Rapport d`activité 2011

Transcription

SYSTÈMES
NUMÉRIQUES
INTELLIGENTS
011
Rapport
d’activité
RAPPORT D’ACTIVITÉ
CEA LIST 2011
1
Avant-propos
Philippe Benoist
Directeur de l’institut CEA LIST
La recherche au service de l’innovation
et de la compétitivité des entreprises
Plusieurs événements ont jalonné l’année 2011 du CEA LIST. Le premier
est la forte augmentation de nos partenariats pluriannuels avec de
grands acteurs industriels ; ces partenariats adressent les domaines
du manufacturing (robotique, contrôle industriel, simulation), de l’énergie,
de la santé et des technologies autour du logiciel embarqué, en particulier
dans le domaine des transports : autant de domaines émergents propices
à l’innovation et aux gains de compétitivité.
Deuxième événement : la restructuration de l’Institut, destinée à
accompagner encore plus efficacement les entreprises et notamment
les PME. Notre direction commerciale gère les accords de collaboration,
afin qu’ils répondent pleinement aux priorités et au calendrier de
nos partenaires industriels. La direction des programmes structure
notre offre technologique et lui donne sa cohérence ; elle veille en
particulier à définir et réaliser la stratégie européenne pour l’ensemble
de l’Institut. Enfin, la direction scientifique a vocation à maintenir notre
recherche au meilleur niveau et la focaliser sur des domaines générateurs
d’innovation. En 2011, nous avons ainsi accru le nombre de doctorants et
de chercheurs titulaires d’une habilitation à diriger des recherches (HDR),
plus haut diplôme accessible aux scientifiques français. La restructuration
de l’Institut s’est opérée en phase avec la nouvelle dénomination de la
direction de la recherche technologique du CEA en « CEA TECH ». Cette
dynamique doit permettre de faire encore mieux ressortir notre mission :
irriguer le tissu industriel national en termes d’innovation, de technologie
et d’emploi.
Enfin, le CEA LIST s’est vu renouveler sa sélection en tant qu’institut
CARNOT pour une période de 5 ans. Ce label, qui reconnaît la qualité
de la recherche partenariale menée par le CEA LIST, renforce également
sa dynamique via l’appartenance au réseau des 34 instituts Carnot.
Institut Carnot CEA LIST
CEA SACLAY Nano-INNOV
PC142
91191 GIF-SUR-YVETTE CEDEX
T. +33 (0)1 69 08 25 01
www-list.cea.fr
[email protected]
Crédits photos (couverture) : Patrick Gripe, Philippe Stroppa
Conception/réalisation : studio kolza - www.kolza.biz
En parallèle, l’Institut a renforcé son intégration dans l’écosystème
du plateau de Saclay. Notre emménagement dans les nouveaux bâtiments
de Nano-INNOV et de Digiteo, commencé fin 2011, se poursuivra en 2012,
ainsi que la réalisation de la plateforme DOSEO pour la radiothérapie.
Nous travaillons maintenant aux côtés des meilleures équipes du Campus
Paris Saclay : un contexte idéal pour poursuivre notre mission de
recherche pour l’innovation et le renforcement de la compétitivité
des entreprises.
011
CEA LIST 2011
2
Événements 2011
CEA LIST 2011
3
La gestion documentaire
en huit langues
▲
La PME ANT’Inno a lancé ANT’box, une solution
de gestion documentaire multilingue qui intègre
une technologie de recherche plein texte de l’Institut.
Elle analyse des textes en anglais, français, arabe,
chinois, allemand, espagnol, italien et hongrois et trouve
des documents dans toutes ces langues, quelle que soit
la langue de la requête.
Le 28
Photo DR
Grand-Ouest :
un accord
en réalité
virtuelle
Le 28
En route
pour Carnot 2
Déjà labellisé Carnot 1 en
2006, le CEA LIST fait partie
des 34 instituts Carnot 2 qui
bénéficieront pendant 5 ans
d’un soutien annuel global de
60 M€. Principal critère de choix
de l’Etat : la proximité entre ces
laboratoires et le monde socioéconomique, pour accélérer
le passage de la recherche au
transfert de technologie.
