voir reproduire les mécanismes biologiques du cerveau

réussi à accomplir une tâche cognitive en émulant un

humain, qui sont au demeurant encore mal connus, le

réseau de neurones artificiels grâce à un nano-oscillateur

recours à des composants de taille nanométrique serait

à transfert de spin. De quoi s’agit-il ?

de nature à permettre de disposer dans un chip de la taille d’un pouce, de la puissance de calcul requise par les

Les limites de l’électronique conventionnelle Depuis les années 50, l’intelligence artificielle pro-

algorithmes d’intelligence artificielle. Mais il faut plus et en particulier contourner les limites qu’entraîne aujourd’hui,

gresse de manière continue dans deux directions :

dans les calculateurs, la dissociation des fonctions de

s D UNE PART LE PERFECTIONNEMENT DES ALGORITHMES QUI

calcul des fonctions de stockage en mémoire.

tentent d’émuler les fonctions réalisées par le cerveau humain ;

De l’informatique à la méminformatique

s D AUTRE PART L ÏLABORATION DE CIRCUITS ÏLECTRONIQUES RE-

C’est ici qu’intervient un nouveau domaine de l’inforr

produisant les propriétés des réseaux neuronaux et

matique, la « méminformatique », qui s’inspire dans ses

synaptiques du cerveau et capables de supporter des

structures et son fonctionnement des neurones du cerr

algorithmes.

veau humain qui sont à la fois des unités de calcul et

Cette dernière approche repose encore aujourd’hui

de mémoire. Dans un ordinateur d’architecture classique

sur des circuits électroniques classiques qui, au maxi-

Von Neumann, les fonctions de calcul et de mémoire se

mum de ce qu’il est possible de réaliser en matière

situent dans des entités différentes et parfois distantes

d’intégration, sont très loin d’atteindre les performances

(à l’échelle de la microélectronique), ce qui entraîne une

du cerveau humain. Ainsi Julie Grollier,r directrice de re -

perte d’énergie et une baisse des performances.

cherche à l’unité mixte de physique CNRS/Thales nous

Les recherches s’orientent donc vers des compo-

rappelle que le glucose, qui est le carburant du cerveau,

sants nanométriques capables de changer de résistance

y est brûlé au rythme de 4,2 g par heure ce qui équivaut

en fonction de la charge électrique qui les traverse et

à une consommation de 38 Wh. Une puce électronique

de conserver la trace de ce changement et donc d’agir

ayant une consommation équivalente réaliserait près de

comme une mémoire. L’un des composants essentiels

10 000 fois moins d’opération par seconde que le cerr

de ce type est appelé « memristor ». L’Unité mixte de

veau. Les calculateurs électroniques sont composés d’un

physique CNRS/Thales à Palaiseau, explore les varia-

grand nombre de transistors et de mémoires mais ils sont

tions de résistance dues à des effets fins aux interfaces

donc très loin d’atteindre l’efficacité des neurones et des

de multicouches nanométriques de type métal/isolant/

synapses de notre cerveau, à moins d’admettre, comme

métal. Celle-ci a développé le memristor magnétique,

les supercalculateurs dont se sont dotées les grandes

dans lequel les variations de résistance sont dues au ren-

puissances, des équipements de tailles considérables

versement des pôles des nano-aimants, en s’appuyant

et des consommations s’exprimant en MW. Il se pose

sur la magnétorésistance géante découverte par le physi-

donc un problème d’efficacité énergétique évident, dès

cien Albert Fert dont toutes les recherches actuelles dans

qu’il s’agit de réaliser des calculs complexes. Dans la REE,

l’unité de Palaiseau sont issues.

1

Voir le communiqué de Thales sur https://www.thalesgroup.com/ fr/monde/groupe/press-release/le-premier-nano-neurone-artificiel-capable-de-reconnaissance-vocale-voit

2

Voir notamment l’article sur les data centers dans la REE 2015-4.

REE N°5/2017 5

FLASHINFOS

Les nano-oscillateurs à transfert de spin

mation d’énergie réduite à un microwatt. Ayant la même

L’utilisation des nano-oscillateurs à transfert de spin

structure que les cellules de mémoire magnétique ac-

pour réaliser des calculs neuronaux à haute densité et

tuelles, les STNO sont compatibles avec la technologie

faible puissance s’inscrit dans cette lignée de recherche.

CMOS et présentent une grande endurance, fonctionnent

Les nano-oscillateurs à transfert de spin (Spin Torque

à température ambiante et pourraient être fabriqués en

Nano-Oscillators ou STNO) sont des dispositifs de nano-

grand nombre, jusqu’à plusieurs centaines de millions

électronique multicouches qui dépassent les capacités de

aujourd’hui sur une puce. Leur amplitude d’oscillation

l’électronique classique en utilisant à la fois la charge et

est robuste au bruit et l’exploitation de la dynamique de

les propriétés physiques de spin de l’électron. Les STNO

cette amplitude regroupe en un seul dispositif les deux

utilisent les phénomènes de base de la spintronique : le

propriétés les plus caractéristiques des neurones, la non-

transfert de spin (Spin-Transfer Torque ou STT), la ma-

linéarité et la mémoire. Pour calculer, les entrées neurales

gnétorésistance géante (GMR) et la magnétorésistance à

sont encodées dans le courant injecté dans l’oscillateur

effet tunnel (TMR)3. Le principe des STNO et l’utilisation

et la sortie neurale est la réponse en amplitude. Les

qu’en a faite l’unité mixte de physique CNRS/Thales sont

oscillateurs assemblés en réseaux sont susceptibles de

résumés dans l’encadré 1.

permettre d’effectuer des opérations de type neuronal

Les STNO sont simples et ultra-compacts, leur taille la-

comme il a été démontré dans l’expérience de recon-

térale peut être réduite à dix nanomètres et leur consom-

naissance vocale menée par le laboratoire CNRS/Thales4.

3

4

Le lecteur pourra se reporter à l’article « L’électronique de spin : quand l’électronique et le magnétisme s’allient » publié dans les Flash Infos de la REE 2012-5.

Voir l’article publié dans la revue Nature 547 de juillet 2017 : Neuromorphic computing with nanoscale spintronic oscillators – Jacob Torrejon, Julie Grollier & al (doi:10.1038/nature23011).

Les nano-oscillateurs à transfert de spin ou nano-oscillateurs vortex à transfert de spin, (STNO) utilisent le phénomène de transfert de spin (Spin-Transfer Torque ou STT) qui est l’un des fondements de la spintronique.

Le STT est un phénomène statistique de physique quantique qui survient lorsqu’un courant d’électrons polarisés en spin traverse un matériau magnétique. Un tel courant peut échanger, par résonance, du moment angulaire de spin avec le moment local d’aimantation d’une fine couche magnétique. Le phénomène est utilisé dans les oscillateurs STNO qui, typiquement, sont constitués d’un empilage de trois couches minces (figure 1). Au passage de la première couche magnétique, un courant d’électrons se trouve polarisé en spin, traverse la fine couche isolante par effet tunnel et, dans la deuxième couche magnétique, génère des oscillations du champ magnétique (à des fréquences très stables fonction du courant ayant servi au pompage). Ces oscillations sont convertibles en tension par effet magnétorésistif (figure 1).

Le montage utilisé par les chercheurs de l’unité de physique CNRS/Thales est représenté par la figure 2.

En (a) une couche non magnétique est prise en sandwich entre deux couches ferromagnétiques circulaires de 375 nm de diamètre. L’aimantation de l’une des couches est maintenue fixe tandis que l’autre peut osciller.

Figure 1 : Principe de fonctionnement d’un STNO : de l’injection d’un courant jusqu’à la récupération d’une oscillation de tension.

Source : Julie Grollier & al.

6 REE N°5/2017

FLASHINFOS

Figure 2 : Utilisation d’un nano-oscillateur à transfert de spin pour réaliser des calculs neuronaux – Source : Julie Grollier & al (2017).

Les courants de charge se polarisent en spin lorsqu’ils traversent ces jonctions et génèrent des couples sur la magnétisation de la deuxième couche magnétique conduisant à une précession magnétique à des fréquences comprises entre des centaines de mégahertz et plusieurs dizaines de gigahertz.

En (b) l’oscillation magnétique est récupérée en oscillation de tension par conversion magnétorésistive.

En (c) est montrée la variation de l’amplitude de l’oscillation en fonction du courant d’entrée.

En (d) figure le schéma expérimental du dispositif et en (e) on observe la réponse du montage à un signal d’entrée derrière une diode hyperfréquence Les nano-oscillateurs sont simples et ultra-compacts, leur taille latérale peut être réduite à dix nanomètres et leur consommation d’énergie réduite à un microwatt. Ayant la même structure que les cellules de mémoire magnétiques actuelles, les nano oscillateurs à transfert de spin sont compatibles avec la technologie CMOS et présentent une grande endurance, fonctionnent à température ambiante et peuvent être fabriqués en grand nombre, jusqu’à plusieurs centaines de millions aujourd’hui sur une puce.

Reconnaissance vocale

s’il est prononcé par différents locuteurs, alors que des

Dans cette expérience, un oscillateur émule par mul-

chiffres différents génèrent des réactions en chaîne dif-

tiplexage temporel un réseau de 24 neurones qui vont

férentes, permettant ainsi la reconnaissance vocale. Une

être utilisés selon les principes du “reservoir “ computing”. computing”.

entrée peut déclencher une réaction en chaîne en utili-

Les données d’entrée sont des formes d’onde audio de

sant des ensembles de neurones, l’état des neurones en

chiffres parlés isolés (0 à 9), prononcées par cinq locu-

aval dépend de l’état des neurones en amont.

teurs différents de sexe féminin et issues d’une base de données du NIST.

Mais une entrée peut aussi déclencher une réaction en chaîne dans le temps en excitant constamment un

On rappelle que les réseaux de neurones classent

seul oscillateur non linéaire avec mémoire, l’état de l’oscil-

l’information par des réactions en chaîne de neurone

lateur dans le futur dépendant de son état dans le passé.

en neurone. Dans un réseau formé, le même chiffre dé-

C’est le parti qui a été choisi par les chercheurs, ce qui

clenche toujours une réaction en chaîne similaire, même

simplifie les problèmes matériels puisqu’un seul oscilla-

REE N°5/2017 7

ACTUALITÉS

Chronique de la 5G Les réseaux mobiles et l’accès Wi-Fi encore plus efficaces. Nous décrivons dans la suite les difféPatrice Collet poursuit sa chronique sur les technologies qui vont sous-tendre la 5e génération de communications mobiles. Dans ce numéro, il nous parle du couplage entre la 5G et les réseaux locaux Wi-Fi.

rentes étapes de ces évolutions.

Les premières étapes C’est d’abord pour fournir des services de voix que l’utilisation du Wi-Fi a été envisagée. Au début des années 2000, a été développée la technique GAN1 (ou UMA 2) qui permettait à un téléphone mobile équipé de Wi-Fi d’accéder au service mobile avec continuité du service. Le mobile pouvait ainsi devenir un terminal sans fil au domicile de l’utilisateur. Pour ce faire, il était nécessaire d’ajouter au réseau mobile une

Introduction

passerelle spécifique, le GAN Controller ou GANC, vers la-

Les techniques de réseaux locaux radio (WLAN) et en parti-

quelle les flux de données portés par le Wi-Fi étaient envoyés

culier le Wi-Fi ont toujours intéressé les opérateurs de réseaux

et qui assurait l’interface avec le réseau mobile. Un certain

mobiles : elles permettent en effet une bonne couverture à

nombre d’offres ont été faites sur ces bases mais elles n’ont

l’intérieur des bâtiments, alors que les réseaux cellulaires n’y

pas eu le succès escompté car rares étaient les terminaux

offrent pas toujours un service satisfaisant, et des débits qui,

mobiles disposant du Wi-Fi.

jusqu’à la génération 3G+, ont été notablement supérieurs à

L’apparition des smartphones qui sont tous équipés de

ceux qu’offraient les accès radio-mobiles. Les opérateurs de

Wi-Fi, ainsi que l’arrivée de LTE ont changé la donne : le

réseaux participent au déploiement des réseaux locaux via les

transfert de données à partir des terminaux mobiles a litté-

offres d’accès à Internet et les “box”, qui incluent un point d’ac-

ralement explosé. Pour faire face à la croissance du trafic de

cès Wi-Fi, via également les “hotspots” installés dans des lieux

données, l’idée d’en transférer une partie sur les accès Wi-Fi

publics comme les aéroports et les gares.

s’est imposée : c’est ce qu’on appelle le “Wi-Fi Offload”.

Pour que l’intégration du Wi-Fi aux réseaux mobiles soit

Dès l’origine du LTE (version 83), il a été prévu d’intégrer

satisfaisante, il faut que la continuité de service soit assurée

des réseaux Wi-Fi comme réseaux d’accès. Deux types d’ac-

lorsqu’un mobile passe de la couverture radio cellulaire à la

cès Wi-Fi ont été identifiés :

couverture Wi-Fi, c’est-à-dire que les sessions de données

s LES ACCÒS DITS i TRUSTED w CORRESPONDENT AU CAS Oá LA LIAISON

et de voix établies dans la première technologie continuent,

Wi-Fi est sécurisée par chiffrement et authentification par un protocole du type 802.1x ;

sans interruption ni dommage, en passant à la deuxième et inversement. Or la technologie Wi-Fi standard ne permet pas

s LES ACCÒS DITS i UNTRUSTED w SONT TOUS LES AUTRES RÏSEAUX 7I &I donnant accès à Internet.

ce passage. De nombreux perfectionnements ont été apportés au fil des années pour permettre aux réseaux mobiles, et notamment aux réseaux 4G LTE, de se coupler sans solution de continuité avec les accès Wi-Fi. La 5G intégrera certainement une bonne partie de ces mécanismes et les rendra

1

Generic Access Netrwork Unlicensed Mobile Access 3 Les spécifications du 3GPP sont établies en versions (releases) : la version 8 est la première version des spécifications de LTE. 2

(a)

(b)

Figure 1 : Principe de l’accès Wi-Fi “trusted” (a) et “untrusted” (b). Source : Affirmed Networks.

16 REE N°5/2017

ACTUALITÉS

Vus du réseau mobile, ils se différencient par le type de passerelle utilisé : TWAG4 pour le premier et ePDG5 dans le second et par l’architecture IP. Dans le cas d’un accès i UNTRUSTED w LES ÏCHANGES DE DONNÏES SONT PORTÏS PAR UN tunnel IPsec entre le terminal et l’ePDG (figure 1). Cette option peut être utilisée avec n’importe quel accès Wi-Fi. Sur la base de ces accès, il est possible de fournir des services de données et également des services de voix mobiles à condition que le cœur de réseau mette en œuvre la voix sur LTE (VoLTE6). Pour fonctionner, ces arrangements nécessitent que le terminal connaisse les possibilités des réseaux Wi-Fi disponibles en matière d’accès au réseau mobile : la fonction de cœur de réseau ANDSF 7, qui fournit les éléments nécessaires à la sélection de réseau, a été définie à cet effet.

Cependant la nécessité de mettre en œuvre des passerelles spécifiques et l’évolution fonctionnelle de LTE ont fait que d’autres solutions sont maintenant envisagées pour l’intégration du Wi-Fi avec les réseaux cellulaires.

Les nouvelles approches de l’intégration du Wi-Fi Deux grandes évolutions de LTE introduites dans les spécifications du 3GPP, l’agrégation de porteuses8 et la double connectivité9, ont rendu possibles d’autres approches L’agrégation de porteuses permet à un terminal d’utiliser simultanément plusieurs porteuses pour porter une Figure 2 : Principe de LTE-U – Source : sharetechnote.com.

même session de communication. Avec LTE-A, l’agrégation

L’agrégation de porteuses est mise en œuvre dans LAA11

de porteuses est systématisée pour permettre d’augmenter les débits utiles en utilisant plusieurs bandes de fréquences

et LTE-U12.

simultanément : ainsi la version 13 des spécifications (LTE-A Pro) permet d’agréger jusqu’à 32 porteuses, celles-ci pouvant

LTE-U Cette approche développée par le forum LTE-U, créé par

appartenir à des bandes de fréquences sous licence ou à des 10

bandes de fréquences non réglementées comme la bande

Verizon et soutenu par Qualcomm, s’appuie sur les versions

des 5 GHz qui est majoritairement utilisée par le Wi-Fi.

10 à 12 des spécifications du 3GPP. Elle est adaptée aux pays

La double connectivité (DC) est une fonction qui per-

%TATS 5NIS #HINE Oá LA RÏGLEMENTATION DE LA BANDE DES

met à un même terminal de se connecter simultanément à

GHz n’impose pas aux utilisateurs le respect de la procédure

deux stations de base d’un même réseau mobile : cette fonc-

LBT13. Pratiquement, le principe est d’utiliser une première

tion définie dans la version 12 des spécifications du 3GPP

porteuse dans les bandes réglementées et d’y agréger une

permet soit d’augmenter le débit descendant vers les termi-

porteuse dont les caractéristiques radio sont compatibles

naux, soit de transférer la charge de trafic d’une cellule à une

avec les spécifications du Wi-Fi dans la bande non régle-

autre. En version 13, la DC s’applique aussi au canal montant.

mentée (figure 2). Initialement limitée au sens descendant,

4

Trusted Wireless Access Gateway 5 Evolved Packet Data Gateway 6 VoLTE : pour offrir les services de voix, avec LTE soit on utilise la voix sur IP avec le protocole de commande SIP (VoLTE), soit on s’appuie sur les réseaux 3G avec le mode CSFB : circuit switched fallback.

7 ANDSF : Access Network Discovery and Selection Function 8 Carrier Aggregation en anglais (CA) 9 Dual Connectivity en anglais (DC) 10 On utilise ici le terme « non réglementé » pour désigner des bandes qui sont librement accessibles sous réserve de respecter un certain nombre de contraintes techniques.

LTE-U a été étendu au sens montant. Le terminal et le réseau répartissent les flux de données à transmettre sur les deux canaux en fonction des exigences de service applicables à chacun des flux.

11

LAA : Licensed Assisted Access LTE-U : LTE Unlicensed 13 LBT : Listen Before Talk. Procédure utilisée en radio dans laquelle un émetteur teste son environnement radioélectrique par exemple pour sélectionner un canal radio libre sur lequel il émettra.

12

REE N°5/2017 17

ACTUALITÉS

Figure 3 : Effet de LAA sur les débits Wi-Fi. Source : Qualcomm.

