rapport de la recherche 2014

Transcription

rapport
de la recherche 2014
Thèmes de recherche
Laboratoires et équipes
Centres de Recherche
LE MOT DU DIRECTEUR
S
i l’alliance entre Centrale Paris et Supélec couvre désormais la quasi-totalité
des activités de nos deux Écoles, c’est par la Recherche qu’elle s’est historiquement
scellée et concrétisée par d’importantes réalisations communes.
Très tôt, alors même que le Campus de Saclay n’était encore qu’un projet, voire un rêve, Centrale Paris et Supélec ont uni leurs forces et leurs compétences, parfaitement complémentaires, en
posant les bases qui leur permettraient de s’imposer comme un pilier de l’excellence scientifique de
ce futur Saclay. Elles sont devenues membres fondateurs du PRES UniverSud avec leurs partenaires l’ENS Cachan
et l’Université Paris XI, ont créé dès 2009 le Collège des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes (CSIS), se sont
regroupées en GIE pour valoriser leur recherche commune…
La Recherche CentraleSupélec a réussi son pari en occupant d’ores-et-déjà une place décisive au sein de l’Université
Paris-Saclay, labellisée IDEX en 2012 et vouée à figurer d’emblée dans le top 20 des clusters universitaires mondiaux.
Grâce à un important travail commun, et à l’implication de l’ensemble de leurs laboratoires et départements de
recherche, Centrale Paris et Supélec ont remporté huit appels d’offres dans le cadre du « Programme d’Investissements d’Avenir » destinés à doter la recherche saclaysienne de structures, laboratoires et équipements mutualisés
d’excellence. Les deux Écoles participent aujourd’hui à six LABEX, deux EQUIPEX et trois IRT.
En couvrant l’ensemble des Sciences de l’Ingénieur et des Systèmes, et en se positionnant sur les grandes thématiques d’avenir, la Recherche CentraleSupélec brille par son attractivité auprès du monde académique et industriel,
comme en témoignent ses importantes collaborations avec les grands organismes de recherche et les liens de
qualité qu’elle ne cesse de tisser avec les entreprises, notamment à travers les chaires.
Offrant un spectre scientifique et une masse critique dignes des « Schools of Engineering » des grands pôles mondiaux, la Recherche CentraleSupélec est bien décidée à se développer à l’international. Cet enjeu sera au cœur de
l’année 2014. Nos Centres de recherche respectifs travailleront à leur stratégie de développement mais également,
et surtout, à la structuration du Centre de Recherche CentraleSupélec, dont la création marquera l’aboutissement
d’une alliance déjà très avancée et leur permettra d’entrer de plain-pied dans l’Université Paris-Saclay
Hervé Biausser
Directeur de l'École Centrale Paris
Directeur général de Supélec
CentraleSupélec - Rapport de la Recherche 2014
1
SOMMAIRE
Mot des directeurs . . ............................................................ 1
Mot des directeurs de la recherche................................ 3
L a recherche CentraleSupélec......................................... 4
L aboratoires & équipes Centrale Paris...........................15
Laboratoire Énergétique Moléculaire et
Macroscopique, Combustion (EM2C) CNRS UPR 288...................16
Laboratoire Structures, Propriétés et
Modélisation des Solides (SPMS) UMR CNRS 8580. . ....................18
Laboratoire Mécanique des Sols,
Structures et Matériaux (MSSMat) UMR CNRS 8579.................... 20
Laboratoire de Génie des Procédés
et Matériaux (LGPM) E A 4038................................................... 22
Laboratoire Mathématiques Appliquées
aux Systèmes (MAS) E A 4037....................................................24
Laboratoire Génie Industriel (LGI) E A 2606. . ............................... 26
Équipe du laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire
(LPQM) UMR CNRS 8537 - ENS Cachan.................................... 28
Centre pour la Vision Numérique (CVN). . .................................... 30
Départements, laboratoires & équipes Supélec............ 33
E3S / Dépar tement Automatique E A 4454.................................. 34
E3S / Dépar tement Signaux & Systèmes Électroniques E A 4454.. 36
E3S / Dépar tement Informatique E A 4454.................................. 38
E3S / Dépar tement Télécommunications E A 4454. . ..................... 40
E3S / Dépar tement Énergie E A 4454......................................... 42
E3S / Laboratoire sondra E A 4454......................................... 44
Laboratoire de Génie Électrique de Paris
(LGEP) UMR CNRS 8507.......................................................... 46
Laboratoire des Signaux et Systèmes (L 2S) UMR CNRS 8506...... 50
UMI 2958 Georgia Institute of Technology (GT )/CNRS................. 54
Laboratoire Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes
(LMOPS) E A 4423.................................................................... 56
Institut d’électronique et de télécommunications de Rennes IE TR,
UMR CNRS 6164..................................................................... 58
Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires IRISA,
UMR CNRS 6074..................................................................... 60
Chaire Radio Flexible Alcatel Lucent. . ........................................ 62
Chaire Conception Analogique Avancée Thales.......................... 64
Contacts . . ............................................................................... 66
2
LE MOT
DES DIRECTEURS DE LA RECHERCHE
Les Centres de Recherche de
Centrale Paris et de Supélec ont
encore connu de beaux succès
en 2013 : prix et publications
ont démontré l’excellence de nos
deux écoles en terme de recherche,
excellence reconnue par la mise en
place de nouveaux projets de recherche
académiques et contractuels.
CentraleSupélec
Une recherche leader en
Sciences de l’Ingénieur
et des Systèmes
Comme l’an passé, 2013 a surtout été consacrée à renforcer notre alliance et à préparer la structuration de notre
Centre de Recherche CentraleSupélec, destiné à occuper une place majeure, et même pivot, au sein de l’Université
Paris-Saclay. Nous réunissons tous les atouts pour cela, et l’avons prouvé en 2013 avec les très bons résultats aux
appels à projets IDEX 2013, preuve de notre forte insertion dans le programme des Investissements d’Avenir et
l’Université Paris-Saclay avec 3 projets dans lesquels Centrale Paris et Supélec sont membres : Institut de Modélisation des Systèmes vivants ; Nanodesign : plateforme partenariale autour de la maturation de nanotechnologies
et du design de nouvelles architectures de circuits ; ISN : Institut Société Numérique.
Désormais perçue comme un acteur majeur de la construction de l’Université Paris-Saclay, la Recherche CentraleSupélec est également vécue comme un ensemble de premier plan par nos partenaires académiques et industriels.
Tout l’enjeu est désormais de structurer ce Centre de Recherche CentraleSupélec, qui concrétisera notre force et
notre complémentarité – la couverture complète des Sciences de l’Ingénieur et des Systèmes – et nous permettra
de parler « d’une seule voix » au monde académique et industriel, de développer nos partenariats de recherche avec
plus d’entreprises, y compris les PME, et surtout, de nous développer à l’international.
Ce travail a été largement engagé depuis 2012, où un grand chantier de réflexion a été ouvert avec l’ensemble de
nos laboratoires et nos équipes autour de l’agencement de ce centre commun, son positionnement, sa stratégie
de développement, ses applications au quotidien dans le travail des équipes…
2013 et 2014 seront des années de la concrétisation de cette structuration. Il s’agira à la fois d’être évalué ensemble
par l’AERES et de présenter un projet quinquennal commun.
Le défi sera aussi de repenser nos structures et modes de fonctionnement, en cohérence avec notre ambition mais
aussi avec les objectifs assignés aux 21 établissements qui composeront l’Université Paris-Saclay. Ainsi, Centrale
Paris et Supélec ont travaillé en 2013 à la réorganisation de leurs écoles doctorales, en coordination avec l’ensemble
des établissements du futur campus, pour préparer le regroupement de l’ensemble des Écoles des établissements
du plateau en un seul Collège Doctoral. Ce collège décernera un diplôme unique - le doctorat de l’Université ParisSaclay.
Estelle Iacona
Gilles Fleury
Directrice de la Recherche de Centrale Paris
Directeur de la Recherche
et des Relations Industrielles de Supélec
3
C e n traleS upélec :
LA RECHERCHE « TRIPLE A »
AU cœur de l’Université Paris-Saclay
D
e p u i s s o n annonce en novembre 2008, le partenariat entre Centrale Paris et Supélec s’est constamment
renforcé, pour couvrir aujourd’hui la quasi-totalité des activités des deux écoles et préparer, à partir de 2013,
la création du Grand Établissement CentraleSupélec.
C’est dans le domaine de la Recherche que cette alliance s’est d’abord concrétisée, la complémentarité entre
Centrale Paris et Supélec leur permettant de couvrir ensemble le spectre complet des Sciences de l’Ingénieur et
des Systèmes et d’atteindre la taille critique pour se hisser au rang des grands centres de recherche mondiaux.
En 2012, les Centres de Recherche des deux Écoles intensifiaient la structuration du Centre de Recherche CentraleSupélec, en cohérence avec les objectifs assignés aux établissements de la future Université Paris-Saclay et
avec la stratégie de positionnement « triple A » du futur Grand Établissement CentraleSupélec :
AMBITION
La recherche CentraleSupélec se destine non seulement à devenir un acteur pivot de l’excellence scientifique de
l’Université Paris-Saclay, mais également à s’imposer parmi les leaders mondiaux de la recherche en Sciences de
l’Ingénieur et des Systèmes.
ANTICIPATION
Inscrite au sein d’un Grand Établissement qui a pour vocation de former des ingénieurs capables de relever les
grands défis du XXIe siècle, la recherche CentraleSupélec se positionne sur les grandes thématiques d’avenir afin
d’apporter les réponses dont la société aura besoin demain pour faire face à ses enjeux scientifiques, technologiques,
économiques, sociaux et environnementaux.
AUTHENTICITÉ
Si la recherche a bien sûr pour but de faire avancer la connaissance, elle est aussi le reflet des valeurs de chaque
établissement.
CentraleSupélec, acteur majeur de la construction de l’Université Paris-Saclay
L’Université Paris-Saclay rassemblera plus de 30 000 étudiants, près de 20% de la
recherche française et de nombreuses entreprises parmi les plus innovantes. Elle
constituera non seulement le 1er pôle scientifique européen mais figurera également
dans le top 20 des clusters universitaires mondiaux. En 2012, elle obtenait le label
« Initiative d’Excellence » (IDEX), reconnaissance de la puissance de sa recherche
et de la qualité des formations dispensées par les établissements du plateau.
L’alliance CentraleSupélec s’inscrit dans la volonté de s’imposer comme un pilier de cette future Université, tant en
enseignement qu’en recherche. La Recherche a été la première à concrétiser cette ambition. Membres fondateurs
du PRES UniverSud Paris avec leurs partenaires l’ENS Cachan et l’Université Paris-Sud, et forts de leur participation
aux RTRA Digiteo et Triangle de la Physique, Centrale Paris et Supélec ont créé très tôt des bases solides pour
devenir des acteurs majeurs du grand projet Saclay, avec notamment :
•
La création du Collège des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes (CSIS)
Fondé en 2009 avec l’ENS Cachan et l’Université Paris-Sud, ce « creuset à projets » a pour vocation de stimuler
l’excellence de la recherche à Saclay en œuvrant d’une part au rapprochement entre les personnels enseignantschercheurs des 4 institutions et, d’autre part, à la transversalité dans des domaines scientifiques majeurs. En
2012, le groupe de travail s’est notamment élargi à 11 établissements, parmi lesquels Polytechnique et ses écoles
d’application, favorisant les échanges et la mise en œuvre de projets coopératifs.
4
•
La participation fructueuse au Programme d’Investissements d’Avenir
•
6 LABEX (laboratoires d’excellence) :
Dans le cadre du Grand Emprunt, le Ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche
a lancé un ensemble d’appels d’offres destinés à doter les campus d’avenir de structures,
laboratoires et équipements mutualisés d’excellence. Les laboratoires de Centrale Paris et
de Supélec, avec leurs partenaires, se sont impliqués avec succès dans ces appels d’offres,
et participent aujourd’hui à :
•
•
•
•
•
•
•
Comin-Labs (Digital Communications and Informatics for the Future)
DigiCosme (Mondes numériques : Données programmes et architectures distribuées)
LaSIPS (Laboratoire des Systèmes et Ingénierie du Plateau de Saclay)
Nano-Saclay (Nano-lab multidisciplinaire de Paris-Saclay)
PALM (Physique : Atome, Lumière, Matière)
2 EQUIPEX (équipements d’excellence) :
•
•
•
CHARMMMAT (Chimie des ARchitectures Moléculaires Multifonctionnelles et des MATériaux)
Digiscope (développement des techniques de visualisation interactive de données très complexes)
MatMéca (élaboration de matériaux par métallurgie des poudres, calcul intégré à un réseau ultra rapide et
caractérisation micromécanique in situ)
3 IRT (institut de recherche technologie) :
•
•
•
B-Com (Réseaux et infrastructures numériques)
M2P (Matériaux, métallurgie, procédés)
SystemX (sciences du numérique et STIC)
Re nc on t re s d u C S I S
5
La force de la complémentarité
et du croisement des compétences
L
e Centre de Recherche CentraleSupélec, loin de se limiter à une « somme » d’équipes et de compétences, tire
sa force de la complémentarité entre l’expertise reconnue de Centrale Paris dans le domaine de la physique, et
celle de Supélec dans le domaine des STIC. Ensemble, les deux écoles proposent un très large spectre scientifique,
couvrant l’ensemble des Sciences de l’Ingénieur et des Systèmes.
La Recherche CentraleSupélec a pour mission de contribuer efficacement, par le progrès des connaissances, à
l’élaboration de réponses innovantes aux grands défis technologiques et sociétaux. L’ensemble de ses activités
s’inscrit ainsi au cœur des enjeux du XXI e siècle, et tout particulièrement dans 7 domaines clés : Systèmes de
communications – Énergie – Environnement et risques – Aéronautique et Transport – Santé et bio-ingénierie – Nanosciences – Systèmes d’entreprise.
Une recherche digne de se hisser au rang des leaders mondiaux
16 laboratoires ou équipes de recherche
1 fédération de Mathématiques
1 unité mixte internationale
2 laboratoires associés internationaux
la recherche
1 080 personnels de recherche dont :
CentraleSupélec
• 300 enseignants-chercheurs
en chiffres
• 65 chercheurs (CNRS, INRIA, ONERA)
• 525 doctorants
• 70 post-doctorants
•
120 personnels administratifs et techniques
553 publications internationales à comité de lecture
19 brevets
16 Chaires (dont 5 communes)
Ensemble, Centrale Paris et Supélec réunissent les deux critères caractérisant les « Schools of Engineering » des
grands pôles mondiaux : un large spectre scientifique (la qualité) et une masse critique (la quantité).
Forte de plus de 500 publications dans des revues internationales en 2013, la Recherche CentraleSupélec souhaite
aujourd’hui s’imposer sur la scène internationale, à travers notamment le renforcement de ses partenariats académiques, déjà forts mais encore propres à chaque École. L’alliance CentraleSupélec va permettre d’apporter encore
plus aux partenaires existants et de nouer de nouveaux partenariats, académiques et industriels.
L
a R e c h e rc h e CentraleSupélec a pour mission de développer sa recherche au meilleur niveau scientifique
international et d’établir les liens indispensables, avec d’une part les laboratoires universitaires et grands organismes de recherche, tant français qu’étrangers, et, d’autre part, avec les centres de recherche des entreprises.
6
de premier plan
Des réseaux et partenariats
Les partenariats académiques
Les Centres de Recherche de Centrale Paris et de Supélec sont associés aux grands organismes nationaux de
recherche (CNRS, INRIA, CEA…), à travers la constitution d’équipes mixtes, de groupements de recherche et de
nombreux projets collaboratifs. Ils sont également membres des grands pôles de compétitivité d’Île-de-France, de
Bretagne et de Lorraine.
À l’international, les partenariats reposent sur les coopérations scientifiques de chaque laboratoire. Centrale Paris
et Supélec possèdent de solides bases :
•
convention avec le Chinese Scolarship Council (CSC),
•
accord de cotutelle de thèse avec Politecnico di Milano,
•
partenariat depuis 2004 avec Georgia Institute of Technology à travers l’Unité Mixte Internationale à Metz,
•
laboratoire Franco-Singapourien Sondra (Supélec Onéra, NUS, DSO) à l’interface entre les sciences de l’ingénieur et les sciences de l’information,
•
signature d’une vingtaine de thèses en cotutelle avec l’Italie, la Tunisie, l’Australie, la Grèce, les États-Unis ou
le Brésil,
•
développement des échanges de recherche avec le Japon et la Corée du Sud…
Les partenariats industriels
Outre un nombre croissant de contrats de recherche avec un important réseau d’entreprises partenaires, Centrale
Paris et Supélec ont développé une nouvelle forme de partenariats avec le monde industriel : les chaires d’entreprises, collaborations de 5 à 10 ans permettant de faire avancer le front des connaissances sur des thématiques
d’avenir.
Aujourd’hui, 5 des 15 chaires en cours à Centrale Paris et Supélec sont communes aux deux Écoles :
•
La chaire « Sciences des Systèmes et Défis Énergétiques », soutenue par EDF ;
•
La chaire « Bâtir Durable et Innover », soutenue par Bouygues Construction ;
•
La chaire « System Modelling & Design », soutenue par EADS Innovation Works et portant sur les outils et
méthodes de conception des systèmes complexes dans le domaine aéronautique ;
•
La chaire « Armand Peugeot : Technologies Hybrides et Économie de l’Électromobilité » avec l’ESSEC, soutenue
par PSA Peugeot Citroën ;
•
La chaire « Blériot/Fabre : Robustesse, contrôle et modélisation systèmes embarqués aéronautiques », soutenue
par SAFRAN.
7
De
Saclay
nouveaux succès
partagés par Centrale Paris et Supélec
DE TRÈS BONS RÉSULTATS AUX APPELS A PROJETS RECHERCHE IDEX 2013
Ensemble, Supélec et Centrale Paris ont obtenus de très bons résultats aux appels à projets IDEX 2013,
avec un engagement des 2 Écoles dans 3 des 7 projets sélectionnés :
•
NanoDesign : plateforme partenariale autour de la maturation des nanotechnologies et du design de nouvelles
architectures de circuits ;
•
Institut de Modélisation des Systèmes Vivants (IMSV), avec l’Intégration pour les cellules bactériennes et la
Modélisation intégrée de la plante ;
•
L’Institut Société Numérique.
Ces succès témoignent de la forte insertion dans le programme des Investissements d’Avenir (PIA) et l’Université
Paris-Saclay.
L A PARTICIPATION À L A STRUCTUR ATION DES ÉCOLES DOCTOR ALES À SACL AY
En 2015, l’Université Paris-Saclay regroupera toutes les écoles doctorales des établissements du plateau en un
seul Collège Doctoral. Ce collège décernera un diplôme unique - le doctorat de l’Université Paris-Saclay, et sera
structuré en 17 Écoles Doctorales co-opérées par plusieurs établissements. En 2013, Centrale Paris et Supélec,
seront co-opérateurs de quatre Écoles Doctorales : « STIC », « Electrical, Optical and Bio Engineering », « Interfaces »,
« Sciences Mécaniques et Énergétiques, Matériaux et Géosciences ».
CENTR ALE PARIS ET SUPELEC INAUGURENT UNE CHAIRE AVEC SAFR AN
La chaire Blériot-Fabre « Systèmes embarqués robustes, de la conception à l’architecture » signée avec Safran, commune à Centrale Paris et Supélec, a été inaugurée le
12 décembre. Les systèmes de navigation, de contrôle moteur, de management de
l’énergie ou encore de sécurité des flux passagers développés par les ingénieurs de
Safran étant de plus en plus complexes, cette chaire a pour but de travailler à la modélisation
des nombreux paramètres entrant dans la conception, la simulation, l’architecture et le développement de ces
systèmes. La chaire va ainsi contribuer à l’émergence d’une discipline nouvelle au sein de la Science des Systèmes :
l’ingénierie des modèles.
PARTENARIATS
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Faits marquants
pour centrale paris
Une Fédération de Mathématiques rattachée au CNRS
Les mathématiques occupant une place décisive dans l’enseignement et de la recherche
de l’École, Centrale Paris souhaitait regrouper au sein d’une structure fédératrice
l’ensemble de ses mathématiciens, jusqu’alors répartis dans plusieurs laboratoires.
Inaugurée le 23 avril 2013, la Fédération de Mathématiques, rattachée à l’Institut des
Sciences Mathématiques et leurs Interactions (INSMI) du CNRS, rassemble plus de 20
chercheurs et enseignants-chercheurs, et un nombre comparable de chercheurs
sur postes temporaires, issus des laboratoires MAS (Mathématiques Appliquées aux
Systèmes), EM2C (Énergétique Moléculaire, Macroscopique et Combustion) et MSSMat
(Mécanique des Sols, Structures et Matériaux).
La Fédération bénéficie également du méso-centre de calcul de Centrale Paris, créé
en 2010, qui rassemble l’ensemble des sciences numériques de l’École et repose sur
une forte composante mathématiques.
Inauguration de la chaire Total
Inaugurée le 5 juin 2013 à la Maison de la Recherche à Paris, la chaire « Risques Achats dans les Projets Complexes », signée avec Total, a pour but d’aider l’entreprise à maîtriser les risques liés aux achats dans le cadre de
ses projets complexes. Elle s’appuie sur les compétences du laboratoire de Génie Industriel et du Département
Sciences de l’Entreprise de Centrale Paris.
Avec l’Institut PS2 E , la recherche centralienne confirme son leadership à
Saclay
Centrale Paris est devenue en 2013 membre fondateur d’un Institut de Transition Énergétique (ITE) : l’Institut
de Recherche et de Formation Paris Saclay Efficacité Énergétique (PS2E). Avec pour ambition de transformer
avantageusement les contraintes énergétiques et environnementales en leviers pour la compétitivité des entreprises
et la croissance nationale, cet institut réunit les acteurs de la chaîne énergétique autour de 3 programmes R&D
stratégiques : la flexibilité énergétique, l’efficacité énergétique des systèmes industriels, et la simulation, conception
et gestion d’écosystèmes industriels.
Centrale Paris et l’Institut d’Alembert lancent l’appel à projets INTER ACTIONS
Engagé en 2012, le rapprochement entre Centrale Paris et l’Institut d’Alembert à l’ENS Cachan s’est concrétisé en
2013 avec le lancement de leur premier appel à projets de recherche communs : INTERACTIONS, qui a pour but
de favoriser le démarrage de projets mettant en œuvre les moyens et les compétences complémentaires de
leurs laboratoires respectifs. Les projets soutenus, présentant de forts caractères d’innovation et d’interdisciplinarité,
reçoivent un budget incitatif permettant d’explorer des idées nouvelles et d’envisager d’éventuelles demandes de
subventions.
ÉVÉNEMENT
Une grande conférence internationale sur la modélisation mathématique des systèmes complexes
À l’occasion de son 10e anniversaire, le laboratoire de Mathématiques Appliquées aux Systèmes de
Centrale Paris a organisé une grande conférence internationale sur la modélisation mathématique des
systèmes complexes les 11, 12 et 13 décembre 2013 sur le campus de l’École.
Pendant trois jours, 17 conférences plénières étaient organisées réunissant les experts internationaux sur la modélisation mathématique des systèmes complexes dans les sciences sociales et les
sciences de la vie.
9
NIKOS PAR AGIOS NOMMÉ RÉDACTEUR EN CHEF DE L A RE VUE COMPUTER
VISION AND IMAGE UNDERSTANING
Nikos Paragios, professeur de Mathématiques Appliquées et directeur du Centre for Visual Computing de Centrale Paris, est nommé rédacteur en chef de la revue Computer Vision and Image
Understanding (CVIU), classée dans le top 20 des revues dédiées aux sciences des calculateurs
par le Times Higher Education.
DISTINCTIONS
L aboratoire EM2C (Énergétique Moléculaire , Macroscopique
et Combustion)
Sébastien Candel, enseignant-chercheur à EM2C, est un des 6 lauréats
du "Distinguished Alumni Award" de Caltech. Depuis 1966, Caltech Alumni
récompense ses anciens élèves pour leur contribution remarque à la formation, à la recherche, à l’entreprise et à la philantrophie. Le "Distinguished
Alumni Award" est la plus grande distinction qu’attribue Caltech.
L aboratoire MAS (Mathématiques Appliquées aux Systèmes)
Frédéric Magoulès et son équipe reçoivent le prix « CUDA Research Center » décerné par NVIDIA, leader mondial
de l’informatique visuelle, pour leurs travaux sur le développement de nouvelles méthodes mathématiques et algorithmes numériques pour la résolution de problèmes complexes de très grandes tailles sur processeurs graphiques.
L aboratoire LGPM (Génie des Procédés et Matériaux )
Geneviève Fioraso, Ministre de l’Enseignement supérieur et de la recherche, salue l’apport des contributions françaises aux résultats de la mission Curiosity sur Mars, dont celui d’Arnaud Buch, qui a participé à la mise au point
du robot SAM, permettant d’analyser les échantillons minéraux et atmosphériques martiens.
L aboratoire de Génie Industriel
Myriam Karoui et Aurélie Dudezert reçoivent le prix CIGREF-AIM du meilleur article scientifique 2012 en Management
des Systèmes d’Information pour leur article « Capital social et enjeux de pouvoir, une perspective socio-politique
de l’appropriation d’une technologie de RSE au sein d’une collectivité territoriale ».
L aboratoire SPMS (Structures Propriétés et Modélisation des Solides)
Anne Spasojevic-de-Biré publie dans la revue International Innovation un article intitulé « A change of phase :
learning about crystal information », dans lequel elle décrit ses travaux le nouveau dispositif de nucléation induite
par laser qu’elle a développé dans le cadre des thèses d’Aziza Ikni et de Bertrand Clair, en collaboration étroite
avec le laboratoire EM2C.
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Faits marquants
pour SUPÉLEC
RÉORGANISATION DE LA RECHERCHE SUR LE CAMPUS DE GIF-SUR-YVETTE
La réorganisation de la recherche sur le campus de Gif-sur-Yvette a été une action majeure de l’année. Elle a
été consacrée par les visites de l’AERES. Cette réorganisation permet d’asseoir dans Paris-Saclay la place de la
recherche, tant en STIC qu’en Génie Électrique du futur Grand Établissement CentraleSupélec, aux côtés des autres
tutelles que sont l’Université Paris-Sud, le CNRS et l’UPMC.
LE LABORATOIRE DE GÉNIE ÉLECTRIQUE DE PARIS A REÇU LE SECOND PRIX DU PRIX FIEEC/F2I DE
LA RECHERCHE APPLIQUÉE
Ce prix récompense des travaux de recherche qui, à travers un partenariat avec une PME/ETI, ont contribué à
générer de la croissance et des emplois sur le territoire.
LE LMOPS PUBLIE UN ARTICLE DANS LA REVUE NATURE PHOTONICS « OPTICAL RESONATORS :
CHAOS AIDS ENERGY STORAGE »
Les résultats de Marc Sciamana montrent que les résonateurs optiques déformées qui guident les modes de
propagation chaotique stockent plus d’énergie que les cavités classiques Avec un taux d’impact ISI Thomson en
2011 de 29.278, Nature Photonics est classée numéro 1 des revues scientifiques internationales dans la catégorie
«optique» et fait partie du top 20 des revues scientifiques.
