Section 07 Sciences de l'information : traitements, systèmes intégrés matériel-logiciel, robots, commandes, images, contenus, interactions, signaux et langues

I. Automatique

A. Les grandes avancées actuelles et les thèmes émergents

L'automatique joue un rôle majeur pour l'amélioration et l'évolution des produits et des systèmes. Elle est également considérée comme fondamentale pour les visions et ambitions du futur dans les domaines émergents tels que les infrastructures critiques, la transition énergétique, l'écologie industrielle, la biomédecine ou les neurosciences. Les grandes avancées à l'échelle mondiale, répertoriées dans le rapport « The Impact of Control Technology », 2nd edition, T. Samad and A.M. Annaswamy (eds.), IEEE Control Systems Society, 2014, available at www.ieeecss.org, visent à répondre aux défis industriels actuels et futurs, qui impliquent des processus dont les modèles, de nature continue, à événements discrets ou hybride, sont de complexité croissante. La dynamique des systèmes est décrite par des modèles mathématiques, par exemple issus des lois de la physique. Ces représentations de systèmes, ou systèmes de systèmes ou systèmes en réseau, peuvent être des équations différentielles ordinaires, des équations aux dérivées partielles, des équations algébro-différentielles, non linéaires, hybrides, à événements discrets, stochastiques, ou une combinaison hétérogène de ces différents modèles. Elles peuvent tenir compte de contraintes sur le système lui-même, de l'environnement, de perturbations et d'incertitudes sur les modèles, de retards de transmission de l'information ou de pertes de données. Les objectifs de ces systèmes ont également une expression mathématique, tels ceux de suivi de trajectoire, de contrôle optimal, de performance, de robustesse, de prédiction de comportements, de diagnostic et pronostic de défauts, de surveillance et de supervision. Les solutions de l'automatique, qui s'appuient sur des concepts mathématiques, ont aussi leurs concepts et développements propres, comme les notions de rétroaction et d'observateurs, d'identification de paramètres, et elles s'inspirent du contexte réel de l'application. Ce va-et-vient constant entre outils fondamentaux et exigences réelles fait de l'automatique une discipline fondamentale à caractère fortement pluridisciplinaire.

Le rapport « Contribution de l'Automatique aux défis, à l'HORIZON 2020, des Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication et de leurs Interactions », écrit par la communauté française avec le soutien de nombreux industriels européens, définit plusieurs thèmes de développements fondamentaux émergents qui posent de nombreux défis à la communauté scientifique. La complexité des problèmes est liée à la prise en compte des aspects contrôle et optimisation, des composantes matérielles et logicielles, des interactions avec l'humain, des environnements plus ou moins coopératifs, dans le cadre d'applications variées concernant aussi bien les micro- et nano-systèmes que les systèmes industriels de grande dimension, les systèmes vivants que les systèmes mécatroniques. Répondre à ces défis nécessite de résoudre des problèmes fondamentaux importants et de développer de nouvelles méthodes et nouveaux algorithmes. Les approches centralisées classiques sont inopérantes face à l'organisation en réseau omniprésente. Les capteurs et les actionneurs distribués engendrent des retards, des incertitudes et une forte dégradation des signaux de mesure voire une perte de paquets d'information. Les sous-systèmes qui composent le processus global sont souvent hétérogènes et dotés d'une grande autonomie. La maîtrise de ces processus pose des problèmes théoriques importants allant de la modélisation à la synthèse de lois de commande avec garantie de stabilité, performance et fiabilité, et prise en compte des aspects complexes liés à l'autonomie, à la grande dimension, à la nature multiéchelles, et aux interactions. La modélisation implique de traiter de grands ensembles de données, en grandes dimensions, et fait appel à de nouvelles méthodes non paramétriques. La garantie de stabilité et de performance de systèmes dans lesquels la communication ou le couplage entre sous-systèmes est limité, va bien au-delà des recherches classiques qui intègrent des retards ou des pertes de paquets dans les communications. La conception de systèmes de commande performants nécessite le développement de méthodes de contrôle et d'optimisation distribuées. La surveillance, la reconfiguration, la sûreté et la fiabilité sont des aspects d'une importance primordiale dans le développement des architectures de contrôle efficaces et sûres, par exemple pour les grands réseaux de l'automatisation industrielle. Les nouvelles technologies de capteurs permettant l'accès à un état distribué, le développement de réseaux sans fil permettant l'enregistrement synchronisé de mesures distribuées, et les avancées en calcul scientifique (e.g. modèles multiphysiques) renouvellent en profondeur les problématiques de la surveillance, telles celle de l'intégrité des infrastructures civiles.