LAA LAA (Licensed Assisted Access) a été définie dans la verr sion 13 des spécifications du 3GPP comme une évolution de LTE : elle prend en charge les obligations réglementaires applicables à la bande 5 GHz des différents continents. Elle prend en compte la procédure LBT mais ne permet l’usage de la bande 5 GHz que dans le sens descendant. La version 14 prévue cette année devrait ajouter la possibilité d’utiliser un canal remontant dans la bande 5 GHz. Les approches LTE-U et LAA ont provoqué une controverse aux États-Unis : des industriels et des villes qui déploient le Wi-Fi, craignant une dégradation de la qualité du Wi-Fi par le partage de la bande 5 GHz avec LTE-U, ont protesté auprès de la FCC et demandé que son usage ne soit pas autorisé avant des tests de terrain. Cependant les analyses techniques justifiant ces craintes ont été contestées et Qualcomm a présenté des résultats de test réels montrant que Wi-Fi et LTE-U/LAA coexistaient de façon satisfaisante (figure 3). Finalement en 2017, la FCC a approuvé la mise en œuvre de LTE-U sur les stations de base de Nokia et Ericsson. T-Mobile US a annoncé en juin 2017 que LTE-U était disponible pour ses clients dans un certain nombre de villes des États-Unis.

Il est à noter que les approches LTE-U et LAA de l’intégration du Wi-Fi dans les réseaux mobiles n’utilisent pas en fait de points d’accès Wi-Fi. Aussi pour les opérateurs souhaitant valoriser les points d’accès Wi-Fi, une autre approche a été définie par le 3GPP, la LWA. Figure 4 : Principe de LWA. Source : sharetechnote.com

LWA L’approche LTE-WLAN Aggregation (LWA), définie par le

bile et un lien Wi-Fi (figure 4). Les paquets d’un même flux

3GPP dans la version 13 de ses spécifications, utilise le point

de données IP descendant peuvent être transportés soit par

d’accès et donc la couche radio Wi-Fi (2,4 et 5 GHz). Ce

le lien réglementé, soit par le lien Wi-Fi : une couche protoco-

dernier peut être colocalisé avec la station de base LTE ou lui

laire appelée PDCP14 segmente et réassemble le flux de pa-

être connecté par l’interface Xw. LWA met en œuvre la double

quets en assurant le maintien de leur ordre. Des mécanismes

connectivité en associant un lien radio du réseau d’accès mo-

14

18 REE N°5/2017

Packet Data Convergence Protocol :

LES GRANDS DOSSIERS

Introduction

Retour sur le sonar et nouveaux développements du traitement du signal en radar et sonar Dans le e présentt dossier, le lect c eu ct eurr

Après-guerre, les perffectionnements

pou po urra r toutt d’ d abord se familiariser avvecc

des deux techniques se poursuiive de v nt,,

la tec techn h ique à la base du sonar en hn n re -

en parallèle avec le développe peme m nt de e

v va vi an ntt, gr grâce à Yves Blanchard, l’hi hisshi

l’él l’ é ectron o ique et sous l’imp mpul ulssion d ’in--

toir i e de d l’a ’acousti tiqu q e sous-marine. Pu uiis

dustriels u souven ent spécialisttes des deux eu

ill déc é ou o vr v ira a deuxx articles consacré és à

domaines. Les années 60 vo do v ien nt une

dess dé de déve velopp pements actuels des trai-

nouvelle génération de sonar se dévedé

teme te me ment ents du d sig gnal so sona n r et radar a qui

lopper. La diminution des frréq éque u nces

offr of fren fr ent d de e nombr n brreu e x parallélismes.

Marc Leconte

L acou L’ oust ou s iq st que u , no n us u rappelle Yves

sonar augmentent la distance c de ce e dé d tection de 3 à 40 km. Ces fr f éq é uences

e

Bla Bl anch hard, ard éta t it con nnu nue e dè ès l’antiquité et, au XIX X

pous po ussent à mettre au point de nouveaux u concepts

siècle, elle dev evvie ient nt une ne ssci c ence dontt le l s ph phén no -

de son nar a avec la formation de voies et le tr t aiitement nt

m nes son mè nt ass ssez ss sez e bie en dé décrits par la ph hyysi siqu qu que ue on on -

d sig du signa al.. Ces dernières techniques sero ont n elle e auss-

dula du lato oire. On sa sait ait it déj éjà à ce ce époque cette ue e que la vi vittess te s e

si utiili l sé ées e par les radaristes mais ave ec u un n déc é alage

de e propag gati t on du son n dépend du u mili mili mi l eu eu et on n a

de e plu ussiieu eurs r années par rapport au son onarr.

même ob bservé que le son se dép ép pla aça ç it beauc u ou up

Ill nou ous faut rappeler, r pour le lect c teu e r no on sp s écia ia a-

e

plus rapidem emen nt da anss l’e eau que dan ans ns l’ai airr. r. A Au u XX X

l st li ste e, la te e, terrminollog o ie employée par le es arr ti t cl cles e spé pépé

siècle, dess in ingé géni nieu eu eu urrs utili tiili liseront ces es pro rop prrié p iété tés és pour po our ur

ciiallis isés éss. é s. Un radar ou un sonar cla ass ssiq que e éme m t de es

mett ttre r au po p in intt de d s te tecch hniques, ap ppe elé lée ées es son o ar,, ex-

im mpuls pulsio lssio ons à une certaine fréquence d’é émisssi sion on ne et

ploi pl o tant la la ré rétr t od dif iffu fusi sion o du son pa ar le les sous les so ous us-m -m mar arin ns

c’es c’ esst le le tem mps que met l’impulsi sion on à pa arco arco our uriir ir lla a

dans la me er. Ave vecc le rad radar ar c’e c est la rétrodiffusi siion dess

dist di s an st nce e éme é ett tteur cible qui pe perm rmet de dé déte term rmiiner iner

o des électromagnétiques dan on ns l’aiir qu quii pe perm rmett la a

la d dis istance de e lla a ciibl b e, don nnant tout son se s ns au

détectio on d’’ob o jets au-delà dess lim mites de e la vis vis isib ibiiib

t rme ranging con te onttenu dans l’acronyme radar et

lliité té. Radar et e son on nar seront opérrat atio ionn nnel elss au u cours c

sonar. LLe e train impulsion nnel est une forme d’ond de

de la de deuxième gue erre e mondiale, le pre remi mier er dans d s la

dont les es par param amèt è res de fré r quence de répétition vo ré on t ont on

b ta ba ail ille d ’A Anglleterre et et de de l’At Atlantiq At que et le sec econ ond

dé éte term rmin iner er en e gran nde partie les domaines de dé dé -

da ans n la guer erre sou ou uss-ma m ri ma rine ne..

tect te ctio io on des cibles. Le L s ra radaristes et sonaristes sont

A ce e stade, no ous rappe pe eller eron ons qu que, e dan a s le cas

am amenés alors à définir u un n d dia iagr ia agr gramme d’ambig guï té é

g néra gé né é al des de es ph p énom mè èn nes ond ndullat a oiire ress co c mm m uns au

qui montre les limites de e la dét étec ecti ec tion on n de de cibl iblless en

ra rada ad r et au sona na ar, r la ta t ilille le des ant nten enne ness dé ép pe end de e

fonction de leur distance et e de leur vitessse sacha hant nt

la lon ngu gueur d’ d on o de d émise. Or celle-ci dé d pe pend n de la nd la

que les cibles en mouveme en réflé ent fl chisssen nt l’o ’ond nde e

vitessse de propa pa agati t on nd de l’onde dans le e millie ieu. Ce ella

reçu re çue e en décalant la fré ré éq qu uence prop porttio ionn nnel elle le-

va vaut aut pou o r les onde es ac a ou ust stiq qu ue es da d ns l’eau mais

ment me n à leur vitesse, c’estt l’e ’effffet e D Do op oppler bie en co conn nnu. u.

a ssi pour au u les ondess éle lectromagnétiques dans ns l’a l’air ir.

La a figu ure e 1 mon ntr tre un dia agram mme d’a amb biguïté ig pou ourr

Le e rad ada ar de ce poi oint nt d de vue ob béi éit à un une physsiq ique ed du

une e émission cla l ssique de fr f éque enc nce e po portteu euse se Fe

XIXe siècle. Ain insi si, la vitessse d de e prop opag agation du u son on

modu d lée par de d s impuls llssi sions n pérrio odiiqu ques de fr fré é-

dans l’e ’e eau au e est st d’environ 1 500 m/s et dépend de la l

qu uen e ce de répétition Fr o ou u de périod ode e Tr = 1 1/Fr.. Les

salil ni nité té,, de té de la a te t mpératurre et de d la profondeu ur al a ors

zone ne es en n bleu surr la figure re 1 détermi m ne nent des zon nes

que qu e la vites esse se e de propag agat ation des ondes électroma-

de vitesse et de e distance appe elées aveug ug gle less. LL’a ’ mb mbi-

gnétiques da ans n l’air est à peu près égalle à la a vittesse

gu uït ï é est le fai a t que qu u la natturre pé ériodiq iq que du train n

de la lumièr è e devenu èr nue constante fo on nd damenta t le ta le.

d’ém é is i si sion imp mpli liique que qu q e la distanc n e et la vi v tess sse, e,

30 REE N°5/2017

Introduction

LES GRANDS DOSSIERS

Figure 1 : Diagramme d’ambiguïté d’ d un un traainn d’imp imp mpuuls ulsion o s de de fré réqquennce ré ce de ré répétition Fr de période Tr = 1 /Frr

selon le es ca c s, ne peuvent être connues qu’’à un n fac fac ac--

peuv pe uven uv uven entt êt être con nstituées de pl p usieurs voies siimu m l-

teurr mod m dul u o près, appelé pour cette raison distance

tanées en réception ou émissio ion n et on pa parl r e allor os

ou vitessse e ambiguë. Les distances et vitesses ambi-

de codage spatial et de formattio on de fai a sccea eaux parr

g ës son gu ont ég é alement déterminées par les cara act cté é-

calcul. Enfin on peut com ca mpl p iq que er le toutt en uttiilisa ant

rist ri s iq ques in ntrinsèques du radar ou du sonar, à sav avoirr

de d es fo form orm rme es d ’ondes diffé es ére r n nttes es,, év éve ven entu entu tuellement co-

le d dom maine aiine couvert en distance, qui dépe pend pe end n de la

dé e dé ess dan anss le es différentes vo voie ie es de ll’a ’a anten nne e. Cett tte e

puissanc nce nc e mo moye y nne émise, et en vitesse e, qu qui peut pe eut

d rn de nière iè ère n’est ’e est jamais idéa ale e et co omm mme e nous u l’a ’avo onss

fi er la fix a pr pe em miè ière re e ambiguïté de vitesse bien en na auu-d udelà de

d t pllus hau di aut so on gain et sa sa direcc tivité ti é dépende ent n

de es vite tess sssess posssi s bles des cibles appart rtten e a an nt a au u

de e la lo ong ngue ueurr d ’onde du signal. A direcc tivvité don-

do oma m in ne d d’’uttil ilis i ation. Les ambiguïté és disttance ancce an e et vvii-

né ée, less basse es frréq é uencess né écces e si site tent de te tent d grandes

tessse so te ont d dua ale less et opposées comme le te e mp em emp pss et la la

ante an nte tenn nnes e . En En out u re, la phyysi sq qu ue de de la l co cons n truction

fréq fr éque éq ue enc nce e, q quand l’une augmente l’autre dimi minu n e. e.

de es an nten te enn nne ess fait qu q ’elles pos ossè sède d nt outre o un lo lobe

Less éc Le éch hos para rasi s tes, qui sont le plu lus sou uven uv entt de de s

prin pr in ncciipa pal util utille à la mesure an angu gula laire, e, d de es lob bes

écho éc h s de ssol de nu ho uag age ou de pluie,, ssontt appe pelé pelé és

p ra pa asi site tess décalés en ang te ngle le app appel elé é se second n aires qu ui

« fo foui uillliss » en radar et « réverb béra rati tio on » en so son narr

c ncou co oure rent nt au fo fouiillis.

( chos du fond de la mer) et ne p (é peuvent être nii

Less arti Le arr ti ticcles d’Y Yve vess Doisyy et de Franço ç is Le Che-

trrai a tés ni modélisés com mme du bruit th ther ermi m qu q e

valier er/N /Nik kita Pe Petr trov ov montrent less pr p og grès actuel elss

ssttandard. Pour les radars mo m dernes es, la mod modélisa-

d la dé de déte tecc tio on de cible danss le fou ou uillis dans ns le ca c s

tiion n du fouillis est un défi ca c ar se ses cara act ctérris isti tiqu qu ues e

d’’ém émissions larg ge band de tte elles e es que nous le es av avonss

sttat atis istiques sont très varié ées et dépenden nt de dess

défin dé finie fin ies : ie

c nd co ditions d’utilisati tion on, lle on, on e fouillis étant constitué ué é

s LL ARTICLE D D Yves es D Doi oisy syy déc é ri r t les te echniques du u so o-

de mul u tiple les rétro odi diff ffus ff usio ons comme s'il s’agissait de

nar actif. L’é émi miss s ion n so ona nar estt co codée e au u sen enss d dé écrit it

p ti pe tite tess cibl te bles trè ès flucttua antes. Enfin le rapport du

p us hau pl aut, ut ce qu q i a po pour urr ccon on nséquen ence e d’é éla larg rgir la

temp te mpss d’’ém émission n au tte emps de réception, appelé

ba b and n ed d’’ém mission. L’article détaille l less carac acté t ris--

fa act cte eurr de forme, cond dittiio o onne la précision de la la

tiqu tiqu quess des codages, leurs avvan antage es et défau uts t par

mesu me sure re en distan nce et vit vites tesse. Les radars et son te nar as

rapp p ort à la pré ré ése senc ncce de rév éver erbéra attiion. Ensu suit ite e la

mod mo derness, pour u amélior o err les perr fo orm rmance es d’ d iden enen

comp co mparaison est faite avec ec d des es traitemen nts ada ap -

tificc at atio ion n de ccib ibles, uti t lise sent des formes d’on se nde

tati ta t fs de voie qui u en testant le c an anal de prop opa a ga -

plus compl pl plex exess qui con nsistent à commuter les

tion ti on permettten entt d’’op o ti timi mise s r la dét étec ecti t on ;

frréq équ uences es d de e ré répétition ou d’émission ou enco co ore r

s LA LA D DÏTECTION P PAR UN N RA R DA AR R DE PETITES CIB IBLE BLES ES S DE DE FAIBLE

co ode d r sé séqu quen nti tiel elllement les es phasess du signal ém émis.

vite ess sse reste encore d diffic ficile pour un ra ada darr cllas as--

Ce C es modu dula la ati t ons ont pou ur conséquen e ce d’éla argir la

siqu q e à bande étroite, c ar la cible es e t fo fortem emen entt

bande e du d sig gnal et on pa arlera al a or orss de e radar ou u soso so

no oyé yée e da dans ns le fouillis. De nou ouve v lles for o mes d’onde

narr larg na ge b ba ande. Les L an nte enness de dess ra rada d rs mod da o erne od n s

et dess trait item em ments spécifiq que ues perm rm mettent la

REE N°5/2017 31

LES GRANDS DOSSIERS

Introduction

dé éte ectio ion de ces cib ble less en e éliminant par a tiellement

récent n es dan ns les do d maines de la conception de des

ou tottalementt le e fou ouil i li lis. s C ’e est cette étu tude de que de

formess d ’onde et des for fo o mations de voies adapta-

prop opos ose l’’arti tiicl c e de Fran nço ois Le e Ch C ev val alie ierr ett Ni Niki kita a

tives. Alo ors que ue le sonar a mis en œuvre des tra raii-

Petrov. Les auteurs partent de de la siitu t ation clas-

teme ent n s de formation n de vo oiie es ad adap dap pta tative es depu puis is

sique posée en radar par la a dé d tection des cibles

p us d pl d’u une décen nnie, le ra ada darr a util tilissé longte te emp ps

mobiles avec la a levé vé de l’a vée ’ambig i uïté é par com-

des formes d’onde constituéess de trains d’impul-

mutation des es fré réqu uencess de d récurrence. Ils proposent une autre solution avec une forme d onde non d’ o ambig guë en distanc ta n e ett u nc une larrge e bande perm pe rm met e tantt d de lever rapideme ent l’a ’ambig ig guïté en vitesse.

L arti L’ t cl c e dé d crit it en détail les modè mo d less de cible e et de fouillis et le les ssimulations associées afi fin de d définir la cha ain ine de d déte tect ect c io i n d’ d’u un rad dar ar llar a ge bande no on am ambiiguë uë.

La dét étecti tion de ci cibl b es es lentement mobiles ess dan anss de dess envirro onn n em men ents dif iffic fi illess (fo fic f uillis en en

radarr,

ré rév éve verb verb rbér bér érattio ion

en

so onar) esst un en enjeu majeur, aussi bien n pour les radars aéroportés que pou ur le es so on na ars de navires ou u de so sous usus s-m -mar a in ins. Ces articl cles e montr tren ent le es a avvancées

sions cohérentes pour la déttecMarc Leconte est ancien secrétaire du club RSSR de la SEE (radars, sonars et systèmes radioélectriques), membre du comité de rédaction de la REE, membre émérite SEE et médaillé Ampère. Au sein de Dassault Electronique, il a passé une quinzaine d’années à l’étude, au développement et aux essais en vol du radar RDI du Mirage 2000. Ensuite, pendant trois ans, il a participé à l’étude d’un démonstrateur laser l franco-britannique CLARA. A partir de 1995 il a élargi son activité aux domaines des études concurrentielles et stratégiques dans les domaines des radars aéroportés et de la guerre électronique. Il a exercé les mêmes activités dans la division aéronautique de Thales après la fusion de Dassault Electronique et de Thomson-CSF. A partir des années 90 et en parallèle, il s’est intéressé à l’histoire des sciences et des techniques et a publié plusieurs articles s’y rapportant.

tion en présence de fouillis.

Inversement le sonar met e t en œuvre aujourd’’hui des tr t ains d’impulsions cohérentes la large bande pour améliorer er sen e sible-ment la détection n en prése sen se nce e de réver e bération. Il ffa aut ég égalleégal ment noter les diffé érence es des ordres de grandeur du sonar so et du radar liées à la dif iffé f rence des vitesses de propag gation n dé d terminant la longueu eurr d’ eu d onde.

Une fréquence de e rép épétition de 1 kHz est considé déré ée po p ur un radar comme une e bas a se fré équence de répétiti tion on for orte t ment ambiguë en vites esse es e maiss pa p s en n distance alors que e, po our un so onar, c’est une hau a te au t fré équ q en nce c de répétition am ambi b gu uë en e d disstance mais pas en vi vite tess ssse. e.

LES ARTICLES

Les débuts de la détection acoustique sous-marine M. Blancha hard rd .................................................................................................................................................................................. p. 33 33 Evolution de la détection des cibles mobiles en sonar actif M. Doi oisy sy ........................................................................................................................................................................................... p. 444 Détection des cibles mobiles par radar large bande non-ambigu F. Le Ch Chevalier, N.. Pe Petrov ............................................................................................................................................................. p. 53

32 REE N°5/2017

RETOUR SUR LE SONAR ET NOUVEAUX DÉVELOPPEMENTS EN RADAR ET SONAR

DOSSIER 1

Figure 2 : Le torpillage du Lusitania (7 mai 1915).

Source : Source : BBC News Magazine (28th August 1915).

Figure 1 : Le naufrage du Titanic (14 avril 1912).