DÉMARRAGE DE LA CHAIRE INTERNATIONALE DE HONGGANG ZHANG
VIA LE LABEX COMINLABS
ÉVÉNEMENTS
L’équipe SCEE a le plaisir d’accueillir depuis le 8 janvier le professeur Honggang Zhang,
titulaire de l’une des deux premières chaires internationales du laboratoire d’excellence
Comin Labs. La chaire concerne l’étude de l’Ecoradio et Radio Intelligente. Honggang
Zhang est professeur au Department of Information Science and Electronic Engineering de
l’université de Zhejiang, à Hangzhou en Chine.
DÉMARRAGE DE L’IRT B-COM
Supélec est membre fondateur de l’IRT B-com, labellisé par le Pôle de compétitivité
Images et Réseaux, dont les objectifs sont de développer des compétences et des
briques technologiques dans les domaines des contenus multimédia, des réseaux ultra
haut débit, et de la médecine du futur.
Les projets de cet IRT ont démarré en 2013, avec trois premières mises à disposition
d’enseignants-chercheurs.
DÉMARRAGE DE L’IRT M2P (Matériaux, métallurgie, procédés)
En janvier 2013, l’Institut de recherche technologique matériaux, métallurgie et procédés (IRTM2P) est créé. Il vise à la création progressive d’une ingénierie des matériaux fonctionnalisés et
architecturés à différentes échelles. Il est orienté vers les marchés du transport, de l’énergie et
l’industrie. Les laboratoires de Supélec campus de Metz y sont fortement impliqués.
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ROMAIN COUILLET DÉCORÉ PAR LE CNRS
DISTINCTIONS
Romain Couillet, professeur assistant dans le département Télécom à Gif, a
été nommé médaille de bronze du CNRS Bronze dans la section «Science de
l’information et ses interactions». Ce prix récompense chaque année de jeunes
chercheurs, choisis par leurs pairs, dans chaque discipline du CNRS (environ
40 au total) pour leurs premiers travaux de recherche.
PARMI LES NOMBREUX PRIX ATTRIBUÉS EN 2013 :
•
Hikmet Sari a reçu en décembre 2012 Harold Sobol Award de l’IEEE Communications Society pour ses
contributions exemplaires à l’organisation et au management technique des conférences phares de cette société
•
L’équipe SCEE a été récompensée pour ses publications aux “Best Readings in Green Communications”
de la IEEE ComSoc, http://www.comsoc.org/best-readings/green, dans trois catégories: Catégorie «Green
cognitive communications and computing», catégorie «Green software, hardware, devices, and equipment for
communications» et catégorie «Special Issues».
•
Dans le Challenge Éco-Techno, organisé par l’Université de Lorraine, les travaux de deux doctorants messins,
Mathieu Lauffer (Supélec) et Joris Huguenin (lmops), portant sur la ‘gestion des eaux et protection de l’écosystème aquatique’ ont été récompensés par le ‘Prix du défi’ dans la catégorie ‘Protection de l’environnement’.
•
Jean-Louis Guénégo et Mérouane Debbah (chaire Alcatel-Lucent en radio flexible) ont reçu le 2 Juillet
2013, en présence de Geneviève Fioraso, Ministre de l’Enseignement supérieur et de la Recherche le prix du
15e concours national d’aide à la création d’entreprises de technologies innovantes pour leur projet de stockage
distribué basé sur leur protocole OCP (Open Cloud Protocol).
•
Jakob Hoydis, doctorant de la chaire Alcatel-Lucent en radio flexible, a reçu le prestigieux prix 2013 VDE
ITG Foerderpreis (équivalent allemand de la société de la théorie de l’information) pour sa thèse soutenue en
2012 à Supélec.
13
laboratoires & équipes de recherche
centrale paris
EM2C CNRS UPR 288
SPMS CNRS UMR 8580
MSSMAT CNRS UMR 8579
LGPM EA 4038
MAS EA 4037
LGI EA 2606
LPQM CNRS UMR 8537 ENS CACHAN
CVN
L a b o ratoire É nergétique M oléculaire et M acroscopique, @@ C ombustion - EM2C CNRS UPR 288
La recherche en énergie au cœur des défis industriels du XXIe siècle
L
e l a b o r a t o i re EM2C, Unité Propre du CNRS et laboratoire de l’École Centrale Paris, combine une
recherche académique de très haut niveau avec des études appliquées en partenariat avec les plus
grandes entreprises ou centres de recherche du domaine des transports et de l’énergie.
Énergie et transport sont devenus des enjeux majeurs susceptibles de bouleverser en profondeur l’organisation générale de la société. La raréfaction du pétrole, l’utilisation raisonnée des énergies fossiles, la réduction
des émissions polluantes, le développement des énergies renouvelables et les risques de changement
climatique induisent nombre de questions scientifiques. Par sa recherche académique de très haut niveau
en énergétique et combustion depuis les échelles moléculaires jusqu’à des échelles plus macroscopiques
et par des études appliquées en partenariat avec les plus grandes entreprises ou centres de recherche du
domaine des transports et de l’énergie, le laboratoire EM2C, Unité Propre du CNRS et laboratoire de l’École
Centrale Paris, contribue significativement au progrès des connaissances sur ces questions difficiles.
UPR 288
Pour relever ces défis, les activités de recherche du laboratoire sont organisées autour de trois axes intitulés
Combustion, Plasmas hors équilibre, Physique des transferts et d’une action transverse en Mathématiques appliquées.
C om b ustio n
L
es activités dans l’axe Combustion concernent la compréhension, la maîtrise, la simulation, l’amélioration et l’optimisation de la combustion. Les objectifs sont une meilleure connaissance des mécanismes élémentaires et de leurs
interactions grâce aux compétences développées simultanément dans l’expérimentation, la modélisation et la simulation
numérique haute performance. Ces recherches s’appuient aussi sur des innovations dans le domaine des diagnostics,
des capteurs, des actionneurs, des méthodes de contrôle et des moyens de simulation.
P lasmas
L
h ors é q uili b re
e s é t u d e s pour les Plasmas hors équilibre comprennent d’une part un volet fondamental sur la physique des
décharges électriques, ainsi que sur la cinétique chimique et le diagnostic des plasmas hors équilibre à pression
atmosphérique, et d’autre part un volet applicatif dans les domaines de l’énergétique (allumage et stabilisation de mélanges
pauvres en combustible, production d’hydrogène), de l’aérodynamique, de la rentrée atmosphérique et de l’environnement
(traitement d’effluents gazeux).
“
P h y si q ue
L
des
Tra n s f erts
es recherches conduites dans l’axe Physique des Transferts s’articulent autour des transferts par rayonnement, tant
dans les milieux gazeux et réactifs qu’en milieux divisés, des transferts dans les milieux poreux et de la nanothermique.
En combinant approches fondamentales et développement de modèles effectifs de transferts thermiques, ces recherches
permettent de s’attaquer à des verrous scientifiques et technologiques liés à des applications aussi variées que la rentrée
atmosphérique de véhicules spatiaux, le transfert dans un cœur de réacteur nucléaire ou les nanomatériaux.
CHIFFRES CLéS
”
Enseignants-chercheurs et Chercheurs : 29
Doctorants : 48
Post-Doc : 8
Ingénieurs Techniciens et Administratifs : 14
Publications de rang A (Source : web of science) : 65
Montant des Contrats Signés : 2 000 000 €
CONTACT
www.em2c.ecp.fr
Directeur : Olivier Gicquel
Tél : +33 (0)1 41 13 10 55
Fax : +33 (0)1 47 02 80 35
Mèl : [email protected]
16
(hors
chaires)
Partenaires académiques
CERFACS, CORIA, CETHIL, ENS, ESPCI, LIMHP,
PC2A, Colorado State University, Johns Hopkins
University, Old Dominion University, Pennsylvania
State University, Stanford University, Yale University, University of Rochester, MIT, Nasa Research
Centers, Magdeburg, Université de Potsdam, Université Autonome de Madrid, Université d’Acunsion
Paraguay, JAXA, etc.
A cti v it é
L
tra n s v ersale
’ a c t i o n t r a n s v e r s a l e en Mathématiques Appliquées s’appuie sur une
activité soutenue dans le domaine des mathématiques et la mise en place de
projets à l’interface des disciplines utilisant le calcul scientifique et le calcul haute
performance (HPC). Elle est menée en forte interaction avec les expérimentateurs
du laboratoire. Ces études expérimentales permettent en effet d’envisager dans
un premier temps la validation des codes de calcul développés. Les simulations
couplées aux résultats expérimentaux forment alors une nouvelle source de compréhension approfondie des phénomènes physiques étudiés.
Faits Marquants 2013
•
Sébastien Candel, Professeur à l'École Centrale Paris, a reçu le Distinguished Alumni Award du California Institute of Technology (2013)
•
Marc Massot, Professeur à l’École Centrale Paris, a été Visiting Professor
(Senior Fellowship) au Mechanical Engineering Department, Center for Turbulence Research, Stanford University (2012-2013)
•
L’équipe Plasmas a obtenu le Best student poster award pour Marien Simeni
Simeni, Stancu, G.D., and Laux, C.O., “Nitric oxide detection in atmospheric
pressure nanosecond repetitively pulsed discharges by Quantum Cascade
Laser Absorption Spectroscopy,” 10th Frontiers in Low Temperature Plasma
Diagnostics (FLTPD) Workshop, Kerkrade, The Netherlands, April 28 – May
2, 2013.
•
Sébastien Candel et Christophe Laux, tous deux Professeurs à l’École Centrale Paris, on été nommé au Sénat Académique de l’Université Paris Saclay.
•
Dominique Gobin, directeur de recherche CNRS, membre du laboratoire,
a été nommé au Conseil Scientifique de l’INSIS (Institut des sciences de
l’ingénierie et des systèmes).
La chambre de combustion annulaire MICCA d’une
puissance de 100kW est équipée de 16 injecteurs
« swirlés », configuration très proche d’un foyer de
turbine d’hélicoptère.
Nanostructuration d’une surface d’atomes
d’or par un polymère thermo-sensible en
interaction avec des molécules d’eau :
Le polymère permet d’exalter d’un ordre
de grandeur le transfert de chaleur vers le
fluide.
Décharge NRP luminescente dans l’air ambiant T = 300 K, P = 1
atm. gauche régime multicanal, droite régime monocanal. Distance interélectrode : 5 mm.
Répartition de la densité de gouttes dans une
turbulence homogène isotrope calculée par
une méthode de type Galerkin discontinue
préservant les contraintes convexes de réalisabilité sur un maillage non-structurée.
Partenaires industriels
Air Liquide, Areva, CEA, CNES, DGA, EDF, ESA,
GDF-Suez, IFP Énergies Nouvelles, IRSN, MBDA,
Onera, PSA, Renault, Safran, etc.
17
L a b o ratoire S tructures , P ropriétés
SPMS - UMR CNRS 8580
et
M odélisation
des
S olides
THÈMES DE RECHERCHE
M at é riau x
C
f o n ctio n n els pour l' é n er g ie
et axe de recherche étudie et propose de nouveaux matériaux pour applications énergétiques, plus
spécifiquement pour le nucléaire et pour les technologies de l’hydrogène. Il inclut le Laboratoire de
Recherche Conventionné CARMEN (École Centrale Paris, CNRS et CEA) qui s’intéresse aux propriétés
de matériaux céramiques à l’équilibre et hors équilibre thermodynamique. Cette équipe mixte étudie
également l’influence des conditions d’élaboration sur les propriétés des matériaux et la dégradation
de ces propriétés induite par le vieillissement en milieu extrême, de première importance pour les applications nucléaires.
Cet axe comprend également une activité autour des « matériaux et technologies de l’hydrogène », dont l’objectif est de
trouver les matériaux de rupture qui permettront un fonctionnement des piles à combustible à oxyde solide à plus basse
température ou la production propre d’H2 par photolyse. Une activité importante concerne la mesure des propriétés de
transport (impédance, complexe, conductivité, relaxation) sous température et atmosphère contrôlées.
F erroi q ues A va n c é s
C
et a x e de recherche s’intéresse à des oxydes fonctionnels dont les propriétés sont gouvernées par la polarisation
électrique, l’élasticité mécanique, l’aimantation magnétique et le couplage entre ces grandeurs dites ferroiques. Notre
objectif est de :
• Concevoir et développer de nouveaux matériaux à différentes échelles (cristaux, céramiques, couches minces, nanofils,
nanocomposites, hétérostructures…),
• étudier de nouvelles fonctionnalités en vue d’applications potentielles dans l’électronique (mémoires ferroélectriques,
filtres acoustiques, électronique de spin...), l’énergie (récupération d’énergie mécanique, stockage électrique, photovoltaïque…), le pétrole (capteurs-actionneurs dans les puits de pétrole) ou encore le vivant via des prothèses
biomécaniques,
• mieux comprendre les mécanismes microscopiques (couplage électromécanique, magnétoélectrique, photoélectrique…) mis en jeu dans ces fonctionnalités afin d’optimiser les propriétés et d’en prédire le comportement.
Cette recherche s’appuie sur des méthodes et outils à la pointe de la technologie, depuis la fabrication et la nanostructuration des matériaux jusqu'à leur modélisation en passant par une large gamme de techniques de caractérisation.
S tructures É lectro n i q ues , M od é lisatio n s
L
“
et
S imulatio n s
’objectif scientifique de cet axe est le développement de méthodes innovantes aussi bien dans le domaine de la
théorie que de l’expérience. Les thèmes de choix des recherches théoriques concernent le développement de nouvelles
fonctionnelles dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et la prise en compte des effets quantiques
en dynamique moléculaire. Du point de vue expérimental, on peut mentionner la nucléation induite par laser (NPLIN),
sans oublier les méthodes développées pour l’analyse conjointe de données expérimentales provenant d’expériences de
nature différente. Il s’agit d’une opération mixte (Centrale Paris, Faculté de Pharmacie de Paris-Sud) : pour cette raison,
l’étude des interactions cibles biologiques – principes actifs a toujours occupé une place importante. Néanmoins, d’autres
systèmes ont été considérés : mentionnons, par exemple, les matériaux thermoélectriques, les oxydes (éventuellement
sous pression) ou encore les surfaces.
CHIFFRES CLéS
”
Enseignants-chercheurs et chercheurs : 12
Doctorants : 15
Publications de rang A (Source web of science) : 39
Montant des Contrats Signés : 335 000 €
National : CEA-Saclay, Cadarache, École Polytechnique,
Faculté de Pharmacie (Châtenay-Malabry), université d’Orsay,
Paris VI, Dijon, Bordeaux, Amiens, Le Mans, Nancy, ENSG, ILL,
ESRF, LLB, Soleil, LETI, Thiais, Vitry...
International : universités de Tokyo Waseda, Spring8, Arkansas, Brookhaven, EPFL, Cracovie, Marrakech, Belgrade,
Gênes, Lisbonne, Ljubliana, Hanoï, Cranfield, Barcelone, Xi’an.
(hors chaires)
CONTACT
www.spms.ecp.fr
Directeur : Guilhem Dezanneau
Tél. : +33 (0)1 41 13 12 11
Fax : +33 (0)1 41 13 14 37
Mél : [email protected]
18
Partenaires SCIENTIFIQUES
Thales, Thales Underwater Systems, Ferroperm, Imasonic
(échographie médicale), Ixsea (Sonar), ST micro, Leti, HoribaJobin Yvon, Saint-Gobain, NanoE, etc.
Techniques expérimentales
•
•
•
•
•
•
Diffraction des rayons X haute résolution en température, sous champ électrique et atmosphère contrôlée ;
Mesures électriques entre 10 et 1473 K : 4 points, impédance, Van der Pauw, etc. ;
Spectroscopie Raman in situ (77-873 K) ;
Analyses thermique et thermogravimétrique ;
Élaborations de Poudres et Nanopoudres, Monocristaux, Couches Minces, Mises en formes de Céramiques ;
Modélisation : Calculs DFT, Monte-Carlo, dynamique moléculaire.
Domaines d’application
•
•
•
Industrie nucléaire, matériaux céramiques pour les réacteurs de 4e génération.
Céramiques fonctionnelles : condensateurs multicouches à forte capacité volumique, transducteurs piézoélectriques,
microsystèmes, actuateurs électrostrictifs.
Domaine biomédical, industries pharmaceutique, chimique et agro-alimentaire, chimie analytique, gemmologie et minéralogie, filière hydrogène, piles à combustibles, production d’hydrogène, élaboration de céramiques nanostructurées.
Exemples de travaux
A n alyse R iet v eld
en incide nce rasa nte
Les matériaux nanocristallins et les systèmes polycristallins soumis à des irradiations sont le
siège d’évolutions structurales susceptibles de modifier leurs propriétés macroscopiques. Que
ce soit pour prévoir les conséquences des irradiations subies (en réacteur, dans l’espace...) ou
pour maîtriser les évolutions des microstructures induites par des réactions chimiques ou par
le grossissement des grains, il est nécessaire de disposer d’une description de l’ensemble des
processus mis en jeu (température, chimie, irradiation…) aux différentes échelles (atomique,
nano et méso.). La diffraction des rayons X en incidence rasante apporte des informations
pertinentes à chacune de ces échelles. Pour exploiter les faibles signaux émis par des
échantillons dont l’épaisseur typique est de quelques nanomètres, nous avons eu recours
à des sources de rayons X brillantes, à l’emploi de détecteurs de type PSD et développé un
logiciel d’analyse Rietveld adapté pour ces besoins [2-4].
Exemple de diagramme de diffraction d’une
couche mésoporeuse d’oxyde de cerium
dopé Gd, mesuré en incidence rasante et
affiné par la méthode de Rietveld.
Coll : ESRF Grenoble, LCMCP Collège de France, CIMAP Caen
Réf. : [1] G. Baldinozzi, G. Muller, C. Laberty-Robert, D. Gosset, D. Simeone, and C. Sanchez, J. Phys. Chem. C, 116(14) :7658–7663, 2012 ; [2] D. Simeone,
G.Baldinozzi, D.Gosset, G.Zalczer, J.F.Berar, J. Appl. Crystallography, 44 :1205–1210, 2011 ; [3] D. Simeone, G. Baldinozzi, D. Gosset, S. Le Caer, and J.-F.
Berar, Thin Solid Films, 530(0) :9–13, 2013 ; [4] D. Simeone, D. Gosset, G. Baldinozzi, J. Appl. Cryst., 46(1) :93–98, 2013
P ilotag e
mag n é tique par u n e te n sion électrique proch e de la tempé rature
am b ia nte
Modulation de l’état magnétique en fonction de la tension imposée
Contrôler une aimantation à l’aide d’une tension (voltage) électrique est un véritable défi scientifique et technologique tout particulièrement pour le développement de nouvelles mémoires
magnétiques de basse consommation. Actuellement le changement d’état d’aimantation
(1 ou 0 d’un point de vue binaire) dans une mémoire magnétique est réalisé par l’application
d’un champ magnétique généré par un courant électrique. En collaboration avec l’UM de
Physique CNRS-Thales, le LPS d’Orsay et le HZB de Berlin, nous montrons qu’en appliquant
quelques volts sur un substrat de BaTiO3, il est possible de piloter la température de transition
antiferromagnétique-ferromagnétique d’une couche mince de FeRh épitaxiée sur ce substrat.
Le mécanisme sous-jacent est dû aux effets de déformations et de charges transmis de BaTiO3
au FeRh via l’interface les séparant. Ce changement s’accompagne d’une forte variation de
l’aimantation proche de la température ambiante et ouvre donc des perspectives d’application
très prometteuses.
Contact : [email protected]
Ref.: R. O. Cherifi et al., Nature Materials 13, 345 (2014)
Une
nou v elle fonction n elle h y b ride pour u n e modélisation h aute - précision de
la structure é lectronique
La précision des résultats obtenus par calculs ab initio de structure électronique effectués dans le
cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité, dépend de la fonctionnelle énergie d’échange
et corrélation utilisée. Les fonctionnelles disponibles sont souvent classifiées à l’aide de l’« échelle
de Jacob » : plus on monte, plus les fonctionnelles sont censées être précises tout en demandant
des temps de calcul plus longs. Dans le cadre de l’ANR Dinf DFT, nous avons proposé plusieurs
fonctionnelles se situant aux différents niveaux de cette classification. La dernière en ordre de
temps est PBE0-1/3 [1,2], une fonctionnelle hybride qui présente une caractéristique extrêmement rare : elle ne comporte pas de paramètres ajustés d’une façon empirique. Cette nouvelle
fonctionnelle a été testée en calculant plusieurs propriétés moléculaires : énergies d’atomisation,
barrières pour réactions chimiques, liaisons hydrogènes, états excités… L’ensemble de ces tests a
montré que la nouvelle fonctionnelle est hautement concurrentielle par rapport à des fonctionnelles
hybrides très largement utilisées, telles que PBE0 ou B3LYP.
PBE0-1/3
Échelle de Jacob de la précision en chimie
Réf.: [1]P. Cortona, The Journal of Chemical Physics 136, 086101 (2012); [2] C. A. Guido, E. Brémond, C. Adamo and
P. Cortona, The Journal of Chemical Physics 138, 021104 (2013)
19
L a b o ratoire M écanique des S ols , S tructures
MSSM at UMR CNRS 8579
et
M atériaux
C
o mpor t e m e n t mécani q ue de structures à des échelles très différentes, allant
du kilomètre (génie parasismique) au nanomètre (composites renforcés par nanotubes de carbone), se fondant sur une approche mixte expérience et calcul intensif et
une forte pluridisciplinarité.
Science & Ingénierie des Matériaux (SIM)
L
’activité de recherche se déploie dans des domaines complémentaires s’appliquant aux matériaux métalliques, aux
géomatériaux, aux polymères renforcés, et aux biomatériaux et aux tissus biologiques. Couvrant plusieurs échelles du
nanomètre à l’échantillon macroscopique massif, les approches utilisées couplent expérience, modélisation et simulation,
dans un dialogue constant.
Deux thèmes majeurs sont abordés :
• Élaborer et optimiser les matériaux :
• Nanotubes, cellules vivantes, composites à renforts micro- et nano-hybrides, alliages métalliques, biomatériaux, sols
• Optimisation en vue de propriétés mécaniques, physiques, électriques, thermiques
• Prévoir et simuler le comportement des matériaux en conditions d’usage sévères :
• Caractérisation du comportement sous sollicitations monotones et cycliques
• Effet du temps et de l’environnement
• Endommagement, rupture, fatigue
À partir d’approches communes :
• Couplage expérience – simulation numérique :
• Caractérisation et mesure aux échelles fines (imagerie 3D…)
• Identification de paramètres sous chargement thermomécanique et par mesure de champ
• Analyse d’essais complexes par modélisation mécanique
• Modélisation de matériaux hétérogènes à différentes échelles :
• Quantification des relations entre microstructure et propriétés
• Détermination des microstructures optimales en vue de propriétés d’usage visées.
Science & Ingénierie Numérique (SIN)
L
“
e s t r a v a u x dans ce domaine ont pour objectif de développer des modèles et des méthodes numériques pour la
simulation du comportement mécanique des matériaux et des structures. Les modèles développés vont de l’échelle
atomique, avec des éléments finis ab initio visant à déterminer les propriétés mécaniques du matériau à partir d’une résolution simplifiée l’équation de Schrödinger, jusqu’à l’échelle kilométrique pour des calculs sismiques destinés à identifier
des effets de sites au sein de villes.
CHIFFRES CLéS
”
Enseignants- chercheurs et C hercheurs : 20
D octorants : 37
Visiteurs et Post-D oc : 7
Ingénieurs Techniciens et A dministratifs : 19
Publications de rang A (S ource web of science) : 39
M ontant des C ontrats S ignés : 1 045 875 €
(hors chaires)
20
Avec de très nombreuses universités françaises et laboratoires CNRS,
CEA, etc.
À l’étranger : Université Technologique de Vienne (Autriche), Université de Louvain et Université libre de Bruxelles (Belgique), Universidade
Federal do Rio de Janeiro (Brésil), École Polytechnique de Montréal
et Université de British Columbia (canada), Institut de recherches
métallurgiques de Shenyang, Institute of Physics/Chinese Academy of
Science, Northwest University, University of Science & Technology et
Université d’aéronautique et d’astronautique de Pékin (Chine), Université des Andes (Colombie), BarcelonaTech (Espagne), Université Aristote de Thessalonique (Grèce), Université méditerranéenne de Reggio
de Calabre (Italie), Université de Saitama (Japon), Institut Supérieur
Technique de Lisbonne et Université de Minho (Portugal), Université
Technique de Prague (République Tchèque), Université Pédagogique
de Perm (Russie), Université Tichrine de Lattaquié (Syrie), Faculté des
Sciences de Bizerte (Tunisie), Institute for Computational Engineering
and Science (Texas University, TX), Ames Lab (Université d’État de
l’Iowa,IA), Université de l’Illinois (Urbana-Champain, IL), Jet Propulsion
Laboratory (Nasa-Caltech, Pasadena, CA) et Université Columbia (New
York, NY) (États-Unis), Université Centrale du Venezuela (Venezuela).
ÉQUIPEMENTS SPÉCIFIQUES
•
•
•
•
•
Microscopie : MEB avec EDS et EBSD, MEB-FIB, MET JEOL120 et MET TITAN, microscope à force atomique
Essais mécaniques : Machines de traction-torsion et traction-compression (monotone et fatigue, -200 / 1200°C, trempe hélium, quasistatique → 1m/s), nano-indenteur, micromachines pour essais in situ MEB et RX, essais sur mono micro-fibre
Mesures physiques : Diffraction X (textures et contraintes internes), mesures thermiques, mesures (di)électriques, DMA, porosimétrie
Élaboration : Nanotubes par CVD, diagnostics in situ, mise en œuvre des composites, culture cellulaire
Moyens de calcul : Accès au méso-centre de calcul de Centrale Paris (calculateur parallèle de plus de 1 000 cœurs)
Les compétences scientifiques s’articulent autour de deux points forts :
•
Développer des modèles évolués pour des milieux particuliers :
• Géomatériaux avec leurs aspects multiphysiques couplés
• Milieux aléatoires et propagation des ondes pour les études sismiques
• Milieux enchevêtrés pour le comportement des structures câblées et textiles
•
Mettre au point de méthodes numériques adaptées et performantes :
• Éléments finis ab initio
• Identification de champs par approche inverse
• Éléments finis adaptatifs en espace-temps
• Méthodes de couplages de modèles et approches multi-échelles
Le travail en synergie entre l’équipe SIN et l’équipe SIM se construit autour de :
L’élaboration de modèles à partir d’identifications expérimentales
La validation et le recalage de simulations par comparaison avec l’expérience
L’interprétation et le pilotage des explorations expérimentales à l’aide de la simulation
•
•
•
Le souci de proposer des applications performantes se traduit par une forte implication au sein du mésocentre de calcul
de Centrale Paris, destiné à promouvoir le recours au calcul haute performance et au parallélisme.