▲ Le CEA LIST et la plateforme régionale d’innovation
en réalité virtuelle CLARTE – LAVAL renforcent leurs
liens à travers un protocole de coopération. Secteurs
concernés : automobile, aéronautique, naval, bâtiment,
agroalimentaire, design, etc.
Le 30
Pleins feux
sur les applications
sécurité et défense
Les travaux de l’Institut touchant aux domaines
de la défense et de la sécurité ont été présentés lors
du Secure Day, un événement organisé à Paris : détection
d’explosifs, filtrage de données, identification de sources
radioactives, guidage d’un individu dans un bâtiment…
a /C
pe
juillet
NextSTEP
Le 8
6,7 millions
d’euros pour le
contrôle moteur
OSEO a attribué une aide de
6,7 millions d’euros au projet
NEXTSTEP sur le contrôle
électronique de moteurs
automobiles de nouvelle génération
faiblement polluants. Partenaires
du projet : la PME Scaleo chip, chef
de file, le groupe Continental et les
instituts IFP Energies Nouvelles et
CEA LIST.
octobre
Le 18
Le robot collaboratif ou « cobot »
développé avec le CETIM et
la société RB3D est un bras
mécatronique dédié aux tâches
industrielles pénibles : brossage,
burinage, manipulation… Il amplifie
l’effort de l’opérateur d’un facteur
réglable de 1 à 50.
4
Hercule fait ses premiers pas
Premier exosquelette français, Hercule a été présenté par la Direction Générale
de l’Armement (DGA) au salon parisien Milipol. Il assiste soldats et sauveteurs
pour porter des charges jusqu’à 100 kg à 4 km/h, avec 20 km d’autonomie. Il a
été développé en partenariat entre RB3D, ESME Sudria et le CEA LIST.
Le 25
Support renforcé pour Papyrus
Les utilisateurs de Papyrus, l’outil open source de modélisation en
UML2 et DSLM du CEA LIST, peuvent désormais faire appel à la société
Mia‑Software pour le support et la maintenance ; un appui qui s’ajoute à celui
de la communauté open source Papyrus.
Le 19
Un cobot
pour les tâches
industrielles
pénibles
Pho
to P
hilip
juin
er
S tr
op p
Le 1
avril
EA
Les événements
Le 20
décembre
Une détection
radiologique nouvelle
génération
La société Saphymo va industrialiser un nouveau
portique de détection radiologique. Plus performant
et moins cher que les produits du marché, il s’appuie
sur deux innovations du CEA LIST : discrimination
gammas/neutrons et en stabilisation des températures
de détecteurs.
CEA LIST 2011
5
SOMMAIRE
01Avant-propos
02/03Événements 2011
06/07Le CEA LIST en bref
08/09Des
technologies
pour l’industrie
10/11Excellence
scientifique
et ressourcement
12/13Innovation ouverte
14/15Startup
© Thierry Ardouin/CEA
En 2011,
l’institut CEA
LIST a investi
de nouvelles
infrastructures,
avec l’arrivée de
ses premières
équipes dans
le centre
d’intégration
Nano-INNOV.
16/17Systèmes embarqués
22/23Intelligence ambiante
28/29Capteurs et traitement du signal
36/37Thèses en cours (2011)
38/39Publications
44/45Organisation
46Chiffres clés 2011
– Architectures et logiciels embarqués
– Ingénierie Logiciels et Systèmes
– Manipulation Intelligente
– Multimédia, virtualités et interfaces
– Capteurs et information
– Contrôle industriel
– Métrologie des rayonnements Ionisants
CEA LIST 2011
CEA LIST 2011
7
© Philippe Stroppa/CEA
6
Le CEA List
Chiffres clés 2011
Le CEA LIST, spécialiste
des systèmes numériques
intelligents
B
asé dans l’Essonne, l’institut CEA LIST
focalise les recherches de ses 700 cher
cheurs, ingénieurs et techniciens sur
les systèmes numériques intelligents. Il crée
avec ses partenaires industriels des relations
pérennes autour de l’innovation et du transfert de
technologie, tout en maintenant un haut niveau
de recherche amont grâce à ses collaborations
académiques. Il a déposé à ce jour 263 brevets
actifs, dont 46 nouveaux en 2011.