Source : dessin de W. Stöwer, Die Gartenlaube (1912)

Les débuts de la détection acoustique sous-marine Yves Blanchard Ingénieur conseil, historien, Ancien de Thales Underwater System, Membre émérite de la SEE Designed in the early years of the last century as a civil tool to secure the maritime navigation, the sonar quickly proved to be a dual technique, fitting as well the new military threat of the submarine weapon. This has led, before and during the First World War, to a spectacular growing of its development. The paper is tracing these two decades during which all the principles were stated and validated, emphasizing the two aspects of passive and active detection, which are still the two pillars, distinct and complementary, of modern Underwater Acoustic Detection.

ABSTRACT

Introduction

Conçu au début du siècle dernier pour un besoin civil (la sécurité du trafic maritime), le sonar s’est vite avéré comme une technique duale, répondant au bon moment à la nouvelle menace militaire sousmarine. Ceci a provoqué, avant et pendant la Première Guerre mondiale, une accélération spectaculaire de son développement. L’article retrace ces deux décennies au cours desquelles tous les principes ont été posés et validés, en insistant sur les deux aspects de la détection passive et de la détection active qui sont, encore aujourd’hui, les deux piliers, distincts et complémentaires, de la détection acoustique sous-marine moderne.

RÉSUMÉ

Hülsmeyer de 1904), il s’agit dès le

et les « sonars actifs » (les méthodes

Il y a un peu plus d’un siècle, deux

départ d’une technique duale, à la fois

d’écho). Malgré des principes différents,

images choc à la une des journaux,

civile et militaire. Mais pour différentes

les nombreux points communs (la phy-

presque identiques à moins de trois ans

raisons, aussi bien techniques et stra-

sique du milieu, les matériels utilisés, le

d’intervalle, provoquaient une immense

tégiques, c’est le sonar (acronyme de

traitement de signal…) l’emportent lar-

émotion internationale (figures 1 et 2)..

SOund Navigation And Ranging) qui

gement pour qu’on en fasse une même

Le naufrage du Titanic et le torpillage

connut le développement le plus rapide.

discipline.

du Lusitania révélaient deux risques

Initié en temps de paix, il s’accéléra à

majeurs visant le trafic maritime : les

l’approche de la Première Guerre mon-

obstacles dans la brume et l’arme sous-

diale et pendant celle-ci. C’est la période

Les origines de l’acoustique sous-marine

marine. Les aveugles, dit-on, développent

que nous évoquerons ici.

Bases physiques

leur sens de l’ouïe : face à ces menaces

Nous insisterons sur une spécifi-

Le développement plus rapide du

invisibles, la parade vint ici de l’acoustique

cité qui a caractérisé dès le départ ce

sonar, comparé à celui du radar, tient

sous-marine.

mode de détection, partagé entre deux

d’abord au fait que l’acoustique béné-

familles

pratiquement

ficiait en 1900 d’une belle longueur

égale : les « sonars passifs » (l’écoute)

d’avance : alors que les ondes électro-

Comme pour le radar, dont l’idée date de la même époque (brevet

d’importance

REE N°4/2017 33

DOSSIER 1

RETOUR SUR LE SONAR ET NOUVEAUX DÉVELOPPEMENTS EN RADAR ET SONAR

magnétiques n’étaient connues que depuis une douzaine d’années (expériences de Hertz : 1888), les ondes acoustiques étaient familières depuis l’antiquité grecque ! Pythagore (6e siècle av. JC) est réputé avoir été le premier à faire le rapport entre la longueur d’une corde vibrante et la tonalité émise.

Aristote (de Anima, vers -340 av. JC) avait établi que le son résultait de la mise en mouvement de l’air et Il expliquait de la même façon le phénomène de l’écho, « produit quand l’air en mouvement vient rebondir comme une balle ».

Figure 3 : Mesure de la célérité du son dans le lac Léman (septembre 1826) – Source : [Juhel].

Restait encore à quantifier ces phénomènes. A partir de la Renaissance, tous les grands physiciens y ont contribué, de Galilée à Huygens. Marin Mersenne fut le premier à mesurer la vitesse du son dans l’air (un peu optimiste, il trouva 450 m/s). Les développements théoriques (établissement et résolution de l’équation d’onde, calcul théorique de la célérité…) bénéficièrent de l’attention des plus grands, de Newton à Faraday en passant par Euler, Lagrange et Fourier. Jusqu’aux théoriciens du XIXe siècle, Helmholtz et Rayleigh, qui fixèrent

définitivement

l’acoustique

comme une science exacte.

Développements propres de l’acoustique sous-marine

Figure 4 : Sirène de brume de J. Henry – Source : W.Wheeler, “The history of fog signals” (US Lighthouse Society). s’agissait pas ici de suspendre le temps,

phares invisibles par temps de brouil-

seulement de le mesurer !

lard, les administrations américaine du

Colladon trouva que le son d’une

Lighthouse Board et anglaise du Trinity

cloche immergée, recueilli 15 km plus

House imaginèrent de les doubler par

Les applications pratiques de la pro-

loin par un large cornet, parcourait cette

de grosses sirènes à vapeur,r conçues

pagation des sons dans l’eau n’avaient

distance à la vitesse de 1 435 m/s, à

par l’américain Joseph Henry et l’anglais

pas attendu ce stade. On rapporte par

0,2 % près la valeur admise aujourd’hui.

John Tyndall (figure 4). A partir de 1875,

exemple que, dans l’Antiquité, les pê-

Pour mémoire, la vitesse de propagation

elles équipèrent les principaux phares

cheurs de Ceylan communiquaient entre

de la lumière ne fut établie qu’une ving-

de Grande-Bretagne et des Etats-Unis,

eux en frappant des jarres de terre im-

taine d’années plus tard par Hippolyte

émettant des fréquences basses de

mergées, l’oreille collée au fond de leur

Fizeau, avant qu’on ne sut qu’elle valait

100 à 400 Hz à partir de longs cornets

bateau. Le pas essentiel fut franchi, en

aussi pour les ondes radio… et radar.

de 5 m de long, parfois montés sur rail

septembre 1826, par le savant suisse Jean Daniel Colladon, auteur d’une mesure définitive de la célérité du son. L’expérience

Acoustique et navigation maritime

tournant. Malgré ses nombreuses limitations (portée soumise aux gradients de vent et de température, réfraction causant des zones de silence ou de renforr

de lune, ce qui nous vaut des gravures

Cornes de brume, cloches sousmarines et hydrophones

romantiques (figure 3) qui illustreraient

Les premières applications à la navi-

de distance, maintenance délicate…) ce

aussi bien le « Lac » de Lamartine, poème

gation maritime, au milieu du XIX siècle,

système fut à l’origine d’une première

contemporain de ces essais. Mais il ne

furent aériennes : pour suppléer aux

industrie d’acoustique maritime.

eut lieu dans le lac Léman, de nuit au clair

34 REE N°5/2017

e

cement et empêchant toute estimation

RETOUR SUR LE SONAR ET NOUVEAUX DÉVELOPPEMENTS EN RADAR ET SONAR

DOSSIER 1

Détection des cibles mobiles par radar large bande non-ambigu François Le Chevalier, Nikita Petrov Université de Technologie de Delft (Pays-Bas) To improve the efficiency of surveillance radars, we describe a method using a single train of wideband (510% relative bandwidth) coherent pulses, rather than a sequence of several trains of narrow-band pulses. In this technique, target velocity is measured by both pulse-topulse (ambiguous modulo 2/) phase rotation and target distance variation (distance migration) along the pulse train.

The modeling of the targets and clutter are first described, then the limitations of the matched filter processing (existence of residual ambiguities in the form of secondary lobes) are highlighted. An iterative adaptive approach makes it possible to remedy these faults, in simulation as well as on real experimental signals.

Adaptive clutter suppression techniques are then examined: the influence of the echo spectrum spread and the influence of the bandwidth parameter are analyzed in detail, and an adaptive detector is developed, combining the elimination of clutter and the detection decision.

In conclusion, the operational benefits of this detection by a single train of wideband pulses, compared to the usual technique combining a sequence of narrow-band pulse trains, are summarized, both in terms of sensitivity gains and in terms of velocity resolution and target analysis capability.

ABSTRACT

Pour améliorer l'efficacité des radars de surveillance, on décrit un procédé utilisant un seul train d'impulsions cohérentes large bande (510 % de bande relative), plutôt qu’une séquence de quelques trains d’impulsions faible bande. Dans cette technique, la vitesse des cibles est mesurée à la fois par la rotation de phase d'impulsion à impulsion (ambiguë modulo 2/) et par la variation de distance de la cible (migration distance) au long du train d'impulsions.

Les modélisations des cibles et du fouillis sont d'abord décrites, puis les limitations du traitement par filtre adapté (existence d'ambiguïtés résiduelles sous forme de lobes secondaires) sont mises en évidence. Une approche adaptative itérative permet de remédier à ces défauts, en simulation comme sur de vrais signaux expérimentaux.

Les techniques adaptatives de suppression du fouillis sont ensuite examinées: l'influence de la largeur du spectre des échos et l'influence du paramètre largeur de bande sont analysées en détail, et un détecteur adaptatif est mis au point, combinant l'élimination du fouillis et la décision de détection.

En conclusion, les bénéfices opérationnels de cette détection par un seul train d'impulsions large bande, comparé à la technique usuelle combinant une séquence de trains d'impulsions faible bande, sont résumés, tant en termes de gains de sensibilité qu'en termes de résolution en vitesse et capacité d'analyse des cibles.

RÉSUMÉ

Introduction

à cette séquence d’impulsions pulse-

Cette relation signifie qu’il faut traiter de

Les ambiguïtés en radar

Doppler - une vitesse ambiguë Va et une

nombreuses ambiguïtés, qu’elles soient

distance ambiguë Da :

de distance ou de vitesse (ou les deux).

essayant de détecter des cibles mo-

s L AMBIGUÕTÏ DE DISTANCE EST DUE AUX

Ces ambiguïtés s’appliquent en partic-

biles dans des environnements diffi-

échos provenant de cibles lointaines,

ulier aux échos de fouillis : le spectre

ciles (échos dits de fouillis, provenant

à l’impulsion n, reçus après la trans-

Doppler des échos de fouillis est donc

de la surface du sol ou de la mer, des

mission de l’impulsion n + 1 ou n + 2,

pollué par un repliement modulo Va, ce

nuages et de la pluie, etc.) utilisent gé-

etc. et donc faussement attribués à ces

qui entraîne un aveuglement du radar

impulsions ultérieures ;

pour les cibles évoluant aux vitesses

Les radars de surveillance modernes

néralement des séquences périodiques d’impulsions radiofréquence (rafales ou

s LES AMBIGUÕTÏS $OPPLER RÏSULTENT DU

voisines de Va , 2Va , 3Va , -Va , -2Va , etc.

trains d’impulsions), car ces séquences

fait que le Doppler est mesuré comme

Pour la fonction surveillance, ces zones

périodiques peuvent être pondérées en

un déphasage (et donc modulo 2/)

de vitesses aveugles sont encore plus

réception, afin de rejeter les échos de

des échos reçus, dû à l’approche ou au

gênantes que la méconnaissance de la

fouillis à des niveaux très faibles, offrant

recul de la cible entre les impulsions

vitesse modulo Va.

ainsi une « visibilité dans le fouillis » suffi-

successives.

La solution classique, pour lever

Ces ambiguïtés sont liées par la rela-

ces ambiguïtés et ces aveuglements,

Cependant, une limitation essentielle

tion: Da x Va = h x c/4, c étant la vitesse

consiste à émettre, pour chaque poin-

provient des ambiguïtés de la réponse

de la lumière, et h la longueur d’onde.

tage du radar, plusieurs trains d’impul-

sante des petites cibles mobiles [1], [2].

REE N°4/2017 53

DOSSIER 1

RETOUR SUR LE SONAR ET NOUVEAUX DÉVELOPPEMENTS EN RADAR ET SONAR

sions successifs avec des frĂŠquences de

passantes instantanĂŠes du radar de

choisi de façon à assurer que la cible

rĂŠpĂŠtition diffĂŠrentes ; la combinaison

l’ordre de 100 MHz à 1 GHz.

reste dans ces K cellules durant tout le

des signaux reçus des diffÊrents trains

La difďŹ cultĂŠ avec de tels trains d’im-

permet ainsi de lever les ambiguĂŻtĂŠs des

pulsions large bande est que la rĂŠjection

PrÊcisons d’abord les notations : m

diffÊrentes cibles – si celles-ci ne sont

des ĂŠchos de fouillis est dĂŠgradĂŠe par

= 0. . . M-1 est le nombre d’impulsions

pas trop nombreuses –, puisqu’elles

l’effet de migration distance, parce que

(balayage), Tr est la pĂŠriode de rĂŠpĂŠti-

sont diffĂŠrentes pour chaque train.

le ďŹ ltre adaptĂŠ pour la dĂŠtection de cible

tion des impulsions, fc est la frĂŠquence

L’inconvÊnient de cette technique est

devient non-stationnaire : c’est pourquoi

porteuse et B est la largeur de bande

qu’elle nÊcessite plus de temps d’obser-

il est nĂŠcessaire de concevoir une nou-

de la forme d’onde (le signal occupe les

vation ou des trains d’impulsions plus

velle technique pour amĂŠliorer la rĂŠjec-

frĂŠquences de fc Ă fc + B). La cible a un

courts pour maintenir une cadence de

tion de fouillis, en discriminant entre les

retard initial o0 = 2R0 /c en fonction de la

renouvellement donnĂŠe.

cibles mobiles, migrantes ou non, et les

plage cible initiale (R0) et de la vitesse,

ĂŠchos de fouillis non migrants (discrimi-

v0, supposĂŠe constante sur la durĂŠe du

nation de stationnaritĂŠ).

train d’impulsions. La signature cible

Les formes d’onde non-ambiguÍs à large bande

L’objet de cet article est ainsi de

train d’impulsions (ďŹ gure 1).

peut ĂŞtre exprimĂŠe en temps lent/

Une solution alternative peut ĂŞtre

dĂŠcrire une technique de dĂŠtection non

obtenue en augmentant la rĂŠsolution en

ambiguĂŤ de petites cibles mobiles dans

(1)

distance de manière à ce que la varia-

le fouillis, avec une seule rafale d’impul-

oĂš A km est une matrice K Ă— M, k = 0. . .

tion de la distance de la cible mobile (ou

sions Ă haute rĂŠsolution de distance.

K-1 est l’indice de la cellule de temps ra-

migration en distance) au cours du train

Cette meilleure rĂŠjection du fouillis sera

pide (cellule distance), k0 reprĂŠsente la

d’impulsions devienne non nÊgligeable

analysÊe conjointement avec l’amÊlio-

cellule de la distance initiale de la cible,

par rapport Ă la rĂŠsolution en distance.

ration de la dĂŠtection obtenue par les

m = 0. . . M-1 est l’indice de temps lent

La vitesse est alors mesurĂŠe non seule-

mesures Ă haute rĂŠsolution sur la cible

(n° d’impulsion), bR = c/2B la rÊsolution

ment par le dÊphasage d’impulsion en

(combinaison de diversitÊ et d’intÊgra-

en distance radar et up (x) la rĂŠponse

impulsion, mais aussi par cette migra-

tion cohÊrente). L’article comprend les

impulsionnelle normalisĂŠe de la forme

tion en distance (qui est non-ambiguĂŤ)

sections suivantes :

d’onde transmise. Notons que si le

d’impulsion en impulsion. De tels radars

s DESCRIPTION GĂ?NĂ?RALE ET PROBLĂ?MATIQUE

terme de migration (v0 Tr m/bR) tend

peuvent utiliser des rafales Ă basse

s RĂ?DUCTION DES LOBES SECONDAIRES AP-

vers zÊro (vitesse très faible, ou bande

frÊquence de rÊpÊtition d’impulsions

proche itĂŠrative et adaptative ;

temps rapide [1] :

radar très Êtroite), la signature de la cible

(pour n’entraÎner aucune ambiguïtÊ en

s EFFET DES Ă?CHOS DE FOUILLIS SUR LE lLTRE

n’est prÊsente que dans la cellule k0 et

distance), constituĂŠes d’impulsions Ă

adaptĂŠ : fouillis ponctuel, fouillis diffus ;

se rĂŠduit Ă la sinusoĂŻde unidimension-

large bande telles que les phÊnomènes

s DĂ?TECTION ET SUPPRESSION DES Ă?CHOS DE

nelle le long du temps lent (indice m)

de variation de distance pendant toute

fouillis adaptatives ;

avec la frÊquence Doppler. Ci-après,

s CONCLUSION

nous supposons une forme d’onde avec = sinc (/x).

la cible et de mesurer la distance et la

Description gĂŠnĂŠrale et problĂŠmatique

vitesse avec seulement une longue

Modèle de signal

distance-vitesse peut ĂŞtre obtenue par

la salve soient sufďŹ samment importants pour lever l’ambiguĂŻtĂŠ sur la vitesse.

Il devient alors possible de dĂŠtecter

un spectre plat sur la bande, donc up (x) L’estimation de l’amplitude d’une carte

rafale d’impulsion cohÊrente. Le temps

Pour formuler mathĂŠmatiquement le

sommation cohĂŠrente de la signature

d’illumination cohÊrent est ainsi aug-

problème de dÊtection, on dÊcrit dans

cible dans plusieurs cellules adjacentes

mentĂŠ, pour un taux de mise Ă jour

cette section les modèles d’une cible

[1]. En raison de l’effet de migration, le

requis donnĂŠ. En ordre de grandeur, on

et d’un fouillis observĂŠs par un radar Ă

ďŹ ltre adaptĂŠ doit ĂŞtre appliquĂŠ au segment

considère ici des migrations de l’ordre

large bande [1], [3].

Ă basse rĂŠsolution distance (SBR) constituĂŠ de K cellules distance adjacentes, de

de quelques cases distance, pour des trains d’impulsions d’une durÊe typique

Modèle de cible

sorte que la condition sur la vitesse cible

comprise entre 50 et 100 ms. Les rĂŠso-

Le modèle du signal reçu d’une cible

lutions en distance considĂŠrĂŠes ici sont

ponctuelle migrante peut ĂŞtre construit

K * [Vmax M Tr / bR] + 6 (Ext)

typiquement comprises entre 15 cm et

[1], [3], [4], [5], en prenant en compte

oÚ [x] reprÊsente l’arrondi vers l’opÊra-

1,50 m, correspondant Ă des bandes

K cellules distance adjacentes, K ĂŠtant

tion entière et Ext dĂŠďŹ nit l’Êtendue de la

54 REE N°5/2017

maximale (Vmax) soit la suivante : (2)

Détection des cibles mobiles par radar large bande non-ambigu

cible dans les cellules de distance. Dans cet article, le problème de la détection étendue de la cible n’est pas considéré, donc Extt = 1. Par conséquent, la détecdétection cohérente de la cible migrante doit celégalement être effectuée sur les K cellules distance adjacentes constituant le SBR. Comme dans le cas de la bande étroite, la détection sera effectuée dans un domaine temps rapide/temps lent, donc nous désignons ci-après (1) comme signature cible et utilisons a = Vec AT pour sa forme vectorisée (“vec(“vec-

Figure 1 : Texture du fouillis, à droite, qui vient se superposer aux échos de la cible migrante (de la cellule distance n°3 à la cellule n°6, durant un train de 32 impulsions), à gauche.

teur directeur”, par analogie avec le problème canonique de la localisation

férent d’une cellule distance à une

angulaire), qui sera utilisée par la suite.

autre, et constant dans chaque cellule

teur de direction

distance au long du train d’impulsions.