AXES THÉMATIQUES DE RECHERCHE
C aract é risatio n
et
M od é lisatio n M ulti - é c h elles
des
M at é riau x (CM3)
Ce thème de recherche a pour but de caractériser et prendre en compte des phénomènes
d’échelles très différentes et leurs interactions multiples, en prenant comme applications
les matériaux polycristallins et les câbles tressés notamment. Il s’agit d’une thématique
transverse vis-à-vis des préoccupations du laboratoire, qui met en synergie des savoirfaire variés et permet d’utiliser de manière conjointe des moyens expérimentaux riches
et des outils numériques originaux. C’est pour répondre à de nombreux verrous actuels
que l’axe CM3 souhaite faire émerger des projets originaux comme autant de réponses
à la problématique du multi-échelle, en cohérence avec les enjeux à l’Horizon 2020 et en
synergie avec les deux autres axes du laboratoire.
D y n ami q ue , O n des
et
Détermination des contraintes au sein d’un
câble multi-toron
A l é as (D y n O d A s )
L’objectif majeur de ce thème est la modélisation numérique du comportement dynamique de sols, structures et matériaux, plus particulièrement lié à des phénomènes de
propagation des ondes.
Il met en particulier en œuvre des modèles numériques multi-échelles en dynamique, ainsi
que des modélisations et simulations probabilistes. Ces développements s’appuient sur
la simulation HPC pour la propagation des ondes.
M ultip h y si q ue
et
I n ter faces (MPI)
Ce thème vise à l’amélioration des propriétés macroscopiques mécaniques et physiques
des matériaux, notamment poreux et/ou vivants, en partant d’une analyse expérimentale
et numérique à l’échelle nanoscopique.
Différents domaines sont étudiés :
• Milieux poreux : poromécanique, barrière anti-pollution, colmatage, capillarité, infiltration…
• Culture cellulaire au sein d’un bioréacteur à double porosité
• Dépôt chimique en phase vapeur pour l’élaboration de nano/micro-renforts
• Mise en œuvre et caractérisations des composites à haute performance
• Microscopie électronique quantitative couplant observations et analyses chimiques
• Développement d’outils numériques multi-physique pour simulation intensive.
ARCELOR-MITTAL, AREVA, AUBERT & DUVAL, BOUYER-LEROUX, CEA, CNES, EADS, EDF, GECKO BIOMEDICAL, IFTH,
INERIS, ITER, LHOIST, MICHELIN, NECS, NEXANS, ORONA,
SCHLUMBERGER, SNCF, SNECMA, THALES.
Ondes générées par la faille cinématique
d’Ulaan Bator
Observation de la calcification lors de la
simulation du biorenforcement de sables
CONTACT
www.mssmat.ecp.fr
Directeur : Hachmi Ben Dhia
Tél. : 33 (0)1 41 13 13 45
Fax : 33 (0)1 41 13 14 42
[email protected]
21
L a b o ratoire G énie des P rocédés
LGPM EA 4038
et
M atériaux
C
e l a b o r a t o i re intervient sur deux champs d'investigation en étroite interaction : le Génie des Procédés et les Matériaux. Modélisation, simulation et
expérimentation sont les mots clés communs aux différents thèmes de recherche.
Cette complémentarité permet de partir de la compréhension des phénomènes
microscopiques pour aboutir à la simulation et à l'optimisation et à l'intensification des procédés de transformation et
d'élaboration. Notre savoir-faire est, en particulier, appliqué aux aspects durables des procédés (par exemple, économies
de matière et d’énergie) et aux bio-procédés (utilisation de ressources renouvelables). Ces domaines ont été renforcés
par le démarrage d'une chaire de biotechnologies blanches fin 2010.
Le laboratoire est structuré en trois équipes de recherche.
Axes de recherche
M at é riau x
et b iomat é riau x
• Métaux, bois et fibres naturelles ;
• Procédés d’élaboration et de transformation ;
• Tribocorrosion.
C h imie
et proc é d é s s é parati f s
• Extraction liquide-liquide, extraction par émulsion ;
Microtopographie d'une piqûre sur inox
• Procédés membranaires et électro-membranaires ;
• Transport et dépôt de particules, filtration ;
• Chromatographie analytique et préparative.
B io - proc é d é s
• Compréhension des phénomènes physicochimiques et biologiques ;
• Modélisation multi échelle ;
“
• Mise en œuvre et contrôle commande de bioréacteurs ;
• Microalgues (captage CO2, épuration d’eaux usées), méthanisation ;
• Production et purification de molécules d'intérêt.
DOMAINES D’APPLICATION
B
i o m a s s e , b i o t e c h n o l o g i e s blanches, caractérisation et élaboration des matériaux, énergie, environnement,
industries chimiques et pharmaceutiques, photovoltaïque, traitement des eaux, hydrométallurgie.
CHIFFRES CLéS 2012
”
Enseignants-chercheurs : 13
Doctorants : 20
Visiteurs et Post-D oc : 6
Publications de rang A (Source web of science) : 15
CONTACTS
www.lgpm.ecp.fr
Directeur : Patrick Perré
Tél. : +33 (0)1 41 13 16 79
(hors chaires)
Secrétariat : Émilie Bouveret-Rossignol
Tél : +33 (0)1 41 13 11 26
Fax : +33 (0)1 41 13 11 63
22
Avec de nombreuses universités françaises, laboratoires CNRS,
CEA, INRA…
À l'étranger : School of Mathematical Sciences QUT (Australie), Univesidade de Sao Paolo et Universidade Federal de Rio
Grande do Sul (Brésil), Université Laval et Université du Québec
en Abitibi-Témiscamingue (Canada), Universidad de Guanajuato
(Mexique), Poznan University of Life Sciences (Pologne), Univeristatea Dunara de Jos de Galati (Roumanie), Université Pédagogique d’état de Perm (Russie), École Nationale d'Ingénieur de
Monastir (Tunisie).
RIO TINTO ALCAN, ARCELORMITTAL, ARD, CEA, CNES, CRISTAL UNION, EMULSAR, ENNESYS, ERAMET (Le Nickel, CRT),
EURODIA, IPF Energies nouvelles, NEXCIS, OLYGOSE, PSA,
SAINT-GOBAIN, SAUR, VALE (Brésil).
exemples de travaux
P h y sico - c h imie
L
des sur faces
’étalement d’une gouttelette d’un métal liquide
sur un métal solide est très sensible aux hétérogénéités chimiques présentes sur celui-ci. Nous avons
procédé à des expériences de mouillage par du plomb
liquide de surfaces hétérogènes de fer métallique
diversement recouvertes de particules ou de films de
silice, en utilisant la technique de la chute de goutte.
La qualité du mouillage dépend fortement de la fraction
de surface couverte par les oxydes.
P roductio n
N
Goutte de plomb liquide déposée à 450°C sur une surface de fer métallique partiellement couverte de particules d’oxydes.
de res v é ratrol et v i n i f é ri n es par culture de cellules v é g é tales i n v itro
ous étudions l’influence de divers paramètres
(nature et concentration du substrat, présence
et la concentration de molécules élicitrices, présence
de molécules entrant en synergie avec les molécules
élicitrices... Les paramètres suivis sont la croissance
des cellules et le taux de production de molécules
d’intérêt et les paramètres cinétiques de ces phénomènes sont déterminés. Une attention toute particulière est apportée à la localisation de la production du
Culture de cellules végétales in vitro
resvératrol dans la cellule et sa vitesse de relargage
(bioréacteur et cellules contenant du resvératrol).
dans le milieu de culture. La maîtrise du procédé est
démontrée à l’échelle de bioréacteurs de 5 litres ; une modélisation et un transfert d’échelle permettront de passer à un
volume de 20 litres.
S uccio n
N
de poly m è res h y drosolu b les da n s des n a n opores
ous avons étudié la pénétration forcée de chaînes de polymères de grande
masse moléculaire à travers des membranes modèles. Nous avons mesuré le
taux de rétention apparent à partir des concentrations de rétentat et de perméat
puis nous avons déterminé le « vrai » taux de rétention R en prenant en compte
l'accumulation des chaînes à la membrane. On observe que les variations de R
en fonction du débit de solvant par pore suivent la même courbe maîtresse. Cette
courbe, universelle pour les polymères flexibles en bon solvant, est bien représentée
par le « modèle de succion » de Pierre-Gilles de Gennes, conduisant ainsi à une
estimation du débit critique de pénétration.
Schéma des mécanismes de passage/blocage
(d'après Béguin et al., Soft Matter, 2011).
23
L a b o ratoire M athématiques A ppliquées
MAS - EA 403
aux
S ystèmes
C
ré é a u début des années 2000, MAS rassemble la recherche en Mathématiques et Informatique
de l'École Centrale Paris. Au coeur des technologies numériques, ses thématiques concernent la
modélisation, la simulation, l'analyse et l'optimisation de systèmes complexes, qu’ils proviennent du
monde industriel, du vivant, des marchés ou de l'information et des réseaux.
M od é lisatio n
de la croissa n ce des pla n tes
Modélisation et estimation du système dynamique des plantes dans leur environnement ; grammaires formelles et identification par méthode symbolique ; contrôle optimal des cultures et amélioration génétique ; simulation multi-physique et
multi-échelle des paysages.
É q uatio n s
au x d é ri v é es partielles et
C alcul
scie n ti f i q ue
Interactions fluides-structures ; modélisation des interfaces ; dynamique des écosystèmes ; schéma préservant les asymptotiques ; grilles de calcul ; GPU ; équations d’ondes non linéaires.
I n f ormati q ue
f ormelle et mod é lisatio n des co n n aissa n ces
Ingénierie formelle pour les systèmes complexes ; ontologies, logique décisionnelle et floue pour l’interprétation d’images.
Business
intelligence
( c h aire
de rec h erc h e
Business intelligence & visual analytics.
F i n a n ce
q ua n titati v e
( c h aire
de rec h erc h e
SAP)
BNPPari b as )
Modélisation des marchés financiers ; microstructure ; données haute fréquence ; écono-physique ; produits dérivés.
M od é lisatio n
pro b a b iliste et i n certitudes
( do n t
é q uipe - pro j et
INRIA R e g u l a r i t y )
Régularité locale des processus stochastiques ; processus à régularité prescrite ; processus indexés par des ensembles ;
théorie ergodique ; statistique des graphes et données structurées.
B io - mat h é mati q ues
Modélisation mathématique des comportements cellulaires in vitro ; plans d’expériences et puces à ADN ; épidémiologie.
“
Systèmes Industriels (aéronautique, bâtiment, énergie, transport) ; environnement (plantes, hydrologie, paysages, acoustique
et bruit) ; santé (biologie moléculaire, génomique, épidémiologie) ; marchés et entreprises (finance, business intelligence) ;
information et réseaux (internet, multimédia, knowledge management) ; art et architecture (colorimétrie, reconstruction
architecturale et réalité virtuelle).
CHIFFRES CLéS 2012
”
Enseignant-chercheurs et Chercheurs : 21
Doctorants : 37
Post-Doc : 10
(hors chaires)
CONTACT
www.mas.ecp.fr
Directeur : Frédéric Abergel
Tél. : +33 (0)1 41 13 18 95
Fax : +33 (0)1 41 13 17 35
24
Partenaires académiques principaux
INRIA, CEA, ENS Cachan, École Polytechnique, INRA, CIRAD,
Université Paris XI, Université Versailles Saint-Quentin, LIAMA,
Université de Montréal, ENSI Tunis, Saha Institute of Nuclear
Physics, Institut Louis Bachelier, Supélec.
Partenaires industriels principaux
BNP Paribas, SAP, Alcatel, Bionatics, Bull, GDF-Suez, Institut
Pasteur, CS-SI, Dassault Aviation, EDF, ESI, France Télécom,
KXEN, Myosix, Renault, Thales.
Pôles de compétitivité : System@tic, Finance Innovation, Cap
Digital.
Technopole TERATEC
exemples de travaux
I n g é n ierie S cie n ti f i q ue
L
et
V isualisatio n
e s t e c h n i qu e s de modélisation, de simulation et d’optimisation sont
devenues des outils essentiels pour l’analyse et la conception de produits
et systèmes.
Cet axe de recherche s’intéresse aux systèmes complexes modélisés par
des systèmes dynamiques, aux techniques d’optimisation et de contrôle, et
aux environnements de pré- et post-traitement associés. Deux projets-phare
se sont développés : Digiplante en lien avec l’INRIA, le CIRAD, AgroParisTech et le LIAMA à Pékin, autour de la modélisation de la croissance des
plantes, depuis le génome jusqu’au paysage ; le grand projet pluridisciplinaire
CSDL (Complex System Design Lab) du Pôle System @tic, où le laboratoire
coordonne des approches de modélisation, simulation déterministe ou probabiliste et de visualisation décisionnelle avancée.
M od é lisatio n
L
pro b a b iliste et
Restitution de la
couleur par modèle
numérique
source Regularity : régularité empirique sur des
reliefs montagneux et
simulation de processus
à régularité prescrite
S tatisti q ue
a m odé l i s a t i o n probabiliste et la modélisation à partir des données sont deux
axes de recherche importants. On peut citer d’une part la finance quantitative et
la modélisation des marchés financiers à partir des données haute fréquence, dans
le cadre d’une chaire industrielle avec BNP Paribas ; d’autre part, la modélisation fine
de la régularité des processus stochastiques et la prise en compte des incertitudes
dans les modèles, en collaboration avec l’INRIA.
A rc h itectures
L
des
S y st è mes
d ’I n f ormatio n
es systèmes d’information connaissent une évolution rapide en termes d’architectures, mais aussi de modes de fonctionnement. Ce thème s’intéresse aux
nouvelles architectures de type cluster-Grille ou cloud computing, aux architectures et
au traitement de grandes masses d’informations, notamment multimédia, au domaine
de la Business Intelligence dans le cadre d’une chaire avec SAP-Business Objects
et aux approches d’ingénierie formelle pour les systèmes complexes. Le laboratoire
est impliqué dans plusieurs initiatives européennes, en particulier EGEE, BEINGRID
et PEGASE, et se développe sur les architectures HPC parallèle (par exemple projet
Open GPU).
source Équipe HPC : calcul parallèle de
grands modèles acoustiques du bruit à
Tokyo
source MASDOM : représentation du raisonnement
spatial flou sur motifs
d’images médicales
25
L a b o ratoire G énie I ndustriel
LGI - EA 2606
•
Ingénierie de la conception
•
Aide à la décision pour les systèmes de production et distribution
•
Sûreté de fonctionnement et analyse des risques
•
Gestion sur les politiques de croissance fondées sur la connaissance
Les thèses se font principalement dans l’un des domaines scientifiques relatifs à un thème, même s’il arrive qu’elles se
fassent transversalement à ces thèmes pour bénéficier de l’aspect pluridisciplinaire du Laboratoire. La complémentarité
des approches de modélisation des systèmes industriels et des produits complexes (processus, opérations, recherche
intervention, modélisation de l'incertitude ou stochastique, ingénierie robuste, approche systémique, recherche opérationnelle, simulation, méthodes d'aide à la décision, évaluation des performances, etc.) fait la force, la performance et
l’originalité du laboratoire.
Six chaires dans les domaines de la Supply Chain, de la science des systèmes énergétiques, de la construction durable, de
l’ingénierie système, de l’électro-mobilité, de l’excellence opérationnelle sont rattachées aux quatre thèmes de recherche.
Elles traitent des problèmes scientifiques relatifs à la création de valeurs (économique, environnementale et sociétale) dans
les systèmes complexes.
Le laboratoire Génie Industriel (LGI) élabore des méthodes d’aide à la décision
et de l’optimisation de la conception et de la gestion de produits, services
et de systèmes industriels et logistiques, et ce quelque en soit leur secteur
(l’aéronautique, l’automobile, l’énergie, la santé, etc.).
L’activité de recherche du laboratoire s’applique aux méthodes d’organisation,
de gestion et d’exécution de la conception, de la production et de la distribution des produits et services, sur l’ensemble de leur cycle de vie.
“
Elle a pour finalité de fournir aux entreprises les méthodes nécessaires à
Développement de biens et de services
l’amélioration de leur compétitivité en termes de performances et de création
de valeurs. Les applications se font tout autant avec les entreprises de fournitures de biens et d'équipement que des
entreprises de services.
CHIFFRES CLéS 2012
”
Enseignants-chercheurs et Chercheurs : 20
Visiteurs et Post-Doc : 4
Doctorants : 46
Publications de rang A : 48
(hors chaires)
CONTACT
www.gi.ecp.fr
Directeur : Jean-Claude Bocquet
Directeur-adjoint : Bernard Yannou
Tél. : +33 (0)1 41 13 13 88
Fax : +33 (0)1 41 13 12 72
26
ÉQUIPEMENTS SPÉCIFIQUES
•
Un réseau puissant et moderne d’ordinateurs équipés des
principaux logiciels de modélisation, de simulation et d’optimisation ;
•
un intranet et des plateformes de travail collaboratifs (plateforme PLM),
•
Une plateforme d’outils d'aide à la décision,
•
des logiciels de cartographies, d’interrogation de base de
données scientifiques, etc.
Air Liquide, BNP, Bouygues Construction, Carrefour, CEA,
Danone, Dassault Aviation, DHL, EADS, EDF, Établissement
Français du Sang, Hôpital Georges Pompidou, Hôpital Charles
Foix, Hôptal Henri Mondor, Lafarge, Lhôtellier, PSA Peugeot
Citroën, Renault, Schlumberger, SNECMA, TOTAL, Vallourec,
Louis Vuitton.
Partenaires spécifiques des chaires : BNP, Bouygues
Construction, Carrefour, Danone, Dassault Aviation, EADS, EDF,
Louis Vuitton, PSA Peugeot Citroën, Vallourec.
Exemples de travaux
En
L
i n g é n ierie de la co n ceptio n
a conception des organisations, des systèmes, des produits et des services constitue un enjeu clé pour la pérennité
des entreprises. Les processus de conception sont recherchés dans un esprit de génération de valeurs pour l’entreprise,
que ce soit au travers d’approches d’ingénierie système, de conception collaborative, d’ingénierie robuste, d’aide à la
décision multicritère, d’évaluation sémantique et perceptuelle, de conception modulaire, etc.
Prenons l’exemple de l’élaboration d’une méthode d'évaluation de la conception d’une famille de produits basée sur le modèle de couverture d’usages. En
adoptant un point de vue utilitariste du consommateur sur certains produits
orientés service, nous avons d'abord contribué à la proposition d’un modèle de
contextes d’usage que doit couvrir au mieux un produit. Nous proposons une
série d'indices qui révèlent l'adéquation entre les usages couverts par un produit
de dimensions données ou une famille de produits donnée avec un espace
d'usages cible qu’il s’agit de couvrir dans sa totalité ou en partie mais d'une
Simulation paramétrique des performances et
manière suffisamment dominante par rapport à la concurrence. Les avantages optimisation du prédimensionnement d’un produit
complexe
par rapport à la traditionnelle estimation de la demande en marketing sont de
réduire la complexité de l'enquête et de l'analyse des données et de pouvoir
estimer le niveau de compétitivité d’une offre innovante sans nécessiter de retour d’expérience du marché. L'approche
proposée permet d'évaluer l'adaptabilité, pour une famille de produits de tailles croissantes, à divers scénarios dans
le contexte d'usage d'un marché cible. Les concepteurs peuvent s'appuyer sur les résultats pour éliminer les produits
redondants au sein d'une famille.
En
L
aide à la d é cisio n pour les s y st è mes de productio n et distri b utio n
a p ro d u c t i o n et la distribution de biens s’organise principalement aujourd’hui autour de la Supply Chain. La recherche dans ce domaine s’intéresse au pilotage de flux, à la gestion des stocks, à la conception et la planification
des réseaux de production et de distribution, aux chaînes logistiques multi-acteurs ainsi qu’à l’impact des nouvelles technologies sur les performances des
chaînes logistiques.
La recherche en production et en distribution de services, s’est principalement
focalisée sur le management des opérations pour l’optimisation de centres
d’appels, des activités en hospitalisation à domicile et des activités de la grande
distribution.
À titre d’exemple, afin de trouver de nouvelles sources de compétitivité et de faire
face à la perpétuelle complexité de l’environnement économique, des entreprises
tentent de dépasser la frontière des actions individuelles favorisant les actions
coordonnées et centralisées. Désormais, la coopération entre les diverses chaînes
logistiques et la production d’alliance se trouvent au coeur des préoccupations
des entreprises. Des travaux de recherche sur ces sujets, utilisant des principes
de la théorie des jeux coopératifs, permettent de déterminer les alliances les plus
profitables.
Chaîne logistique des distributions de l’hydrogène
Dans le cadre de la chaire Supply Chain, la fiabilité des données d’entrée issues de la prévision est primordiale. L’étude
des modèles de prévision permet de définir une méthodologie générique de choix de modèle adapté au cas étudié tout
en assurant une fiabilité donnée. La dynamique apportée par cette méthodologie permet d’adapter les modèles utilisés
à l’évolution des caractéristiques de la demande et d’obtenir par exemple dans le cas d’approvisionnement lointain des
gains de stock pouvant aller jusque 50% y compris dans l’automobile.
27
É q ui pe du L aboratoire de Photonique Quantique & Moléculaire
LPQM - UMR CNRS 8537 - ENS Cachan
C
e t t e é q u i p e de l'École Centrale Paris, intégrée à son Centre de Recherche depuis septembre
2010, est rattachée au LPQM et à l’Institut d’Alembert de l’ENS Cachan et du CNRS.
P lasmo n i q ue
ultra rapide da n s les n a n oparticules m é talli q ues
Les nanoparticules de métaux nobles présentent des propriétés optiques remarquables liées au phénomène de résonance de plasmon. De ces propriétés découlent de très nombreux développements actuels
dans le domaine de la plasmonique. Pour mieux comprendre les processus physiques mis en jeu dans
celle-ci, il est pertinent d’en étudier la dynamique suite à une excitation par une impulsion lumineuse. Cette
thématique s’appuie donc sur le développement de méthodes de modélisation adaptées aux différentes
échelles de temps impliquées et sur la mise en œuvre de techniques de spectroscopie laser ultrarapide.
Tra n s f erts
t h ermi q ues p h oto - i n duits au x petites é c h elles de temps et d ' espace
Il s’agit, d’une part, d’étudier la génération optique de chaleur et son transport à l’échelle nanométrique
et aux temps courts, où les approches de la thermodynamique classique ne sont plus valides. D’autre
part, il est possible de structurer la matière de manière à rendre cohérente une excitation thermique, par
exemple en utilisant le phénomène de phonon-polariton couplé à une cavité photonique. Ce thème est
développé dans l’équipe en partenariat avec l’équipe de Sebastian Volz au laboratoire EM2C.
N a n osources
de c h aleur pour la c h imie et la b iolo g ie
Les nanoparticules métalliques sous irradiation lumineuse ont la capacité de se comporter comme des sources nanométriques de chaleur. Ce processus de conversion peut être mis à profit dans divers domaines, en particulier pour la
réalisation de fonctions optiques, chimiques ou biologiques. On peut ainsi envisager des matériaux ou des dispositifs dont
la fonctionnalité est uniquement activée par la lumière. À travers nos collaborations, nous développons plusieurs projets
tournés vers des applications biomédicales (amélioration du ciblage de cellules cancéreuses par des nano-hybrides pour
un traitement par hyperthermie localisée, liposomes plasmoniques pour la délivrance ciblée de médicaments, plateforme
de contrôle photothermique du métabolisme des cellules).
N a n oco n v ersio n
lumi è re - c h aleur
:
applicatio n s p h oto n i q ues
Grâce au phénomène de résonance de plasmon localisé, il est possible d’injecter efficacement et très rapidement de l’énergie dans des nano-objets métalliques. De par la succession de mécanismes d’échanges et de relaxation qui s’ensuivent,
les propriétés optiques du milieu composite dans lequel sont dispersées ces nanoparticules sont modifiées de manière
transitoire. En jouant à la fois sur ces modifications photo-induites à l’échelle nanométrique et le conditionnement du milieu
composite dans des dispositifs structurés à l’échelle de la longueur d’onde (cavité électromagnétique, cristal photonique),
on peut réaliser des fonctions photoniques contrôlées optiquement. Ce principe peut être étendu au domaine de l’optique
non-linéaire : des capteurs ultrasensibles peuvent alors être envisagés.
“
CHIFFRES CLéS
”
Enseignants-chercheur : 1,5
Ingénieur de recherche : 1
Post-Doc : 2
Doctorants : 2
CONTACT
www.lpqm.ens-cachan.fr
Directrice : Isabelle Ledoux-Rak
Directeur de l'antenne Centrale Paris :
Bruno Palpant
Tél. : +33 (0)1 41 13 16 26
28
Partenaires SCIENTIFIQUES
France : Énergétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion (CNRS-Centrale Paris) ; Laboratoire de Chimie Physique
(Orsay) ; Institut des Nanosciences de Paris (UPMC) ; Laboratoire
de Physique des Solides (Orsay), Physico-chimie des Polymères
et Milieux Divisés (ESPCI, Paris) ; UMR S728 Université Denis
Diderot (Paris 7) – Inserm ; Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires (ENS Cachan) ; Institut
d'Électronique Fondamentale (Orsay) ; Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (Marcoussis) ; Physicochimie des
Électrolytes, Colloïdes et Sciences Analytiques (Paris).
International : Instituto de Optica, Madrid ; Univ. Sistan & Baluchestan, Iran ; Insitute of Physical and Theoretical Chemistry,
Wroclaw University of Technology, Pologne.
Utilisation des nanoparticules métalliques dans la thérapie contre le cancer par nanohyperthermie. Optimisation d’autres
types d’applications biologiques comme la délivrance ciblée de substances actives, la photo-actuation en microfluidique,
le contrôle photothermique de cellules, les capteurs moléculaires ultrasensibles. Applications de la réponse optique
transitoire de nanomatériaux dans le domaine de la photonique ultrarapide, de la catalyse.
Faits marquants
O u v erture
D
p h oto - co n tr ô l é e de liposomes plasmo n i q ues
ans le cadre d’un projet soutenu par le DIM (Domaine d’Intérêt Majeur)
Nano-K de la région Île-de-France, nous étudions le mécanisme d’ouverture
photo-contrôlée de liposomes pour des applications dans le domaine de la délivrance ciblée de médicaments. Ce projet est mené avec des collègues chimistes
du laboratoire PECSA (UPMC – CNRS) et des physico-chimistes du PPSM (ENS
Cachan – CNRS). Nous avons d’ores et déjà montré qu’en illuminant avec des
impulsions laser un liposome contenant des nanoparticules d’or en grande quantité, la vésicule lipidique accumule de l’énergie puis s’effondre sur elle-même en
un temps très court, sous l’effet de la chaleur dégagée par les particules (Fig. 1).
La création d’ondes de choc acoustiques pourrait également être impliquée dans
ce mécanisme.
Figure 1. A gauche : vésicule lipidique « géante » contenant des nanoparticules d’or en concentration élevée, observée au microscope optique.
Cet objet est irradié par une série d’impulsions laser ultracourtes dont la longueur d’onde correspond à la résonance de plasmon des nanoparticules.