Un atout pour la compétitivité
industrielle
Le CEA LIST a vocation à soutenir la compé
titivité des entreprises par l’innovation et le
transfert technologique : sa capacité à créer
une relation pérenne avec ses partenaires
industriels lui permet de comprendre et répondre
à leurs besoins. Il a collaboré en 2011 avec
90 entreprises différentes dans le cadre
de partenariats d’innovation, dont 45% de
PME, et a donné naissance à deux start-up,
Krono-Safe et WiN MS.
Ces coopérations industrielles s’intègrent
elles-mêmes dans un « écosytème d’innovation »
développé de manière volontariste pour
accéder à d’autres expertises technologiques.
Cet écosystème comprend en particulier
des partenariats académiques (alliance Digiteo,
réseau Carnot) et des projets collaboratifs (pôles
de compétitivité, notamment SYSTEMATIC).
714
personnes
dont 486
permanents
136
doctorants
70 %
du budget issus
de ressources
externes
100
licences
263
300
brevets actifs
dont 46 déposés
en 2011
publications
Trois domaines de recherche
Systèmes
Embarqués
Intelligence
Ambiante
– Architectures systèmes
– Fiabilité, sûreté et sécurité
de fonctionnement
– Ingénierie logiciels
et systèmes
– Réalité virtuelle
et augmentée
– Robotique interactive
– Interfaces sensorielles
et ambiantes
– Vision et multimédia
– Systèmes
communicants
Capteurs
et Traitement
du Signal
– Capteurs innovants
– Traitement du signal
– Contrôle industriel
– Métrologie
des rayonnements
ionisants
Six domaines applicatifs
Le CEA LIST apporte des réponses technolo
giques inédites aux futurs besoins sociétaux
dans six domaines applicatifs :
— Technologies de l’information et de
la communication : ingénierie logicielle,
architectures multicœurs, communications
mobiles.
— Energie : Smart Grid, gestion intelligente
des bâtiments.
— Transports : électronique et logiciel
embarqués, systèmes d’assistance à la conduite.
— Santé : bio informatique, radiothérapie,
traitement de données pour l’imagerie médicale.
— Sécurité : cyber sécurité, gestion de crise,
menaces NRBCE, protection des infrastructures
critiques.
— Manufacturing : contrôle non destructif,
robotique, cobotique, modélisation, simulation.
Sur ces six domaines, l’Institut développe
la convivialité des interfaces homme-machine,
la sécurisation et la fiabilisation des systèmes,
et intègre les enjeux environnementaux via des
systèmes innovants de gestion de l’énergie ou
des outils pour des procédés d’éco-conception
industrielle.
Un haut niveau scientifique
L’institut CEA LIST maintient un haut niveau
de recherche amont, indispensable à sa capacité
d’innovation ; en 2011, ses chercheurs ont signé
300 publications scientifiques. Des projets
de ressourcement sont régulièrement initiés pour
évaluer le potentiel de nouvelles technologies :
projet Carnot SecureCloud sur la sûreté
de fonctionnement et de sécurité du Cloud
Computing, projet Realform sur des actions
de maintenance industrielle en réalité mixte
(augmentée/virtuelle), projet COTS sur les
processeurs COTS (CPU, GPU, embarqué)
et l’expertise en adéquation algorithmearchitecture…
Des projets d’innovation ouverte sont
explorés grâce aux nouveaux outils collaboratifs
des Investissements d’Avenir : laboratoires
d’excellence (LabeX), instituts d’excellence (IdeX),
Instituts de Recherche Technologique (IRT) et
équipements d’excellence (Equipex). L’Institut
est impliqué au total dans plus de 25 projets
labellisés.
CEA LIST 2011
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CEA LIST : Des technologies
pour l’industrie
CEA LIST 2011
9
Le CEA LIST définit ses thèmes de recherche en fonction de leurs débouchés applicatifs
et de leur potentiel marché, et les valorise à travers des partenariats industriels qui
représentent environ 30 % de son budget. Ces partenariats peuvent prendre trois formes :
projet collaboratif, accord bilatéral ou laboratoire commun.