Modèle de fouillis La principale caractéristique du fouillis dans ce modèle est son absence de

dans cette cellule de dis-

La réponse du fouillis dans l’ensem-

tance, et une amplitude complexe in-

ble des K cellules du segment basse

connue _, constante durant le train

résolution SBR est donnée par:

d’impulsions.

migration distance au cours du train

Dans la suite, nous examinerons

d’impulsions ; en effet, les objets qui

Il est alors possible d’écrire la matrice

successivement comment réduire les

le composent sont supposés être ani-

de covariance du fouillis, M, sous la forme:

ambiguïtés résiduelles par traitement

més d’une vitesse suffisamment faible

(4)

pour que la migration distance soit négligeable : chaque écho de fouillis demeure donc dans une case distance.

Par conséquent, le terme de migration distance dans le modèle (2) peut être ignoré pour les diffuseurs de fouillis.

avec

, sous-matrices de (5)

Remarquons que M s’écrit aussi : M = WQWH, avec

,

Cette hypothèse est utilisée pour distinI M étant la matrice identité d’ordre M.

guer le fouillis et les cibles dans [6].

modélisée classiquement comme un vecteur

lis, ponctuel et diffus, avant d’étudier la détection adaptative combinant la suppression du fouillis et la réduction des lobes secondaires d’ambiguïté.

Réduction des lobes secondaires : approche itérative adaptative (IAA) Principe

Par ailleurs, la réponse du fouillis dans chaque cellule de distance k est

adaptatif, puis l’effet des échos de fouil-

Formulation du problème de détection

Dans cette section, nous examinons le problème de l’estimation non

aléatoire composé-gaussien,

Le problème de détection consiste à

ambiguë de la carte distance¬vitesse,

c’est-à-dire un produit de deux variables

tester l’hypothèse de la présence cible

c’est-à-dire des amplitudes complexes à

indépendantes [8], [9] : la “texture”, qui

H1 par rapport à l’hypothèse de fouillis

toutes les hypothèses de distance et de

modélise l’évolution de la puissance

uniquement H0 :

vitesse. Pour réaliser cette estimation,

d’une case distance à une autre, et le “speckle”, qui modélise les fluctuations Doppler (d’impulsion à impulsion) dans une case distance : (3) où le vecteur représente la réponse du fouillis aux M

(6) yk représente le vecteur des données reçues dans la cellule distance n° k du SBR sous test (qui contient les cellules distance k = 0. . . K – 1). Dans chaque cellule distance k, les données reçues

nous proposons d’exploiter l’approche adaptative itérative (IAA) [10], qui présente l’avantage important de permettre de traiter des échos cohérents entre eux, avec une seule prise de mesures (un seul “snapshot”). L’IAA est par ailleurs un algorithme non paramétrique

impulsions, dans la kème cellule distance.

com-

et donc très attractif à des fins de détec-

Dans la suite, on supposera que la

prennent ainsi la réponse du fouillis C k

tion. Il a été testé pour de nombreuses

texture est un paramètre inconnu, dif-

et éventuellement la cible avec le vec-

applications, montrant de très bonnes

REE N°5/2017 55

Introduction

LES GRANDS DOSSIERS

Les radiosciences au service de l’humanité Sélection des communications présentées aux journées URSI France 2017 Par le titre ambitieux rete-

ceux à caractère plus appliqué.

nu pour ses journées scien-

Les articles qui sont proposés

tifiques 2017 (JS’17), l’URSI

ici illustrent la diversité des su-

-France (Union radio scienti-

jets présentés lors de ces jour-

fique internationale-F) sou-

nées. Le site de l’URSI-France

haitait rappeler que toute

présente la liste exhaustive de

science ainsi que les tech-

ces communications (http://

niques et technologies en découlant ont un but premier :

Tullio Joseph Tanzi

Jean Isnard

l’humanité. Il y a longtemps ps, ps

ursi-france.mines-telecom.fr).

Un compte rendu des JS’17 a en n out u re été publié dans la REE

Rabelais, dans son on nP Pa anta an agr gru uel, avait déj uel ue éjà form éj rm mul ulé é ce principe de ma mani nièr ni ère èr e claire et co oncise :

2017-2.

20 0 .

Le prem mier art rttic icle le ccon ncerne les nouv uvea uv eaux « co ea comp-

« …scie ienc ie nce nc e sans con onsscience n’estt que ruin ne de e l’âme… »

teurs in nte t llig ig gen ents » qui transm mette ent le rellevvé de

L’électromagné étism me, les téléccommuniicatio ons, l’é ons, l’é ’éllec-

consommati tion ti o éle on lect c rique par radiio (169 MHz ou

tronique et la pho oton nique co onstiituent de es fond dem e en nts

868 MHz) ou CP PL/ L/PLTT (courantt s po orteurs en ligne/

essentiels de no es otre so soci c étté mo oderne. Le dévelo opp p e-

power transmission liig gne e dans le es ba and nde es 35,9 - 90 0,6 6

ment me nt de ce cess activiité és pr p ofi fite à l’huma anité é dans un

kHz). Les auteurs, Je Jean-B -Ben -B en noîtt Agnani ni et Em mma -

large éventa tail ta il de prrob oblé l matiqu ues es, des situa ations exx-

nuelle Con nil, il de il de l’Age gen ge nce na nce nati tion ti on nal ale de dess fréquences

trêmes jusqu’à notre sim impl p e co pl onf nfor o t de not otrre re vie quo-

( NFR) (A NFF R , étab abli ab lisssemen li nt pu publ blic pla blic l cé cé a aup uprès du up du min iin nis is-

tidienne. Dans ces domaines quii év évol o uent ol n rrap nt apidement, ap

tè ère e en char arrge des dess cco ommunica om i atiions ons élec on ecttr tron oniq que u ss,,

il convient de s’intéresser aux aspects fond ndam nd amenta am taux ta ux

p és pr ése en nt un entent en une synthès è e des ré ès ésu sultat att s ob btenu nu us dans da s da

et conceptuels ainsi qu’aux développements techno o-

le e lab laboratoire ab b du Centre de contrôle international de

logiques et aux applications qui en résultent.

l’ANFR et sur le terrain, et explicitent la méthode de

Un large éventail de centres d’intérêt est couvert par ces thèmes, tant du point de vue expérimental,

mesure utilisée pour vérifier la conformité de ces équipements aux règlements en vigueur.

métrologique et théorique (propagation, modélisa-

Le second article, proposé par Sophie Coudert et

tion, etc.), que du point de vue applicatif, notamment

Dominique Legros, traite de l’intérêt des méthodes

en ce qui concerne les systèmes de communication.

formelles dans le processus de développement pour

Durant les JS’17, ont été également abordés la pro-

arriver à une meilleure maîtrise de la complexité des

pagation électromagnétique pour la surveillance de

systèmes. Les tendances récentes de ces méthodes

l’environnement (surface et sous-sol) et pour l’étude

formelles et le développement de méthodologies

des phénomènes ionosphériques (dans les plasmas

associées rendent ces approches mieux adaptées à

en radioastronomie) ou encore l’électromagnétisme

un usage industriel. L’article reprend les idées prin-

en biologie et en médecine.

cipales qui sous-tendent la modélisation formelle.

A l’issue de chaque JS, il est de tradition de publier

Un exemple pédagogique fournit au lecteur un bref

un certain nombre d’articles représentatifs dans les

aperçu des aspects techniques et méthodologiques.

comptes-rendus de l’Académie des sciences (CRAS) ,

Les problèmes actuels et les perspectives sont en-

pour ceux de nature théorique, et dans la REE pour

suite discutés avant de conclure.

1

telle à une tâche aussi ardue qu’ingrate : la protection

1

Dans le troisième article Jean-Pierre Damiano s’at-

Numéro XX des CRAS section Physique

REE N°5/2017 67

LES GRANDS DOSSIERS

Introduction

du potentiel scientifique et technique d’un laboratoire

le champ de la prévention ouvre des possibilités de

de recherche. Les atteintes peuvent tout aussi bien tou-

postures proactives et non pénales exploitant des

cher ses données scientifiques ou technologiques que

facteurs caractéristiques de la criminalité. Ciblant es-

ses outils ou ses moyens scientifiques, techniques ou

sentiellement les auteurs d’infractions, les approches

humains. Le laboratoire vit souvent dans un environ-

répressives sont par nature limitées et circonscrites, au

nement rendu complexe par la diversité de ses tutelles

contraire des approches préventives qui intéressent un

et la diversification de ses ressources, tout en étant

spectre sociétal très large. Les auteurs proposent une

confronté à une compétition scientifique croissante.

méthode d’analyse fondée sur l’évaluation du risque,

Une telle réflexion conduit à la définition de règles

adaptée à une prévention qui intègre les circonstances

simples mais strictes qui doivent être suivies, mais ne pas entraver la recherche, la compétitivité, les échanges et les coopérations nationales et internationales, la diffusion à travers les brevets brevets, les publications et les congrès, etc.

Cet équilibre, délicat à trouver et à maintenir, constitue un important défi auquel sont confron on nté téss nos laboratoires.

Le

der erni nier ni

art rtiicle,

ré édi digé digé é

parr de pa es ex experts de l’Institu ut de e recherche crimin nelle e de la gen ndarmerie nationa ale (IRCGN)), Niicolas Valescant, Da co D ni niel e Cam amarra am et P Pa atric ick ic k Perrott, pr p ésen nte tent un aspectt de la lutt lutt lu tte e contre la délinquance

articulé lée lé e

auto tour to ur

de notions répressives et pré éventives qu’embrasse le champ applicatif du renseignement criminel. Alors que la répression nécessite de mettre en évidence des éléments de preuve et donc d’adopter une posture réactive par rapport à un fait criminel,

et l’environnement des faits

Tullio Joseph Tanzi est professeur, depuis 2005, au sein de l’Institut Mines Télécom, Télécom ParisTech. Ses recherches portent sur la thématique des télécommunications et du risque. Il a été professeur au sein de l’Ecole nationale supérieure des télécommunications de Bretagne – Institut des applications avancées de l’Internet, à Marseille. Auparavant, il a enseigné à l’Ecole nationale supérieure des mines de Paris, au sein du Centre de recherche sur les crises et les risques (CRC), à Sophia Antipolis (1998- 2002). Il est membre de l’URSI, président de la commission F “Propagation & télédétection” de l’URSI-France, Vice-chair de la commission F de l’URSI. Jean Isnard a, en grande partie, travail-l lé dans le domaine radar (antennes, trai-i tement du signal, études et développement), d’abord au Laboratoire central de télécommunications (LCT, groupe ITT), puis à TH-CSF. Il est membre du Comité français de l’URSI (commission F “Propagation & télédétection”), de la SFPT ainsi que de la SEE - Club R2SR (Radar, sonar, systèmes radioélectriques).

commis et les facteurs sociaux prédisposant à la délinquance.

Intégrées au concept de renseignement criminel, ces méthodes consistent non pas à orienter l’équipage d’une patrouille de surveillance à l’instar de logiciels tels que PredPol (PredictivePolii c ng ci ng)) ma m is bien à apporter des élémen nts d’aid ’aid ide e à la décision.

L’ob bjectif poursui uivi ui vi con nsi sist se à st fournir des élém ém ments d’obs bser bser erva v va tion de la re elatiion entre les faits pa ass s és et ceuxx à venir, en prop sa po ant une e pro oba bab bi bilité bi d’occ cccur urrencce. e. C Ce ette te e analy lyyse aide ide à la m se en œuv mi œuvre de contre-mesurre su res es et à la pr pris isse de déc é isio iio ons n qu ui reposen nt sur nt su urr un triip ptyyqu q e in ncl clu uant une ne e vis issio on préd édic éd iicc tive e, une vision prospective et une vision situationnelle. L’analyse prédictive comme situationnelle présente l’intérêt de pouvoir être modélisée et évaluée à partir de méthodes mathématiques.

LES ARTICLES

L’exposition du public créée par les compteurs communicants.

Protocole et résultats de mesure Jean-Benoît Agnani, Emmanuelle Conil ........................................................................................................... p. 69 Modélisation formelle pour l’ingénierie système.

La sûreté d’un drone comme illustration des enjeux d’une conception formalisée Sophie Coudert, Dominique Legros ................................................................................................................... p. 76 Potentiel scientifique et technique d’un laboratoire.

Favoriser l’innovation mais protéger les savoirs : un équilibre délicat Jean-Pierre Damiano .................................................................................................................................................. p. 85 Anticiper le risque dans le processus décisionnel.

Applications en renseignement criminel Nicolas Valescant, Daniel Camara, Patrick Perrot....................................................................................... p. 93

68 REE N°5/2017

URSI

DOSSIER 2

L’exposition du public crÊÊe par les compteurs communicants Protocole et rÊsultats de mesure Jean-BenoÎt Agnani, Emmanuelle Conil Agence nationale des frÊquences, URSI commission K Smart meter stores consumed energy in the form of an index. Index is sent by radio (169 MHz or 868 MHz) or PLT (power line transmission 35.9 – 90.6 kHz) to a gateway.

The exposure levels created by smart meters are very low with respect to the regulatory limit values.

To assess conformity of the exposure to electromagnetic ďŹ eld below 100 kHz, measurements of the maximum ďŹ eld are carried out at 20 cm of the meter in the PLT band whereas measurements for radiometers above 100 kHz are different: distance of measurement is 50 cm above 300 MHz and 1 m below 300 MHz. Time average and spatial average are computed to take thermal effects into account.

ABSTRACT

Introduction L’Agence nationale des frÊquences (ANFR) est un Êtablis-

Le compteur intelligent stocke l'ĂŠnergie consommĂŠe sous la forme d'un indice. Celui-ci est envoyĂŠ par radio (169 MHz ou 868 MHz) ou CPL (courants porteurs en ligne Ă des frĂŠquences de 35,9 Ă 90,6 kHz) vers un concentrateur.

Les niveaux d'exposition crÊÊs par les compteurs intelligents sont très faibles comparÊs aux valeurs limites rÊglementaires.

Pour ĂŠvaluer la conformitĂŠ de l'exposition au champ ĂŠlectromagnĂŠtique, en dessous de 100 kHz les mesures du champ maximal sont effectuĂŠes Ă 20 cm du compteur opĂŠrant en CPL, alors que les mesures pour les ĂŠmetteurs opĂŠrant dans des bandes supĂŠrieures Ă 100 kHz sont effectuĂŠes Ă une distance de 50 cm au-dessus de 300 MHz et de 1 m en dessous. La moyenne temporelle et spatiale est calculĂŠe pour tenir compte des effets thermiques.

RÉSUMÉ

Il existe actuellement deux types de technologie pour les compteurs CPL :

sement public placÊ auprès du ministère en charge des com-

s '

munications Êlectroniques. Elle gère l’intÊgralitÊ du spectre

s ' QUI SERA DĂ?PLOYĂ? ĂŒ PARTIR DE

radioĂŠlectrique. En matière d’exposition du public, elle vĂŠriďŹ e

Il coexiste ainsi sur l’ensemble du rÊseau des grappes de

notamment le respect des valeurs limites d’exposition dans la

technologie G1 et des grappes de technologie G3. Le type

bande radioĂŠlectrique. A ce titre elle vĂŠriďŹ e en particulier au

G1 utilise deux frĂŠquences en modulation S-FSK (Spread

travers d’Êtudes, l’exposition crÊÊe par les compteurs com-

&REQUENCY 3HIFT +EYING K(Z ET K(Z 0OUR LA TECHNO-

municants qui ĂŠmettent ou rayonnent dans la bande radioĂŠ-

logie G3, la bande de frĂŠquence utilisĂŠe est comprise entre

lectrique. Le prÊsent document prÊsente une synthèse des

35,9 kHz et 90,6 kHz avec une modulation de type OFDM

rĂŠsultats obtenus dans le laboratoire du Centre de contrĂ´le

(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) avec 36 por-

international de l’ANFR et sur le terrain [1] [2] [3] [4] [5], et

teuses dans le cas du Linky.

explicite la mĂŠthode de mesure.

Principe de fonctionnement

Chaque compteur peut ĂŠgalement servir de relais (routage) en rĂŠpĂŠtant les informations qui sont destinĂŠes Ă un compteur plus ĂŠloignĂŠ du concentrateur, pour lequel le signal

Les compteurs communicants mesurent en permanence

reçu directement serait trop faible pour être transmis correcte-

la quantitÊ de l’Ênergie sous la forme d’un index. L’index est

ment. La stratĂŠgie de sĂŠlection du ÂŤ meilleur chemin Âť entre le

envoyĂŠ par radio ou CPL Ă un concentrateur/passerelle qui

concentrateur de chaque compteur dĂŠpend de la technologie

gère une grappe de compteurs et envoie des informations Ă

dĂŠployĂŠe. Plusieurs compteurs peuvent temporairement ĂŞtre

l’ordinateur d’un centre de contrôle en utilisant le rÊseau de

routeurs/rĂŠpĂŠteurs sur un chemin donnĂŠ et des compteurs

tĂŠlĂŠphonie mobile (GPRS ou 3G).

sont susceptibles de relayer l’information plus souvent que

La technologie CPL est dÊployÊe pour les compteurs Êlectriques avec le compteur Linky. Le signal CPL est superposÊ au signal 50 Hz et utilise les câbles Êlectriques.

d’autres, voire de rÊpÊter les informations systÊmatiquement.