Après quelques secondes, le liposome s’effondre sur lui-même par rupture de la membrane, libérant une partie de son contenu.
M odulatio n
A
opti q ue ultrarapide par couplag e plasmo n i q ue - p h oto n i q ue
près avoir démontré théoriquement la possibilité d’amplifier la réponse optique transitoire ultrarapide de nanoparticules
métalliques grâce au couplage de modes localisés plasmonique et photonique [1], nous avons obtenu des résultats expérimentaux spectaculaires confirmant la pertinence de notre approche (Fig. 2). Les échantillons, élaborés par ablation laser dans
le groupe de J. Gonzalo à l’Instituto de Optica (CSIS, Madrid), consistent en une couche nanocomposite conditionnée entre
deux miroirs diélectriques multicouches (23 films minces superposés au
total). La réponse transitoire a été mesurée au LPQM sur des échelles de
temps ultracourtes, par la technique de spectroscopie pompe-sonde : une
impulsion laser intense est absorbée par les nano-objets et en modifie les
propriétés ; une seconde impulsion vient sonder l’état optique de l’échantillon après un délai que l’on fait varier afin de reconstituer la dynamique
d’excitation et de relaxation. La réponse transitoire de notre cavité hybride
présente alors une amplification d’un facteur 40 par rapport à celle d’un
simple film mince nanocomposite (Fig. 2). Ce concept est actuellement
étendu à 2D.
Dispositif constitué de nanoparticules d’or en cavité photonique 1D (à gauche).
Modulation ultrarapide du mode de cavité photonique suite à l’absorption d’une impulsion lumineuse ultracourte (à droite).
M é tamat é riau x
S
t h ermi q ues
ur certains matériaux, à l’échelle nanométrique, la chaleur se propage sous la
forme d’une onde de surface électromagnétique appelée phonon polariton de
surface. La chaleur acquiert ainsi des propriétés de cohérence sur des distances
pouvant aller jusqu’au mètre et il devient possible d’utiliser les outils de la nano-optique pour modifier sa propagation. En structurant la matière à l’échelle sub-longueur
d’onde, on peut alors créer des matériaux dont les caractéristiques thermiques
n’existent pas dans la nature. Le développement d’outils numériques basés sur
les seules équations de Maxwell de l’électromagnétisme a permis notamment de
montrer la possibilité de créer des matériaux passifs présentant des inhomogénéités
de température à l’équilibre thermique. Ce thème est développé dans l’équipe en
partenariat avec l’équipe de Sebastian Volz au laboratoire EM2C.
Figure 3. Simulation de la chaleur dans une couche mince nanostructurée de SiO2 (le plus froid est en noir, le plus chaud en blanc.)
On remarque que dans la structure, bien que l’apport d’énergie thermique soit uniforme, la répartition de chaleur est inhomogène.
[1] Large and ultrafast optical response of a one-dimensional plasmonic-photonic cavity, X. Wang and B. Palpant, Plasmonics 8, 1647–1653, 2013.
[2] In vivo uptake and cellular distribution of gold nanoshells in a preclinical model of xenografted human renal cancer, M. Pannerec-Varna, P. Ratajczak, G.
Bousquet, I. Ferreira, C. Leboeuf, R. Boisgard, G. Gapihan, B. Palpant, E. Bossy, E. Doris, J. Poupon, E. Fort, A. Janin, Gold Bulletin, Nov. 2013. Doi: 10.1007/
s13404-013-0115-8.
[3] Selective cold welding of colloidal gold nanorods, S. C. Laza, N. Sanson, C. Sicard-Roselli, A. Aghedu, and B. Palpant, Particle & Particle Systems Characterization 30, 584–589, 2013. Doi: 10.1002/ppsc.201300026.
[4] Anomalous thermal conductivity by surface phonon-polaritons of polar nano thin films due to their asymmetric surrounding media, J. Ordonez-Miranda, L.
Tranchant, T. Tokunaga, B. Kim, B. Palpant, Y. Chalopin, T. Antoni, and S. Volz, J. Appl. Phys. 112, 084311 (2013).
29
C e n t re pour l’A pprentissage S tatistique
CVN
et la
Vision N umérique
L
e CVN, créé en 2011, se situe à l’intersection entre les mathématiques et l’informatique, en quête de modèles mathématiques et de leurs solutions informatiques pour la structuration automatique, l’interprétation et la compréhension de
données (visuelles) massives en mettant l’accent sur l’apprentissage automatique/statistique, la science des données et
la vision par ordinateur et les modèles discrets en analyse d’images biomédicales.
V isio n
par ordi n ateur
Reconstruction d’images, détection de frontières, segmentation avec ou sans modèle, estimation et suivi du flot, analyse
d’images, reconnaissance d’objets, et modélisation 3D à large échelle basée sur une grammaire...
A ppre n tissag e
automati q ue statisti q ue
/
scie n ces des do n n é es
Auto-apprentissage, modèles graphiques probabilistes, apprentissage à instances multiples, régression à sortie structurée,
méthodes à noyaux, apprentissage multitâches, en ligne, ou de transfert...
A n aly se
d ' imag es b iom é dicales
( é q uipe INRIA G ale n )
Détection et reconstruction comprimée, détection de tumeurs, segmentation d’organes, recalage et la fusion déformables
d’images, modélisation longitudinale d’organes, anatomie virtuelle, études de population et compréhension du cerveau...
•
•
•
•
•
•
Systèmes industriels complexes (automatisation, tri optique, robotique, systèmes de contrôle, contrôle non-destructif) ;
Industrie automobile (aide à la conduite, détection de piétons, régulateur automatique de vitesse, aide au stationnement) ;
Santé (diagnostic assisté par ordinateur, capteurs multimodaux, exploration de données, imagerie par bio-marqueurs,
chirurgie assistée par ordinateur) ;
Sûreté et sécurité (détection d'événements rares/anormaux, surveillance vidéo, détection d'intrusion) ;
Défense (biométrie, navigation, guidage de missiles) ;
Exploration de l'espace (robots autonomes, modélisation de scènes, navigation et évitement d’obstacles) ;
Cinématographie / TV (effets spéciaux, publicité virtuelle, restauration de films, création/modification d'images) ;
Jeux (modélisation de scènes à grande échelle) ;
Art (musées virtuels, navigation automatique, réalité virtuelle et augmentée).
“
•
•
•
CHIFFRES CLéS
”
D octorants : 13
M ontant des C ontrats S ignés : 519 000 €
(hors chaires)
CONTACT
http://cvc.centrale-ponts.fr
Directeur : Nikos Paragios
Tél : +33 (0)1 41 13 17 85
Fax : +33 (0)1 41 13 10 06
[email protected]
30
Partenaires académiques principaux
INRIA, École des Ponts-ParisTech, Henri Mondor University
Hospital, European Hospital Georges Pompidou, Pitié-Salpêtrière Hospital, Montpelier University Hospital, Supélec, Stanford
University, University of Pennsylvania, Technical University of
Munich, University of Lugano, University of Oxford.
General Electric Health Care, Siemens Medical Solutions, Intrasense, LLTECH,
Pôles de compétitivité : Cap Digital, Medicen.
Exemples de travaux
Faits marquants
F usio n
É cole
L
d ' imag es d é f orma b les
a fusion d’images multimodales a pour but de déterminer une transformation géométrique qui établit des
correspondances anatomiques pertinentes entre des images
de différentes modalités. Le CVN a développé une méthodologie de pointe, récompensée par un prix, fondée sur
la modélisation discrète et la programmation linéaire. Des
avancées récentes ont permis d’atteindre des performances
« temps réel », avec une nouvelle mesure de similarité multimodale, et ont donné des résultats sur le recalage 2D à 3D
pouvant avoir un impact important pour les procédures de
guidage en chirurgie et en radiothérapie.
D é tectio n
L
d ' o b j ets d é f orma b les
a détection d’objets en présence de changement
d’échelles et de déformations non-rigides est un défi
calculatoire, à cause du nombre élevé de poses de l’objet à
considérer. Le CVN a développé des algorithmes d’optimisation combinatoire avec une complexité logarithmique. Ces
techniques ont été évaluées sur des tâches de reconnaissance à grande échelle, et nous explorons des méthodes
pour étendre ces techniques aux images 3D et à la reconnaissance de multiples classes.
P r é dictio n
L
à sorties structur é es
es défis en vision par ordinateur et en imagerie médicale mêlent la prédiction sur l’objet lui-même (comme la
cohérence spatiale en segmentation), les interdépendances
entre objets d’une scène, ou des contraintes géométriques
imposées par un système physique. Quand l’apprentissage
statistique est employé dans ces cas, les hypothèses classiques d’indépendances sont inappropriées. Le CVN développe des méthodologies pour dépasser ces limitations et
améliorer les performances des systèmes de vision à l’aide
d’apprentissage statistique.
A ppre n tissag e
A
pour la v isio n par ordi n ateur
ssocier à une machine la compréhension de concepts
visuels complexes comme un objet et son activité (un
homme en train de courir sur une image par exemple) demande de grandes quantités de données d’apprentissage.
Notre travail se concentre sur les méthodes d’apprentissage
rentables (rapport temps/pertinence), en utilisant des images
récupérées en ligne partiellement annotées. Des avancées
récentes incluent le développement de méthodes exactes
inspirées de l’apprentissage humain, et l’estimation de
paramètres pour les modèles probabilistes qui minimisent
le risque de prédiction.
d ' é t é e n imag erie b iom é dicale
Le Centre pour la Vision Numérique a organisé pour la 2e
année consécutive l’école d’été sur le thème « Analyse
d’images biomédicales : modalités, méthodologies et
recherche clinique » (http://cvc-biomed.centrale-ponts.fr) à
Paris du 8 au 12 juillet 2013 dans le prestigieux Institut Henri
Poincaré, lieu dédié aux mathématiques et aux échanges
internationaux de haut niveau. Des orateurs de renommée
internationale invités (Harvard, JHU, TUM, EPFL, Oxford,
UCL…) ainsi que la participation massive et sélective (100
admissions dont 80% internationales sur 135 candidatures)
ont fait de cet événement un succès phénoménal.
SPLENDID : é q uipe de rec h erc h e
trale P aris / INRIA / S ta n f ord
co n j oi n te
Cen-
Dans le contexte des équipes internationales de l'INRIA,
l'équipe GALEN a lancé avec succès des collaborations
avec l'Intelligence Artificielle du département d'informatique de l'Université de Stanford. Ce partenariat doit permettre de développer des méthodes d'apprentissage pour
des modèles probabilistes en utilisant de grandes quantités
de données hétérogènes, incomplètes et bruités ainsi que
d'étudier les applications en analyse de grandes quantités
de données visuelles.
Pawa n K umar remporte pour le C e n tre de V isio n
N um é ri q ue u n P h D F ello w s h ip P ro g ram da n s le
cadre de M icroso f t R esearc h
Le Centre de Vision Numérique, sur l’impulsion de Pawan
Kumar, a établi une collaboration de prestige avec Microsoft Research dans le cadre du PhD Fellowship Program.
Le projet de recherche met en collaboration directe le Pr.
Pawan Kumar et Sebastian Nowozin, chercheur au sein de
Microsoft Research - Cambridge, autour de l’apprentissage
statistique, l’intelligence artificielle et les big data (données
massives). À partir d’octobre 2014, un doctorant financé par
Microsoft partagera son temps entre l’Ecole Centrale Paris
et Microsoft Research - Cambridge.
COURSERA
Nouveaux cours du MOOC en ligne sur «Discrete Inference
and Learning in Artificial Vision», dispensés par Nikos Paragios et Pawan Kumar, enseignants-chercheurs à Centrale
Paris, environ 15 000 étudiants inscrits. «MOOC» signifie
«Massive Open Online Courses» : il permet à quiconque
de s’inscrire et de suivre ces cours en ligne (https://www.
coursera.org/course/artificialvision).
C omputer Vision and I mage U nderstanding J ournal
(CVIU)
Nikos Paragios est nommé rédacteur en chef de cette prestigieuse revue publée par Elsevier Publishing House. C’est
une des plus anciennes revues dans le domaine de la Vision
Numérique et de la Compréhension de l’Image. En 2009 elle
est nommée l’une des 20 meilleures revues en informatique
par le Times Higher Education.
31
départements, laboratoires
supélec
& équipes de recherche
E3S-EA 4454 / Département automatique
E3S-EA 4454 / Département signaux & systèmes électroniques
E3S-EA 4454 / Département Informatique
E3S-EA 4454 / Département télécommunications
E3S-EA 4454 / Département énergie
E3S / Laboratoire sondra EA 4454
LGEP UMR CNRS 8507
L2S UMR CNRS 8506
UMI 2958 Georgia Institute of Technology - CNRS
LMOPS EA 4423
IETR UMR CNRS 6164
IRISA UMR CNRS 6074
Chaire radio flexible Alcatel Lucent
Chaire conception analogique avancée Thales
D é p a rtement automatique
E3 S - EA 4454
S y DICO (S y st è mes D y n ami q ues I n certai n s , C omma n de
L
et
O ptimisatio n )
’équipe SyDICO se fédère autour de deux axes – avancées méthodologiques et applications à des domaines multiples
et diversifiés – ayant pour objectif l’adaptation de lois de commande récentes et l’émergence de nouvelles approches.
2013 a permis à l’équipe de renforcer encore sa visibilité à l’international, avec notamment l’organisation du workshop OCE
(Optimization-Based Control and Estimation) à Supélec, et de confirmer sa reconnaissance académique et sa crédibilité
dans le milieu industriel, avec en particulier 8 thèses soutenues et la parution de trois ouvrages scientifiques. L’équipe est
également très impliquée dans les groupes de travail du GdR MACS du CNRS, dans plusieurs groupes de l’IFAC et au
sein du CIRP (International Academy for Production Engineering). Elle est partie prenante des projets d’investissement
d’avenir, en particulier dans les domaines des réseaux, de l’énergie et des transports (SystemX, PS2E, Supergrid, réseau
« Spatial »), ainsi que de l’institut RISEGrid, dont la direction est assurée par un membre de l’équipe.
M éthodes : C ommande , I dentification
et
O ptimisation
Les avancées obtenues via des actions académiques ou industrielles sont dans la continuité des thématiques de l’équipe :
•
•
commande robuste et robustification : les avancées méthodologiques significatives
ont majoritairement comme point commun la notion d’espaces invariants positifs, en
particulier pour la commande des systèmes linéaires à retard et des systèmes multicapteurs et, en collaboration avec le NTNU de Trondheim en Norvège, pour mettre en
évidence également l’intérêt du concept d’optimalité inverse pour la synthèse de lois de
commande pour systèmes contraints. Par ailleurs, la thématique liée à l’élaboration de
lois de commande prédictives tolérantes aux défauts s’est orientée vers la problématique
des systèmes dynamiques multi-agents. Enfin, les concepts de commande prédictive
distribuée hiérarchisée pour systèmes complexes trouvent un ancrage naturel dans le
contexte de thématiques de recherche appliquées aux bâtiments intelligents et dans le
cadre de l’institut RISEGrid.
Identification de systèmes et estimation : cet axe regroupe plusieurs directions,
tout d’abord, dans le cadre de travaux portant sur l’estimation de trajectoires de débris
spatiaux, des variantes de l’estimateur à horizon glissant, plus rapides en temps réel, ont
été élaborées, ainsi que leur preuve de convergence. Par ailleurs, les travaux portant sur
l’identification des paramètres de pile à combustible, en collaboration avec LGEP, visent
à l’élaboration d’outils d’aide au diagnostic de bon fonctionnement de la pile. Enfin, en
collaboration avec l’Université de SEVILLE, les méthodologies de synthèse d’estimateurs ensemblistes robustes sont mises en œuvre non seulement dans l’optique de la
commande, mais également dans un contexte de détection des défauts de systèmes
soumis à des incertitudes par intervalles.
“
•
Allure de la fonction de coût associée
à la synthèse d’une structure de
commande prédictive explicite
Structure d’une cellule de pile à
combustible
optimisation pour l’Automatique : les travaux portent sur le développement de méthodologies fondées sur les métaheuristiques (évolution différentielle, optimisation par essaim particulaire, Quantum PSO), sur l’optimisation simultanée
de pondérations statiques et de correcteur Hinfini avec prise en compte des contraintes temporelles, sur l’extension
aux problèmes multivariables, l’optimisation de la mu-synthèse avec prise en compte des contraintes temporelles, et
le paramétrage de l’analyse de robustesse par mu-analyse.
CHIFFRES CLés
Enseignants- chercheurs et C hercheurs : 11,3
D octorants : 22
Post-doctorants : 1
R evues internationales à comité de lecture : 14
34
Airbus, ArcelorMittal, Bouygues Construction, Campbell, CEALIST, CNES, DGA, EDF, ESA, Faiveley, Hispano, MBDA, Onéra,
Renault, Safran, Sagem, Schneider Electric, Thalès Air Systems,
Valéo, etc.
A pplications : S ystèmes C omplexes I ncertains
Cet axe vise à élaborer des solutions adaptées aux problématiques industrielles et aux multiples domaines considérés,
au travers de méthodologies de modélisation, d’identification ou de commande, et en particulier dans le cadre de thèses
avec financement CIFRE. Citons par exemple les domaines suivants :
•
mécatronique et robotique, avec la synthèse de lois de commande robustifiées
pour machines-outils, la commande prédictive pour la téléopération et la détection de
collision, et avec la commande proprioceptive et robuste pour la manipulation dextre.
•
biotechnologies, avec des travaux portant sur la modélisation et la commande
prédictive, pour la production d’acide lactique en fermenteur industriel, et pour la
commande adaptative de bioprocédés interconnectés dans le cadre d’un projet PHC
Brancusi avec la Roumanie, enfin avec des recherches dans un contexte de commande non-linéaire.
Structure du bras robotisé Assist
(CEA-LIST)
•
commande des systèmes d’électronique de puissance et des machines électriques alternatives, avec des
approches hybrides pour la commande de convertisseurs de puissance, et dans le domaine de la traction de véhicules
électriques, en particulier pour la diminution des vibrations pour une réduction des bruits acoustiques.
•
énergétique, avec la commande des systèmes VSC-HVDC, la gestion prévisionnelle de l’énergie dans un bâtiment
tertiaire, la structuration de la commande permettant une optimisation de la production d’énergie.
•
aéronautique et aérospatial, avec des études portant sur le pilotage de missiles et de lanceurs, sur l’analyse de
robustesse pour les lanceurs, avec trois études sur la commande robuste de viseurs.
•
secteur automobile, dans le contexte du véhicule électrique, en particulier sur des problématiques de commande
avancée pour l’optimisation du confort thermique, et sur la commande et l’observation de moteur synchrone.
FAITS MARQUANTS
•
Le Département est impliqué dans les projets IDEX, en particulier au sein de l’Institut de Modélisation des Systèmes
Vivants (IMSV) et de l’Institut iCODE (Institute on Control and Decision).
•
Houria Siguerdidjane a présidé l’IPC du 19th IFAC Symposium on Automatic Control in Aerospace qui a eu lieu en septembre 2013 à Wurzburg en Allemagne et qui coïncide avec le 50 e anniversaire de la création du Technical Committee
on Aerospace de l’IFAC, qu’elle préside et anime depuis 2006.
•
Houria Siguerdidjane s’est vu remettre le 12 juillet 2013 à Strasbourg le prix IFAC-France 2012 pour les Services
rendus dans le cadre de sa présidence du Technical Committee on Aerospace de la Fédération Internationale de
l’Automatique (IFAC).
•
Sorin Olaru a reçu le prix du meilleur article à la conférence ICSTCC (17th International Conference on System Theory,
Control and Computing), Sinaia, 11-13 Octobre 2013, pour son papier intitulé « A nonlinear state feedback control
approach for a pantograph-catenary system », par C.K. Ide, S. Olaru, P. Rodriguez-Ayerbe, A. Rachid.
•
L’équipe est partie prenante du projet européen TEMPO (Training in Embedded Predictive Control and Optimization),
ayant pour but de former par la recherche des spécialistes en commande prédictive optimale embarquée, avec
application dans les domaines de l’automobile et de l’énergie, signé courant 2013.
Nationaux : Laboratoire GPEA Saint-Nazaire, Laboratoire Ampère Lyon, LGPM de Centrale Paris, Equipe Disco INRIA, LURPA
de l’ENS Cachan, LSS, LGEP, Université d’Orléans
Internationaux : LAR Unicamp Brésil, Universités de Mons,
Louvain, Séville, Barcelone, Porto, Trondheim, Patras, Bucarest,
Craiova, Stuttgart, Eindhoven, Newcastle Australie, Technion,
Sofia.
CONTACT
www.supelec.fr/deptauto/
Chef du Département : Didier Dumur
Tél : +33 (0)1 69 85 13 71
[email protected]
35
D é p a rtement signaux &
E3S – EA4454
systèmes électroniques
L A MAÎTRISE DU TR AITEMENT DE L’INFORMATION – THÉORIE , MÉTHODE ET RÉ ALISATION
SUR PUCE
L
e Département SSE voit son activité centrée autour du « traitement de l’information ». Celle-ci se décline en des
activités « mathématiques appliquées » (traitement du signal, traitement statistique de l’information) et des activités
« électronique » (conception de systèmes électroniques dédiés au traitement de l’information).
Les fondamentaux du traitement de l’information que sont l’acquisition (numériser, transmettre…), la transformation
(analyser, filtrer, reconstruire…) et enfin l’interprétation (détecter, classifier, estimer, localiser…) doivent être sans cesse
revisités pour répondre aux exigences toujours plus grandes du monde de demain : traitement plus rapide, plus précis,
plus pertinent ; données massives (big data) ; informations de nature et de structure plus complexes ; objets non standard
(de type ensembliste, de nature non uniforme...).
Les réalisations sur puce sont également confrontées à des contraintes croissantes : économie de matière, de surface,
conception contrainte par un coût énergétique, conception mixte analogique-numérique, conception fiabilisée (pour les
environnements difficiles, les systèmes spatiaux…).
En complément d’une expertise générale sur l’ensemble des fondamentaux du traitement de l’information et des réalisations électroniques, le Département SSE s’appuie sur des points d’excellence pour répondre aux différents défis posés.
L’activité se décline en trois axes de recherche : « Traitement statistique de l’Information », « Signaux et échantillonnages
singuliers » et « Architectures de circuits mixtes et de microsystèmes ».
Traiteme n t S tatisti q ue
L
de l’I n f ormatio n
es recherches sont menées dans les domaines les plus amont des statistiques et de
l’optimisation, le cas échéant en combinaison avec des avancées algorithmiques, avec
le souci permanent d’obtenir, à moyen et long terme, des retombées méthodologiques
permettant de répondre à des problèmes essentiels pour l’industrie. Le thème “analyse
stochastique appliquée” aborde l’étude de la propagation d’incertitude au sein des systèmes
dynamiques continus et hybrides avec des applications aux réseaux de communications sans
fil et à leur gestion de puissance. Les modélisations de type boite noire par des méthodes à
noyaux (krigeage, splines...) et les différentes méthodes de classification développées dans le
laboratoire, résultats d’études théoriques amont, présentent un caractère générique et sont
également rapidement transposables à de nombreux problèmes : optimisation de fonctions
coûteuses, estimation de probabilités de défaillance, planification d’expériences optimisées,
planification d’expériences ou étude de sensibilité pour les codes de calculs coûteux, traitement de données massives et/ou présentant une structure complexe (analyse multiblocs)…
“
CHIFFRES CLés
”
D octorants : 13
Post-doctorants : 4
Ingénieurs Techniciens et A dministratifs : 4,7
36
Optimisation d’une fonction coûteuse
par une approche probabiliste
Prise en compte d’a priori
hétérogène structuré sous forme de
graphe – Applications biomédicales
International : De Montfort University (Royaume-Uni), Faculté
de Génie, Université Libanaise (Liban), Iwate Prefectural University (Japon), King Saud University (Arabie saoudite), Liverpool
John Moores University (Royaume-Uni), University of Bahrain
(Bahreïn), McGill University (Canada), POLITEHNICA University
of Timisoara (Roumanie), Posts and Telecommunications Institute of Technology (Vietnam), Queensland University (Brisbane,
Australia), Université de Berne (Suisse), Université de Craiova
(Roumanie), Université du Michigan (USA).
France : CEA, Centrale Paris, CNAM, ESSEC, Hôpital Pitié-Salpétrière, IFSTTAR (INRETS), Institut du Cerveau et de la Moelle
(ICM), Institut Gustave-Roussy, Institut Télécom, Laboratoire
AMPÈRE (Lyon), LESIA, ONERA, Université de Technologie de
Compiègne (UTC), UMR HEUDIASYC (Heuristique et Diagnostic
des Systèmes Complexes), Université (Paris-Dauphine, Poitier).
S i g n au x
C
et
É c h a n tillo n n ag e S i n g uliers
et axe couvre les situations où l’information n’est pas échantillonnée
régulièrement dans le temps ou/et dans l’espace. De nombreuses proLocalisation de sources aéro-acoustiques
blématiques peuvent être interprétées comme un traitement d’informations
singulières (ou lacunaires). Il en résulte une grande variété d’applications réalisées dans le Département : transmission
adaptative sans perte d’information, compression d’information vibratoire, reconstruction de distribution granulométrique,
traitement de grandeurs LIDAR non régulières, approches parcimonieuses pour la localisation de source dans des cas
non standard (large bande, échantillonnage spatial non uniforme, signaux multidimensionnels, champs proches, sources
étalées spatialement…).
A rc h itectures
L
de circuits mi x tes et de micros y st è mes
e Département SSE développe des systèmes de traitement d’information intégrés
répondant aux demandes les plus exigeantes en termes de capacités de traitement,
de consommation énergétique, de fiabilité...
Il anticipe dans sa recherche les besoins de développement liés aux évolutions technologiques et, ainsi, est capable de proposer des solutions innovantes pour le développement
de fonctions complexes : mesures et conversions sur de larges domaines (en dynamique
ou en fréquence), système avec autocalibrage et autodiagnostic, numérisation à très haut
Les systèmes sur puce se conçoivent
comme des grands systèmes
débit… Il présente de plus un pôle d’excellence dans le développement de fonctions
complexes
élémentaires particulièrement exigeantes pour des systèmes intégrés. En complément de
l’utilisation d’approches polyvalentes performantes (architectures Sigma Delta, banc de filtres hybrides…), la maîtrise du
codesign analogique-numérique permet d’introduire l’« intelligence » nécessaire dans les fonctions
réalisées.
Accéléromètre résonnant
(Hybrid MEMS/NEMS)
A cti v it é
L
La conception des MEMS et de l’électronique associée est un domaine extrêmement complexe
des points de vue physique (couplages), dynamique (non-linéarités), co-simulation (différences
d’échelles de temps, ROM), et co-réalisation/co-intégration. Outre un travail “amont” sur les trois
premiers aspects (développement de ROM bas-coût en très grands déplacements, outils d’analyse
haut-niveau), l’équipe développe des architectures originales (notamment de systèmes résonants)
permettant de s’affranchir de contraintes liées à la réalisation, en exploitant des modes de fonctionnement originaux (fortement non-linéaires, différentiels, etc.).
tra n s v ersale
’analyse de données pour les Sciences du Vivant (en partenariat avec l’Institut du Cerveau et de la Moelle (ICM),
NEUROSPIN, l’Institut Gustave Roussy, Erasmus Université et l’Université de Munich) est un fil rouge pour de nombreuses actions de recherche. Les besoins de classification et d’analyse de données de grande dimension, la résolution
de problème mal posé, la présence d’information lacunaire… font de ce domaine un champ de collaboration privilégié
pour le Département.