Le modèle économique du CEA LIST
est basé sur le développement
de technologies adaptées aux
besoins des utilisateurs finaux
et portées par des fournisseurs
de technologie capables
de les commercialiser dans
le monde entier.”
Des technologies pour l’industrie
Une recherche orientée
par les applications
et les marchés
Créer la valeur à tous les niveaux
Les recherches menées par l’Institut couvrent
l’ensemble de la chaîne d’innovation :
– en phase amont, par la production de
nouvelles connaissances, les publications
(300 en 2011) et les brevets (46 en 2011) ;
– lors de ses collaborations avec
les industriels, par l’adaptation de ses
technologies aux besoins spécifiques et aux
contraintes métiers de différents secteurs ;
– lors du transfert de technologie, par la
transmission de l’expérience et de savoir-faire.
Un triangle vertueux chercheurs
– systémiers - fournisseurs
de technologie
Le modèle économique du CEA LIST est basé
sur le développement de technologies adaptées
aux besoins des utilisateurs finaux (systémiers,
intégrateurs), et portées par des fournisseurs de
technologie (équipementiers, éditeurs de logiciels)
capables de les commercialiser dans le monde
entier. Ces collaborations sont valorisées sous
forme de contrats de recherche industriels, de
cessions de licences et de redevances sur brevets.
Les recettes partenariales ont plus que doublé
en 3 ans ; elles représentent ainsi 30 % du budget
total du CEA LIST.
Trois modes opératoires
– Le projet collaboratif. Le partenaire s’engage
aux côtés du CEA LIST et d’autres partenaires
privés et publics, pour une durée de deux à trois
ans. Il bénéficie de financements publics qui
couvrent une partie des coûts. L’investissement
de chaque partenaire et la propriété intellectuelle
des résultats du projet sont définis par un accord
de consortium.
L’entreprise entre ainsi en relation avec des
laboratoires académiques d’excellence et
évalue le potentiel d’une technologie sur un
cas applicatif. Sans disposer d’un service R&D
en propre, elle peut accéder à des innovations
majeures.
– L’accord bilatéral de R&D. L’entreprise définit
avec le CEA LIST un accord de recherche
bilatéral portant sur un programme précis –
étude de faisabilité, démonstrateur, prototype,
transfert de technologie sous licence – et sur une
durée de plusieurs années. L’accord correspond
à une enveloppe budgétaire fixée au départ.
© P.Gripe/CEA
Partenariats
industriels 2011,
quelques exemples
– Technip : signature d’un accord de
partenariat stratégique pour 3 ans avec
le CEA.
– Scaleochip : développement d’une
architecture électronique de nouvelle
génération pour le contrôle de moteurs
automobiles (laboratoire commun avec
le CEA LIST).
– Esterel Technologies : co-dévelop
pement de SCADE System, un produit
logiciel pour applications critiques
(laboratoire commun avec le CEA LIST).
– bioMérieux : plateforme de
traitement et d’analyse de données de
spectrométrie de masse (laboratoire
commun avec le CEA LIST).
– Le laboratoire commun. Le partenaire et
le CEA LIST signent un accord de collaboration
de trois ans minimum. Une équipe projet
spécifique est constituée, avec mise en commun
de ressources humaines et financières ;
l’industriel prend un engagement minimum de
moyens. Une roadmap commune est définie
pour la première année, puis adaptée au vu des
résultats techniques, des évolutions du marché
cible et des priorités de l’industriel.
Quand l’innovation
passe par la création
Lorsque la création d’une entreprise répond à un
besoin dans la chaîne de l’innovation, le CEA LIST
transfère certaines de ses technologies de rupture
à des start-up créées dans cet objectif, par des
chercheurs de l’Institut ou par des entrepreneurs
extérieurs. Douze start-up ont ainsi vu le jour en
dix ans, dont huit ces trois dernières années. Elles
gardent un lien étroit avec le CEA LIST à travers
des accords de R&D pluriannuels. (lire aussi p. 14
et 15).