Les compteurs Linky ÊtudiÊs n’Êtaient pas ÊquipÊs d’Êmetteurs radio Linky (ERL). Les ERL sont des modules optionnels,

REE N°4/2017 69

DOSSIER 2

URSI

Figure 1 : Principe de fonctionnement des compteurs communicants.

destinÊs à être installÊs par le client d’un distributeur d’Ênergie,

spectre radioĂŠlectrique en vue de l’utilisation de dispositifs Ă

qui permettront de transmettre en temps rĂŠel les donnĂŠes du

courte portĂŠe (et abrogeant la dĂŠcision 2005/928/CE).

compteur Linky vers les appareils situÊs à l’intÊrieur du domi-

Pour la partie CPL, le niveau d’Êmission des communi-

cile. Ces ERL seront fournis aux utilisateurs par des fournisseurs

cations CPL qui circulent de façon bidirectionnelle entre

tiers et associÊs aux offres de services qu’ils proposeront.

concentrateurs et compteurs Linky s’exprime en niveau de

Les autres compteurs utilisÊs pour le gaz ou l’eau utilisent

tension par rapport Ă une impĂŠdance de ligne donnĂŠe. La

des techniques radioĂŠlectriques classiques pour la transmis-

norme NF EN 50065-1 (juillet 2012) [10] ďŹ xe des gabarits

sion des index dans les bandes 169 ou 868 MHz.

de niveau de tension d’Êmission maximale pour une impÊ-

RĂŠglementation

dance normalisÊe. Ces niveaux dÊpendent de la valeur de la frÊquence d’Êmission. Les niveaux de tension Êmis par le

%N &RANCE LE D�CRET N² DU MAI ; =

concentrateur et par les compteurs aux frĂŠquences CPL Linky

ďŹ xe les valeurs-limites d’exposition du public aux champs

sont situĂŠs entre 114 et 134 dBÎźV (technologies G1 et G3,

ĂŠlectromagnĂŠtiques ĂŠmis par les ĂŠquipements utilisĂŠs dans

pour une impĂŠdance normalisĂŠe). Ces niveaux sont iden-

les rĂŠseaux de tĂŠlĂŠcommunication ou par les installations

tiques pour l’ensemble des trames Êmises et ne dÊpendent

radioĂŠlectriques. Ces limites ont ĂŠtĂŠ proposĂŠes, au niveau

pas de la distance entre le concentrateur et les compteurs.

international, par le comitĂŠ de protection contre les rayonnements non ionisants (ICNIRP), association ofďŹ ciellement

Conditions de mesure

reconnue par l’Organisation mondiale pour la santÊ (OMS),

Les mÊthodes de mesure pour l’Êvaluation de la confor-

dans son guide pour l’Êtablissement de limites d’exposition

mitÊ diffèrent selon que la frÊquence se situe en dessous

aux champs ĂŠlectrique, magnĂŠtique et ĂŠlectromagnĂŠtique

ou au-dessus de 100 kHz. En effet, les restrictions de base

en 1998. L’Union EuropÊenne a repris ces valeurs dans sa

(valeurs limites d’exposition) dĂŠďŹ nies dans le dĂŠcret n° 2002-

RECOMMANDATION #% ; =

DU MAI S EXPRIMENT EN DENSITĂ? DE COURANT EN

Pour la partie radioĂŠlectrique en France, le tableau natio-

dessous de 100 kHz, alors que c’est le dÊbit d’absorption

nal de rĂŠpartition des bandes de frĂŠquences (TNRBF) [8]

spĂŠciďŹ que (DAS), considĂŠrĂŠ sur une exposition de durĂŠe de

prĂŠcise, pour chaque bande de frĂŠquences, les services de

six minutes, qui est pris en compte Ă partir de 100 kHz.

radiocommunication autorisĂŠs en France et les affectataires correspondants.

Ainsi, en dessous de 100 kHz, les normes techniques de mesure considèrent :

La rÊglementation française Êtablie par le TNRBF s’appuie

s UNE DISTANCE DE CM ENTRE LA SOURCE ET LA SONDE DE ME-

sur la rĂŠglementation europĂŠenne et, notamment pour ce

sure (valeur par dĂŠfaut dĂŠďŹ nie dans la norme de base IEC

qui concerne les dispositifs Ă courte portĂŠe, sur la dĂŠcision

d’exÊcution de la commission du 11 dÊcembre 2013 [9] mo-

s UNE SEULE HAUTEUR DE MESURE EN FACE DU COMPTEUR

DIlANT LA DĂ?CISION #% RELATIVE ĂŒ L HARMONISATION DU

s LA VALEUR INSTANTANĂ?E MAXIMALE DU CHAMP

70 REE N°5/2017

L’exposition du public crÊÊe par les compteurs communicants

s LES COMPOSANTES Ă?LECTRIQUE ET MAGNĂ?TIQUE DU CHAMP s LES COMPOSANTES Ă?LECTRIQUE ET MAGNĂ?TIQUE DU CHAMP Au-dessus de 100 kHz : s UNE DISTANCE DE MESURE DE M OU M SELON QUE L ON s UNE DISTANCE DE MESURE DE M OU M SELON QUE L ON est respectivement au-dessous ou en-dessus de 300 MHz, SELON LA NORME .& %. AU PARAGRAPHE s LA VALEUR EFlCACE DU CHAMP SUR SIX MINUTES s LA VALEUR EFlCACE DU CHAMP SUR SIX MINUTES s UN s UN MOYENNAGE SPATIAL DU CHAMP ĂŒ TROIS HAUTEURS DE MESURE

M

M ET M POUR PRENDRE EN COMPTE SURE M

M ET M POUR PRENDRE EN COMPTE une valeur moyenne de l’exposition sur le corps entier entier s LA COMPOSANTE �LECTRIQUE DU CHAMP DÒS LORS QUE LA MESURE s LA COMPOSANTE �LECTRIQUE DU CHAMP DÒS LORS QUE LA MESURE a lieu en onde formÊe.

RÊsultats de mesure Les rÊsultats de mesure sont donnÊs pour deux types de compteurs : le compteur Linky pour l’ÊlectricitÊ qui fonctionne par CPL et le compteur SUEZ pour l’eau qui fonctionne par radio.

Compteur Linky Du fait du champ proche, la mesure des deux composantes ĂŠlectrique et magnĂŠtique est nĂŠcessaire pour dĂŠclarer

Figure 2 : Photo de la sonde de mesure magnĂŠtique devant un compteur Linky.

la conformitĂŠ.

Les valeurs-limites sont pour la bande de frĂŠquence des compteurs Linky (35,9 - 90,6 kHz), de 6,25 ÎźT pour le champ

ďŹ xĂŠ Ă un rythme rapide, facilitant la caractĂŠrisation des rayon-

MAGNĂ?TIQUE ET 6 M POUR LE CHAMP Ă?LECTRIQUE

nements en laboratoire. Un compteur G1 et un compteur G3 fournis par ENEDIS ont ĂŠtĂŠ testĂŠs.

Mesures en laboratoire

Le second scÊnario (mode collecte) simule l’envoi des

Les mesures en laboratoire se sont dĂŠroulĂŠes au centre de contrĂ´le international de Rambouillet.

index qui se dĂŠroule une fois par nuit.

La valeur instantanĂŠe maximale mesurĂŠe ne dĂŠpend pas

En laboratoire, les compteurs sont interrogĂŠs par un mo-

du nombre de trames envoyĂŠes et il a ĂŠtĂŠ montrĂŠ en labora-

dem qui joue le rĂ´le de concentrateur. Des scripts fournis par

toire que les rĂŠsultats ĂŠtaient similaires quel soit le scĂŠnario.

ENEDIS permettent de reconstituer diffĂŠrents scĂŠnarios. Le

Le bilan des mesures des niveaux de champ maximum

premier scĂŠnario testĂŠ (mode ping) consiste en un ĂŠchange

mesurĂŠs dans la bande de frĂŠquences CPL utilisĂŠe par Linky

de messages ĂŠlĂŠmentaires entre le modem et le compteur,

pour la surveillance du rĂŠseau (ÂŤ ping Âť) et pour la collecte

à l’image des requêtes du concentrateur pour surveiller l’Êtat

en laboratoire Ă 20 cm en face respectivement de deux mo-

du rÊseau basse tension. L’intervalle entre ces requêtes est

dèles diffÊrents de compteur Linky est le suivant :

Champ ĂŠlectrique

Champ magnĂŠtique

87 V/m

6,25 +T +

avec CPL ping

1 V/m

5.10 -4 +T +

avec CPL collecte

1 V/m

6.10 -4 +T +

sans CPL

0,15 V/m

1.10 -4 +T +

avec CPL ping

1,8 V/m

6.10 -3 +T +

avec CPL collecte

1,7 V/m

5.10 -3 +T +

sans CPL

1,4 V/m

1.10 -3 +T +

Valeur-limite rĂŠglementaire

Compteur Linky G1

Compteur Linky G3

Tableau 1 : RÊsultats en laboratoire de l’exposition crÊÊe par Linky.

REE N°5/2017 71

DOSSIER 2

URSI

Modélisation formelle pour l’ingénierie système Conception formelle pour la sûreté d’un drone Sophie Coudert 1, Dominique Legros2 Institut Mines-Telecom – Telecom ParisTech1, ENGIE INEO UTS2 Using formal methods in development process forces to be rigorous and requires some new efforts with respect to previous approaches. But it leads to a better command of system complexity so that investing in the use of such techniques at the beginning of a design process allows savings at the end. Recent trends in formal methods and the development of associated methodologies make these approaches more and more suitable for industrial use. This paper presents the main ideas underlying formal modeling: what it is about, what it brings in term of reliability of systems, what the difficulties are and how recent trends can assist to overcome them. The purpose is illustrated with a pedagogical example. It provides the reader with a brief overview of technical aspects and supports a discussion on methodological aspects.

Then state of the art, current issues and perspectives are more broadly discussed before concluding.

ABSTRACT

Introduction

L'utilisation de méthodes formelles dans le processus de développement impose des contraintes rigoureuses et nécessite de nouveaux efforts par rapport aux approches antérieures. Mais cela conduit à une meilleure maîtrise de la complexité du système et investir dans l'utilisation de telles techniques au début d'un processus de conception permet des économies à la fin.

Les tendances récentes dans les méthodes formelles et le développement de méthodologies associées rendent ces approches de plus en plus adaptées à un usage industriel.

Cet article présente les principales idées qui sous-tendent la modélisation formelle : de quoi il s'agit, ce qu'elle apporte en termes de fiabilité des systèmes, quelles sont les difficultés et comment les tendances récentes peuvent aider à les surmonter. Le tout est illustré avec un exemple pédagogique. Il fournit au lecteur un bref aperçu des aspects techniques et vient en support d’une discussion sur les aspects méthodologiques. Ensuite, l'état de l'art, les questions actuelles et les perspectives sont plus largement discutées avant de conclure.

RÉSUMÉ

lage puissant pour assister les processus de conception et de

Les méthodologies basées sur le cycle de vie – ou les

vérification. Elles permettent de prouver des propriétés du

méthodes d’analyses semi-formelles telles que SADT, SA-

système, d’identifier des conditions d’assemblage sûr, de ga-

RT, UML – permettent d’appréhender plus facilement et

rantir le lien entre l’application et l’implémentation, etc. Elles

plus complètement l’analyse et la résolution d’un problème.

offrent aussi des techniques complémentaires telles que le

Cependant elles restent focalisées sur le comment de la pro-

prototypage ou la simulation rapide. Elles apportent ainsi des

duction logicielle et le lien avec le niveau applicatif est peu

garanties fortes bien identifiées et évitent bien des erreurs

encadré. Les méthodes formelles, quant à elles, répondent

humaines.

à la fois au quoi et au comment en reliant spécifications

Cependant, utiliser ces approches induit un effort de

abstraites et programmes par des règles mathématiques.

modélisation et demande une certaine expertise. Elles sont

Ces approches se basent sur la logique [9,10,11] qui offre

restées longtemps réservées au traitement de problèmes

une approche scientifique du raisonnement et de ses règles

particuliers soumis à des objectifs très élevés de fiabilité ou

en s’appuyant sur des langages formels. Ces langages per-

de sécurité (nucléaire, militaire, spatial, etc.). Mais La com-

mettent d’écrire des descriptions précises, non ambiguës,

plexité croissante des systèmes modernes demande plus de

support essentiel pour l’analyse et le raisonnement rigoureux.

rigueur dans le processus de conception. Les approches for-

La logique définit mathématiquement l’interprétation du lan-

melles y contribuent et l’expérience montre que l’investisse-

gage et caractérise le raisonnement fondé comme utilisant

ment en amont du processus induit des économies en aval.

des règles dont on a prouvé qu’elles ne permettent que des

Face à la complexité, elles proposent des techniques pour

déductions vraies pour cette interprétation. Le raisonnement

décomposer et structurer les problèmes tout en gardant la

valide devient alors une question de forme, contrôlable par

maîtrise des propriétés du système. Aujourd’hui, leur champ

la machine et parfois automatisable. Utilisant ces atouts, les

d’application est en pleine extension et les travaux récents y

méthodes formelles sont souvent accompagnées d’un outil-

associent des méthodologies accompagnatrices.

76 REE N°5/2017

Modélisation formelle pour l’ingénierie système

Cet article montre les enjeux liés à la mise en œuvre des méthodes formelles dans la pratique des bureaux d’étude.

domaine de l’expertise, le cadre descriptif doit faciliter des représentations non biaisées.

Après un aperçu général de la modélisation et des garanties

Les approches formelles sont des approches modélisa-

associées en section 1, l’exemple pédagogique d’un drone

trices dont les méta-modèles s’appuient sur la logique ma-

illustre en section 2 les aspects méthodologiques qui sont

thématique, permettant des démonstrations rigoureuses et

ensuite discutés plus largement avant de conclure.

contrôlables par ordinateur.

Modélisation et garanties mathématiques

Base logique, raisonnement et vérification formels

La modélisation pour une exploitation méthodique doit s’inscrire dans un cadre précis, suivre des principes. C’est ce

La sûreté du raisonnement formel tient au fait qu’il utilise

qui constitue le méta-modèle, présenté dans la première

des règles préalablement prouvées : pour pouvoir utiliser une

partie de cette section. Les deux suivantes présentent la mo-

règle « P ⵫ Q » permettant de déduire une propriété Q d’une

délisation formelle, ses bases et sa structuration.

propriété P, il faut avoir montré (mathématiquement) que P est vraie à chaque fois que Q l’est, en s’appuyant sur la

Modélisation et méta-modèle

définition rigoureuse de l’interprétation des propriétés. Par

Le processus de modélisation est souvent confondu avec

exemple une règle telle que « x = y/2 ⵫ y = 2.x » pourra

celui de l’analyse. L’analyse consiste en la décomposition

être prouvée (et donc utilisée) pour une sémantique qui

d’un système en éléments plus faciles à appréhender, alors

interprète les divers symboles (x,y,2,/,.) dans les réels ou les

que la modélisation vise à décrire une abstraction de ce sys-

rationnels, mais pas pour une sémantique dans des entiers.

tème à travers des représentations conceptuelles simplifiées permettant de le comprendre et de le simuler par exemple.

Cette règle est dédiée au raisonnement sur des nombres.

Un ensemble de règles dédié au raisonnement sur une

L’action de modéliser n’est pas neutre et façonne la repré-

classe de propriétés est appelé un système formel. Le ma-

sentation du système observé. Un modèle est avant tout une

thématicien démontre les règles. L’ordinateur les utilise pour

représentation intellectuelle puis ensuite symbolique d’un

superviser ou automatiser les preuves.

monde observé. La démarche de modélisation relève de deux opérations : la conceptualisation et la représentation.

La logique fournit des systèmes adaptés pour des raisonnements généraux [1]. Par exemple la règle « P, P=>Q

La conceptualisation permet de dégager une représen-

⵫ Q » dit que, si d’une part P est vrai, et d’autre part quand

tation du monde réel sous une forme logique générale, le

P est vrai Q l’est aussi, alors on peut en déduire que Q est

méta-modèle, qui est l’ensemble des concepts de base pour

vrai. Une application de cette règle pourrait être « Père(a,b)

modéliser (syntaxe, sémantique…) et des règles qui régissent

& Père(b,c) , Père(a,b) & Père(b,c) => GrandPère(a,c) &

leur utilisation. Le contenu d’un modèle dépend, lui, du phé-

GrandPère(a,c) ». P,Q, =>, &,= et ⵫ sont les symboles du mé-

nomène observé. On attend du méta-modèle un gain dans

ta-modèle, sur lesquels se basent les règles générales de rai-

l’abstraction du système, grâce à un jeu de concepts géné-

sonnement. Père, GrandPère, etc. sont symboles propres au

riques qui facilite l’identification d'éléments constitutifs du

système modélisé et respectent une forme imposée par le

système et la description de ses comportements.

méta-modèle : ici par exemple on a un prédicat à deux places

Un méta-modèle prend en compte deux problématiques :

« Père(_,_) » interprété en sémantique ensembliste par une

la compréhension du réel et la robustesse du modèle de

relation binaire. Dans cet exemple, les propriétés spécifiques

représentation. Il doit respecter les objectifs suivants :

au domaine peuvent être des axiomes (écrits dans la spécifi-

s la lisibilité des concepts. Ils doivent être intellectuellement

cation), comme « Père(x,y) & Père(y,z) => GrandPère(x,z) »)

et mathématiquement manipulables ; s la fiabilité du formalisme retenu. La conceptualisation va

ou des théorèmes (espérés, puis démontrés en utilisant les règles à partir des axiomes), comme « GrandPère(a,c) »).

définir un cadre de travail sur lequel va être projeté le sys-

Quand la sémantique est définie sous forme de machines

tème observé. Il est donc nécessaire que les mécanismes

à états finis (automate), on dispose d’une technique com-

mis en œuvre soient fiables et que la confiance dans les

plémentaire pour prouver automatiquement qu’une proprié-

résultats produits soit forte ;

té est vérifiée. Cette technique, dite “model-checking” [2],

s la neutralité de la représentation. La méthodologie et le

repose fondamentalement sur des algorithmes de parcours

formalisme proposés ont pour objectif de pouvoir conduire

d’états. Cette méthode est avantageuse car de nombreux

des analyses pendant toute la démarche de modélisation

systèmes peuvent être modélisés par des automates repré-

puis d’exploitation du modèle. Si ces activités relèvent du

sentant l’évolution de leur état dans le temps.

REE N°5/2017 77

DOSSIER 2

URSI

Figure 1 : Méthodologie avec assistance formelle.

Les méta-modèles formels offrent divers services : cerr

Structurer en préservant les garanties

tain se prêtent à la description de propriétés fonctionnelles,

La complexité s’accroît encore si l’on aborde des systèmes

d’autres aux propriétés temporelles, par exemple. Les mé-

plus hétérogènes que le strict logiciel, avec la variété des

ta-modèles contraints (finitude, propriétés restreintes, etc.)

environnements physiques, logiques ou technologiques.

offrent plus d’automatisation et d’efficacité des outils. Les

Le modélisateur risque alors de perdre la maîtrise de la re-

méta-modèles souples sont souvent plus expressifs, mais les

présentation abstraite, submergé par une information trop

exploiter requiert plus de contribution humaine. Pour faciliter

abondante. Aussi, plutôt que de travailler sur des modèles

l’utilisation des méta-modèles fondamentaux (techniques,

détaillés, on utilise des modèles partiels, plus simples : des

logiques), les méthodologies outillées y superposent des

composants du système complet, des aspects ou des ni-

couches spécialisées pour des domaines particuliers, offrant

veaux de détails. La difficulté est reportée vers le contrôle des

des interfaces plus intuitives, avec des représentations gra-

relations entre ces parties pour une structuration maîtrisée.

phiques par exemple. Les environnements de conception

On distingue souvent deux axes de structuration : l’axe hori-

associés aident à la mise en œuvre conjointe de l’expertise

zontal des composants et l’axe vertical des niveaux de détails.

du domaine et de celle du méta-modèle. Aussi utiliser des

La structure horizontale (figure 1) combine des parties

formalismes logiques n’entrave plus vraiment le gain que

d’un système qui peuvent être développées séparément,

représente la rigueur mathématique dès les spécifications de

avec leur propre cycle de développement. Ainsi les déve-

plus haut niveau.

loppeurs se concentrent sur des problèmes bien délimités

Les difficultés viennent surtout de la complexité des sys-

sans considérer l’ensemble. Malheureusement une combi-

tèmes qui se répercutent sur les modèles : accroissement

naison horizontale sûre est difficile, de mauvaises interac-

du nombre d’états, du nombre de formules, du nombre de

tions peuvent apparaître et les propriétés prouvées sur les

preuves, etc. Pour faire face, les méthodes formelles ont

composants peuvent être perdues au niveau du système.

développé des techniques complémentaires, en particulier

Par exemple, une ressource peut être suffisante pour un

en termes d’abstraction et de structuration.

composant mais pas pour deux fonctionnant simultanément.