B. Interactions avec d'autres disciplines

De nombreuses recherches multidisciplinaires sont menées avec d'autres domaines scientifiques, comme l'informatique, les mathématiques, la physique, les nanosciences, la biologie, les sciences humaines et sociales. Citons par exemple : avec les mathématiques, les recherches sur la commande et l'observation des systèmes à paramètres distribués, la commande optimale des systèmes non linéaires, l'optimisation ; avec la physique, les résultats fructueux obtenus récemment sur les systèmes quantiques, en particulier sur le contrôle des photons de l'électrodynamique quantique en cavité en collaboration avec l'équipe de Serge Haroche (Prix Nobel) ; avec la recherche biomédicale, le contrôle de la maladie de Parkinson, le contrôle de signaux neuronaux, la modélisation et le contrôle du VIH, la détection de tumeurs cancéreuses.

C. Place de la France dans le contexte mondial

De nombreux chercheurs des établissements universitaires et de recherche (EPST) sont des leaders internationaux, très impliqués dans des comités éditoriaux de revues prestigieuses et dans l'organisation des conférences internationales, notamment sous l'égide de l'International Federation of Automatic Control (IFAC), l'IEEE Control Systems Society (CSS), et l'European Control Association (EUCA). Les chercheurs français occupent des responsabilités importantes au sein de l'IFAC et de ses comités. Grâce à cette dynamique, la France assure la présidence de l'IFAC pour la période d'août 2014 à juillet 2017 et l'organisation de son 20e congrès mondial en 2017 à Toulouse. Dans le cadre des activités internationales du GDR MACS, l'école annuelle organisée par l'European Embedded Control Institute (EECI) propose des cours dispensés par les meilleurs chercheurs internationaux sur les systèmes complexes, non linéaires, hybrides, embarqués, ou en réseau.

D. Points forts/points faibles de la recherche en France

L'automatique française jouit d'une visibilité internationale et d'une attractivité certaines tant au niveau doctoral et postdoctoral qu'au niveau des chercheurs confirmés effectuant des séjours courts, postulant à des postes permanents voire les occupant. La position de l'automatique à l'interface de plusieurs disciplines, ses approches génériques, le soutien institutionnel (GDR MACS), et les partenariats industriels forts et pérennes, en particulier dans les domaines aéronautique, spatial et automobile, sont également des points forts. Par contre, si l'automatique est omniprésente en réalité, elle n'est pas perçue par les non spécialistes et apparaît peu en tant que telle dans les appels d'offres, au niveau tant national qu'européen. Elle souffre aussi d'un manque de visibilité dans les formations : peu de diplômes affichent l'automatique comme spécialité principale, contrairement à ceux de Suède ou d'Italie.

E. Retombées sociales, économiques (valorisation), culturelles

L'automatique est une discipline fondamentale à très fort impact dans le monde socio-économique. Les interactions se traduisent par de nombreux contrats de collaboration, des projets ANR ou Européens communs, des thèses CIFRE, etc. De nombreux docteurs en automatique sont recrutés dans l'industrie à l'issue de leur thèse, ce qui accroît l'impact des recherches fondamentales et facilite leur transfert vers les applications.