10
Excellence scientifique
et ressourcement
CEA LIST 2011
11
Le CEA LIST
s’inscrit dans
un tissu varié
lui permettant
de tracer
ses propres
feuilles de
routes, pour
amener de
l’innovation
du milieu
académique
jusqu’au
transfert
industriel.”
Excellence scientifique et ressourcement
L
e CEA LIST s’inscrit dans un tissu varié lui
permettant de tracer ses propres feuilles de
routes, pour amener de l’innovation du
milieu académique jusqu’au transfert
industriel. Le CEA LIST s’appuie ainsi sur les
stratégies d’alliance du milieu académique, avec
les nouvelles structures de pilotage comme les
iDex, Labex ou Equipex, les alliances comme Allistene (STIC), Ancre (énergie) ou Allenvie (environnement et santé). L’Institut bénéficie également de la
dynamique du Campus Paris Saclay et du pôle de
compétitivité SYSTEMATIC, avec ses ouvertures
internationales dans le cadre des programmes
européens.
Ces projets réunissent les acteurs les plus
importants de différents domaines technologiques,
font vivre des groupes de travail et dégagent des
roadmaps précises. Ils permettent à l’Institut, à
partir de ses technologies les plus prometteuses,
de déceler des opportunités, de définir des
priorités, de concevoir des programmes dans
une perspectivre française et internationnale sur
plusieurs années.
Cet éclairage extérieur sert aussi à confirmer
ou à réorienter des voies de recherche qui
n’ont pas encore suscité l’intérêt de partenaires
industriels. Plutôt que de stopper des programmes
de recherche, le CEA LIST privilégie une
réorientation si nécessaire vers d’autres domaines
applicatifs.
Investissements d’Avenir :
un nouvel élan pour le ressourcement
Annoncés en 2011, les projets retenus dans
le cadre des Investissements d’Avenir favorisent
l’émergence de pôles d’excellence portés par
la Fondation de Coopération Scientifique (FCS)
Campus Paris Saclay. Ils associent 19 partenaires
académiques et industriels, dont l’institut
CEA LIST :
– Idex Paris Saclay : en élargissant le cercle
des partenaires académiques (enseignement et
recherche), il préfigure l’Université Paris Saclay
qui verra le jour en 2014. Il permettra notamment
de poursuivre la dynamique impulsée par Digiteo
en créant un département STIC.
– Labex Nanosaclay : il porte sur la nanoélec
tronique, la nanophotonique, les nanosciences
pour la biologie, et les composants du CEA LIST
incorporant des films de diamant.
– Labex Digiworld : il porte sur les logiciels
distribués sûrs, le traitement de grands volumes
de données, les réseaux de communication et
le cloud computing.
– IRT SystemX : associant des partenaires
publics et privés, il est axé sur l’Ingénierie
Numérique des systèmes du futur. Il a pour
objectif le partage, le développement et la
maîtrise d’un portefeuille de technologies
génériques et sa diffusion dans les filières
économiques cibles.
– Equipex Digiscope : cet équipement
rassemble des dispositifs de visualisation
interactive et de réalité virtuelle, ainsi que
des moyens de calcul massif (Maison de la
Simulation, méso-centre de l’École Centrale
de Paris, Teratec). Il concerne aussi bien
les processus de conception industrielle,
les sciences expérimentales, l’aide à la décision
et la pédagogie numérique.
Mehdi Gmar,
responsable des relations industrielles,
Département Capteurs, Signal et Information
“Nous disposons
d’au moins cinq
technologies innovantes
pour le Smart Grid”
« Nous avons recensé en 2011 les techno
logies que nous pouvions appliquer aux
Smart Grids. Il en existe au moins cinq ; elles
sont susceptibles de lever des obstacles,
d’apporter des gains de performance ou
d’améliorer la fiabilité ou la sécurité des
réseaux électriques intelligents.