78 REE N°5/2017

GROS PLAN SUR

Injection massive de renouvelables :

Jacques Percebois1 et Stanislas Pommeret2 Professeur et directeur du CREDEN, UniversitÊ de Montpellier, FacultÊ d’ Economie, Richter1, PrÊsident de l’Inter-Division Energie, SociÊtÊ chimique de France2

Introduction

puissance produite. Un Êcart durable entre la consommation et la production entraÎne inÊluctablement la chute du rÊseau Êlectrique. Cette absolue nÊcessitÊ d’ajuster la consommation et la production explique la volatilitÊ des prix de gros de l’ÊlectricitÊ. Ainsi, en France durant l’annÊe 2015, les prix de gros de l’ÊlectricitÊ ont ÊtÊ bas du fait d’une surcapacitÊ de production alors que le dÊbut de l’automne 2016 a vu une

La loi de transition ĂŠnergĂŠtique pour une croissance verte

nette ambÊe des prix de l’ÊlectricitÊ du fait de l’arrêt de près

(LTECV) prÊvoit d’injecter 40 % d’ÊlectricitÊ renouvelable dès

d’un tiers des centrales nuclÊaires suite à une demande de

2025 (hydraulique, ĂŠolien, solaire, biomasse). Cela passe

l’ASN en lien avec des problèmes de teneur en carbone des

notamment par le dĂŠveloppement de nouvelles fermes ĂŠo-

aciers ÂŤ nuclĂŠaires Âť.

liennes et solaires on-shore et off-shore et par la promotion

L’objet de cet article est de montrer, à l’aide d’un

de l’autoconsommation d’ÊlectricitÊ photovoltaïque produite

modèle, que l’injection massive d’ÊlectricitÊ renouve-

à une Êchelle très dÊcentralisÊe.

lable intermittente et fatale non seulement exerce des

L’ÊlectricitÊ Êolienne et solaire est proche de la  paritÊ-

effets d’Êviction qui ne sont pas toujours dÊsirables sur

rĂŠseau Âť, ce qui signiďŹ e que le coĂťt de production du kWh

les autres moyens de production, mais peut exiger de

fourni par une installation photovoltaĂŻque individuelle se

construire des moyens importants de stockage si l’on

rapproche du prix du kWh soutirĂŠ du rĂŠseau, lequel com-

veut Êviter de mettre en pÊril l’Êquilibre du rÊseau inter-

prend non seulement le coĂťt de production issu des grandes

connectĂŠ.

centrales mais Êgalement les coÝts liÊs au transport et à la distribution, ainsi qu’une part non nÊgligeable de taxes. Du coup l’autoconsommation individuelle et collective devrait se dÊvelopper dans certaines rÊgions.

Lien entre les Ênergies renouvelables et la consommation d’ÊlectricitÊ L’Ênergie Êolienne revêt un caractère fortement alÊatoire

Dans un rÊseau Êlectrique on doit s’assurer que la puis-

(ďŹ gure 8 de la rĂŠfĂŠrence [1]), mĂŞme si les progrès de la mĂŠ-

sance ĂŠlectrique consommĂŠe est en permanence ĂŠgale Ă la

tĂŠorologie en permettent une prĂŠdiction relativement ďŹ ne

If the electricity consumption pattern remains unchanged from what it is today, an electric mix composed of 20% hydraulics, 30% renewables (photovoltaic and wind) and 50% nuclear energy does not allow to reduce the nuclear power connected to the grid (62.3 GW). Such a structure will, however, require a reinforcement of the electricity networks to absorb renewables and the installation of important means of exibility, in particular through power-to-gas storage. The very low load rates for renewable energy (0.13 for photovoltaic and 0.24 for wind) will make electricity storage and retrieval facilities very expensive. As Germany and, to a lesser extent, Italy rely on the French network to sell their renewable energy production, if France starts to massively generate electricity from renewable energies, the European network can be destabilized. A rational long term policy needs to be urgently implemented including appropriate pricing to reconcile production, storage and present and future uses of electricity.

Si la structure de la consommation Êlectrique reste inchangÊe par rapport à ce qu’elle est aujourd’hui, un mix Êlectrique composÊ de 20 % d’hydraulique, 30 % d’EnR (photovoltaïque et Êolien) et 50 % de nuclÊaire ne permet pas de rÊduire la puissance nuclÊaire raccordÊe au rÊseau (62,3 GW). Une telle structure nÊcessitera cependant un renforcement des rÊseaux Êlectriques pour absorber les renouvelables et la mise en place de moyens importants de exibilitÊ, notamment sous forme de stockage de type power-to-gas. Les très faibles taux de charge des EnR feront que les installations de stockage et de dÊstockage de l’ÊlectricitÊ auront, elles aussi, de très faibles taux de charge et seront donc très onÊreuses.

Alors que l’Allemagne et dans une moindre mesure l’Italie s’appuient sur le rĂŠseau français pour ĂŠcouler leur production d’EnR, si la France se met Ă produire massivement de l’ÊlectricitĂŠ Ă partir des EnR, c’est l’ensemble du rĂŠseau europĂŠen qui risque de se trouver dĂŠstabilisĂŠ. Il est urgent qu’une politique se mette en place, incluant une tariďŹ cation appropriĂŠe pour concilier production, stockage et usages prĂŠsents et futurs de l’ÊlectricitĂŠ.

ABSTRACT

102 REE N°5/2017

RÉSUMÉ

Injection massive de renouvelables : effets d’éviction et besoins de flexibilité

Figure 1 : Corrélation entre la puissance moyenne journalière produite par l’éolien ou le photovoltaïque et la puissance moyenne journalière appelée en France (données RTE 2015). Les courbes de tendances sont obtenues par l’ajustement de polynômes de degré 2.

Figure 2 : Evolution de la puissance produite par l’hydroélectricité (barrages à gauche et fil de l’eau à droite) en fonction de la puissance horaire appelée (données RTE 2015). La ligne noire représente la production moyenne à puissance horaire appelée donnée. alors que l’énergie photovoltaïque est reproductible d’un jour à l’autre mais est sensible aux variations saisonnières et subit les alternances jour/nuit.

Rôle de l’hydroélectricité En France, l’énergie hydroélectrique a atteint un seuil quasi maximal de son développement du fait de l’utilisation

La production horaire d’électricité par ces moyens de pro-

actuelle des sites géographiques et des difficultés sociétales

duction n’est évidemment pas corrélée avec la consomma-

liées à l’exploitation de nouveaux sites. De petits sites peuvent

tion ; il en est de même avec la moyenne de la production

encore être aménagés mais avec difficultés. La contribution

journalière comme le montre la figure 1. On remarque même

hydroélectrique est significative comme le montre la figure

que la production photovoltaïque journalière moyenne est

2 qui illustre la corrélation entre la puissance consommée et

anticorrélée avec la consommation : plus on consomme

la puissance hydroélectrique. Ainsi, en 2015, la mobilisation

d’électricité moins on produit d’énergie photovoltaïque. Pour

de l’énergie hydroélectrique a permis d’atténuer l’appel à des

ce qui est de la production d’origine éolienne, on n’observe

énergies fossiles lors de la pointe de consommation qui était

pas de tendance marquée pour l’année 2015.

voisine de 90 GW. Cette figure illustre aussi deux modes de

Energies jouant le rôle de stabilisateur du réseau

fonctionnement des barrages hydroélectriques : un mode hivernal correspondant à des consommations supérieures à 60 GW où il est fait appel massivement aux barrages en les

Comme les EnR non pilotables ne sont pas corrélées à la

vidant et un mode de recharge correspondant à des consom-

demande, il revient à d’autres sources d’énergie de s’adapter

mations inférieures à 60 GW où il est fait appel aux barrages

à la demande : l’hydroélectricité et surtout les moyens de

pour passer les pointes et assurer la stabilité du réseau tout en

production centralisés (énergie nucléaire et fossile).

garantissant la pérennité de la ressource ou son rechargement.

REE N°5/2017 103

GROS PLAN SUR

Figure 3 : Corrélation entre la puissance horaire appelée et la production électrique d’origine nucléaire (données RTE 2015).

La ligne noire représente la production moyenne à puissance horaire appelée donnée.

Figure 4 : Production moyenne en 2015 d’électricité d’origine nucléaire en fonction de l’heure et du jour calendaire (données RTE 2015).

nexions qui sont souvent saturées quand la demande est Pour la production au fil de l’eau on observe qu’en moyenne

forte partout en Europe.

cette production croît avec la demande lorsque celle-ci est

La figure 3 illustre la corrélation entre la demande et la pro-

supérieure à 60 GW. Cette observation n’est pas due à une

duction d’origine nucléaire en France. Les amplitudes de varia-

relation de cause à effet mais au fait que la demande est maxi-

tion sont comparables ce qui est normal car près des trois quarts

male en hiver et qu’à cette saison les fleuves et rivières de

de l’énergie électrique consommée en France sont d’origine

France ont plutôt un fort débit (effet d’aubaine climatique).

nucléaire. Cette figure permet d’identifier le point de fonction-

A l’image des barrages, les STEP1 permettent aussi la sta-

nement normal (zone rouge de la figure 3) du système élec-

bilisation du réseau en pompant de l’eau aux heures creuses

trique français avec une consommation voisine de 52 GW et

et en turbinant de l’eau aux heures pleines. Leur rôle est

une production électrique d’origine nucléaire proche de 44 GW.

essentiel pour stabiliser le réseau sur la journée alors que les

On remarque que même si les pointes de consommation au-

barrages, en plus de ce rôle, assurent un stockage énergé-

delà de 70 GW ne représentent que peu d’heures dans l’année,

tique inter-saisonnier en accumulant de l’eau.

l’énergie nucléaire a été mobilisée en moyenne sur ces pointes à hauteur de 57 GW soit 90 % de la capacité maximale.

Rôle des moyens centralisés (nucléaire & fossiles)

La figure 4 montre que l’énergie nucléaire agit aussi dans

En France, les moyens centralisés de production d’électri-

la stabilisation du réseau électrique au cours de la semaine

cité sont largement dominés par l’énergie nucléaire. Les énerr

et de la journée. Ainsi les excursions en puissance au cours

gies fossiles (gaz, charbon et fioul) ont néanmoins un rôle

d’une semaine sont en moyenne de 6 GW et peuvent at-

important dans la stabilisation du réseau aux jours et heures

teindre en moyenne 4 GW sur 24 heures. On doit également

de pointes. Ainsi lors de la pointe du 20 janvier 2017 à 9h15

souligner le rôle régulateur saisonnier du nucléaire : la main-

les EnR (hors hydraulique) n’ont fourni que 3 GW alors que

tenance des réacteurs se fait en été quand la demande est

les besoins s’élevaient à près de 94 GW et il a fallu faire ap-

faible et que le photovoltaïque peut fournir une partie des

pel à ces ressources fossiles. Mais même quand la demande

besoins. Cela signifie que l’énergie nucléaire joue un rôle im-

intérieure est faible, on peut faire appel à ces ressources pour

portant dans la stabilisation du réseau électrique et que cette

satisfaire la demande des pays limitrophes.

ressource s’est montrée plus flexible que ce que l’on pensait.

L’exportation et l’importation d’électricité constituent aussi des moyens de flexibilité. On a massivement utilisé l’exportation dans les années 1980 quand la capacité électrique

Anticipation de l’effet de l’injection massive d’EnR

(nucléaire) installée en France était excédentaire ; en cas de

Afin d’anticiper l’effet que pourrait avoir l’injection mas-

besoin on peut faire appel à l’importation mais il faut tenir

sive de renouvelables dans le système électrique, nous

compte de la contrainte de capacité au niveau des intercon-

nous sommes basés sur les données de l’année 2015 pour laquelle nous avons montré que les EnR avaient déjà une

1

STEP : Stations de transfert d'énergie par pompage.

104 REE N°5/2017

influence notable sur les équilibres financiers [1]. Nous allons

CHRONIQUE

Un défi pour les firmes occidentales : l’innovation inversée

L

orsque l’auteur de cette chronique a entendu pour la première fois parler d’innovation inversée (traduction du terme anglais reverse innovation), Il s’est demandé sur quoi pouvait bien porter l’inversion annoncée. Etait-ce à l’instar du reverse engineering, bien connu des techniciens, une façon de remonter aux mécanismes ayant conduit à l’innovation à partir d’un produit fini ? La réponse est tout autre, il s’agit d’une inversion par rapport à la pratique traditionnelle du développement de l’innovation par les grandes sociétés occidentales. Pour faire court, l’innovation inversée consiste à faire concevoir des produits dans et pour les pays émergents et ce, avant de les proposer sur le marché des pays industrialisés, ce qui constitue l'opposé de la démarche habituelle. L’innovation inversée se caractérise donc à la fois par le type d’endroit où celle-ci voit le jour (inversion géographique) et par la façon dont celle-ci se développe ensuite vers d’autres régions du monde (inversion du processus dans le temps).

Cette façon de procéder constitue d’ores et déjà un défi majeur pour les grandes compagnies qui investissent massivement dans la R&D et qui sont habituées depuis des lustres à concevoir leurs produits dans les pays riches et à les faire réaliser dans les pays moins favorisés où la main d’œuvre est peu chère. L’innovation inversée va les amener à repenser fondamentalement leurs méthodes, depuis l’organisation de la R&D jusqu’aux méthodes de vente.

Pour éclairer cette nouvelle problématique, prenons un exemple parmi d’autres (celui-ci est cité par l’Express1). Le centre de recherches de l’Oréal du Brésil a élaboré un shampoing pour cheveux abimés, spécialement conçu et mis au point pour la clientèle locale. Le Brésil étant le premier marché capillaire au monde, cette démarche était pleinement justifiée et le succès fut très vite au rendez-vous. A telle enseigne que, de succès local, cette innovation se transforma rapidement en succès international, le produit développé au Brésil devenant la deuxième référence mondiale de sa gamme.

Une autre caractéristique de l’innovation inversée est la notion de frugalité (les Indiens la désignent d’ailleurs sous le terme d’innovation frugale). Or ce n’est pas un mode de pensée familier aux entreprises occidentales qui ne conçoivent généralement l’innovation qu’avec le renfort de moyens financiers et technologiques conséquents. Un exemple bien connu et caractéristique de cette démarche, est l’histoire de la Logan développée par Dacia, filiale roumaine de Renault, qui visait le marché de l’Europe de l’Est, donc à un prix très bas, mais qui a connu ensuite un développement inattendu en Europe de l’Ouest à un prix qui restait très compétitif malgré les versions améliorées destinées à ce marché alternatif.

1

Innovation inversée: quand la créativité vient du Sud par Isabelle Hunebelle in L’Express du 25/09/2017.

Mais c’est probablement dans le domaine de la santé et de l’alimentation que se posent les défis majeurs au sein des pays les moins avancés et, là encore, l’innovation inversée peut contribuer à apporter des solutions non seulement en aidant les pays du Nord à soigner les populations à moindre coût mais en laissant les chercheurs locaux inventer de nouvelles façons de penser l’innovation : ceci a déjà conduit à des solutions originales et compatibles avec les besoins réels de leurs pays. Jean-Marie Dru, président d’Unicef France et ardent promoteur de l’innovation inversée, donne quelques exemples de réalisations s’inspirant de ce concept dans un article publié par Les Echos2 : s LE Cardiopad, une tablette tactile inventée au Cameroun qui permet d’effectuer en moins d’une demi-heure des examens cardiaques dans des zones rurales reculées (figure 1) ; s Zipline, une application reposant sur des drones pouvant fournir en urgence des poches de sang à des cliniques rwandaises (déjà six millions de vies sauvées) ; s LE PROJET Himalayan Cataract, initiative née au Népal, qui a permis pour 20 dollars de restaurer la vue à quatre millions de patients dans 24 pays défavorisés.

On peut également citer le cas du yaourt Shokti Doi développé 2

L’innovation inversée, un espoir pour la santé mondiale par Jean-Marie Dru in Les Echos du 21/08/2017.

REE N°5/2017 111

CHRONIQUE

au Bangladesh par la Société Danone et vendu localement quelques centimes d’euros, en collaboration avec la banque de micro-crédit de Muhammad Yunus, prix Nobel de la paix 2006.

Le lecteur l’aura compris, nous ne sommes qu’au début d’une petite révolution géo-économique qui peut avoir des conséquences importantes pour les entreprises traditionnelles qui restent à ce jour à l’origine des innovations les plus marquantes. Bénédicte FaivreTavignot, directrice exécutive à HEC de la chaire « Social business, entreprises et pauvreté » et spécialiste de ces questions, estime

que « L’innovation inversée va questionner de façon radicale la créativité des firmes des pays du Nord ». Elle recommande que les états-majors des grandes entreprises occidentales acceptent d’accorder une plus grande autonomie aux équipes locales de R&D, en leur laissant une certaine latitude dans le choix des produits à développer ainsi que dans la façon de les concevoir, puis de les vendre. L’innovation inversée suppose donc une confiance réciproque entre la direction générale et les équipes des filiales implantées dans les autres continents.

Cela suppose aussi de savoir travailler avec de nouveaux inter-

locuteurs (municipalités locales, ONG, banques de micro-crédit, etc.), différents de ceux que l’on rencontre dans les mécanismes d’innovation traditionnels.

C’est à ce prix que le Nord sera capable d’apporter aux pays du Sud les moyens de mieux s’alimenter et de se soigner, en un mot de contribuer intelligemment à leur développement tout en consolidant ses positions sur les marchés innovants grâce à un renouvellement salutaire de ses modes d’organisation en matière d’innovation.

Alain Brenac

Figure 1 : Un bel exemple d'innovation inversée – Le Cardiopad, appareil de contrôle cardiaque portatif, inventé par le Camerounais Arthur Zank (en médaillon), permet de dépister les maladies cardiaques dans les villages les plus reculés d'Afrique.

Source : Himore Medical.