FA I T S M A R Q UA N T S ET ANIMATION SCIENTIFIQUE
L
e Département participe à plusieurs projets (ANR Brainomics, CHIC, ICOGEN, Stemformatics –Australian Research
Council–, APOTEOSE…, projet Européen ARTEMOS, projet DIGITEO LOCSSA). Il est impliqué dans les nouvelles
structures préfigurant l’Université Paris-Saclay (IRT SystemX – programme Technologie et Outils) et dans plusieurs appels
IDEX. Le Département participe à l’animation du GIS eSys (Groupement des laboratoires de la région Île-de-France
autour de la conception en électronique des systèmes). Il participe à plusieurs Groupe de Recherche (IMPEC, ISIS, MNS,
programme Gaspard Monge, RedOpt, SOC-SIP) et à l’Institut pour la Maîtrise des Risques. Il est représenté au conseil
scientifique du Groupe de Recherche MASCOT-NUM. Il est membre du comité d’organisation du congrès AgroStat. Il est
actif au sein de la Société Française de Statistique. Il est représenté au comité de programme DIGITEO et au comité du
DIM LSC (Domaine d’Intérêt Majeur Logiciels et Systèmes Complexes) et aux comités de pilotage de l’IDEX Center for
Data Science et de l’IDEX NanoDesign.
CONTACT
www.supelec.fr/deptsse/
Chef du Département : Stéphane Font
Tél : +33 (0)1 69 85 13 91
[email protected]
37
D é p a rtement informatique
E3S – EA4454
L
es activités de recherche du Département informatique sont organisées autour de trois axes : « Modélisation et
validation des systèmes hétérogènes », « Performance de systèmes » et « Systèmes d’information hétérogènes et
adaptatifs ». Il participe à de nombreux projets collaboratifs, certains plutôt « académiques » et d’autres plus appliqués en
relation avec de nombreux partenaires industriels.
Projets Coopératifs :
• DOROthéE (Digiteo DIM) : Dimensionnement des réseaux tout optique en anneau
• APPAS (Digiteo DIM) : APProximation de l’Arborescence de Steiner
• ANETH (Digiteo DIM) : ANalysE de Textes Hybride (application à la génération automatique de questions sur un cours)
• TASCCC (ANR) : test automatique de systèmes hétérogènes pour la sécurité
• Gemoc (ANR) : réalisation d’une plateforme de modélisation hétérogène pour les systèmes logiciels complexes
• IMPEX (ANR) : intégration des sémantiques implicite et explicite dans le développement de systèmes discrets fondés
sur la preuve
• SOAPS (pôle de compétitivité System@tic) : Spectrum Opportunistic Access in a Public Safety network
• CBDP (FEDER) : Context Based Digital Personalities
M od é lisatio n s
C
et validatio n des s y st è mes h é t é ro g è n es
es travaux portent sur la modélisation et la validation du comportement
des systèmes. La complexité des systèmes considérés, qui font appel
à différentes spécialités techniques, oblige à traiter des modèles dont les
différents composants sont modélisés selon des paradigmes différents. Les
travaux réalisés depuis quelques années sur ce thème ont mené à la plateforme de modélisation et de simulation hétérogène ModHel’X. La spécificité
de ces travaux est de modéliser explicitement l’adaptation sémantique entre
les composantes hétérogènes d’un modèle, c’est-à-dire la manière dont
interagissent ses parties hétérogènes.
Nous travaillons particulièrement sur les aspects temporels de la modélisation
hétérogène :
“
•
Modèle de temps pour l’exécution hétérogène, intégré à ModHel’X ;
•
Extension temporelle d’OCL (Object Constraint Language) qui s’appuie
sur une sémantique compositionnelle des patrons de Dwyer ;
•
Extension du modèle d’exécution de fUML (Foundational UML) pour prendre en compte des profils de spécification
des aspects temporels.
CHIFFRES CLés
”
Enseignants- chercheurs et C hercheurs : 12,6
D octorants : 10
Post-doctorants : 1
38
Modélisation d’une interface homme-machine 3D avec
ModHel’X
P er f orma n ce
L
de s y st è mes
es travaux portent principalement sur des problèmes d’optimisation liés à la qualité de service dans des réseaux de télécommunications, problèmes n’ayant en général pas de garanties de performances
constantes, leurs solutions algorithmiques nécessitent une évaluation
statistique rigoureuse.
Un effort important est consacré aux réseaux optiques et à leur dimensionnement :
Dimensionnement d’un anneau optique POADM :
résultats des algorithmes heuristiques
•
réseau tout-optique maillé dans le contexte de transmissions multicast
dont la source et les destinations sont connues au préalable ;
•
problème du routage optimal pour un multicast quelconque dans un réseau optique maillé dans lequel un certain
nombre de routeurs optoélectroniques ont été déjà déployés ;
•
anneau tout-optique métropolitain ;
•
réseaux cellulaires PMR (Private Mobile Radio) dédiés à l’utilisation par les forces de l’ordre pour lesquels les exigences
de qualité de service sont particulièrement drastiques.
S y st è mes
L
d ' i n f ormatio n s h é t é ro g è n es et
A daptati f s
es travaux portent sur la modélisation de systèmes prenant en compte
l’utilisateur dans leur fonctionnement et traitant des données ou des
connaissances hétérogènes. Nos travaux sur des systèmes spécifiques
(systèmes de recommandation, moteurs de recherche, hypermédias adaptatifs, systèmes de coaching…) portent plus particulièrement, d’une part,
sur les modèles des utilisateurs, des contextes d’utilisation, des données,
des connaissances et, d’autre part, sur le calcul de l’adaptation prenant en
compte ces modèles. Nous travaillons aussi sur la modélisation générique
de l’adaptation, modélisation basée sur différentes logiques et permettant
de raisonner de façon générale quelque soit le type d’application visé.
Architecture d’un système hétérogène et adaptatif
CNAM ; LIMSI ; LRI ; UVSQ, l’Université de Berkeley ; l’Institut d’Informatique Théorique et Appliquée de l’Académie de
Sciences de Pologne à Gliwice ; l’Universités Mac Gill à Montréal ; l’Université Victoria à Wellington, Nouvelle-Zélande ; l’Université Vanderbilt, États-Unis ; etc.
CONTACT
www.supelec.fr/deptinfo/
Chef du Département : Yolaine Bourda
Tél : +33 (0)1 69 85 14 80
[email protected]
39
D é p a rtement télécommunications
E3S – EA 4454
FAITS MARQUANTS
L
e Département Télécommunications rassemble des compétences en Télécommunications avec une forte activité dans
le domaine des communications sans fil. Avec la Chaire Alcatel-Lucent sur la radio flexible et la Division Télécommunications et Réseaux du L2S, il forme le WCRG (Wireless Communications Research Group). Les enseignants-chercheurs
du département participent à la formation initiale, à la formation continue et à la recherche.
L
’activité de recherche porte principalement sur les communications et réseaux sans fil, mais englobe aussi l’électronique
radiofréquence et la compatibilité électromagnétique.
Th è me « C ommu n icatio n s
et r é seau x sa n s f il
»
Les sujets de recherche traités portent principalement sur la couche physique, mais aussi sur l’optimisation inter-couche.
Un investissement important en théorie des jeux permet un formalisme unificateur à beaucoup de problèmes de calcul de
performances, d’allocation de ressources et de sécurité dans les réseaux sans fil. Une activité en géométrie stochastique
est par ailleurs en forte émergence.
Radio cognitive et UWB :
Collaboration avec l’Université de Rome – La Sapienza sur l’application des concepts de la radio cognitive aux systèmes
UWB ; co-encadrement de thèse.
Connaissance imparfaite du canal :
Recherche de gains en efficacité spectrale par la sélection d’utilisateurs et l’introduction des nouvelles métriques de
feedback ; caractérisation du compromis entre la connaissance de canal, l’efficacité spectrale et la complexité dans les
techniques de réduction d’interférence intercellulaire, notamment dans la technique d’alignement de l’interférence, pour
la voie descendante des réseaux 4G.
Allocation de ressources dans les réseaux hétérogènes :
Utilisation de la théorie des jeux et d’une stratégie globale permettant une minimisation de la puissance émise. Une thèse
a démarré sur l’allocation de puissance et le routage conjoints dans des réseaux ad hoc de petite dimension.
Application de la théorie de l’information :
Cette étude a permis de déterminer l’impact de l’erreur d’estimation du canal sur les performances. Une métrique de
décodage a été proposée et (en collaboration avec Technion) la capacité des canaux composites avec information adjacente
à l’émetteur ainsi que les limites théoriques des réseaux coopératifs et le codage nécessaire pour ce type de réseaux ont
été évaluées.
Canaux à relais :
La capacité des canaux cognitifs en présence des relais a été évaluée et de nouveaux protocoles coopératifs ont été
proposés (travail avec ETIS, Université de Cergy-Pontoise). De nouvelles stratégies de codage pour les réseaux composites ont été proposées, pouvant d’atteindre la capacité du canal sur certains réseaux. En collaboration avec l’Université
de Buenos Aires, les performances des réseaux décentralisés ont été étudiées dans le cas où seulement une partie des
utilisateurs dispose d’un relais et ce en se basent sur le protocole « Decode-and-Forward full-duplex ».
Sécurité sur la couche physique :
En collaboration avec Institut Eurecom, l’impact sur le gain de multiplexage d’une connaissance passée d’un canal qui
varie temporellement a été étudié et le schéma optimal pour un canal de diffusion et un canal d’interférence avec antennes
multiples à l’émetteur et au récepteur a été déterminé.
Outils d’optimisation :
Il a été démontré que certains problèmes d’allocation de ressources sont de types NP difficile et peuvent être modélisés
comme un problème MINLP (Mixed Integer Nonlinear Programming). Des techniques de relaxations ont été développées
pour approcher la solution optimale et des bornes supérieures de l’écart entre la solution optimale et la solution approchée
ont été établies. Nous avons aussi développé des outils d’optimisation et de contrôle stochastique permettant à un réseau
de s’adapter dynamiquement aux changements stochastiques de l’environnement et du trafic. Des contrôles en boucle
fermée ont été trouvés et l’impact d’une connaissance imparfaite de l’état du réseau a été étudié.
40
Réseaux sans fil hétérogènes :
Des outils de la géométrie stochastique ont été utilisés pour la modélisation de la distribution spatiale du réseau et la
quantification de l’interférence. De nouvelles stratégies d’allocation du spectre et de contrôle d’accès distribué ont été
proposées pour des réseaux sans fil multicouches. Des nouveaux résultats sur l’impact et les implications des techniques
MIMO dans ces réseaux ont été obtenus. Plusieurs algorithmes d’optimisation de la consommation énergétique ont été
proposés et évalués.
Coopération dans les réseaux sans fils :
Dans le contexte d’architectures dynamiques du réseau avec des terminaux capables de communiquer entre eux et de
relayer les transmissions, une méthode d’optimisation du routage a été proposée. Celle-ci permet de minimiser la puissance
totale dépensée par le réseau.
Traitement de signal pour les télécommunications et le multimédia
En collaboration avec Orange Labs, de nouvelles méthodes semi-analytiques de prédiction des performances d’une certaine
classe d’algorithmes itératifs semi-aveugles et de nouveaux algorithmes d’allocation des ressources radio basés sur ces
méthodes ont été développées et des contributions à la norme LTE-A sont envisagées. Nous avons aussi développé de
nouvelles méthodes semi-analytiques de prédiction des performances d’une certaine classe d’algorithmes itératifs semiaveugles exploitant la connaissance statistique du canal et une première estimation imparfaite basée sur une séquence
pilote. D’autres travaux ont porté sur l’analyse et la conception de nouveaux algorithmes itératifs d’égalisation de canaux
à interférence entre symboles multidimensionnelle basés sur des graphes et sur l’estimation distribuée par combinaison
du schéma d’optimisation du recuit simulé et de l’approximation gaussienne des sommes de variables à dépendance
locale ainsi que sur l’estimation et égalisation simultanée de canaux à évanouissement variant dans le temps selon un
modèle Markovien.
Th è me « É tude
des tec h n olo g ies opto é lectro n i q ues et micro - o n des pour les t é l é commu n icatio n s
»
Les travaux portent sur la caractérisation des réseaux de fibres optiques à très haut débit et l’étude de nouveaux formats
de modulation et de codage. En 2012, de nouveaux formats de codage adaptés et de nouvelles techniques d’égalisation
numérique de la dispersion chromatique d’une fibre optique ont été explorés. Dans le cadre des communications optiques en espace libre FSO (Free Space Optics), des recherches ont porté sur les transmissions sous-marines destinées
à la recherche océanographique pouvant fonctionner jusqu’à 6 000 m de profondeur. Des expériences sont en cours.
Un autre sujet a démarré sur l’application de l’information quantique à la recherche d’information dans le cadre d’une
thèse financée par la Fondation Supélec. Les études portent sur une nouvelle approche de test s’inspirant de l’inégalité
de Bell sur les photons. L’activité compatibilité électromagnétique et exposition des personnes est traité en collaboration
avec le département Électromagnétisme utilisant les ressources de la Plateforme de Télécommunication MultiService. En
2012 les études ont porté sur la modélisation et la caractérisation des ondes émises par des nouveaux systèmes (WiFi,
WIMAX, LTE…) et l’effet de ses ondes sur l’environnement et les personnes. Nous continuons à participer à différents
groupes de travail ou d’experts (ANFR, ANSES, COMOP…).
“
Fig. 1: Relay-Aided Interference Mitigation
CHIFFRES CLéS
D octorants : 12
Post-doctorants : 2
Fig. 2: 43 Gbit/s Amplified Optical Fiber Link BER
Measurement Set-Up
CONTACT
www.supelec.fr/depttelecom
Chef du Département : Hikmet Sari
Tél : +33 (0)1 69 85 14 31
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41
D é p a rtement É nergie (électrotechnique &
E3S – EA4454
systèmes d' énergie )
L
a recherche au sein du Département Énergie est orientée vers l’optimisation des systèmes d’énergie électrique. Elle
est structurée selon deux thématiques, les réseaux d’énergie et les systèmes de conversion d’énergie.
R éseau d’énergie
Les actions de recherche sur les réseaux électriques s’articulent principalement autour des deux grands thèmes suivants :
les réseaux électriques plus flexibles, et les grands réseaux à courant continu.
Pour rendre les réseaux électriques plus flexibles (smart grids), il est indispensable de coupler les compétences « power
systems » avec des compétences en optimisation et en traitement du signal par le biais de collaborations avec d’autres
entités de recherche de Supélec : pour l’identification et la classification des perturbations dans le réseau, pour la protection des réseaux afin de proposer des algorithmes de détection/localisation de défauts sur les réseaux de distribution
avec production distribuée et de manière plus générale l’intégration des énergies renouvelables qui nécessite des études
probabilistes pour évaluer l’impact sur les réserves de puissance et sur la dynamique du système électrique. La gestion
de la demande électrique et son pilotage représente un axe important car elle est déterminante pour répondre à un grand
nombre d’objectifs : gestion des contraintes d’un réseau (congestions, tension, équilibre entre production et consommation), intégration plus importante des sources intermittentes, mais aussi meilleure intégration des véhicules électriques.
Ce dernier point fait aujourd’hui l’objet de trois thèses et de travaux.
Les réseaux HVDC sont un élément clé du renforcement des réseaux pour garantir la sécurité du système électrique
(construction de liaisons souterraines), et pour faciliter le raccordement d’une production renouvelable offshore. Les travaux
portent sur les convertisseurs (structures multi-niveaux) et leur commande pour répondre à la sécurisation du système :
réglage de la tension et des flux de puissance, partage de réserves de puissance, stabilité en cas de perturbations sur le
réseau.
Une part de ces travaux est menée avec une approche technico-économique : valorisation des services apportés par une
flotte de VE ou valorisation de la flexibilité de la demande par un agrégateur.
Le département Énergie participe à l’institut Risegrid, à l’ITE Supergrid et à l’IRT SystemX.
S ystèmes
de conversion d’énergie
Sur la thématique « Systèmes de conversion d’énergie », la modélisation des
éléments et la prise en compte de leurs interactions pour la conception et la
commande de nouvelles structures ainsi que l’évolution des procédures d’optimisation sont les activités principales qui participent à améliorer la conversion
électrique d’énergie en se plaçant au niveau du système.
“
Un système étant considéré comme un ensemble de composants reliés par
des interactions, il s’agit d’une part d’étudier les composants et leurs modèles
et d’autre part d’analyser les couplages et interactions entres les éléments. Ces
deux approches sont étudiées au sein du département. D’une part des modèles
multi-physiques performants de machines électriques sont mis au point afin
de servir au sein d’un processus d’optimisation. D’autre part, des travaux sont
en cours pour coupler les modèles afin de réaliser de l’optimisation système.
CHIFFRES CLéS
D octorants : 20
Post-doctorants : 2
42
Optimisation des aimants : passage de terresrares (rouge) à ferrites (vert) et réduction de cout
de 55%
La caractérisation des isolants basée sur l’analyse de retour de potentiel est une spécificité de l’équipe. Des études portent sur les effets du rayonnement et de l’éclairage. La
figure représente l’application de la méthode et montre la différence de charge de surface
selon l’éclairement d’un film de polyimide. Ce film utilisé comme couverture thermique des
satellites peut subir, outre les alternances d’éclairement et d’obscurité, de forts flux énergétiques chargés (électrons, protons) issus de l’environnement spatial. La compréhension
des mécanismes de charge et décharge de ce matériau représente un point clé pour la
maîtrise de la fiabilité dans les applications industrielles.
L’équipe mène aussi une activité sur les plasmas avec une approche pluridisciplinaire :
électrique, physique, chimique et biologique. Trois axes ont été particulièrement développés
cette année :
Cartographie de potentiel sur un
film de polyimide
• (i) interaction plasma/vivant,
• (ii) émission électronique sous basse pression et champ électrique intense,
• (iii) modélisation d’un réacteur plasma froid de dépollution des gaz.
Le département a bénéficié d’un soutien du LaSIPS (2012) qui a permis de recruter
un post-doc pour l’étude (i) du traitement de biofilms par procédé plasma froid à
pression atmosphérique impliquant 4 équipes complémentaires dans les domaines
de la biologie cellulaire et des biofilms (IGM - Univ. Paris Sud et LGPM-École
Centrale Paris), des décharges électriques et de leurs propriétés (DESE-Supélec
et EM2C-École Centrale Paris).
La tenue diélectrique sous vide (ii) est abordée dans le cadre du projet HVIV « High
Voltage Holding in Vacuum » (2013-2015) du programme ANR blanc édition 2012.
Le projet implique des équipes de l’IRFM (CEA), du LPGP, du LCAR et de SUPELEC (collaboration équipe CE du LGEP et DESE). Les résultats sont importants
pour le dimensionnement des traversées étanches haute tension envisagées pour
l’alimentation électrique des accélérateurs de neutre des projets ITER et DEMO.
Source plasma d’argon humide testée sur
biofilm (48h, E. coli)
Dans le cadre du projet ANR Removal en collaboration avec les laboratoires Laplace de Toulouse et Gremi d’Orléans,
nous sommes impliqués dans la modélisation 3D (iii) de la décharge électrique pré-disruptive. Pour réduire les temps de
calculs, une étude sur les différentes méthodes de résolution itératives a été menée et des tests ont été réalisés sur le
supercalculateur Hypérion du CALMIP (Calcul en Midi-Pyrénés).
FAITS MARQUANTS
•
Le Département Énergie participe aux projets d’investissement d’avenir, en particulier dans les domaines des réseaux,
des systèmes d’énergie et des transports (IRT SystemX, ITE Supergrid), ainsi que dans l’institut RISEGrid.
•
Le Département est également impliqué dans les projets de l’IDEX Paris-Saclay dans les domaines des sciences du
vivant et de l’énergie. Il est partenaire du LABEX LaSIPS.
•
26 thèses sont en cours de préparation, 2 thèses dirigées par des enseignants-chercheurs du Département ont été
soutenues en 2013.
Nationaux : laboratoire IREENA à Saint-Nazaire, EM2C et LGI de
Centrale Paris, Satie à l’ENS Cachan, LSS, LGEP, LPGP, Laplace
à Toulouse, Université d’Orléans, L2EP, LSEE
Internationaux : Universités de Louvain, Madrid, Trondheim,
Bucarest, Cluj-Napoca, Cracovie, Bratislava, Concepción,
Tomsk, Ivanovo.
CONTACT
www.supelec.fr/deptenergie/
Chef du Département : Jean-Claude Vannier
Tél : +33 (0)1 69 85 15 01
[email protected]
43
L a b o ratoire sondra - supélec, onera , national universit y
singapore , dso research alliance - E3S - EA 4454
of
FAITS MARQUANTS
L
es thèmes de recherche du laboratoire franco-singapourien SONDRA sont les Antennes, les Nouveaux Concepts
RADAR, les Techniques avancées de traitement du signal et la Modélisation électromagnétique de la propagation dans
des milieux naturels.
SONDRA a progressé en 2013 dans le développement de son activité en nouveaux concepts radar, développement qui
s’est traduit notamment par le succès d’expérimentations radar utilisant la technologie SDR (Software Defined Radio).
Cette technologie a permis de valider des techniques de classification d’avions à l’aide d’émissions d’opportunité dans le
cadre d’un travail de thèse où, pour la première fois, une base de données de plus d’un millier d’avions a pu être constituée,
permettant de qualifier de manière réaliste les performances en termes de classification.
Dans le domaine des antennes, les prototypes réalisés en 2013 illustrent bien la capacité du laboratoire à favoriser la
transition vers l’aval, souci des partenaires DSO et ONERA, comme en témoigne l’antenne aux capacités large bande
et polarimétrique « CARGESE », prête à voler à bord d’un motoplaneur de type
Stemme.
Le traitement du signal est une composante importante de SONDRA qui a connu
deux faits marquants. Le premier concerne l’étude des traitements reposant
sur la théorie des matrices aléatoires, grâce à des échanges fructueux et de
haut niveau scientifique avec d’autres équipes de Supélec. Le second concerne
l’application des techniques de traitement radar à l’analyse d’images hyperspectrales, avec des résultats concrets et un renforcement des liens avec le partenaire
singapourien (DSO).
Enfin, la tenue en France du 3e workshop international SONDRA (du 10 au 14 juin
Antenne CARGESE (Conformal ARray for GMTI
2013) constitue un fait marquant : la participation ainsi que le nombre de papiers
Extended SurveillancE)
et intervenants sont en hausse significative par rapport aux éditions précédentes
(Aussois 2007, Cargese 2010).
PARTENARIATS ET COOPÉRATIONS
E
•
•
•
•
•
•
n complément du partenariat constitutionnel de SONDRA (Supélec, ONERA, NUS et DSO), le laboratoire poursuit des
échanges soutenus avec les laboratoires ou universités suivants :
Nanyang Technical University: accueil de chercheurs et collaboration scientifique
ENS de Cachan : co-direction de thèse et projets de recherche
CNES, DGA : co-financement et encadrement de thèse (imagerie, traitement du signal)
Université de Liège : accueil d’un doctorant en cotutelle
ENSEIRB, ENSEEIHT : projets de recherche et publications communes (traitement de signal)
PennState University : projets de recherche et publications communes (antennes).
ANIMATION DE LA RECHERCHE
L
e laboratoire participe aux séminaires des groupes thématiques GT-1 (Modélisation des phénomènes de propagation
et de diffraction électromagnétiques et acoustiques) et GT-3 (Imagerie et inversion) du GDR Ondes ainsi qu’au thème
A (Traitement Statistique de l’Information) du GDR ISIS (Information, Signal, Images et ViSion). Le représentant de l’équipe
E3S de Supélec au GDR ISIS est un enseignant-chercheur de SONDRA.
En 2013, SONDRA a organisé son 3e workshop international à Hyères, réunissant plus de 90 personnalités (et 60 papiers
présentés), ingénieurs et chercheurs venant des équipes partenaires et également de centres de recherche et industrie
européens.
PERSPECTIVES
L
es perspectives s’inscrivent pour 2014 dans le prolongement des quatre thèmes : nouveaux concepts radar, traitement
du signal, propagation et détection dans les milieux complexes, nouvelles antennes.
44
Th è me « N ou v eau x
co n cepts radar
»
Ce thème regroupe les concepts innovants de radar s’appuyant sur le multistatisme, des techniques MIMO et de nouvelles
formes d’ondes. Deux thèses se poursuivront en 2014 :
la première concerne l’optimisation de formes d’onde MIMO en vue de nouvelles lois d’illumination spatio-temporelles
permettant à une antenne réseau de combiner des modes « radar » et « télécommunication », avec la perspective de
préparer et d’effectuer des mesures expérimentales (par exemple dans la chambre anéchoïque de l’ONERA),
• la seconde thèse, relative à l’étude des traitements MIMO-STAP (Space Time Adaptive Processing), destinés à
améliorer la détection des cibles mobiles par un radar aéroporté, démarrée en 2012, se traduira par des simulations
puis en 2014 ou 2015 par la confrontation à des mesures aéroportées (envisagées dans le cadre d’une collaboration
entre le DSO et l’ONERA).
L’activité sur les nouveaux concepts couvre également l’initiative SIERA (SONDRA Innovative Embedded Radar Aircraft)
un projet fédérateur de compétences, sous la responsabilité du laboratoire et en collaboration avec les autres équipes de
recherche de SUPELEC/E3S.
•
Th è me « Tec h n i q ues
ava n c é es e n traiteme n t du si g n al radar
»
Les études de nouvelles techniques de filtrage, détection ou de réduction de fausse alarme contribuent pleinement au
développement de la double compétence « physique/traitement du signal » à SONDRA. Les thèmes suivants, largement
supportés par des thèses, seront poursuivis en 2014 :
•
•
la classification polarimétrique applicable à des images SAR haute résolution et fortement texturées ; l’application et/
ou l’extension de ces techniques à des images hyperspectrales à partir d’une modélisation statistique fondée sur des
SIRV (Spherically Invariant Random Vectors).
la poursuite de travaux théoriques dans le domaine du STAP, avec la prise en compte des aspects liés à la robustesse
des algorithmes adaptatifs, la prise en compte de schémas de traitement multidimensionnels (grâce à l’extension de
l’algèbre matricielle / tensorielle, étudiée dans le cadre d’une thèse financée par Digiteo), ou encore l’application de
la théorie des matrices aléatoires (Random Matrix Theory).