Nous disposons ainsi de puissants outils de
modélisation pour représenter le Smart Grid
dans toute sa complexité : couche élec
trique, économique, environnementale,
télécoms, usage, interactions entre ces
couches…
Les réseaux intelligents seront pilotés
par des logiciels dont la disponibilité sera
critique. Avec nos systèmes d’exploitation
temps réel Oasis et PharOS, nous pouvons
garantir que les serveurs qui hébergeront
ces systèmes resteront opérationnels en
toutes circonstances.
© Thierry Ardouin/Agence Régionale de Développement de Paris Ile-de-France
Programmes :
une stratégie basée sur
des roadmaps collectives
Photo DR
CEA LIST 2011
Le pilotage du réseau électrique exige
un équilibre permanent entre consommation
et production, difficile à réaliser avec
l’introduction massive de sources d’énergies
intermittentes et distribuées. Or, nous dispo
sons d’outils d’optimisation très robustes,
conçus à l’origine pour le secteur nucléaire.
Les réseaux de distribution se dévelop
peront sur des dizaines, voire des centaines
de kilomètres. Avec nos outils de diagnostic
filaire, nous pourrions accélérer la détection
de défauts et affiner leur localisation.
– NanoImagesX : ligne du synchrotron Soleil
dédiée à l’imagerie 3D de la matière (études
structurales et fonctionnelles), notamment
matériaux avancés et complexes et sciences
biomédicales.
Enfin, les opérateurs du SmartGrid devront
garantir la sécurité et la confidentialité des
données de consommation, considérées
comme des informations privées : nos
techniques de cryptage homomorphique
pourraient répondre à ces enjeux. »
CEA LIST 2011
CEA LIST 2011
13
Photo DR
12
Innovation
ouverte
Philippe Caillol,
chef de projet Innovation au e-lab Bouygues
“Ideas Lab fait évoluer nos méthodes
de conception”
A
vec les nouvelles infrastructures
Nano-INNOV et Digiteo, les Investissements
d’Avenir, les pôles de compétitivité déjà
existants et la création du Campus Paris
Saclay d’ici 2015, un nouvel écosystème prend
forme, associant plus étroitement chercheurs et
ingénieurs, enseignement supérieur, recherche
et entreprises. Echanges, transversalité, multidisciplinarité et intégration, constituent un véritable
terreau pour l’innovation ouverte. Le CEA LIST
adopte également une approche centrée sur les
usages, pour inventer de nouvelles réponses aux
besoins sociétaux.
Ideas Lab Saclay,
l’innovation par les usages
Aborder l’innovation sous un angle de vision large,
en croisant les approches des sciences humaines
et sociales, du design et de la technologie autour
d’une démarche centrée sur les usages : c’est le
principe du laboratoire d’innovation ouverte Ideas
Lab, créé en 2001 à Grenoble puis étendu en 2011
au site de Saclay.
Ideas Lab disposera prochainement à Saclay
d’un atelier de créativité, d’une smart room et de
laboratoires auxquels sera associée la prestigieuse
école de design ENSCI.
Les premiers travaux, menés avec EDF,
Bouygues et Digiteo ont porté sur le « Smart
Campus » : comment développer des concepts
innovants sur les campus de demain, en termes
d’aménagement (programme, infrastructures,
équipements) et de fonctionnement (animation
des espaces, services lieux réels et virtuels…) ?
Ces travaux ont abouti à la production d’une
quinzaine de maquettes, de modèles ou de
démonstrateurs.
Design : un partenariat avec l’ENSCI
La collaboration avec l’ENSCI ne se limite pas à
Ideas Lab : l’école de design s’associe désormais
à des travaux de l’Institut, soit pour explorer
avec les chercheurs les usages de certains
domaines technologiques, soit pour intervenir sur
des projets de R&D classiques. Le concept de
« design » pratiqué par l’ENSCI englobe alors deux
dimensions : la conception amont des usages
d’une technologie (comment l’utilisateur aura-t-il
envie de se l’approprier et de s’en servir ?), et la
conception des objets qui la constitueront.