112 REE N°5/2017

RETOUR SUR ❱❱❱❱❱❱❱❱❱

La longue histoire de la voiture électrique et de ses constituants Ad rien F oucquier1 et Y v es Th omas2 Rédacteur scientifique indépendant1 Professeur émérite à l’Université de Nantes2

encore constituer une limite, il s’agit d’un atout technique essentiel de l’électromobilité ; s d’autre part, les dispositifs susceptibles de stocker l’énergie au sein des véhicules (batteries, piles à

Après plusieurs échecs observés depuis 120 ans, la

combustible, supercondensateurs) constituent, en-

voiture électrique est probablement en train de réussir,

core aujourd’hui, la principale limite technique à la

pour des raisons technologiques, écologiques, indus-

démocratisation à grande échelle des véhicules de

trielles et politiques. Dans cet article, on s’interroge sur

transport personnel électriques.

cette perspective en relatant l’histoire des constituants

L’aspect technique n’est cependant pas le seul à

existants ou potentiels qui prennent part au cycle éner-

prendre en compte, l’évolution des paysages socio-

gétique du véhicule électrique, de l’alimentation en

économiques doit être analysée pour comprendre la

électricité in situ à sa conversion en énergie mécanique.

situation dans sa globalité.

C’est le développement de ces constituants qui a permis à l’électromobilité d’avoir été envisagée très tôt et qui ne cesse d’influer sur son évolution. Il faut néanmoins différencier deux catégories de dispositifs, qui se distinguent par leurs rôles au sein du système, mais également par

La voiture électrique a 120 ans : des débuts prometteurs à un déclin inévitable Au moment de l’émergence du secteur automo-

les enjeux auxquels ils sont associés :

bile, à partir des années 1880, le choix entre élec-

s d’une part, les moteurs électriques et les systèmes

tricité, essence et vapeur n’est pas encore tranché.

électroniques. Par un rendement de conversion

Plusieurs éléments peuvent expliquer le caractère

énergétique élevé (environ 80 % contre 20 à 25 %

attrayant de la filière électrique dès cette époque.

pour un moteur thermique) et une pollution so-

A l’aube des années 1890, les performances des

nore et atmosphérique faible, le moteur électrique

véhicules à essence sont d’ores et déjà louées par

présente des caractéristiques particulièrement at-

nombre d’observateurs et auraient pu laisser entrevoir

trayantes. Bien que son coût de production puisse

leur domination rapide sur le marché. Mais l’objectif

Figure 1 : Deux voitures de Postes parisiennes Mildé, livrées le 16 octobre 1904.

Sources : Collection Jules Beau, t. 28, image 42, F.19v, Bibliothèque nationale de France, 1904.

REE N°5/2017 113

❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱ RETOUR SUR

de l’automobile est alors de remplacer les voitures hippo-

naissent aux Etats-Unis et exercent une pression sur les gou-

mobiles dans les zones urbaines et l’utilisation du moteur

vernements. Forte de sa popularité du moment, la pile à

thermique ne semble pas adaptée à une circulation en ville :

combustible est majoritairement considérée comme le choix

la consommation de carburant est élevée, la fumée nauséa-

le plus pertinent mais les contraintes techniques, induites par

bonde et le démarrage fastidieux. On ne peut pas en dire

une maîtrise encore partielle du système, poussent la majorité

autant du moteur électrique. Propre et pratique, son utilisa-

des constructeurs à ne pas franchir le pas de l’industrialisation.

tion peut, en prime, sembler familière au grand public du fait

Les chocs pétroliers de 1973 et 1979 ne changeront pas

de ses similitudes avec le « moteur animal » : la recharge des

la donne : face à la forte hausse du prix du pétrole, l’option

batteries s’apparente au ravitaillement des chevaux.

la moins contraignante, consistant à améliorer les véhicules à

L’alliance entre l’automobile et l’électricité prend, par ail-

moteur thermique, ressort victorieuse.

leurs, tout son sens car elle s’inscrit dans un élan de mo-

Quelques modèles de véhicules électriques, principale-

dernité, en alliant deux secteurs émergents très en vogue.

ment alimentés par des batteries plomb-acide apparaissent

Cette association se présente donc comme une évidence, en

tout de même dans les années 1970. La plupart d’entre eux

accord avec le renouvellement de l’urbanité auquel la société

seront néanmoins victimes de leurs performances limitées

fait face en cette fin de XIX siècle.

et du manque de popularité de la filière électrique : leurs

e

En 1899, la première voiture à dépasser les 100 km/h est

productions seront rapidement stoppées.

un modèle électrique, la Jamais contente de Camille Jenatzy.

Ces nombreux échecs se succéderont alors jusqu’à ce

En effet, au cours des années 1890, des courses inédites, les

que les conditions environnementales, énergétiques et éco-

« concours de voitures sans chevaux », voient le jour et viennent

nomiques deviennent assez préoccupantes pour qu’à partir

promouvoir l’automobile auprès du public. La presse s’empare

des années 2000, de réels changements commencent fina-

rapidement des évènements et relaye avec enthousiasme les

lement à s’opérer pour aboutir à l’offre proliférante en cours.

performances des différents véhicules. La traction électrique

Mais encore de nos jours, le principal attrait technique

n’a pas à rougir devant son équivalent thermique et certains

reste sensiblement le même que par le passé : la conversion

voient le secteur automobile se diriger vers un partage durable

de l’énergie électrique en énergie mécanique. Le point fort

et égalitaire entre ces deux modes de traction.

de la voiture électrique semble bien provenir de son moteur.

C’était sans compter sur un changement d’état d’esprit de la population. L’idée de voyage personnel va prendre une nouvelle dimension jusqu’à élargir les perspectives de

Le moteur électrique a 200 ans : il a bénéficié de nombreuses innovations

l’automobile au-delà de la sphère urbaine. Et sur le plan de

Le début du XIXe siècle est marqué, notamment grâce à

l’autonomie, ce sont les véhicules à moteurs thermiques qui

Ampère, par les expériences conduisant aux lois de l’électro-

s’imposent. Avec la commercialisation de la Ford T par la

magnétisme : en 1821, le concept de moteur apparaît avec

Ford Motor Companyy à partir de l’année 1908, la voiture à

Michael Faraday, puis en 1822, avec la roue de l’anglais Peter

essence devient plus accessible, contrairement aux modèles

Barlow. Il s’agit des premiers véritables dispositifs au sein

électriques dont les coûts de production restent très élevés.

desquels l’interaction d’un champ magnétique et d’un cou-

Le « fordisme » inspirera par la suite d’autres constructeurs

rant électrique permet de créer un mouvement mécanique,

américains et européens, tels que Renault, qui adopteront

conformément à la loi de Laplace.

rapidement la même philosophie de travail.

En 1831, Faraday fait passer un cap considérable à la con-

Peu à peu, la mise en place d’un réseau organisationnel et

naissance de l’électromagnétisme en découvrant l’induction

économique prend forme et scelle le destin de l’automobile au

électromagnétique qui correspond, en quelque sorte, à l’ef-

XX siècle. Le nombre de véhicules électriques sur les routes

fet inverse. Il montre ainsi qu’il est possible de « convertir le

des USA est divisé par 4 entre 1899 et 1924 (de plus de 1 500

magnétisme en électricité ». Après de premières tentatives

à moins de 400) ; celui des voitures à essence augmente de

infructueuses de commercialisation de moteurs électroma-

manière importante (d’environ 900 à plus de trois millions).

gnétiques dans les années 1830, une succession d’inno-

e

Entre 1930 et la fin des années 1950, les quelques appli-

vations prend forme au cours des décennies suivantes et

cations concrètes de mobilité électrique sans fil se limitent

prépare le terrain à la conception de la dynamo parr Zénobe

quasi exclusivement à certains modèles de poids lourds (bus,

Gramme. Ce dernier propose ainsi en 1869 un nouveau type

camion ou tramway) ou à des véhicules urbains de livraison.

d’enroulement, après avoir inventé le collecteur permettant

Dans les années 1960, la pollution atmosphérique com-

la connexion électrique entre la partie statique, le stator et la

mence à inquiéter. Des mouvements environnementaux

partie mobile, le rotor. Le stator est un cadre métallique muni

114 REE N°5/2017

Un hors-sĂŠrie de la REE L'INTERNET DES OBJETS 2018 plus d'infos sur : > see.asso.fr > Notre sĂŠlection

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Enjeux et marchĂŠs Architectures RĂŠseaux de communication Protocoles

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CybersĂŠcuritĂŠ

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Enjeux et marchĂŠs RĂŠseaux de communication Plates-formes de traitement et de stockage des donnĂŠes

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ISSN 1265-6534

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Etude rĂŠalisĂŠe par le Cercle des entreprises de la SEE

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Hors-sĂŠrie 2017

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ENTRETIEN AVEC...

GUILLAUME DEVAUCHELLE Vice President Innovation et dĂŠveloppement scientifique Valeo

Valeo mise sur le vĂŠhicule autonome REE : Le dĂŠveloppement des vĂŠhi-

de l’accÊlÊration/dÊcÊlÊration, soit au ni-

dans un but prĂŠdĂŠďŹ ni, de façon totale-

cules autonomes est un axe majeur

veau des mains pour la conduite sur une

ment autonome.

de la stratĂŠgie de Valeo. Pouvez-vous

lLE D AUTOROUTE ,E VĂ?HICULE NE PREND EN

6OUS LE VOYEZ JUSQU AU NIVEAU IN-

nous rappeler ce que l’on entend

charge la conduite que momentanĂŠ-

clus, il s’agit d’assistance technique à la

par ÂŤ vĂŠhicule autonome Âť et quelles

ment et sur l’une des deux dimensions

conduite, plus ou moins poussĂŠe, mais

longitudinale ou transversale du guidage.

qui laisse au conducteur une responsa-

sont les Êtapes que l’on distingue gÊnÊralement dans la conquête

s $ANS LE NIVEAU ON VA COMBINER LES bilitĂŠ essentielle.

de cette autonomie ?

deux capacitÊs et le système d’assis-

Guillaume Devauchelle : Avant de

tance Ă la conduite sera capable de

rĂŠpondre Ă votre question, je voudrais

gĂŠrer seul la voiture, en suivant par

tout d’abord souligner que la rÊvolution

exemple le vÊhicule qui prÊcède mais

du vÊhicule autonome n’est pas que

en pouvant dĂŠcider automatiquement

technique. Son acceptabilitĂŠ par les

de le dĂŠpasser. Cependant le conduc-

usagers est absolument fondamentale,

teur reste pleinement en charge de

elle implique un gros travail de commu-

la supervision de la conduite et doit

nication, de diffusion et de persuasion

conserver les mains sur le volant. Au

aďŹ n que le vĂŠhicule autonome soit ac-

besoin, le système le lui rappellera.

ceptable et mĂŞme dĂŠsirable. Je remer-

s !U NIVEAU ON PARVIENT ĂŒ UNE VĂ?RITABLE

cie la REE d’y contribuer en m’ouvrant

dĂŠlĂŠgation de conduite : le conducteur

On distingue cinq niveaux d’autonomie croissante.

Les niveaux 1 à 3 relèvent de l’assistance à la conduite.

La vĂŠritable autonomie commence au niveau 4.

Le niveau 3 est un mode hybride oĂš le conducteur doit ĂŞtre capable de reprendre la main en quelques secondes

peut abaisser son niveau de vigilance et

REE : L’autonomie sera donc acquise

peut, temporairement, vaquer à d’autres

Êtape par Êtape, les dernières Êtant

classiďŹ cation SAE , qui fait autoritĂŠ sur le

occupations. Mais il doit ĂŞtre Ă mĂŞme

sans doute les plus difficiles.

plan international, distingue, six niveaux :

de reprendre rapidement le contrĂ´le du

OĂš en est-on actuellement ?

s ,E NIVEAU NE COMPORTE AUCUN AUTO-

vĂŠhicule si les circonstances viennent

G. D. : Un premier point Ă souligner est

matisme et la charge de la conduite est

à l’exiger (si les conditions atmosphÊ-

que la rĂŠglementation actuelle ne permet

entièrement et en toutes circonstances

riques se dÊgradent ou si l’on aborde

pas, sauf autorisation particulière, d’aller

entre les mains du conducteur ;

une zone de travaux, par exemple).

AU DELĂŒ DU NIVEAU $Ă’S LE NIVEAU

ses colonnes.

Pour faire simple, je rappellerai que la 1

s ,E NIVEAU CORRESPOND ĂŒ UNE ASSISTANCE s ,E NIVEAU EST CELUI DE LA DĂ?LĂ?GATION

1

se posent des problèmes juridiques com-

fournie au conducteur, soit au niveau

totale “mind off�. A ce stade, le conduc-

plexes de dĂŠďŹ nition des responsabilitĂŠs,

des pieds, par contrĂ´le de la vitesse et

teur conďŹ e intĂŠgralement le pilotage au

en cas de dĂŠfaillance ĂŠventuelle du vĂŠhi-

système d’automatisme et peut même,

cule ou de dĂŠfaut de rĂŠponse de la part

s’il le souhaite, s’endormir. Cependant,

du conducteur.

.$,2 ,ES NIVEAUX D AUTONOMIE ALLANT DE Ă 5, dĂŠďŹ nis par SAE International font l’objet DU STANDARD 3!% * Âť 4AXONOMY AND $ElNITIONS FOR 4ERMS 2ELATED TO /N 2OAD Motor Vehicle Automated Driving Systems.

Voir : https://www.sae.org/news/3544/ et HTTP STANDARDS SAE ORG J ?

c’est lui qui va dÊcider d’activer ou de dÊsactiver le pilotage automatique.

,ES NIVEAUX ET SONT MAÔTRIS�S techniquement et sont offerts de plus

s !U NIVEAU LE CONDUCTEUR A DISPARU en plus couramment sur les voitures de et le vĂŠhicule est capable de se diriger,

haut de gamme. Sur le plan technique,

123 REE N°5/2017

ENTRETIEN AVEC...

fonctionnalitÊs disponibles et très

faut en effet une triple redondance

demandĂŠes car difďŹ ciles Ă exĂŠcuter

dans le système de perception :

et sans valeur ajoutÊe pour l’homme.

LLe

e voiturier automatique : il s’agit

s UNE CAMĂ?RA ĂŒ L AVANT AYANT UNE PORTĂ?E s UNE CAMĂ?RA ĂŒ L AVANT AYANT UNE PORTĂ?E sufďŹ sante ;

de conďŹ er Ă la voiture le soin de garer

s UN SCANNER ,IDAR s UN SCANNER ,IDAR

elle-mĂŞme dans un parking prĂŠala-

s UN OU PLUSIEURS RADARS s UN OU PLUSIEURS RADARS

BLEMENT REPĂ?RĂ? ,A VOITURE APPREND APPREND

Il faut ensuite faire la synthèse des in-

les habitudes du conducteur, se posi-

formations dĂŠlivrĂŠes par des systèmes aďŹ n

tionne Ă partir de la reconnaissance

de parvenir à une probabilitÊ d’incident

de quelques points particuliers qu’elle

GRAVE INFĂ?RIEURE ĂŒ -9 par km parcouru ou

dÊtecte et fait la manœuvre. Nous

ĂŒ -8 par heure de circulation. Le 10-9 par

MAÔTRISONS LA TECHNOLOGIE ET CELA PEUT heure est l’objectif ultime mais très difse faire aujourd’hui dans des zones de

ďŹ cile Ă dĂŠmontrer aujourd’hui. Ce sont

quelques dizaines de mètres de rayon.

des exigences fortes similaires Ă celles que

LE NIVEAU EST EN PASSE D �TRE MAÔTRIS�

MAÔTRIS�

,E RISQUE D ACCIDENT EST R�DUIT DE DEUX l’on rencontre en aÊronautique.

et des dĂŠclinaisons du niveau 5 le sont

ordres de grandeur par rapport Ă celui

ĂŠgalement. Par exemple, la fonction de

prĂŠsentĂŠ par un vĂŠhicule classique. En

REE : Comment ces trois approches

parking automatique est opĂŠrationnelle

particulier, le risque d’accident liÊ aux

se combinent-elles entre elles ?

mais ce n’est pas encore du niveau 5

manœuvres de recul est ramenÊ à un

G. D. : Il y a trois ĂŠtapes, la perception,

complet car le conducteur, au travers de

niveau extrĂŞmement faible.

la fusion des donnĂŠes et la prise de dĂŠ-

son smartphone, dĂŠclenche et contrĂ´le la manĹ“uvre dans un espace prĂŠdĂŠďŹ ni, mĂŞme s’il n’est plus tenu d’être dans le vĂŠhicule. Il existe aussi des navettes auto-

cision. Cette dĂŠmarche est inspirĂŠe de

La loi nous limite au niveau 2 et il faut des dĂŠrogations pour expĂŠrimenter le niveau 3

nomes qui opèrent sur un trajet reconnu. ,E NIVEAU EST PLUS FACILE ĂŒ ATTEINDRE

celle de la robotique avec en plus une couche d’intelligence artiďŹ cielle. ,A CAMĂ?RA VA ENVOYER UN mUX VIDĂ?O annotĂŠ, c’est-Ă -dire qu’elle aura dĂŠtectĂŠ,

, APTITUDE DE LA VOITURE ĂŒ MĂ?MORISER par analyse d’images et deep learning, la

que le niveau 4 mais sera rĂŠservĂŠ aux

un contexte donnĂŠ et Ă le dĂŠtecter est

prÊsence probable d’un des objets rÊperr

ottes administrÊes telles que les taxis

ĂŠtonnante : par exemple la prĂŠsence

toriÊs dans sa bibliothèque : piÊton, vÊlo,

ou les voitures de location. Au passage, il

r d’un siège bÊbÊ sur la banquette pour-

vÊhicule, feux, bordures, camion‌ Au

faut souligner la rupture dans les modèles

ra être interprÊtÊe comme l’indice que

TOTAL QUELQUE OBJETS DIFFĂ?RENTS ,E

d’affaires que va entrainer cette Êvolution

le conducteur se rend chez la nounou

SCANNER ,IDAR INTERVIENT ENSUITE POUR OBTE-

technologique : imaginez l’arrivÊe dans

et le vĂŠhicule se comportera en consĂŠ-

nir davantage d’informations (distance par

un aÊroport oÚ la prise en mains d’une

quence. Mais vous pouvez aussi combi-

EXEMPLE ET FAIRE UNE ANALYSE EN $ ,E RA-

voiture de location ne nĂŠcessite plus ni

ner les sĂŠquences. Ainsi si vous deviez

dar complètera l’information en indiquant

procĂŠdure de rĂŠservation, ni guichet de

rentrer depuis votre travail chez Valeo Ă

par exemple que le piĂŠton se dĂŠplace.

remise des clÊs, ni navettes d’achemine-

votre domicile en banlieue, vous pourriez

Partant de là , le système peut prendre

ment aux parkings rÊservÊs‌

sortir en mode autonome (peut prĂŞter

une dÊcision, en s’aidant, s’il est dispo-

Ă confusion sur niveau = les ĂŠtages)

nible, d’un fond de carte. Cette dÊcision va

niveau 5 du parking souterrain, parcourir

se traduire par une pĂŠnalitĂŠ par rapport Ă la

L’arrivÊe des flottes de vÊhicules autonomes va bouleverser certains modèles d’affaires

EN NIVEAU OU LA VOIRIE LOCALE PASSER mission et par exemple amener la voiture en niveau 3 sur une artère principale et

Ă ralentir. Mais il ne faut pas surrĂŠagir et sa-

repasser en manuel à l’arrivÊe à moins

tisfaire au principe de “Safety of intended

que le vĂŠhicule ait sufďŹ samment acquis

FUNCTIONALITYv ,E SYSTĂ’ME SERA D AUTANT D AUTANT

REE : Pourriez-vous Ă prĂŠsent

vos habitudes pour terminer en niveau 5

plus efďŹ cace que les situations auront prĂŠ-

nous dĂŠcrire les segments sur lesquels

à votre domicile. Mais je le rÊpète, la loi

alablement ĂŠtĂŠ identiďŹ ĂŠes, par exemple :

Valeo porte son effort ?