Th è me « P ropag atio n
et d é tectio n de ci b le da n s les milieu x comple x es
»
Les milieux complexes objet de cette thématique sont les milieux forestiers (Détection sous couvert forestier « FoPen »,
foliage penetration), et les milieux urbains (Détection dans les canyons urbains par exploitation de trajets multiples). Deux
activités importantes viennent structurer ce thème en 2013 :
•
•
la poursuite de travaux autour de l’outil de modélisation COSMO, assortie d’une part d’échanges avec le DSO (en
vue de l’installation d’un code exécutable sur une plateforme adaptée) d’autre part d’une collaboration avec le LSS,
pour l’étude de techniques de radar cognitif, tirant au mieux parti des propriétés du milieu en vue d’adapter la forme
d’onde radar émise,
la qualification de la propagation en milieu urbain en bande centimétrique avec pour objectif d’évaluer la faisabilité
d’une détection de véhicules masqués. Des travaux de thèse se poursuivront avec le souci de mettre en place, à
moyen terme, des outils de simulation permettant de traiter en 3D des zones urbaines élargies. La comparaison avec
les mesures expérimentales (Radar SAR de l’ONERA dans le cadre d’une collaboration avec le DSO) est également
envisagée.
“
Th è me « N ou v elles
•
•
•
a n te n n es
»
poursuite de travaux sur la bande passante des antennes réseau large bande bipolarisation. Ceci concerne aussi
bien de nouvelles méthodologies de mise en réseau pour optimiser les paramètres d’intérêts (lobes secondaires et
polarisation par exemple) que l’introduction de nouveaux concepts permettant une extension de bande passante;
Étude d’antennes spirales modifiées très fines, tout en préservant leurs caractéristiques large bande et polarimétrique,
incluant l’étude de déphaseurs large bande, dans le cadre du coencadrement d’une thèse entre NUS et SONDRA ;
Développement et le test en vol de l’antenne CARGESE (Conformal ARray for GMTI Extended SurveillancE) en collaboration étroite avec les équipes de l’ONERA à Salon-de-Provence.
CHIFFRES CLéS
D octorants : 10
C ontrats : 1 M€
CONTACT
www.supelec.fr/sondra/
Directeur : Marc Lesturgie
Tél : +33 (0)1 69 85 18 01
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45
L a b o ratoire de génie électrique de paris - UMR 8507
CNRS, S upélec, UPMC, U niversité Paris -S ud 11
L
es thématiques de recherche du laboratoire, qui couvrent le spectre de l’« Electrical Engineering » au sens le plus large,
sont développées au sein de deux départements. Dans le département MADELEC sont traités plus particulièrement
les aspects liés aux matériaux et constituants pour l’information et l’énergie électrique, alors que dans le département
MOCOSEM on s’intéresse aux systèmes et outils logiciels pour les mêmes domaines applicatifs. Des axes de recherche
transverses intra département sur la microscopie en champ proche pour le département Madelec et l’instrumentation
et le calcul numérique pour le département Mocosem contribuent à assurer les interactions nécessaires à la cohérence
et à la coordination des activités au sein de chaque département. Un axe inter département sur la modélisation aide aux
rapprochements et aux collaborations entre équipes.
Ainsi, de par sa structuration et la diversité de ses chercheurs, le laboratoire est capable de développer des approches
variées et complémentaires sur des problématiques allant du matériau au système. Recherches intégratives de l’ingénieur
et recherches du physicien sont étroitement associées.
La triple approche (théorie / expérience / modélisation numérique) de la recherche au laboratoire fait que le LGEP est une
des rares unités impliquées dans les deux RTRA du Sud de l’Île de France : Triangle de la Physique et Digiteo. Mentionnons
également que le LGEP est membre de deux Labex (LaSIPS et Nano-Saclay) et est impliqué dans les deux ITE (IPVF et
VeDeCom). Ainsi, aux recherches académiques sont naturellement associées des recherches partenariales reconnues
avec des acteurs du monde économique. Les différentes participations confirment le continuum du domaine couvert par
les activités de recherche.
D épartement MADELEC - M atériaux
et dispositifs pour l’électronique
Le département MADELEC (MAtériaux et Dispositifs pour l’ELECtronique) regroupe les trois équipes du laboratoire travaillant
dans le domaine des matériaux appliqués à différents types de dispositifs pour l’électronique (photovoltaïque, capteurs,
détecteurs et dispositifs de connexion et de coupure). Les matériaux étudiés vont des semi-conducteurs et semi-isolants
aux supraconducteurs et composites pour les équipes SCM (Semi-conducteurs en Couches Minces) et MDMI (Matériaux
et Dispositifs : des Micro-ondes à l’Infrarouge). L’équipe CE (Contacts Électriques) s’intéresse aux matériaux métalliques
et/ou organiques en couches minces ou massifs utilisés pour les contacts électriques bas-niveau et de puissance.
Les activités du département MADELEC couvrent un spectre très large et vont de recherches plutôt fondamentales à des
recherches plus appliquées en lien étroit avec des problématiques industrielles. Plusieurs thématiques concernant les
nanotechnologies y sont développées. Ces études s’étendent de la caractérisation des objets nanométriques individuels
jusqu’à l’analyse expérimentale et théorique des effets collectifs de l’inclusion de ces nano-objets sur les performances
électriques de dispositifs électroniques. Les applications visées concernent la conversion photovoltaïque de l’énergie solaire
(nanofils de silicium, nanotubes de carbone dans une matrice polymère, nano-hétérojonctions), les contacts électriques et
dispositifs de connexion (revêtements innovants d’épaisseur nanométrique associant par exemple un polymère greffé et
des nanotubes de carbone ou des feuillets de graphène), l’imagerie terahertz (nanobolomètres supraconducteurs à haute
température critique élaborés à partir de films ultra-minces d’oxydes de la famille YBaCuO).
D é parteme n t MOCOSEM - M od é lisatio n
et co n tr ô le de s y st è mes é lectromag n é ti q ues
Le département MOCOSEM consacre ses activités de recherche à l’analyse, la conception et au contrôle de systèmes de
conversion d’énergie électrique. La majorité de ses efforts porte sur l’élaboration de méthodes et de modèles dédiés à la
détermination des champs électromagnétiques dans les matériaux et les structures complexes dont les comportements
obéissent souvent à des phénomènes multi physiques couplés. Il s’agit également de concevoir et de réaliser des systèmes
de conversion et d’actionnement répondant aux préoccupations sociétales et environnementales en matière de gestion
de l’énergie et de sûreté de fonctionnement. Une activité de valorisation est associée aux différents développements
informatiques et logiciels du département avec une diffusion vers le monde industriel grâce à des partenariats forts qui
tendent à se pérenniser.
Le département MOCOSEM est constitué de 2 équipes ICHAMS et COCODI. Ses activités couvrent de nombreux aspects
liés au domaine de la conversion d’énergie électrique, du matériau aux systèmes. Dans une conjoncture économique et
industrielle où il est question de développement responsable, d’efficacité énergétique, de préservation des ressources et
de l’environnement, les nombreuses actions du département s’inscrivent dans la démarche déjà entamée depuis plusieurs
années, d’intégration du vecteur électricité dans différents secteurs d’activités de la société. Fort de ses expériences
historiques en modélisation électromagnétique d’une part et en contrôle-commande de systèmes d’autre part, le département a, en combinant ces deux savoir-faire complémentaires, un positionnement original dans le paysage national des
laboratoires du génie électrique. Il est, par conséquent, impliqué dans de nombreuses collaborations académiques et
industrielles visant des études à la fois amont à caractère prospectif et des projets plus applicatifs.
46
PRINCIPAUX RÉSULTATS OBTENUS EN 2013
É q uipe COCODI
Le succès du développement des systèmes embarqués ou autonomes
passe par la gestion efficace de la ressource énergétique mais aussi la
maîtrise de la disponibilité et de la fiabilité. La filière hydrogène est une
des plus prometteuses et le défi est de concevoir des architectures de
réseaux simples, fiables et optimisés pour une utilisation efficace de
l’énergie. Cette thématique a permis au LGEP de nouer des relations
fortes au niveau local (L2S, le département automatique de Supélec,
l’IFSTTAR, ECS-ENSEA) et au niveau national (FEMTO-ST et GREEN).
Les chercheurs du Laboratoire de Génie Électrique ont développé
une architecture de commande basée sur l’outil de R.E.M et comparé
différentes techniques de commandes pour la gestion d’énergie des
systèmes autonomes à sources d’énergie hybrides. Ils ont contribué
à l’étude de la montée en puissance de la PEMFC en proposant une
structure de puissance adéquate (structure élémentaire pour pile segmentée représentée sur la figure suivante) et une action corrective
électrique du noyage.
L’électrification croissante des fonctions dans le transport constitue
un enjeu sociétal majeur du génie électrique. Le défi est de parvenir à
concevoir des actionneurs compacts, robustes, peu coûteux et ayant
de bons rendements énergétiques.
Les chercheurs du Laboratoire de Génie Électrique ont analysé et
conçu une machine électrique particulièrement adaptée à la traction
électrique. Ils ont également proposé une structure de commande qui
permet de travailler avec une plus grande période d’échantillonnage,
ce qui réduit le coût de l’électronique. La figure suivante montre la
structure du stator de la MRVDS avec sa bobine d’excitation et les
courbes qui montrent l’amélioration du rendement.
Figure 1 : Structure élémentaire de la pile
segmentée et de son convertisseur associé
a) Structure du stator
b) Courbes de rendement
Figure 2 : Conception de la MRVDS avec bobine d’excitation
É q uipe CE
L’année 2013 a vu des activités de l’équipe « Contacts Électriques » saluées par deux distinctions :
•
le Ragnar Holm Award a été remis lors de la 59e IEEE Holm Conference on Electrical Contacts (Newport, USA) à
Sophie Noël pour les travaux menés dans le cadre de sa thématique « Fiabilité et revêtements innovants des contacts
bas-niveau » et présentés régulièrement à ce rendez-vous international annuel de la communauté Contacts.
•
le 2e Prix FIEEC de la Recherche Appliquée a été attribué à Olivier
Schneegans, Pascal Chrétien et Frédéric Houzé pour le développement du « Résiscope » et sa valorisation en partenariat avec les
sociétés essonniennes C.S. Instruments et ScienTec. Ces travaux se
poursuivent dans le cadre d’un projet ANR P2N 2011 et d’une thèse
CIFRE et donneront lieu très prochainement à la mise sur le marché
d’une nouvelle version de l’appareil.
“
* Fédération des Industries Électriques, Électroniques et de Communication.
CHIFFRES CLéS 2013
D octorants : 57
Post-D oc : 10
Publications majeures (dont brevets) : 91
C ontrats : 1 035 k €
Remise du prix FIEEC* par Joseph Puzo, PDG d’Axon Câble, le 10
octobre dernier à Lyon, en clôture des Rendez-vous Carnot 2013.
De gauche à droite, F. Houzé, P. Chrétien et D. Pellerin, Gérant des
sociétés CSI et ScienTec.
CONTACT
www.lgep.supelec.fr
Directeur : Frédéric Bouillault
Tél : +33 (0)1.69.85.16.33
Fax : +33 (0)1.69.41.83.18
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47
L aboratoire de génie électrique de paris
UMR 8507 CNRS, S upélec, UPMC, U niversité Paris -S ud 11
É q uipe SCM
Des résultats marquants ont été obtenus en 2013 dans plusieurs filières pour le photovoltaïque. Ainsi, dans la filière
des cellules à multi-jonctions III-V sur silicium, nos caractérisations par spectroscopie Raman et photoluminescence à
l’échelle microscopique ont permis de montrer la bonne qualité cristalline de cristaux de GaAs obtenus sur des substrats
de silicium oxydés, par croissance à travers des nanotrous, réalisée par notre partenaire, l’IEF, dans le cadre du projet
ANR MULTISOLSI que nous coordonnons (Figures 4 a et b). Nous avons également proposé une ingénierie de bande
interdite de cellules III-N sur silicium (Figures 4 c et d). Dans la filière des cellules à hétérojonctions de silicium (Figure 4 e),
nous avons pu confirmer l’existence d’un gaz bidimensionnel à l’hétérojonction entre silicium amorphe dopé p et silicium
cristallin dopé n par des mesures et une analyse originale de la capacité de l’hétérojonction en fonction de la température.
En outre, nos travaux dans le domaine de l’instrumentation pour le photovoltaïque ont conduit à la réalisation d’un prototype de mesure de longueur de diffusion des porteurs dans des couches minces semiconductrices par une technique
d’interférométrie laser (SSPG : Steady-State Photocarrier Grating).
La figure 4f montre le banc de mesure original. Le prototype que nous avons réalisé est une version compactée, qui est
en cours de transfert industriel. Signalons enfin que l’année 2013 a été marquée par le démarrage de 2 nouveaux projets
ANR et un projet européen, HERCULES, auxquels nous participons sur la thématique photovoltaïque. Enfin, cette année
marque également la contractualisation et le démarrage officiel de l’IPVF (Institut Photovoltaïque Francilien), au sein duquel
nous coordonnons un des quatre programmes de recherche, à savoir le programme transverse dédié à la caractérisation
avancée et à la modélisation.
Figure 4 :
(a) Image MEB d’un cristal de GaAs intégré sur Silicium (100),
(b) Spectroscopie Raman réalisée sur le cristal présenté en (a) : seul le mode TO
est exalté sur le cristal en raison de l’orientation cristalline [110] de toutes ses
facettes,
(c) Image par microscopie électronique et (d) Ingénierie de la bande interdite
d’une cellule III-N Top sur ZnO sur silicium; (e) cellule à hétérojonctions de
silicium et détail de l’ingénierie de bande interdite de la face avant ;
(f) vue d’un banc de mesure de longueur de diffusion des porteurs par la
technique SSPG et (g) logo du nouveau projet européen HERCULES dédié aux
cellules et modules en silicium à très haut rendement, qui regroupe plusieurs
acteurs majeurs européens du photovoltaïque
© CNRS LGEP, IEF, UMI GeorgiaTech-CNRS, Nanovation
f
g
É q uipe MDMI
•
Aboutissement de la thèse de Kristell Quéléver : tests finaux d’un simulant de tissus biologiques conforme aux normes
micro-ondes et sa commercialisation par la start-up Art-Fi.
•
Tests en IR proche de détecteurs thermiques non refroidis en Y-Ba-Cu-O semi-conducteur : mise en évidence d’une
réponse pyroélectrique à très faible bruit, avec une réponse 1000 fois plus rapide que celle de détecteurs pyroélectriques commerciaux.
•
Suite à un appel à projets du synchrotron SOLEIL, obtention de temps de faisceau sur la ligne AILES, pour le test en
réponse temporelle de nano-bolomètres supraconducteurs à électrons chauds à haute température critique.
48
É q uipe ICHAMS
En partenariat avec EDF une modélisation tridimensionnelle multiphysique a été proposée
pour l’étude des vibrations mécaniques au niveau des cages de développantes des stators
de turbo-alternateurs. L’approche développée a consisté à mettre en place le couplage de
plusieurs codes existants et reconnus, traitant chacun un problème « monophysique », de
manière à résoudre séquentiellement les problèmes magnétique (code Carmel) et mécanique
(code Aster). Le transfert de grandeurs entre les codes passe par une méthode de projection
sur les maillages.
Dans le cadre du diagnostic filaire de réseaux de câblages, une méthode non itérative
originale dédiée aux défauts non-francs a été élaborée en coopération avec le Département
de Recherche en Électromagnétisme. Afin d’assurer la localisation de ces défauts au sein du
réseau nous avons transposé à la propagation guidée, la méthode DORT (Décomposition de
l’Opérateur de Retournement temporel) habituellement dédiée aux configurations de propagation en domaine ouvert (pour localisation de cibles en télédétection radar par exemple).
Couverture de la revue EPJ
illustrant les travaux sur la
modélisation des turboalternateurs
Génération d’impulsion optimale
permettant la localisation
49
L a b o ratoire des signaux et systèmes
L2S - UMR 8506 CNRS, S upélec, U niversité Paris -S ud 11
L
e L2S est une unité mixte de recherche (UMR) du CNRS, de Supélec et de l’Université Paris-Sud. Au CNRS, l’UMR est
rattachée à 2 instituts : INS2I (sciences de l’information et interactions, en rattachement principal) et INSIS (ingénierie et
systèmes, en secondaire). Il accueille des chercheurs dans les domaines du traitement du signal et des images, de la théorie
des systèmes, de l’automatique, de la transmission de l’information et des ondes électromagnétiques et acoustiques.
Il est composé de 4 entités : les Divisions « Signaux », « Systèmes », « Télécoms et Réseaux » et le « Département de
Recherche en Électromagnétisme » (DRÉ). Le L2S accueille également une Équipe-Projet INRIA-CNRS-Supélec (DISCO).
L’unité est partie prenante du Réseau Thématique de Recherche Avancée DIGITEO, et active dans le pôle de compétitivité
SYSTEM@TIC. Dans le cadre du Programme d’Investissement d’Avenir, le L2S participe à l’IDEX Université Paris-Saclay,
deux LABEX (DigiWorld et LaSIPS) et il est impliqué dans un IEED (Super-Grid). Le L2S est porteur et assure la direction
d’un Laboratoire International Associé du CNRS avec le Canada sur les smart-grids.
D i v isio n « S i g n au x »
L
•
’activité de la division « Signaux » se structure selon 2 axes. Les activités du groupe « modélisation statistique du
signal » concernent plus particulièrement :
•
séries temporelles (processus à longue mémoire stationnaires ou localement stationnaires, processus non linéaires ou non
gaussiens, processus ponctuels, analyse temps-fréquence ;
traitement du signal multicapteurs (analyse de performances, techniques d’estimation haute résolution, systèmes de positionnement par satellite, traitement du signal pour le diagnostic, méthodes algébriques).
Le groupe « problèmes inverses » traite l’ensemble de la chaîne permettant la résolution de problèmes inverses. Ses
travaux sont regroupés en 3 axes :
•
•
•
développement d’outils mathématiques : optimisation fonctionnelle, optimisation non différentiable, décompositions parcimonieuses structurées ;
développement d’approches d’inversion : approches bayésiennes variationnelles, approches non paramétriques, approches
EM généralisées, utilisation d’information a priori de parcimonie, modèles stochastiques markoviens ;
applications: imagerie infrarouge en astronomie, l’imagerie PET (Position Emission Tomography), séparation et indexation
de signaux musicaux, signaux EEG et MEEG, reconstruction d’images en tomographie micro-ondes, analyse de masses de
données et spectrométrie de masse appliquée en biologie. De plus, pour certaines applications, une implantation sur des
calculateurs massivement parallèles (Cluster, GPU) est faite (par exemple : tomographie 3D dentaire, identification de sources
acoustiques, spectro-imagerie infrarouge en astronomie, reconnaissance de signature radar).
D i v isio n « T é l é coms
«T
et
R é seau x »
élécoms et Réseaux » a comme particularité d’essayer, autant que possible, de s’éloigner d’une vision traditionnelle
en couches des réseaux, dont une optimisation séparée laisse peu de champ à des améliorations substantielles. Ce
constat a déjà amené beaucoup de chercheurs à adopter une approche d’optimisation dite inter-couches (cross-layer), que
la division cherche à étendre le plus possible, tout en maintenant la nécessaire flexibilité induite par les besoins applicatifs
variés des télécommunications. Cette approche est rendue possible par un regroupement des compétences, relatives aux
différentes couches d’un réseau de communication, qui travaillent en synergie pour résoudre des problèmes actuels des
télécommunications, en particulier des réseaux mobiles. Un effort est fait pour approfondir des outils génériques permettant
une optimisation la plus globale possible, comme la théorie des jeux ou la théorie de l’information. Une autre tendance
forte est la recherche d’algorithmes distribués aux performances proches des algorithmes centralisés, une stratégie où la
théorie des jeux joue un rôle important. D’une manière générale, la Division essaie, à partir de contributions « amont », de
décliner les travaux afin de les rapprocher d’une utilisation industrielle, en particulier à travers des contrats collaboratifs.
D i v isio n « S y st è mes »
L
es thématiques fondamentales de l’Automatique sont au cœur des recherches de la Division « Systèmes ». Ses
activités La Division «Systèmes» s’intéresse aux thématiques fondamentales. Ses activités sont développées dans un
vaste contexte international avec des collaborations aussi contractuelles, des échanges de chercheurs et doctorants,
des missions de longue durée, démontrant une forte mobilité réciproque avec les structures académiques étrangères
partenaires. Les applications sont menées via des collaborations académiques ou industrielles des secteurs concernés.
Les activités de recherche, d’animation et de formation par et pour la recherche de la Division Systèmes sont documentées
dans le rapport AERES (2008-2013) selon 8 intitulés pour la recherche méthodologique :
•
•
•
•
Estimation, Modélisation et Observation,
Systèmes et Passivité,
Stabilité et Stabilisation de type Lyapunov,
Systèmes à Retards,
•
•
•
•
Contrôle Géométrique et Optimisation,
Systèmes Discrets et Échantillonnés,
Systèmes en Réseaux et Hybrides,
Synchronisation.
Les secteurs applicatifs concernent les sciences de l’ingénieur en général, en particulier les systèmes de puissance, les
systèmes énergétiques et en réseaux smart grids mais aussi les systèmes de communication, la robotique et les systèmes
50
mécaniques articulés (navigation et planification des véhicules autonomes), les systèmes interconnectés, systèmes multiagents, vols en formation, les applications aux sciences du vivant (biologie, neurosciences) tel regroupé selon 3 secteurs :
•
Systèmes Énergétiques,
D é parteme n t
de
R ec h erc h e
•
en
Mécatronique et Robotique,
•
Sciences du Vivant.
É lectromag n é tisme
L’activité du « Département de Recherche en Électromagnétisme » (DRÉ) s’organise autour de 3 axes :
• Systèmes rayonnants complexes, la complexité procédant soit de la structure du système (cas des antennes réseaux
comportant des milliers d’éléments rayonnants), soit de son interaction avec l’environnement (téléphone cellulaire et
usager, station de base en environnement urbain) ;
• Compatibilité électromagnétique (CEM), où l’enjeu est de comprendre et in fine de réduire l’influence d’un environnement perturbateur sur un système électronique ou, inversement, les perturbations de l’environnement par ce système ;
• Problèmes inverses des ondes, dont la solution permet soit de caractériser les sources au sein d’un environnement
complexe à l’origine d’un rayonnement, soit de caractériser une structure inconnue tout ou partiellement à partir de
la mesure de champs ou grandeurs liées résultant de son interaction avec des sources choisies.
Les études portent sur la modélisation de configurations complexes en vue d’applications dans des domaines très variés,
pour lesquelles expérimentations et simulations numériques sont généralement menées de façon indissociable, sans que les
aspects théoriques ne soient négligés. Parmi les applications étudiées citons : métrologie des antennes de communications
mobiles, dosimétrie électromagnétique, compatibilité des systèmes de radiocommunications aéronautiques de nouvelle
génération, utilisation des chambres à retournement temporel pour l’accélération des tests d’antennes et de compatibilité
ou la génération de canaux de propagation complexes, contrôle non destructif en courants de Foucault et en ultrasons.
Perspectives
D i v isio n « S i g n au x »
Les axes scientifiques - identifiabilité, modélisation et observation, automatique non linéaire, contrôle géométrique et EDP,
passivité et systèmes en réseaux, stabilisation et robustesse, systèmes discrets et échantillonnés, systèmes hybrides
et synchronisation, systèmes à retards et interconnexions - seront poursuivis par les actions en cours et au travers de
nouvelles initiatives :
•
•
•
•
•
•
projet CAROSyNOL (commande adaptative robuste des systèmes non linéaires) du PEPS-Automatique avec Mines ParisTech ;
contrôle mathématique des structures mécaniques (contrôle actif de vibrations, planification des trajectoires, contrôle optimal,
contrôle quantique) ;
commande des systèmes distribués et à retards adaptés aux contraintes temporelles et de communication, projet MOISYR
(monotonie, observateurs par intervalles, retards) du PEPS-Automatique ;
développement de méthodes numériques avancées et les outils algorithmiques associés pour le traitement de la complexité
en termes de modélisation stochastique, de non stationnarité, de structures mixtes (équations différentielles, aux différences
et aux dérivées partielles) ;
prise en compte de paramètres incertains, de retards, les problèmes d’échantillonnage, les comportements hybrides,
hétérogènes, à commutations ;
synchronisation et la stabilisation de systèmes en réseau (communications, transport et gestion de l’énergie).
Énergie et systèmes électriques :
•
•
Techniques de façonnement d’énergie (avec l’université de Groningue, Pays-Bas) ;
projet GEOPLEX-II, gestion non linéaire des systèmes multi-sources, multi-charges avec implantation sur des plateformes
de piles à combustibles/super compensateurs (avec LGEP, GDR PAC, Indonésie) ;
commande hybride des convertisseurs de puissance.
“
•
Mécanique et robotique :
•
•
•
commande en téléopération de formations de robots avec retards (avec CoNaCyT, Mexique) ;
pilotage autonome de véhicules en formation prenant en compte les contraintes temporelles, spatiales et énergétiques
(DIGITEO EcceHomo) ;
modélisation, étude et commande d’un système de forage pétrolier (avec ESIEE Paris).
Sciences du vivant :
•
•
développement et commande de populations neuronales visant à désynchroniser, inhiber ou altérer certaines oscillations
cérébrales pathologiques ;
analyse de systèmes de digesteurs biologiques (PEPS ASYDE avec INRA-Jouy, INRIA-MODEMIC, Montpellier).
CHIFFRES CLéS
D octorants : 58
Post-D oc : 10
Personnel technique et administratif : 13
Publications majeures (dont brevets) : 325 (4)
CONTACT
www.lss.supelec.fr
Directeur : Silviu Niculescu
Tél : +33 (0)1 69 85 17 12
Fax : +33 (0)1 69 85 17 65
[email protected]
51
L aboratoire des signaux et systèmes
L2S - UMR 8506 CNRS, S upélec, U niversité Paris -S ud 11
Enfin notons l’implication de la Division dans diverses actions d’animation et fédératrices de diverses communautés tels
l’organisation de journées et séminaires, le prochain colloque Interdisciplinary Symposium on Signals and Systems for
Medical Applications en 2013 (organisé avec la Division Signaux et le DRE), la création et l’animation d’un groupe de travail
sur la théorie algébrique des systèmes.
