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
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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 crĂŠĂŠe par les compteurs communicants Protocole et rĂŠsultats de mesure Jean-BenoĂŽt Agnani, Emmanuelle Conil Agence nationale des frĂŠquences, 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'Ênergie consommÊe sous la forme d'un indice. Celui-ci est envoyÊ par radio (169 MHz ou 868 MHz) ou CPL (courants porteurs en ligne à des frÊquences de 35,9 à 90,6 kHz) vers un concentrateur. Les niveaux d'exposition crÊÊs par les compteurs intelligents sont très faibles comparÊs aux valeurs limites rÊglementaires. Pour Êvaluer la conformitÊ de l'exposition au champ ÊlectromagnÊtique, en dessous de 100 kHz les mesures du champ maximal sont effectuÊes à 20 cm du compteur opÊrant en CPL, alors que les mesures pour les Êmetteurs opÊrant dans des bandes supÊrieures à 100 kHz sont effectuÊes à une distance de 50 cm au-dessus de 300 MHz et de 1 m en dessous. La moyenne temporelle et spatiale est calculÊe 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 Ă?LECTRIQUE DU CHAMP DĂ’S LORS QUE LA MESURE s LA COMPOSANTE Ă?LECTRIQUE DU CHAMP DĂ’S LORS QUE LA MESURE a lieu en onde formĂŠe.
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 ĂŠlectrique reste inchangĂŠe par rapport Ă ce qu’elle est aujourd’hui, un mix ĂŠlectrique composĂŠ de 20 % d’hydraulique, 30 % d’EnR (photovoltaĂŻque et ĂŠolien) et 50 % de nuclĂŠaire ne permet pas de rĂŠduire la puissance nuclĂŠaire raccordĂŠe au rĂŠseau (62,3 GW). Une telle structure nĂŠcessitera cependant un renforcement des rĂŠseaux ĂŠlectriques pour absorber les renouvelables et la mise en place de moyens importants de exibilitĂŠ, 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 dĂŠstockage de l’ÊlectricitĂŠ auront, elles aussi, de très faibles taux de charge et seront donc très onĂŠreuses. 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
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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 vÊritable autonomie commence au niveau 4. Le niveau 3 est un mode hybride oÚ le conducteur doit être 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 REPR�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 : MĂŞme 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 supĂŠrieure du gĂŠnie maritime, pour moi c’est l’histoire rĂŠcente qui doit retenir toute l’attention. L’annĂŠe 2012 a ĂŠtĂŠ une annĂŠe exceptionnelle dans l’histoire de l’Êcole, une annĂŠe ÂŤ centennale Âť qui a marquĂŠ une vĂŠritable ĂŠtape dans le dĂŠveloppement de l’Êtablissement car c’est l’annĂŠe de l’emmĂŠnagement sur le plateau de Saclay. Plus qu’un changement de locaux, cette nouvelle implantation a matĂŠrialisĂŠ l’insertion de l’Êcole au sein d’un projet d’envergure international. L’ENSTA ParisTech a ĂŠtĂŠ le premier ĂŠtablissement d’enseignement et de recherche Ă avoir fait mouvement dans le cadre de la construction de ce pĂ´le. Avec un campus neuf sur lequel sont intĂŠgrĂŠs des infrastructures d’enseignement, des logements pour les ĂŠtudiants, des services de restauration et un large ĂŠventail 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’intĂŠgration de l’Êcole dans un ĂŠcosystème très porteur, tous les voyants sont au vert et l’Êcole franchit avec satisfaction toutes les ĂŠtapes qui jalonnent son dĂŠveloppement : s UN CLASSEMENT DANS LE TOP DES Ă?COLES D INGĂ?NIEURS s UNE Ă?VALUATION PAR L (#%2%31 très positive qui souligne la cohĂŠrence de la stratĂŠgie de l’Êtablissement au sein de son environneMENT ET LA PERTINENCE DE SON POSITIONNEMENT THĂ?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 rĂŠfĂŠrence en formation, recherche et innovation dans ses trois domaines d’excellence : les transports, l’Ênergie et les systèmes complexes et ce aux niveaux national, europĂŠen et international. Les annĂŠes qui viennent s’annoncent comme des annĂŠes de NOUVEAUX DĂ?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, TĂŠlĂŠcom ParisTech et TĂŠlĂŠcom SudParis. REE : Votre ministère de tutelle est, comme pour l’X et ÂŤ Sup AĂŠro Âť, le ministère des ArmĂŠes. Comment s’articulent l’organisation de ces grandes ĂŠcoles avec les missions spĂŠcifiques qui rĂŠsultent de cette tutelle ? Quelles sont par ailleurs vos relations avec l’UniversitĂŠ Paris Saclay ? E. C. : PlacĂŠe sous la tutelle du ministère des ArmĂŠes, assurĂŠe par la direction des ressources humaines de la Direction gĂŠnĂŠrale de L ARMEMENT $'! L %.34! 0ARIS4ECH EST ADMINISTRĂ?E PAR UN CONSEIL L ARMEMENT $'! L %.34! 0ARIS4ECH EST ADMINISTRĂ?E PAR UN CONSEIL D ADMINISTRATION OĂĄ SIĂ’GE LA TUTELLE #E DERNIER A PROPOSĂ? LE CONTRAT D ADMINISTRATION OĂĄ SIĂ’GE LA TUTELLE #E DERNIER A PROPOSĂ? LE CONTRAT D OBJECTIFS ET DE PERFORMANCE #/0 QUI LIE L Ă?TABLISSEMENT DE MAnière pluriannuelle au ministère. ,E OCTOBRE DERNIER LE PRĂ?SIDENT DE LA 2Ă?PUBLIQUE A VISITĂ? LE plateau de Saclay. Il a prononcĂŠ 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 Ă cet ĂŠgard, comme pĂ´le d’excellence pour la formation, la recherche et L INNOVATION ,E PRĂ?SIDENT DE LA 2Ă?PUBLIQUE A APPORTĂ? LE SOUTIEN DE L INNOVATION ,E PRĂ?SIDENT DE LA 2Ă?PUBLIQUE A APPORTĂ? LE SOUTIEN DE l’Etat au schĂŠma de gouvernance en discussion entre les ĂŠtablissements et en a prĂŠcisĂŠ 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 Ă?COLES IMPLANTĂ?ES DANS LE QUARTIER DE L 8 IL M A DONNĂ? le mandat de concrĂŠtiser la mise en place de NewUni, en lien avec les tutelles comme avec l’Ecole polytechnique et les autres ĂŠtablissements intĂŠressĂŠs. Je me fĂŠlicite de cette orientation qui va nous conduire Ă entrer dans la construction de ce ÂŤ deuxième pĂ´le Âť et Ă ouvrir une nouvelle phase dans le rayonnement de notre ĂŠtablissement, aux cĂ´tĂŠs des quatre autres ĂŠcoles. Nous entendons bien garder collectivement Ă l’esprit la visibilitĂŠ et le succès acadĂŠmique 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 ĂŠtudiants de l’ENSTA ParisTech, s’appuiera et valorisera les actions menĂŠes dans la phase de montĂŠe en puissance de l’UniversitĂŠ Paris-Saclay. REE : Votre recrutement est classique, pour l’essentiel par concours au sortir des classes prĂŠparatoires, dont il concerne l’ensemble des options. Mais vous avez d’autres flux originaux, conduisant Ă d’autres diplĂ´mes que le diplĂ´me d’ingĂŠnieur. 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
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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.
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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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