ET prÊsence d’un animal sur l’autoroute.

NOUS LIMITE AUJOURD HUI AU NIVEAU ET

G. D. : Chez Valeo, nous nous concen-

nous commençons seulement à avoir

C’est l’art du dÊveloppement que

trons sur trois usages principaux :

des dĂŠrogations pour expĂŠrimenter le ni-

d’adapter la rÊaction en fonction des cri-

1) Les manœuvres de parking : repÊ-

veau 3 et au-delĂ , y compris dans Paris.

tères caractÊrisant, au niveau du système

rage de place et manœuvre automatique du vÊhicule. Ce sont des

124 REE N°5/2017

,E NIVEAU REPR�SENTE d’automatisme, la situation rencontrÊe.

3) Le niveau 3 ,E NIVEAU REPRĂ?SENTE un saut technologique important. Il

Notez que l’on travaille ici en termes de

ENSEIGNEMENT & RECHERCHE

Photo 1 : Vue aÊrienne du campus de l’ENSTA ParisTech.

Au fond : les bâtiments de l’X - CrÊdit photo : JÊrÊmie Barande.

ENSTA ParisTech : dĂŠveloppement et stratĂŠgie Entretien avec Elisabeth CrĂŠpon Directrice de l’ENSTA ParisTech REE : L’ENSTA ParisTech, que vous dirigez, est dĂŠsormais installĂŠe Ă Palaiseau au voisinage de l’X, sur le plateau de Saclay qui regroupe tant d’Êtablissements scientifiques. Pouvez-vous revenir brièvement sur l’histoire d’une grande ĂŠcole qui figure rĂŠgulièrement dans le “Top 10â€? des classements ?

Elisabeth Crepon : Même si l’histoire brillante de l’Êcole remonte au 18e siècle depuis l’Ecole des constructeurs de vaisseaux royaux jusqu’à l’ENSTA ParisTech en passant par la grande Ecole nationale supÊrieure du gÊnie maritime, pour moi c’est l’histoire rÊcente qui doit retenir toute l’attention.

L’annÊe 2012 a ÊtÊ une annÊe exceptionnelle dans l’histoire de l’Êcole, une annÊe  centennale  qui a marquÊ une vÊritable Êtape dans le dÊveloppement de l’Êtablissement car c’est l’annÊe de l’emmÊnagement sur le plateau de Saclay. Plus qu’un changement de locaux, cette nouvelle implantation a matÊrialisÊ l’insertion de l’Êcole au sein d’un projet d’envergure international. L’ENSTA ParisTech a ÊtÊ le premier Êtablissement d’enseignement et de recherche à avoir fait mouvement dans le cadre de la construction de ce pôle.

Avec un campus neuf sur lequel sont intÊgrÊs des infrastructures d’enseignement, des logements pour les Êtudiants, des services de restauration et un large Êventail d’installations sportives, l’ENSTA

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ParisTech s’est afďŹ rmĂŠe comme un ĂŠtablissement qui compte dans les choix des candidats aux grandes ĂŠcoles, comme en tĂŠmoigne la très grande qualitĂŠ du recrutement ces dernières annĂŠes.

Depuis 2012 et l’intÊgration de l’Êcole dans un Êcosystème très porteur, tous les voyants sont au vert et l’Êcole franchit avec satisfaction toutes les Êtapes qui jalonnent son dÊveloppement : s UN CLASSEMENT DANS LE TOP DES �COLES D ING�NIEURS s UNE �VALUATION PAR L (#%2%31 très positive qui souligne la cohÊrence de la stratÊgie de l’Êtablissement au sein de son environneMENT ET LA PERTINENCE DE SON POSITIONNEMENT TH�MATIQUE s SON ASSOCIATION AVEC L %COLE POLYTECHNIQUE s UN NOUVEAU CONTRAT D OBJECTIFS ET DE PERFORMANCE #/0 2021 qui ambitionne de faire de l’ENSTA ParisTech l’Êtablissement de rÊfÊrence en formation, recherche et innovation dans ses trois domaines d’excellence : les transports, l’Ênergie et les systèmes complexes et ce aux niveaux national, europÊen et international.

Les annÊes qui viennent s’annoncent comme des annÊes de NOUVEAUX D�lS AVEC NON SEULEMENT LA MISE EN “UVRE DU #/0 MAIS

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HCERES: nouveau sigle de l’Agence d’Êvaluation de l’enseignement supÊrieur et de la recherche

ENSEIGNEMENT & RECHERCHE

aussi la construction de la nouvelle alliance avec l’Ecole polytechnique, l’ENSAE, TÊlÊcom ParisTech et TÊlÊcom SudParis.

REE : Votre ministère de tutelle est, comme pour l’X et  Sup AÊro , le ministère des ArmÊes. Comment s’articulent l’organisation de ces grandes Êcoles avec les missions spÊcifiques qui rÊsultent de cette tutelle ? Quelles sont par ailleurs vos relations avec l’UniversitÊ Paris Saclay ?

E. C. : PlacÊe sous la tutelle du ministère des ArmÊes, assurÊe par la direction des ressources humaines de la Direction gÊnÊrale de L ARMEMENT $'!

L %.34! 0ARIS4ECH EST ADMINISTRĂ?E PAR UN CONSEIL L ARMEMENT $'!

L %.34! 0ARIS4ECH EST ADMINISTR�E PAR UN CONSEIL D ADMINISTRATION Oå SIÒGE LA TUTELLE #E DERNIER A PROPOS� LE CONTRAT D ADMINISTRATION Oå SIÒGE LA TUTELLE #E DERNIER A PROPOS� LE CONTRAT D OBJECTIFS ET DE PERFORMANCE #/0 QUI LIE L �TABLISSEMENT DE MAnière pluriannuelle au ministère. ,E OCTOBRE DERNIER LE PR�SIDENT DE LA 2�PUBLIQUE A VISIT� LE plateau de Saclay. Il a prononcÊ un discours insistant sur la place centrale que doivent y prendre la science et la technologie pour l’avenir de la France et sur l’importance du plateau de Saclay à cet Êgard, comme pôle d’excellence pour la formation, la recherche et L INNOVATION ,E PR�SIDENT DE LA 2�PUBLIQUE A APPORT� LE SOUTIEN DE L INNOVATION ,E PR�SIDENT DE LA 2�PUBLIQUE A APPORT� LE SOUTIEN DE l’Etat au schÊma de gouvernance en discussion entre les Êtablissements et en a prÊcisÊ les contours.

S’inscrivant dans la voie choisie par les acteurs et accompagnĂŠe PAR SES PRĂ?DĂ?CESSEURS LE PRĂ?SIDENT DE LA 2Ă?PUBLIQUE A TENU ĂŒ PRĂ?CISER la structure de l’ensemble universitaire Paris-Saclay, articulĂŠe autour de deux pĂ´les complĂŠmentaires, engagĂŠs dans une ambitieuse politique d’excellence : ÂŤ Le premier sera une universitĂŠ de recherche intensive intĂŠgrĂŠe opĂŠrant sous la marque UniversitĂŠ Paris-Saclay et centrĂŠe sur les territoires d’Orsay et Gif-sur-Yvette. Sa pierre d’angle sera l’universitĂŠ de Paris Sud, les universitĂŠs de Versailles Saint-Quentin, Evry, plus rĂŠcentes mais qui accomplissent un chemin remarr quable vers l’excellence, s’y adjoindront. En seront aussi pleinement membres l’Ecole normale supĂŠrieure de Paris-Saclay, l’Institut d’optique Graduate School, ĂŠminentes dans leur domaine et modèles originaux d’enseignement et de recherche au plus haut niveau, ainsi que CentraleSupĂŠlec. [‌]. L’autre pĂ´le sera une alliance de grandes ĂŠcoles comprenant Polytechnique, l’ENSTA ParisTech, l’ENSAE, TĂŠlĂŠcom ParisTech et TĂŠlĂŠcom Paris Sud dĂŠlivrant tous les niveaux de diplĂ´mes, intĂŠgrant profondĂŠment ces cursus, mutualisant ses forces et ses ĂŠquipements et qui devra trouver des voies originales pour ĂŠvoluer vers un MIT ou une EPFL Ă la française Âť ,E PRĂ?SIDENT DE LA 2Ă?PUBLIQUE A INSISTĂ? SUR L OUVERTURE SOCIALE NĂ?cessaire de ces deux pĂ´les, dont on attend qu’ils brisent les cloisons traditionnelles de notre enseignement supĂŠrieur et de notre recherche.

Les grands organismes de recherche implantĂŠs sur le plateau de Saclay #%! #.23 ).3%2- ).2! ET /.%2! AINSI QUE L )(%3 SONT AINSI INVItĂŠs Ă assurer Ă travers leurs stratĂŠgies, leurs projets, leurs chercheurs et techniciens intimement connectĂŠs aux ĂŠtablissements d’enseignement supĂŠrieur, la solidaritĂŠ organique du plateau et aussi le lien avec la communautĂŠ scientiďŹ que nationale, et Ă constituer le ciment en terme de recherche de ces deux pĂ´les. Ensemble ils seront le moteur de l’innovation et de la crĂŠation de valeur ĂŠconomique, en lien ĂŠtroit

avec les entreprises et avec l’installation de grands groupes comme EDF, AIR LIQUIDE, THALES, DANONE jusqu’aux startups. ,E #ONSEIL D ADMINISTRATION DE NOTRE Ă?COLE PRĂ?SIDĂ? PAR $IDIER Brugère, a approuvĂŠ le principe de la participation de l’ENSTA Paris4ECH ĂŒ LA FONDATION DE i .EW5NI w NOM PROVISOIRE DE CETTE ALLIANCE 4ECH ĂŒ LA FONDATION DE i .EW5NI w NOM PROVISOIRE DE CETTE ALLIANCE DE GRANDES Ă?COLES IMPLANTĂ?ES DANS LE QUARTIER DE L 8 IL M A DONNĂ?

DE GRANDES �COLES IMPLANT�ES DANS LE QUARTIER DE L 8 IL M A DONN� le mandat de concrÊtiser la mise en place de NewUni, en lien avec les tutelles comme avec l’Ecole polytechnique et les autres Êtablissements intÊressÊs. Je me fÊlicite de cette orientation qui va nous conduire à entrer dans la construction de ce  deuxième pôle  et à ouvrir une nouvelle phase dans le rayonnement de notre Êtablissement, aux côtÊs des quatre autres Êcoles. Nous entendons bien garder collectivement à l’esprit la visibilitÊ et le succès acadÊmique de ce territoire qui est un des eurons de la recherche française. La construction de ce projet, qui impliquera une large concertation des personnels et des Êtudiants de l’ENSTA ParisTech, s’appuiera et valorisera les actions menÊes dans la phase de montÊe en puissance de l’UniversitÊ Paris-Saclay.

REE : Votre recrutement est classique, pour l’essentiel par concours au sortir des classes prÊparatoires, dont il concerne l’ensemble des options. Mais vous avez d’autres flux originaux, conduisant à d’autres diplômes que le diplôme d’ingÊnieur.

Au total quels sont les effectifs et les flux de l’Êcole ?

E. C. : Le cĹ“ur de notre ĂŠcole est constituĂŠ par le cycle ingĂŠnieur, NUMĂ?RIQUEMENT LE PLUS IMPORTANT AVEC PRĂ’S DE Ă?TUDIANTS SUR ENVIRON AU TOTAL #ELA CONDUIT ĂŒ PRĂ’S DE INGĂ?NIEURS DIPLĂ™MĂ?S CHAQUE ANNĂ?E ANNĂ?E NOTRE RECRUTEMENT ESSENTIEL REPOSE SUR LES LES classes prĂŠparatoires, au sein du ÂŤ concours commun Mines-Ponts Âť qui est l’un des plus rĂŠputĂŠs et concerne l’ensemble des ďŹ lières.

Mais nous avons aussi, en première et deuxième annĂŠe, des recrutements minoritaires mais signiďŹ catifs : D UNE PART DANS LE CADRE D UN PARTENARIAT AVEC L %COLE NATIONALE ss D UNE NATIONALE D INGĂ?NIEURS DE 4UNIS %.)4 EN NOUS APPUYANT SUR LE CONCOURS national tunisien d’accès aux ĂŠcoles d’ingĂŠnieurs, dont les preMIERS LAURĂ?ATS CHOISISSENT LE CYCLE %.34! %.)4 D AUTRE PART AVEC DES ADMISSIONS SUR TITRES S ADRESSANT ĂŒ DES Ă?TUss D AUTRE PART AVEC DES ADMISSIONS SUR TITRES S ADRESSANT ĂŒ DES Ă?TUdiants français ou internationaux, titulaires d’une licence ou d’un BACHELOR EN PREMIĂ’RE ANNĂ?E D UN DIPLĂ™ME DE - OU Ă?QUIVALENT !U TOTAL CELA CONDUIT EN POUR LE CYCLE INGĂ?NIEURS ĂŒ 691 ĂŠtudiants rĂŠpartis sur les trois annĂŠes, parmi lesquels 41 suivent en 2e et surtout en 3e annĂŠe une formation diplĂ´mante Ă l’internaTIONAL %N Ă?TUDIANTS SONT EN CĂ?SURE ENTRE LA e et la 3e annĂŠe, ce qui correspond Ă près de la moitiĂŠ des ĂŠtudiants admis DEUX ANS PLUS TĂ™T AU SORTIR DES #0'% Les autres formations sont clairement associĂŠes Ă la dimension ÂŤ recherche Âť de l’École puisqu’elles concernent des ĂŠtudiants inscrits dans des formations spĂŠcialisĂŠes : s Ă?TUDIANTS EN MASTERS DONT SONT AUSSI INSCRITS EN e annĂŠe s Ă?TUDIANTS EN MASTERS DONT SONT AUSSI INSCRITS EN du cycle ingĂŠnieur : environ la moitiĂŠ de la promotion est ĂŠgalement inscrite pour une des formations acadĂŠmiques crĂŠĂŠes en partenariat au sein de Paris-Saclay.

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Entre science et vie sociĂŠtale,

les ĂŠlĂŠments du futur Une publication de la

Edition/Administration : SEE - 17, rue de l’Amiral Hamelin - 75783 Paris cedex 16 TÊl. : 01 5690 3709/17 Site Web : www.see.asso.fr Directeur de la publication : François Gerin ComitÊ de rÊdaction : Bernard Ayrault, Alain Brenac, Patrice Collet, AndrÊ Deschamps, Jean-Pierre Hauet, Jacques Horvilleur, Marc Leconte, Bruno Meyer SecrÊtariat de rÊdaction : Alain Brenac, AurÊlie Courtoisier, MÊlisande de Lassence TÊl. : 01 5690 3717 Partenariats Presse & Annonces : Mellyha Bahous - TÊl. : 01 5690 3711 RÊgie publicitaire : FFE - Cyril Monod Tel : 01 5336 3787 Port : 06 7969 6892 cyril.monod@revue-ree.fr et Philippe Sabban philippe.sabban@ffe.fr et Anne Girard anne.girard@revue-ree.fr TÊl : 01 4805 2871 Promotion et abonnements : 5 numÊros : mars, mai, juillet, octobre, dÊcembre.

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DĂŠpĂ´t lĂŠgal : dĂŠcembre 2017

La SEE, sociÊtÊ savante française fondÊe en 1883, forte de 2 000 membres, couvre les secteurs de l’ÉlectricitÊ, de l’Électronique et des Technologies de l’Information et de la Communication. Elle a pour vocation de favoriser et de promouvoir le progrès dans les domaines : Énergie, TÊlÊcom, Signal, Composants, Automatique, Informatique.

La SEE fÊdère un vaste rÊseau d’experts universitaires et industriels en faveur des

s 6 CLUBS TECHNIQUES Automatique, Informatique et Systèmes IngÊnierie des Systèmes d’Information et de Communication CybersÊcuritÊ et RÊseaux intelligents Radar, Sonar et Systèmes RadioÊlectriques Stockage et nouveaux Moyens de Production Systèmes Electriques s 11 GROUPES RÉGIONAUX s 1 CERCLE DES ENTREPRISES s 1 CERCLE HISTOIRE

La SEE contribue à l’organisation

et ses Groupes rĂŠgionaux s ConfĂŠrences nationales et internationales s JournĂŠes d’Êtudes thĂŠmatiques s ConfĂŠrences-DĂŠbat s Congrès internationaux, en partenariat ou non, avec d’autres sociĂŠtĂŠs scientiďŹ ques La SEE favorise le partage du savoir, et contribue aux dĂŠbats sur des problèmes de sociĂŠtĂŠ en ĂŠditant des revues

s Revue de l’ÉlectricitÊ et de l’Électronique (REE) s Revue 3EI s Publications Êlectroniques : SEE ActualitÊs

La SEE rÊcompense les contributeurs Êminents au progrès des sciences et technologies dans ses domaines s EmÊrite SEE s Prix : Brillouin-Glavieux, GÊnÊral FerriÊ, AndrÊ Blanc-Lapierre, ThÊvenin s MÊdailles : Ampère, Blondel

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Sa vocation : contribuer aux enjeux majeurs du 21e siècle, en fĂŠdĂŠrant la communautĂŠ scientiďŹ ques, industriels et les opĂŠrateurs de l’ÊlectricitĂŠ et des tĂŠlĂŠcommunications notamment par le biais de son Cercle des entreprises qui identiďŹ e et traite de problĂŠmatiques sensibles et actuelles telles que la cybersĂŠcuritĂŠ des rĂŠseaux ĂŠlectriques intelligents.

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IG SIG

EDITORIAL E i Quelques questions ĂŠ ergĂŠtique EDITORIAL Lâ&#x20AC;&#x2122;ĂŠlectromobilitĂŠ : un accĂŠlĂŠrateur dâ&#x20AC;&#x2122;innovations Francis Vuibert PrĂŠfet, dĂŠlĂŠguĂŠ ministĂŠriel au dĂŠveloppement territorial de lâ&#x20AC;&#x2122;ĂŠlectromobilitĂŠ

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ENTRETIEN AVEC Didierr Houssin PrĂŠsident dâ&#x20AC;&#x2122;IFP Energies nouvelles TELECOMMUNICAT

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tion pe de prĂŠcau ciip cip nci in rin ri princip Le p ce MĂŠda rice urric Mau parr Mauric ISSN 1265-6534

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