Une offre sur mesure
pour les PME mid tech
Comment proposer des collaborations fructueuses
aux PME dites « mid tech », dont les produits
peuvent être enrichis et renforcés par l’apport
de technologies de pointe ? C’est le sujet du
projet ANR Carnot Capmeup, mené par le CEA
LIST avec le CETIM et l’IFP. Les trois organismes
vont créer trois plateformes technologiques
nationales (robotique, contrôle non destructif,
systèmes embarqués et simulation), démarcher
ces PME avec une offre adaptée. Leur objectif :
proposer des services de test, d’expertise, de
co‑développement et de co-investissement.
Pour l’Institut, ce projet reflète plus largement
la volonté de formaliser une offre globale
« manufacturing ». Le rapport européen Key
Enabling Technologies (KET) a notamment mis
en avant l’importance des activités de production
industrielles. A son niveau, le CEA LIST recense
les briques technologiques susceptibles de faire
progresser ce secteur, par exemple la robotique,
la modélisation ou la réalité augmentée.
© ENSCI
Innovation ouverte
“Depuis trois ans, nous avons découvert avec Ideas Lab
Grenoble une autre façon de concevoir. Mettre l’usager au
centre de la conception et travailler avec des designers,
des historiens et des sociologues vous fait voir le monde
autrement et vous ouvre à des pratiques qu’on ne
s’autoriserait pas dans son entreprise.
Ces pratiques ont commencé à irriguer les projets de nos
filiales et les ont aidées à mieux vendre. Avec l’ouverture
d’Ideas Lab Saclay, plus proche de nos bases, elles trouvent
un ancrage supplémentaire. Nous nous ouvrons aussi à
de nouveaux partenaires basés non loin de Saclay : HEC,
Centrale, des industriels de l’aéronautique ou du ferroviaire…
Notre démarche d’innovation ouverte va encore monter en
puissance.”
Cube 3,
un objet‑service pour gérer
sa consommation domestique
Le « cube 3 », conçu avec l’ENSCI et Digiteo, est issu de
cette démarche inspirée par le design. Cet appareil inédit
recense les appareils électriques d’un logement ; il permet à
l’occupant de suivre sa dépense énergétique en temps réel
et de paramétrer des priorités de mise en marche pour mieux
gérer sa consommation. Une façon originale d’interfacer les
technologies Smart Grid et la création de nouveaux objetsservices domestiques.
CEA LIST 2011
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Start-up
CEA LIST 2011
15
be secure
2009
2008
2001
2009
2004
2002
2003
2009
© Patrick Gripe/CEA
2003
Création de start-up,
un objectif à part entière
R
Premiers projets d’envergure
pour Krono-Safe
Créée en avril 2011, Krono-Safe industrialise et
commercialise son produit Kron-OS, un noyau
temps-réel et un outil de configuration fondés sur
la technologie PharOS, qui permet de développer
des applications embarquées avec un niveau inédit
de performance, de sûreté et de compétitivité.
Krono-Safe a signé un contrat industriel avec
Delphi Diesel Systems, pour une application de
contrôle moteur. En parallèle, elle coordonne le
projet collaboratif ADN4SE dans le cadre des
Investissements d’Avenir. Ce projet associe
une quinzaine de partenaires, futurs clients et
technos providers. Il porte sur la construction de
l’atelier de développement Krono-Safe et sur des
démonstrateurs déployés dans l’automobile, les
automates industriels et le ferroviaire.
Krono-Safe créera un laboratoire commun avec
le CEA LIST courant 2012.
WiN MS décolle
avec l’aéronautique
Détecter, caractériser et localiser les défauts de
réseaux câblés qui peuvent mesurer plusieurs
centaines de kilomètres : c’est le métier de
WiN MS, créée tout début 2012 pour répondre à
une toute première commande dans le secteur
– ActiCM : systèmes de
mesures 3D, reprise par
Creaform en 2007.
– Advestigo : sécurisation
numérique, reprise par
Hologram Industries en 2009.
– ARcure : systèmes
embarqués de détection de
piétons et d’obstacles en
milieux industriels.
– Diotasoft : marketing
technologique et
2011
communication interactive
basés sur les technologies 3D.
– E xtende : distribution
exclusive du logiciel de
contrôle non destructif CIVA.
– Haption : interfaces haptiques
pour la réalité virtuelle.