D i v isio n « T é l é coms
et
R é seau x »
L’étude des interactions entre les problèmes de transmission et les couches supérieures du réseau sera poursuivie, ainsi
que des problèmes de coopération/compétition dans les réseaux sans fils. Cette thématique est présente dans l’ensemble
des activités de la division, que ce soit au niveau de la garantie de services, des métriques utilisées pour le routage, du
codage/décodage source/canal protocole conjoints, il s’agit d’un de nos axes majeurs de développement même si certains
sujets sont maintenant arrivés à maturité (décodage conjoint). Les réseaux sans fils et les problèmes de transmission
associés sont par ailleurs un des exemples parfaits où l’interaction entre les utilisateurs et l’impact correspondant sur les
performances du réseau posent le problème du réglage entre coopération (améliorer les zones de couverture ou le débit
vers des utilisateurs malchanceux) et compétition, car les ressources spectrales sont rares. Après l’obtention de plusieurs
projets académiques liés à ces problématiques, le L2S entre maintenant dans une phase de production de résultats liés
à ces thèmes. Les sujets associés comme la théorie des jeux, l’allocation de ressources dans des systèmes hétérogènes
et l’étude de l’impact de la connaissance imparfaite des paramètres des canaux de transmission donnent déjà lieu à des
collaborations au sein du Groupe de Recherche en Radiocommunications, commun avec le département Télécommunications de Supélec. Les travaux en traitement du signal pour le multimédia, qui comportent les aspects codage et décodage
conjoints seront développés également vers la sécurisation des communications sans fils. Le développement d’outils
théoriques sera intensifié : géométrie de l’information (analyse des algorithmes itératifs), théorie des graphes (amélioration
et optimisation de la redondance dans des réseaux de communication), théorie des jeux, géométrie stochastique et liens
entre estimation, compression et communication (estimation dans des réseaux). L’unité abordera par ailleurs une thématique
sur les réseaux intelligents, avec des liens vers les réseaux d’énergie, sujet qui a donné lieu à un Laboratoire International
Associé du CNRS avec le Québec. Un autre sujet en émergence est la sécurité des réseaux surveillés dans un cadre sténographique. Nous avons proposé d’utiliser un filtre de formation de voie minimisant la probabilité d’erreur de transmission
en clair (pas de chiffrement) d’une information secrète à des destinataires légaux tout en maximisant la probabilité d’erreur
de destinataires opportunistes « scannant » le canal. Nous envisageons de proposer un filtre de formation de voie robuste
à la variabilité du canal de propagation et de généraliser l’analyse proposée dans un cadre de canaux à relais.
D i v isio n « S y st è mes »
Concernant les perspectives de la Division « Systèmes », citons, en liaison avec les programmes en cours de démarrage,
les thèmes stratégiques et fédérateurs suivants :
•
•
•
•
•
•
•
•
52
Impact des méthodes algébriques et fonctionnelles pour l’analyse, l’estimation et observation des systèmes - Estimation
garantie de domaines ayant exactement une probabilité donnée de contenir le vecteur des paramètres d’un modèle - structuration et simplification des représentations - rôle des changements de coordonnées pour les observateurs par intervalles
- conception d’observateurs non linéaires linéaires.
Impact des méthodes d’analyse et de contrôle non linéaires et adaptatives dans le secteur des énergies nouvelles (e.g.
éolien, solaire) pour la production et la distribution : développement de thématiques telles que : l’insularisation des unités de
production : réduction et agrégation de modèles; les stratégies ”plug-and-play” pour le contrôle/commande : observateurs
adaptatifs robustes et contrôle décentralisé ; la régulation des systèmes de distribution, grande échelle, fortement interactifs :
synchronisation des systèmes multi-agents sous information partielle; en liaison avec les disciplines concernées.
Traitement de la complexité en termes d’interconnections, de commutations, et de synchronisation/désynchronisation pour
les systèmes en réseaux : systèmes de puissance, de communication et neuronaux (les aspects de synchronisation utilisant
des modèles de Kuramuto se retrouvent aussi bien en stimulation cérébrale profonde qu’en stabilisation d’un réseau de
puissance électrique smart-grid) ; en liaison avec les disciplines concernées.
Traitement de la complexité et de la robustesse en présence de retards - les techniques de réduction de modèle et les multiples
façons de décliner cette technique dans des domaines nouveaux pour classifier les non linéarités, simplifier les structures
et leur contrôle, traiter les retards - l’extension non linéaire des méthodes de Lyapunov Krasovki Ramiski – la mise en place
de prédicteurs et d’observateurs échantillonnés.
Traitement de l’optimalité dans plusieurs contextes – contrôle géométrique - commande des systèmes quantiques, commande
optimale et ses implications dans le contexte de la motricité et la robotique, mobile et humanoïde – analyse des systèmes
aux dérivées partielles - traitement des phénomènes vibratoires (plate-forme L2S).
Traitement de l’échantillonnage et développement (algébrique, combinatoire) des méthodologies du numérique vers la
conception d’outils formels et logiciels - renouveler le contrôle non linéaire discret/échantillonné en dépassant les schémas
d’émulation par bloqueur d’ordre zéro et en permettant la prise en compte d’objectifs discrets et de critères de robustesse.
P2ER plates-formes d’enseignement et de recherche - le développement de la Plateforme vibratoire pour la commande de
structures flexibles et le contrôle actif des vibrations et l’acquisition en 2013 d’un robot DENSO à 6 axes (suite de DIGITEO
Roboteo Handling et DIGITEOPraCTiX (2013-2016) avec Supélec).
Calcul scientifique : le développement d’outils d’aide à la simulation, de simulateurs permettant d’insérer du code correspondant à des lois de commande, d’observation et d’estimation spécifiques (suite DIGITEOCoTeC). On remarque des
programmes en cours de démarrage à l’appui de ces orientations tels : IEED Super Grid (2012-2022) avec Supélec ; ANR
JCJC SYNCHNEURO(2013-2017) « Analyse de la génération d’oscillations cérébrales pathologiques à partir des données de
l’optogénétique et développement de signaux de stimulation en boucle fermée » ; ANR SIMI MSDOS (2014-2018), «Multidimensional Systems: Digression On Stability» ; IDEX UPSAy ICODE (2014…) «Institute of Control and Decision» avec Supélec.
D é parteme n t
de
R ec h erc h e
en
É lectromag n é tisme
Pour les systèmes rayonnants complexes, les perspectives s’orientent autour des techniques de champ proche (TCP), des
antennes large bande et multi-bandes pour les systèmes de communication sans fils (notamment les systèmes RFID et
NFC) et autour de la dosimétrie électromagnétique. Concernant les TCP, les activités vont de l’adaptation de ces techniques
aux tests de systèmes de grandes dimensions à l’extension des techniques de correction de sondes à des mesures de
champ très réactif entre autre. À propos des RFID, l’une des applications actuellement étudiées concerne la traçabilité
des instruments de chirurgie (collaboration avec l’un des lauréats du concours OSEO). En dosimétrie numérique existe
à ce propos un défi fort: la modélisation fidèle et rapide du comportement électromagnétique des mobiles en présence
de la tête de l’usager, en évaluant son incertitude. En lien évident, et synergique à cette investigation, un Dasmètre à
haute sensibilité et forte dynamique a été mis au point et réalisé pour caractériser l’exposition au téléphone mobile 3G.
En dosimétrie basse fréquence et corps entier des travaux sont menés afin de préciser la répartition du DAS dans le
corps, les caractéristiques du liquide équivalent à utiliser expérimentalement et la méthode de calibrage des sondes. En
complément, des travaux concernant une meilleure connaissance de l’environnement électromagnétique à l’intérieur d’un
habitacle automobile ont commencé.
Concernant la compatibilité électromagnétique (CEM), il s’agit en premier lieu de traiter la question clé de la compatibilité
radioélectrique des systèmes aéronautiques de nouvelle génération, deux thématiques intimement liées émergeant : CEM
des « candidats » au nouveau système de communication aéronautique et coexistence des systèmes radio en proximité
des aéroports. Aspects fréquentiels et temporels sont tous deux essentiels alors, leur double prise en compte, une des
marques originales des recherches, conduisant à la caractérisation complète de la CEM « entre systèmes », donc donnant
garantie que les nouveaux systèmes coexisteront avec ceux présents dans l’environnement complexe considéré. Une
forte activité sur les chambres réverbérantes à brassage de modes (CRBM) et plus précisément de la mise en œuvre
du retournement temporel se poursuit. Elle introduit un changement de paradigme dans les applications des CRBM en
permettant la génération contrôlée de fronts d’ondes déterministes arbitraires. Plusieurs applications sont en cours :
mesure d’antennes rapides, tests CEM, émulation de scénarios réalistes de propagation d’ondes en milieux multi-trajets,
génération d’impulsions micro-onde de forte puissance. L’ensemble de ces activités est validé grâce à la création d’un
nouveau moyen d’essai expérimental qui leur est dédié. D’autres applications seront développées dans le cadre d’un
projet ANR Astrid « MIMOCHIC » qui démarre en 2013. À terme, le but sera de permettre la virtualisation des essais en
milieux réalistes. Pour ses travaux sur la TREC un chercheur du DRE a obtenu le prix Coron-Thévenet de l’Académie des
sciences en 2012.
Concernant les activités imageries et problèmes inverses, et au-delà du besoin de disposer d’outils de modélisation et
simulation numérique performants et adaptés aux contraintes des systèmes d’imagerie proposés, les perspectives sont
multiples. Celles-ci résident tant au niveau de l’indispensable preuve de concept que de travaux pré-industriels, dans
le cadre de systèmes embarqués auprès de l’utilisateur ou au minimum d’insertion dans une plate-forme logicielle. Une
activité primordiale est alors celle du contrôle non destructif (CND) ultrasonore et électromagnétique (en accord avec le
MoU CIVAMONT qui couvre la coopération que le CEA LIST et une quinzaine de laboratoires académiques européens
conduisent avec nous, avec dorénavant un horizon 2016). Elle bénéficiera par ailleurs de la plate-forme multi-modalités
de simulation CIVA, et dorénavant, de celle d’instrumentation GERIM2 juste agréée en équipement mi-lourd par la Région
Île-de-France, avec notre participation. Des travaux se poursuivent sur les «méthodes innovantes de modélisation de
pièces finies endommagées » en coopération avec l’University of West-Macedonia (UWM) en Grèce. Mais tout n’est pas
CND, évidemment, et si la coopération avec SONDRA (bases de données adaptatives et caractérisation de couverts
forestiers en radar) se poursuit grâce à une thèse débutée en 2012, les activités sur la caractérisation de milieux forestiers
font aussi l’objet d’une thèse co-encadrée avec le L2E (UPMC). Les travaux et échanges sur imageries et anisotropies
avec le Microwave Laboratory, National University of Singapore (NUS) se poursuivent. Des projets porteurs, en cours
(e.g. une thèse, un post-doctorat DIGITEO et une bourse chinoise sur des sujets liés à l’imagerie de milieux complexes
anisotropes), la soutiennent et participent également aux échanges avec le CEA-LIST. Le projet « Imagerie micro-onde et
multi-résolution » (Italie, avec le bénéfice d’un Erasmus Agreement via Supélec) avec l’université de Trente et son centre de
recherche ELEDIA (Electromagnetic Diagnostic Research Center) concrétise une succession de visites, d’enseignements
et de développements doctoraux et post-doctoraux partagés. Finalement (l’inventaire ci-dessus laisse de côté tout un pan
d’avancées en cours avec plusieurs groupes académiques de l’ENS Paris, de l’Université de Patras, de Manchester, et
de Kookmin University à Séoul), signalons 2 projets d’une durée de 4 ans (financement ANR) : l’un (2012-2016) en collaboration avec le BRGM, l’université de Barcelone et une entreprise (prospection pétrolière) concerne le suivi du stockage
du CO2 en aquifère profond ; l’autre (2012-2016) en collaboration avec l’Institut Fresnel, le LPMA et le LPN porte sur la
super-résolution en microscopie tomographique optique par diffraction.
53
U nité mix te internationale 2958 G eorgia I nstitute
Technology - CNRS
of
L
e Laboratoire international de recherche UMI n° 2958, commun entre le Georgia Institute of Technology (Georgia Tech)
et le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), a été créé en 2006. Ce laboratoire est la première entité UMI
située en France. Le site principal de ce laboratoire est situé à Metz sur le campus européen de Georgia Tech, Georgia
Tech Lorraine et un site miroir a récemment été mis en place sur le campus de Georgia Tech à Atlanta. Les programmes de
recherche se développent avec quatre partenaires associés : Supélec, ENSAM Paris Tech, Université de Franche Comté
et Université de Lorraine. Cette recherche collaborative a essentiellement lieu en lien avec les laboratoires suivants : le
Laboratoire Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes (LMOPS), commun à Supélec et l’Université de Lorraine, le
Laboratoire d’Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (LEM3) commun à Arts & Métiers ParisTech et
l’Université de Lorraine et le Laboratoire Franche-Comté Électronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et
Technologie (FEMTO-ST) de l’Université de Franche-Comté et impliquant le CNRS.
Réseaux sécurisés :
Ce thème de recherche regroupe des activités autour de la dynamique des composants lasers et de l’optique non-linéaire.
Une des activités de ce thème traite notamment de la sécurisation des communications optiques par l’exploitation de
dynamiques chaotiques. Une autre activité concerne l’étude de nouveaux protocoles pour la distribution de clés quantiques (QKD) afin d’améliorer la sécurité, le débit et la distance de transmission. Enfin, une troisième activité est dédiée
au développement de nouveaux dispositifs optiques comme des sources de photons utilisant le processus inverse de la
génération de troisième harmonique dans les cristaux possédant une non-linéarité.
Matériaux innovants :
C’est le thème majeur de l’UMI n°2958 GT/CNRS qui met en oeuvre les collaborations avec les 3 laboratoires partenaires
(LMOPS, LEM3 et FEMTO-ST). Il concerne plus précisément l’étude, la fabrication et le développement de nouveaux
matériaux et nano-hétérostructures pour l’électronique et la photonique avec notamment la croissance par OMCVD de
semi-conducteurs nitrurés (BalGaN) sur template GaN et/ou substrat Saphir. Une autre partie de ce thème est consacrée à
la mise au point de matériaux multifonctionnels, des matériaux «sur-mesure» modélisés puis fabriqués après avoir clairement
identifié un besoin, une fonction, avec pour objectif de répondre au mieux aux critères établis, aux propriétés définies afin
d’élaborer le matériau qui conviendra le plus justement à la demande formulée. La dernière partie de ce thème se focalise
sur la caractérisation des matériaux par ultra-son et le développement de capteurs utilisant ce type d’ondes sonores.
Computer Science :
Ce thème de recherche se décline autour de deux sous-thèmes concernant l’apprentissage situé et la robotique d’une
part et l’étude des réseaux de systèmes d’information d’autre part. Ce dernier sous-thème intègre notamment le management des systèmes distribués ainsi que le traitement et le stockage de masses de données.
L’équipe OPTEL du campus de Metz de Supélec, de par son intégration dans le LMOPS, est impliquée dans les thèmes
« Dynamique et optique non-linéaire » et « Matériaux innovants ». L’équipe IMS représente, quant à elle, la majorité des
forces de recherche impliquées dans le thème « Computer Science ».
ÉQUIPE INFORMATION, MULTIMODALITÉS ET SIGNAL - IMS
“
L’équipe IMS est composée de 14 enseignants-chercheurs et accueille 6 doctorants. L’équipe se répartit au sein de deux
sous-équipes thématiques correspondant aux deux sous-thèmes de l’axe Computer Science de l’UMI n°2958 GT/CNRS.
• L’équipe MaLis (Machine Learning and Interactive Systems) s’inscrit dans le cadre du sous-thème « Apprentissage
situé et robotique » et est animée par Cédric Pradalier, Professeur assistant à Georgia Tech Lorraine. Elle est constituée
de six enseignant-chercheurs de Supélec et de quatre doctorants. Elle regroupe des activités en traitement du signal,
apprentissage automatique et représentation des connaissances dont l’objectif est la mise au point de paradigmes
de traitement de l’information permettant la mise en situations réelles de machines autonomes. Elle s’investit également dans le développement et le contrôle de robots mobiles pour diverses applications (supports de capteurs,
exploration...).
CHIFFRES CLéS
Enseignants- chercheurs et C hercheurs (dont S upélec) :
D octorants S upélec : 6
Post-D oc : 2
54
25 (14)
Partenaires académiques internationaux
University de Mons (Belgique), Université de Augsburg
(Allemagne), Università degli Studi Genova (Italie), University College London (UK), Queens University Belfast
(UK), University of Zürich (Suisse)...
•
L’équipe IdMad (Informatique Distribuée et
Masses de Données) s’inscrit dans le sous-thème
« Étude des réseaux de systèmes d’information »
sous la direction de Stéphane Vialle, enseignantchercheur à Supélec. Elle compte quatre enseignant-chercheurs permanents de Supélec et deux doctorants. Elle développe des travaux dans plusieurs domaines
relevant du champ thématique du sous-thème : la compression de flux de masses de données pour le codage
notamment d’images hyperspectrales satellites, la co-simulation distribuées de systèmes complexes appliquée en
particulier aux problèmes de simulation des réseaux électriques tels que ceux d’EDF (étude réalisée dans le cadre
de l’Institut RISEGrid commun entre EDF et Supélec) ainsi que d’escadrilles de drones communicants à travers des
réseaux informatiques sans fils (collaboration LORIA) et la conception d’algorithmes et d’outils de développement pour
architectures parallèles hybrides dont l’objectif est de développer des algorithmes et des codes parallèles multi-grains
pour résoudre des problèmes industriels ou émanant d’autres communautés scientifiques, et à concevoir de nouveaux
outils de développement adaptés aux architectures parallèles hybrides et hiérarchiques.
PLATEFORMES DE RECHERCHE
Deux plateformes de recherche mises en place et gérées par Supélec sont mises à la disposition des chercheurs :
• Smart-Room : une plateforme d’expérimentation recréant un espace domestique intelligent. Cette plateforme permet de mettre en situation les recherches menées dans les
domaines du traitement du signal, de l’apprentissage numérique et symbolique et du
calcul distribué. La SmartRoom est composées de trois environnements différents : une
salle robotique, équipée de nombreux robots qui peuvent évoluer dans un espace sans
obstacle, une partie appartement, équipée de microphones, caméras et d’un mur holophonique qui permet de réaliser des expériences dans un environnement domestique, une
partie holophonique, équipée d’un ensemble de haut parleurs permettant de recréer un
environnement comprenant des sources sonores virtuelles se déplaçant dans l’espace.
• InterCell : un cluster de 256 PCs conçu pour la simulation et le calcul parallèle à grains fins. Il a été co-financé par
l’INRIA et la Région Lorraine. L’objectif est de proposer aux chercheurs un système interactif permettant de faire du
calcul parallèle en mettant à disposition de l’utilisateur des outils de visualisation et de management d’exécution sans
effort de parallélisation qui est réalisée via un framework XXL.
FAITS MARQUANTS
L’année 2013 a donné lieu à la soutenance de deux doctorants (L. Daubigney et E. Klein) et l’arrivée de deux nouveaux
doctorants. Cette année a aussi vu le départ d’un enseignant chercheur de Supélec (O. Pietquin) et le passage de l’équipe
Malis sous la responsabilité de C. Pradalier, Professeur Associé à GeorgiaTech. L’année 2013 marque par ailleurs la fin du
projet Methodeo, projet ANR CSOSG (Concepts, Systèmes et Outils pour la Sécurité Globale) dont le but principal était
de mettre au point des méthodologies d’évaluation et de calcul de performance des algorithmes de pré et post traitement
utilisées sur les données de vidéo protection. Au niveau du rayonnement international, l’équipe Malis a organisé la conférence SigDial 2013 sur le language et le dialogue et déposé un brevet en collaboration avec l’université d’Oxford sur la
réduction d’artefact périodique dans les signaux bio-médicaux.
L’UMI n°2958 GT/CNRS prend part à de nombreux projets ANR ,projets européens, projets industriels et projets soutenus
par les collectivités locales, menés avec de nombreux partenaires académiques et industriels. En ce qui concerne plus
précisément le thème « Computer Science », il est possible de citer le projet Mardi, ANR CONTINT dont l’objectif est d’étudier l’interaction homme-machine sous l’angle de la mise en situation, et Ilhaire, projet FP7 qui vise à mieux comprendre
les mécanismes du rire chez l’humain pour pouvoir le transférer à des avatars numériques. L’équipe IDMaD collabore
également avec EDF dans le cadre de l’Institut RISEGrid pour l’étude et le développement des réseaux électriques ainsi
qu’avec TOTAL dans le cadre d’une thèse industrielle.
CONTACTS
http://gtl-umi.gatech.edu,
http://ims.metz.supelec.fr/
Directeur du laboratoire UMI n°2958 GT/CNRS : Abdallah Ougazzaden - [email protected]
Responsable de l’équipe IDMAD : Stéphane Vialle - [email protected]
Responsable de l’équipe MALis : Cédric Pradalier - [email protected]
55
L a b o ratoire matériaux optiques ,
L MOPS - E A 4 423
photonique et systèmes
L
e Laboratoire Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes (LMOPS) regroupe 60 personnes environ issues de ses
deux tutelles qui sont l’Université de Lorraine, et Supélec. Le laboratoire est principalement basé sur le Campus messin
de Supélec, avec des antennes à l’Institut de Chimie et Physique de Metz (ICPM), et dans les IUT de Saint Avold et Thionville.
ÉQUIPE OPTIQUE ET ÉLECTRONIQUE POUR LES TÉLÉCOMMUNICATIONS OPTEL
L
’équipe OPTEL du campus de Metz de Supélec compte 9 enseignants-chercheurs dont 6 sont membres permanents
du LMOPS et membres associés de l’UMI GT-CNRS 2958. Ces enseignants-chercheurs se répartissent au sein de
l’Axe 1 «Matériaux Fonctionnels» (2) et de l’Axe 2 «Photonique non linéaire» (4) du LMOPS.
FAITS MARQUANTS
L
e LMOPS a été évalué très favorablement (notation A) par l’AERES et est un des laboratoires associés et pilier de l’UMI
GT-CNRS 2958. L’année 2013 s’est accompagnée d’une implication du LMOPS dans les programmes d’investissement
d’avenir. Ainsi, deux financements pour un projet de recherche AMI d’une part et pour un post doc dans le cadre du
programme LABEX Ganex ont pu être obtenus. Le LMOPS est également impliqué dans le Pacte Lorraine dans le cadre
du projet Campus International d’Ingénierie en optoélectronique et énergie qui devrait être financé à hauteur de 7,5 M€
d’une part, et d’autre part dans deux projets avec le CEA TECH qui viennent de démarrer avec le recrutement de deux
doctorants et deux post docs. Le laboratoire est en outre impliqué en 2013 dans 7 ANR, 1 PEPS, 3 projets européens
COST, 1 projet FP7, 3 projets PHC, 3 projets régionaux CPER et 3 projets pilotés par l’Agence de Mobilisation Économique
Lorraine. 5 contrats industriels sont également en cours. Côté ressources humaines, le laboratoire a recruté 2 nouveaux
enseignant chercheurs à Supélec et vu 3 de ses personnels obtenir des promotions en tant que Professeur des Université
de classe Exceptionnelle. Enfin, le laboratoire vient d’obtenir le label CNRS de par sa participation active à la Fédération
de Recherche GI2M.
Matériaux fonctionnels :
Cet axe concerne la conception et l’élaboration de matériaux à fonctionnalités optoélectroniques
(sources laser, et photo-détecteurs UV, cellules solaires), électroniques (transistors HEMT, diodes
Schottky) et thermiques (ignifugation). L’activité des enseignant-chercheurs de Supélec au
sein de cette thématique porte notamment sur la conception de nouveaux composants photoniques tels que des miroirs sub-longueurs d’onde, des structures à base d’oxydes transparents
conducteurs, des lasers à cavité verticale émettant dans l’UV ou le Moyen Infra-Rouge ou
encore des sources lumineuses type LED à cavité résonnante. L’équipe a également obtenu le
financement du projet BioCapTech par l’Agence de Mobilisation Économique (AME) du Conseil
Régional de Lorraine dont l’objectif est de mettre au point un système optique de détection et
de reconnaissance des algues polluantes pour contrôler la qualité des eaux de bassin et lutter
contre la prolifération d’algues nocives.
Photonique :
Cette thématique regroupe l’étude de la commutation tout-optique, des circuits optiques 3D, des
nouveaux composants électro-optiques, de la génération tout optique de signaux électriques
rapides, et de la cryptographie par chaos. Les recherches conduites par les enseignant-chercheurs de Supélec portent plus particulièrement sur l’étude du chaos dans la polarisation de
la lumière générée, de la dynamique non-linéaire de lasers à semi-conducteurs pour définir de
nouvelles applications de traitement optique de l’information utilisant le chaos, de la conception
de guides d’onde reconfigurables basés sur des cristaux photo-réfractifs ainsi que sur l’étude
de la formation de patterns optiques, c’est-à-dire de l’auto-organisation d’un faisceau lumineux
en une forme spatiale régulière utile pour la réalisation de mémoires optiques adressables.
Contrôle et capteurs optiques :
Ce troisième axe thématique concerne le contrôle optique de matériaux, plus particulièrement par spectroscopie Raman,
avec retour et optimisation de leurs conditions d’élaboration, et/ou leurs propriétés fonctionnelles
Ces trois axes de recherche sont accompagnés par un parc d’équipements de qualité pour l’élaboration (cristaux massifs, fibres cristalline, épitaxie), la caractérisation (optique et électrique) et la modélisation (cluster informatique) de matériaux et composants.
56
L
e LMOPS a prend part actuellement à sept projets ANR (quatre en tant que coordinateur) et un projet européen,
menés avec plus de 20 partenaires académiques et industriels : Wide band laser amplifier (ULTRAWIDE, 2010), Long
life battery (BATGAN, 2011), UV VCSEL (VESUVE, 2011), Extreme surface characterization (MOON, 2011), Photovoltaïque
(NOVAGAIN, 2012), Laser UV de puissance (UV CHALLENGE, 2012), Optique non linéaire (TINO, 2012), Ingénierie des
contraintes en couches minces (LILA, 2012), Source Terahertz (FP7, COSIT, 2011).
Le laboratoire est coordinateur d’un programme international (ARCUS) financé par les états français et russe ainsi que la
région Lorraine. Le LMOPS participe également à des réseaux régionaux (Materalia, Hydreos), nationaux (CMDO+, C’Nano
Grand Est, GDR PhoNoMi2) et internationaux (COST* P8, COST MP0702, COST 288 et COST MP0902).
PERSPECTIVES
L
’objectif majeur du laboratoire est de poursuivre la dynamique engagée en vue de
la constitution d’un Pôle en optoélectronique sur la place messine, pour le développement d’activités de recherche de pointe et le développement économique régional,
en s’appuyant sur :
•
l’intensification de l’implication dans le partenariat avec l’UMI, CNRS-GeorgiaTechSupélec et avec l’Institut Lafayette,
•
le prolongement et le renforcement des collaborations régionales avec l’Institut
Jean-Lamour IJL et le Laboratoire d’Étude des Microstructures et de Mécanique des
Matériaux LEM3 dans le cadre de la Fédération de recherche GI2M (Génie Industriel,
Mécanique et Matériaux) et du Pôle Scientifique M4 de l’Université de Lorraine,
“
•
les collaborations nationales et internationales,
•
les collaborations industrielles et activité de valorisation,
•
l’interaction avec les deux Pôles de compétitivité lorrains (Materalia et Hydreos) et l’IRT M2P (Matériaux, Métallurgie,
Procédés).
CHIFFRES CLéS
”
D octorants : 24
Post-D oc : 2
ETH (Federal Polytechnic School) Zurich (Suisse), Université de
Tsukuba (NIMS) Tokyo (Japon), Université de Canberra (Australie), New Jersey Institute of Technology (États-Unis), Universitat
Politecnica de Catalunya (UPC), Fraunhofer Institut Freiburg (IAF),
Georgia Tech Atlanta, Université de Bruxelles (VUB), University
of Vilnius (Lituanie)…
CONTACTS
www.lmops.univ-metz.fr
Directeur du laboratoire LMOPS : Jean-Paul Salvestrini
[email protected]
www.metz.supelec.fr/metz/recherche/optel/Photonique.fr.html
Responsable de l’équipe OPTEL : Marc Sciamanna
[email protected]
Tél : +33 (0)3 87 76 47 05 (Marc Sciamanna)
Tél : +33 (0)3 87 37 85 67 (Jean-Paul Salvestrini)
57
I n sti tut d’électronique et de télécommunications
IETR, UMR CNRS 6164
de rennes
L
’IETR regroupe environ 380 personnes de l’université de Rennes 1, du CNRS,
de l’INSA de Rennes, de l’université de Nantes, de l’ENSSAT, de l’ESEO (équipe
associée), et de Supélec. Les équipes ASH et SCEE du campus de Rennes sont
intégrées dans les départements « Image et Automatique » et « Communications ».
ÉQUIPE AUTOMATIQUE DES SYSTÈMES HYBRIDES - ASH
Faits marquants
L
’année 2013 a été marquée par une réorganisation importante des domaines
d’application de recherche de l’équipe puisque l’activité sur la régulation de la
glycémie a été mise en sommeil. Les travaux sur la structuration de la commande
des grands systèmes et leur application à la gestion intelligente de l’énergie ont été
poursuivis. Ils se sont en particulier concrétisés par le lancement d’une thèse au
sein de l’institut RiseGrid sur la stabilité en tension des réseaux de distribution. Les
actions régionales se sont poursuivies et ont conduit à une identification claire des
activités de l’équipe dans l’étude prospective de la Région Bretagne sur les Smart
Grids. L’équipe a également supporté l’établissement de l’accord de formation
commune avec Xi’An Jiatong University sur ce même thème.
La recherche porte sur l’automatique des systèmes dynamiques hybrides de grande taille en privilégiant les approches de
structuration (hiérarchisation et distribution).
ÉQUIPE SIGNAL, COMMUNICATION ET ÉLECTRONIQUE EMBARQUÉE - SCEE
Faits marquants
L
’activité collaborative a vu l’acceptation de 4 projets : PROFIL (ANR), PLATON (PHC France-Grèce), TEPN (Labex
Comin Labs) et MILES (FUI). Par ailleurs l’implication concrète de l’équipe dans l’IRT B-Com a démarré avec deux
mises à disposition d’enseignants-chercheurs à hauteur de 20%. Deux enseignants-chercheurs sont aussi impliqués
dans la définition des cursus d’électronique et de communication de Mahindra École Centrale à Hyderabad (Inde). 2013
aura été aussi l’année de démarrage de la chaire internationale UEB Comin Labs, avec un titulaire et deux post-docs.
Enfin, concernant la structuration de l’équipe, les activités « Image » ont été fin 2013 séparées de celles ayant trait aux
télécommunications.
“
• Télécommunications
Dans le contexte de la Radio Logicielle (RL) et de la Radio Intelligente (RI) l’équipe a poursuivi ses travaux suivant ses
trois axes habituels : communications numériques et traitement du signal, architectures reconfigurables dynamiquement, capteurs intelligents, en mettant l’accent davantage sur l’éco-radio ou « Green Cognitive Radio ». Sur le plan des
thématiques, les concepts de radio intelligente et logicielle et de Green Radio continuent de structurer la recherche de
l’équipe avec comme perspectives de nouveaux champs d’application tels que la 5G et les Smart Grids.
CHIFFRES CLéS (équipes ASH et SCEE)
D octorants : 15
Post-doctorants : 6
Delft University of Technology, Xi’An Jiatong University, Université de Séoul, Université de Zhejiang, Uuniversité du Liban, NTU
Singapour, SupCom Tunis, RWTH, Ilmenau University of Technology, Dresden University of Technology, Polytechnic University
of Catalonia, Poznan University of Technology, universités de
Patras et du Pirée, Technical University of Tampere, University of
York, King College of London, Sapienza University of Rome, KTH,
Macquarie Universty of Sydney, Stevens Institute of Technology.
58
• Estimation conjointe du rapport Signal à bruit et du canal multi-trajets dans un contexte OFDM
Ce travail consiste en un algorithme itératif permettant
l’estimation conjointe du RSB (Rapport Signal à Bruit, ρ)
et du canal de transmission multi-trajets (H) pour la modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
L’estimation du RSB et du canal, basée sur le critère de
l’erreur quadratique moyenne minimale (ou MMSE) avec
estimations des matrices de covariance du canal (RH),
aboutit à une structure d’estimateur itérative et conjointe.
Aucune connaissance a priori des statistiques des deux
paramètres n’est nécessaire pour la mise en œuvre de la
méthode. Il a été montré théoriquement que cette solution
se base sur un algorithme qui converge rapidement, et que les performances d’estimation sont très bonnes, aussi
bien pour le RSB que pour le canal. De plus, à performance d’estimation du RSB comparable, cette technique utilise
un nombre de pilotes plus faible comparativement à des techniques de référence.
• Image
L’équipe s’est spécialisée dans les modèles actifs d’apparence (AAM) qui
permettent de localiser sur un visage une centaine de points caractéristiques, et ce dans des conditions quelconques d’illuminations, de poses
et d’expressions. Des nouveaux algorithmes d’optimisation rapide ont été
proposés, ainsi que des AAM 2.5D qui permettent d’identifier la position
du visage à partir de plusieurs caméras. Depuis trois ans, nous exploitons
de façon conjointe la couleur et la profondeur dans l’image en utilisant des
caméras RGB-Z (type Kinect, TOF ou stéréovision).
Un autre sujet concerne le clonage hyperréaliste des visages en utilisant
le Light Stage de l’équipe. Des capteurs RGBZ sont mis en œuvre afin de
pouvoir analyser les visages dans des conditions extrêmes en terme d’orientation et d’illumination. Enfin, l’équipe s’intéresse à l’animation réaliste des
expressions sur des visages synthétiques et à la reconnaissance d’émotion.
Le Light stage permet de capturer le visage d’un
acteur avec toutes les directions possibles d’éclairage
permettant ainsi de reproduire très fidèlement les
caractéristiques de couleur, texture, brillance, ombre
et transparence de la peau.
CONTACTS
www.rennes.supelec.fr/ren/ash/
Responsable de l’équipe ASH : Hervé Guéguen, [email protected]
www.rennes.supelec.fr/ren/scee/
Responsable de l’équipe SCEE : Jacques Palicot, [email protected]
Tél : +33 (0)2 99 84 45 00
Fax : +33 (0)2 99 84 45 99
59
I n sti tut de recherche en informatique
IRISA, UMR CNRS 6074
et systèmes aléatoires
L
’ I n s t i t u t d e Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA) regroupe
environ 750 personnes des universités de Rennes 1 et de Bretagne Sud, du CNRS,
de Inria, de l’INSA de Rennes, de Télécom Bretagne, de l’ENS Cachan et de Supélec.
L’équipe CIDre, équipe projet commune avec Inria, est intégrée dans le département
« Systèmes Large Échelle ».
ÉQUIPE CIDRE « CONFIDENTIALITÉ, INTÉGRITÉ, DISPONIBILITÉ ET RÉPARTITION »
Faits marquants
P
remier projet européen pour l’équipe CIDRE, s’intéressant à la supervision
de la sécurité dans les systèmes SCADA.
Les travaux de l’équipe se focalisent sur trois services particuliers de la sécurité
des systèmes d’information : la gestion de la confiance, le respect de la vie
privée et la détection d’intrusions. Ces trois services sont étudiés dans des environnements d’exécution qui vont du simple nœud de calcul (PC, Smartphone)
au système ouvert large échelle (ad hoc ou, surtout, P2P) en passant par des
ensembles de nœuds plus restreints (type ad hoc) dans lesquels chaque nœud
a connaissance de tous les autres nœuds.
• Détection d’intrusion basée sur l’analyse des flux d’information
“
Les travaux précédemment réalisés sur kBlare (un système de détection d’intrusion qui détecte les flux illégitimes au
niveau du noyau du système d’exploitation) ont été étendu à l’analyse des flux au niveau réseau. Dans cet objectif,
un ensemble de nœuds gérés par une même entité peut être configuré en fonction d’une politique de sécurité
distribuée exprimée en termes de flux d’information autorisés. Les différents systèmes d’exploitation (outillés avec
kBlare) coopèrent en marquant chaque paquet réseau avec un descripteur du contenu de sa charge utile. Par ce
moyen, il devient possible de détecter des flux d’information illégitimes au niveau du réseau. Cela pouvant être
utilisé pour détecter des attaques globales contre la confidentialité ou l’intégrité.
CHIFFRES CLéS (équipe CIDre)
”
Enseignants- chercheurs et C hercheurs (dont S upélec) :
D octorants : 16
Post-doctorants : 1
12 (8)
Queensland University of Technology (Australie), Carleton University (Canada), Ecole de Technologie Superieure (Canada).
CONTACT
www.rennes.supelec.fr/ren/cidre/
Responsable de l’équipe CIDre : Ludovic Mé - [email protected]
60
Tél : +33 (0)2 99 84 45 00
Fax : +33 (0)2 99 84 45 99
C hai re radio flexible
A lcatel L ucent
FAITS MARQUANTS
•
Coopération avec le département Automatique : encadrement d’une thèse sur les smart grids
•
Développement d’une plateforme Cloud SDR
•
ERC Starting Grant pour le projet « MORE » sur les systèmes complexes
•
Prix à l’IEEE Australia Council Student paper competition in 2013
•
WUN CogCom Best Paper 2013 Award
•
Accueil d’un post-doc suédois finance par le Swedish Research Council
•
Accueil d’une chaire Digiteo sur la physique statistique appliquée aux réseaux de télécommunications
•
Accueil d’un chercheur italien lauréat d’une Bourse Marie-Curie de deux ans
•
Prix OSEO 2013 pour le protocole OCP, catégorie ”Création Développement”
Trois activités principales avec des applications pour les télécommunications :
•
Théorie des jeux
•
Théorie des matrices aléatoires
•
Outils pour la radio logicielle
PARTENARIATS ET COOPÉRATIONS
Parte n ariats :
•
CNRS : co-encadrement d’une thèse
•
Partenariats industriels : encadrement de 5 thèses et d’un post-doc
P ro j ets
coop é rati f s
:
•
FIREFLIES (Flexible Relaying in Interference-Limited Cellular Network) : ANR French-Chinese funded project (20111013)
•
Digiteo (Flexicells and SecuWaves): Project sponsored by the Région Île-de-France (2011-2014)
•
•
HENIAC (High spectral Efficiency 400G/1T Optical Networks Powered by very high speedDigital-to-Analog Converters) :
Project sponsored by the french ANR (2011-2014).
SIMILAN (SIMulation & Implémentation haute performance Adaptées aux métiers du traitement du signal Numérique) :
Project sponsored by the french pôle de compétitivité SYSTEM@TIC (2011-2014)
“
•
•
•
ECOSCells (Efficient Cooperating Small Cells) : Projet de l’ANR (2010-2013)
4GinVitro Project sponsored by the french pôle de compétitivité SYSTEM@TIC (2013-2016)
WisePhy Sécurité pour les communications sans fil à la couche physique : Project sponsored by the french ANR
(2013-2016)
•
MORE (Advanced Mathematical Tools for Complex Network Engineering) : ERC (European Research Council) Starting
Grant (2012-2017).
•
NEWCOM# (Network of Excellence in Wireless Communications) : IST funded program target towards Wireless
Communications (2012-2015)
CHIFFRES CLéS
D octorants : 10
Post-doctorants : 4
Professeurs en Sabbatique : 2
R evues internationales à comité de lecture :
C ontrats réalisés : 774 915 €
62
25
•
co-chair of the workshop Green Broadband access: energy efficient wireless and wired network solutions at ICC 2013,
Budapest, Hungary.
•
co-chair of the 2nd IEEE INFOCOM 2013 International Workshop on Communications and Control for Smart Energy
Systems (CCSES)
•
co-chair of of the symposium on Wireless Networking at IEEE International Conference on Communications in China
2013
•
co-chair of the Physical layer security workshop at IEEE International Conference on Communications in China 2013
•
Technical chair of the Cognitive Radio for Military Communication Systems Workshop,Military Communications and
Information Systems Conference, 2013
•
co-chair of the GDR workshop on « Avancées en théorie de l’information et codage/stockage distribués de sources
dans les réseaux », november 2013 Paris, France
•
Senior Editor (2013-2014) for IEEE Transactions on Signal Processing.
•
Guest Editor of IEEE Signal Processing Magazine, Special Issue on Signal Processing for Cyber-Security and Privacy,
2013
•
Guest Editor of the Journal of Communications and Networks, Special Issue on « Massive MIMO », 2013
Tutoriels /P le n ary S peaker
•
Tutorial « Random Matrix Advances in Signal Processing », SPAWC 2013, Darmstadt, Germany, 2013
PERSPECTIVES
•
5 soutenances de thèses
•
Recrutement d’un post-doctorant
•
Mise en place d’une plateforme Flexicells
•
Développement de modules SDR4all en MIMO
•
Collaboration accrue : équipe SCEE du campus de Rennes de Supélec et Princeton
Collaboration étroite avec 21 institutions : FTW
(Autriche), GTEL (Brésil), Télécom Bretagne (France),
Laboratoire d’Informatique d’Avignon (France),
Fraunhofer Institute for Telecommunications (Allemagne), Technion-Israel Institute of Technology
(Israel), Université d’Oslo (Norvège), King Fahd University of Petroleum and Minerals (Arabie Saoudite),
Princeton University (USA), Bell Labs New Jersey
(USA), Bell-Labs Stuttgart (Allemagne), Bell-Labs
Shanghai (Chine), Georgia Tech Lorraine (France),
Université de Houston (USA), École Polytechnique
de Tunisie (Tunisie), Coltech (Vietnam), NUS (Singapore), Université de Texas Austin (USA), Université of Southern California (USA), Université de
Pékin (Chine), Université Polytechnique de Montréal
(Canada)
CONTACT
www.flexible-radio.com
Titulaire de la chaire : Mérouane Debbah
Tél. : +33 (0) 1 69 85 14 47
Fax : +33 (0) 1 69 85 14 59
[email protected]
63
C hai re conception
Thales
analogique avancée
L’INTERACTION ENTRE LES SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES ET LE MONDE RÉEL
D
epuis sa création en 2010, la Chaire Thales en Conception Analogique Avancée a pour but de développer la recherche
et la pédagogie dans des domaines où les systèmes électroniques interagissent avec le monde autour de nous. Ces
interactions (typiquement de nature électrique, thermique ou mécanique) imposent souvent des limites à la performance
atteignable. Parce qu’elles doivent être traitées par des modèles mathématiques continus, nous pouvons les appeler des
« systèmes analogiques complexes ». Le but de nos démarches est d’accroître la recherche et l’enseignement dans ces
thématiques propres à ces systèmes au sein de notre école, avec le soutien de l’entreprise fondatrice. Ce programme de
recherche, d’enseignement et de valorisation du domaine analogique, visent à contribuer à la concrétisation d’un pôle de
compétence en systèmes électroniques analogiques avec visibilité internationale, au sein de la future Université Paris-Saclay.
En 2013, les actions de recherche ont été menées en collaboration avec 4 départements de Supélec, couvrant 8 sujets
de recherche pluridisciplinaires, et associant 4 partenaires industriels. Cette coopération a été faite via le co-encadrement
de thèses de doctorat et de stages de master. Il est à noter que les actions d’enseignement de la Chaire Thales sont
essentielles pour l’éveil de l’intérêt pour la recherche, et donc le renouvellement des spécialistes du domaine. Avec cette
orientation, la Chaire enseigne aux niveaux « Master 2 » et 3e année du cursus ingénieur.
Les valeurs de la Chaire ; sa transversalité et sa méthode de travail, sont les vertus nourricières de l’essor de l’ensemble
des nos activités en 2013.
FAITS MARQUANTS
L
a C h a i re a poursuivi en 2013 sa mission de valorisation du domaine analogique, par le début des publications
scientifiques, ainsi que par le déploiement d’efforts importants sur des nouvelles initiatives.
Au plan de l’enseignement, le fait marquant a été la formulation d’une proposition de cours électif en 2e année, avec une
approche pluridisciplinaire. Le corps professoral sera formé d’enseignants du monde académique, d’experts scientifiques
et de l’industrie, parmi lesquels certains effectivement issus des rangs des utilisateurs des systèmes enseignés. Sur le
même volet, la Chaire a mis en œuvre avec l’équipe d’enseignants du département Signaux et Systèmes Électroniques une
démarche pédagogique innovante pour permettre aux étudiants d’avoir à la fois une vision globale (associant conduite de
projet et approche système) et une vision contextualisée des connaissances acquises pendant leur formation (numérique,
électronique, automatique…). Cette nouvelle approche a été l’objet d’une publication (Journal sur l’enseignement des
sciences et technologies - J3eA - « Enseignement de la microélectronique à Supélec : Une nouvelle pédagogie mise en
place en 2012 »).
Au plan de la promotion de l’électronique, la Chaire a participé à la journée « Innovation et Recherche » à Supélec le
11 décembre 2013. La journée a été un succès, réunissant près d’une trentaine d’intervenants et 550 élèves ingénieurs
de 1re et 2e année. La Chaire a également tenu une permanence au 9e Forum CIFRE le 12 mars 2013, réunissant environ
600 étudiants et 20 entreprises.
Au plan des partenariats avec l’industrie, la Chaire a ouvert un nouvel axe de recherche portant sur les systèmes de
communication filaire embarqués pour l’aéronautique. En 2013, la Chaire a également accueilli deux nouveaux membres
pour des thèses CIFRE. La Chaire compte donc 5 doctorants à la fin de l’année 2013.
Au plan de la recherche, la Chaire a rédigé et soumis des publications avec les départements Signaux et Systèmes Électroniques, Informatique, Énergie et Électromagnétisme. Trois publications en conférences internationales de premier rang
avec comité de lecture et compte-rendu ont été acceptées (présentations orales) et publiées. Deux autres ont été acceptées
et seront présentées au début 2014. Le bilan de la recherche illustre le caractère transverse du domaine analogique et le
rôle fédérateur joué par la Chaire.
“
Les thématiques de recherche de la Chaire sont généralement développées dans le cadre de doctorats, typiquement
en partenariat avec l’industrie (thèses CIFRE), et majoritairement en collaboration avec d’autres équipes de l’École. Nos
recherches couvrent des domaines diverses, tels l’avionique, l’automobile, les systèmes de communication RF (radio
logicielle) et l’espace. Cette diversité témoigne de la transversalité de la Chaire et sa volonté d’ouverture aussi bien vers
l’extérieur qu’à l’intérieur de l’École.
CHIFFRES CLéS
Enseignants- chercheurs et C hercheurs :
D octorants : 5
C ontrats réalisés : 971 000 €
64
1
CONTACT
Titulaire de la chaire : Filipe Vinci Dos Santos
Tél : + 33 [0]1 69 85 13 94
Fax : + 33 [0]1 69 85 13 99
[email protected]
« Étude et mise en œuvre d’une méthodologie pluridisciplinaire pour la conception de systèmes embarqués
complexes »
Doctorat mené en cotutelle avec le département Signaux et Systèmes Électroniques et un partenaire industriel (leader
mondial des radios tactiques). L’objectif est de créer une méthodologie de test pour une radio logicielle afin d’accélérer
l’identification de pannes dans le produit fini. Notre équipe a inventé une nouvelle architecture pour le test RF de plateformes
SDR.
« Optimisation multi-physique d’un actionneur à débattement limité »
Doctorat mené en cotutelle avec le département Énergie et un partenaire industriel (équipementier automobile de premier
rang). Le doctorant développe une méthodologie de modélisation et simulation multi-physique pour l’optimisation par des
algorithmes génétiques.
« Modélisation multi-paradigme pour la synthèse et la validation de systèmes complexes en environnement
multi-physique »
Cette thématique vise le développement d’une méthodologie de modélisation de systèmes cyber-physiques, dans le cadre
d’un doctorat mené en cotutelle avec le département Informatique. Le doctorant a créé des méthodes de transformation
des modèles SysML vers SystemC-AMS, permettant la modélisation et la validation par la simulation des systèmes
embarqués hétérogènes.
« Modélisation des phénomènes non-linéaires d’un capteur MEMS résonant »
Cette collaboration a comme objectif de développer une architecture électronique permettant la mise à la résonance d’une
structure micro-usinée dans des modes non-linéaires pour explorer l’amélioration des caractéristiques du capteur en termes
de consommation et de performances (bruit de phase, linéarité). Cet axe de recherche est poursuivi en coopération avec
le département Signaux et Systèmes Électroniques et un partenaire industriel.
« Étude et mise en œuvre d’une plateforme d’évaluation de la compatibilité radioélectrique de systèmes complexes »
Doctorat portant sur le traitement des problèmes de brouillages entre émetteurs et récepteurs via les antennes (Compatibilité
Radio-électrique – CRE). Les travaux sont effectuées en cotutelle avec le département Électromagnétisme et un partenaire
industriel (leader mondial de la conception de systèmes de communication pour la défense).
«Réseau de communication courant porteur en ligne pour la surveillance de l’intégrité de l’aéronef pendant
le vol »
Cette thématique focalise le développement d’un système de communication par courant porteur (PLC) utilisant le système
de génération, régulation et distribution d’énergie électrique d’un aéronef. Les travaux sont effectuées en cotutelle avec
le département Électromagnétisme et un partenaire industriel (équipementier avionique de premier rang).
«Convertisseur A/N de haute résolution pour des applications spatiales »
L’application visée dans cette thématique est celle des imageurs pour le spatial. Aujourd’hui, une nouvelle génération
d’imageurs avec plage dynamique élevée est attendue, qui devra intégrer la matrice de capteurs avec les convertisseurs
analogique-numérique afin d’aboutir à un gain effectif en termes de dimensions, de consommation et de coût. Les travaux
sont effectuées en cotutelle avec le département Signaux et Systèmes Électroniques.
PERSPECTIVES
A
u cours de sa 3e année, la Chaire Thales a atteint sa vitesse de croisière en termes de recherche, avec cinq doctorats en cours. Bien qu’ayant effectivement débuté son programme de recherche en janvier 2012, avec l’arrivée du
premier thésard, la Chaire a relevé le défi de mettre en œuvre une production scientifique de haut niveau dès 2013, avec
la parution des premières publications scientifiques en conférences internationales de premier rang. Plusieurs nouvelles
coopérations sont en phase de démarrage avec des partenaires académiques et industriels, et attendent l’aboutissement
de demandes de financement. Des échanges avec l’étranger sont également en voie de réalisation, avec l’ouverture des
premiers appels à candidatures.
En 2014, la Chaire arrivera à la fin de sa première phase. Pendant 4 ans nous avons identifié des sujets de recherche
intéressants du point de vue scientifique et économique et, par la suite, nous avons tissé des liens entre les équipes pour les
développer d’une manière pluridisciplinaire et fédératrice. La Chaire Thales se veut un bras de levier permettant d’amorcer
une dynamique favorable au maintien d’une filière analogique conséquente au sein de la future université Paris-Saclay.
Durant sa deuxième phase, cette mission de valorisation sera renforcée dans les deux axes, recherche et enseignement.
En matière de recherche, la prochaine étape prévoit un élargissement des activités, avec de nouvelles thématiques et de
nouveaux partenaires. En matière d’enseignement, la Chaire Thales mettra en place de nouveaux cours avec des méthodes
pédagogiques innovantes, axées sur les nouvelles technologies et sur des outils collaboratifs.
65
C ontacts C entrale Paris
DIRECTION DE LA RECHERCHE
Tél. : 33 (0)1 41 13 11 03
Fax : 33 (0)1 41 13 17 21
[email protected]
CENTRALE RECHERCHE S.A.
Tél. : 33 (0)1 41 13 15 28
Fax : 33 (0)1 41 13 14 18
[email protected]
ÉCOLE DOCTORALE
Tél. : 33 (0)1 41 13 11 92
Fax : 33 (0)1 41 13 17 21
[email protected]
LABORATOIRES
EM2C
Tél. : 33 (0)1 41 13 10 31
Fax : 33 (0)1 47 02 80 35
[email protected]
SPMS
Tél. : 33 (0)1 41 13 12 11
Fax : 33 (0)1 41 13 18 82
[email protected]
MSSM at
Tél. : 33 (0)1 41 13 15 26
Fax : 33 (0)1 41 13 14 42
[email protected]
LGPM
Tél. : 33 (0)1 41 13 11 26
Fax : 33 (0)1 41 13 11 63
[email protected]
MAS
Tél. : 33 (0)1 41 13 17 11
Fax : 33 (0)1 41 13 17 35
[email protected]
LGI
Tél. : 33 (0)1 41 13 13 88
Fax : 33 (0)1 41 13 12 72
[email protected]
Équipes de recherche
LPQM
Tél. : 33 (0)1 41 13 10 31
Fax : 33 (0)1 47 02 80 35
[email protected]
CVN
Tél. : 33 (0)1 41 13 12 11
Fax : 33 (0)1 41 13 18 82
[email protected]
66
C ontacts S upélec
DIRECTION DE LA RECHERCHE ET DES RELATIONS INDUSTRIELLES
Tél. : +33 (0)1 69 85 12 51
Fax : +33 (0)1 69 85 12 59
[email protected]
ÉQUIPES DE RECHERCHE
E3S / Département. Automatique
Tél. : +33 (0)1 69 85 13 72
Fax : +33 (0)1 69 85 13 89
[email protected]
E3S / Département. Énergie
Tél. + 33 (0)1 69 85 15 02
Fax + 33 (0)1 69 85 15 39
[email protected]
E3S / Département. Informatique
Tél. : +33 (0)1 69 85 14 72
Fax : +33 (0)1 69 85 14 99
[email protected]
E3S / Département. Signaux et Systèmes Électroniques
Tél : +33 (0)1 69 85 13 92
Fax : +33 (0)1 69 85 14 29
[email protected]
E3S / Département. Télécommunications
Tél : +33 (0)1 69 85 14 32
Fax : +33 (0)1 69 85 14 69
[email protected]
E3S / Laboratoire SONDRA
Tél : +33 1 69 85 18 02
Fax : +33 1 69 85 18 09
[email protected]
Laboratoire des Signaux et Systèmes (L2S)
Tél. : +33 (0)1 69 85 17 12
Fax : +33 (0)1 69 85 17 65
[email protected]
Laboratoire de Génie Électrique de Paris (LGEP)
Tél. : +33 (0)1 69 85 16 33
Fax : +33 (0)1 69 41 83 18
[email protected]
Campus de Metz
Tél. : +33 (0)3 87 76 47 14
Fax: +33 (0)3 87 76 47 22
[email protected]
Campus de Rennes
Tél. : + 33 (0)2 99 84 45 22
Fax : + 33 (0)2 99 84 45 99
[email protected]
67
Photos :
Direction de la Communication de Centrale Paris, Direction de la Recherche et
des Relations industrielles et équipes de
recherche de Supélec
Direction artistique et réalisation :
Direction de la Communication de Centrale Paris — mai 2014

rapport de la recherche 2014

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