– Kalray : nouvelle génération
de processeurs multicoeurs
pour les applications haute
performance.
– Krono-Safe : développement
d’applications embarquées
performantes et sûres.
– M2M : systèmes de Contrôle
Non Destructif par ultrasons et
courants de Foucault.
– WiN MS : détection et
localisation de défauts dans
les réseaux câblés.
François Breniaux, CEA Investissement
“Une forte attente
pour les technologies du CEA LIST”
Photo DR
épondre aux enjeux de compétitivité industrielle constitue un objectif majeur pour les équipes du CEA LIST. Outre
le renforcement des partenariats et des transferts industriels, la création de start-up est l’un des leviers utilisés par
l’Institut dans cet objectif. Deux à trois entreprises en moyenne naissent ainsi par an, sous forme de start-up dites
« essaimées » (porteur de projet issu du CEA) ou « associées » (porteur de projet extérieur au CEA).
Deux critères peuvent conduire l’Institut à préférer la création de start-up à un transfert industriel :
– l’accès au marché de la technologie demande beaucoup d’agilité, qualité qu’une start-up déploiera plus facilement
qu’une grande société,
– les industriels candidats au transfert sont des utilisateurs finaux, alors qu’une start-up qui vise plusieurs secteurs applicatifs
élargira le spectre de valorisation.
La détection et la maturation des projets de start-up font l’objet d’un suivi attentif. Depuis 2011, le CEA LIST participe
également au dispositif Start-up in vitro de HEC : ses porteurs de projet, à profil scientifique et technique, rencontrent des
profils de managers motivés par la création d’entreprise afin de créer des équipes de direction fortes et complémentaires.
Nos start‑up,
de A à W
“Je sens chez les utilisateurs une
forte attente pour les technologies
du CEA LIST : son offre en cobotique,
en diagnostic de câbles ou en
applications embarquées résout
de vrais problèmes. Elle apporte
de la performance technique et améliore
l’organisation de l’utilisateur, sa qualité
de service, son rythme de création
aéronautique ; elle porte sur un kit d’aide à la
recherche de pannes électriques.
Grâce aux travaux conduits ces dernières
années au CEA LIST sur le diagnostic filaire,
WiN MS facilite la recherche de pannes dans
l’aéronautique et l’automobile, surveille les réseaux
de signalisation ferroviaire (incidents techniques,
vols) et propose son expertise dans le diagnostic
et la surveillance embarquée de tous types de
réseaux. La start-up a également signé un accord
de R&D avec un centre de formation automobile.
de nouveaux produits… C’est ce qui
nous pousse, en tant qu’investisseur, à
accompagner les projets de start‑up :
les trier, évaluer leurs besoins en
financements, compléter l’équipe de
direction pour la rendre plus solide et
bien sûr, juger si la technologie est assez
mûre pour être proposée à des clients
évaluateurs.”
Chiffres clés
12
134
start-up créées
depuis 2000
salariés
(effectif global)
A
CEA LIST 2011
17
Systèmes
embarqués
L’ouverture à
de nouvelles applications
Plateforme
d’émulation
de l’Institut d’un
composant
de calcul
embarqué
ManyCore.
Les travaux du CEA LIST sur les systèmes embarqués se sont ouverts en 2011
à des domaines d’application élargis. Quatre exemples en témoignent :
— le transfert à la société Esterel Technologies du modeleur système Papyrus,
dédié à la conception de systèmes et de « systèmes de systèmes » : il s’agit
de remonter à un niveau d’abstraction supérieur pour lier vision Système et
vision Logiciels critiques sûrs,
— les premiers travaux de l’institut sur le Cloud computing, plus précisément
sur l’exécution sécurisée de calculs, une technologie directement issue des
systèmes embarqués,
— la valorisation de la plateforme d’analyse statique Frama-C sur un
nouveau sujet : l’analyse de la sécurité des logiciels vis-à-vis des attaques
extérieures,
— la signature d’un laboratoire commun avec la société M3 Systems,
spécialiste du transport, sur le développement de calculateurs embarqués.
Ces nouvelles activités se sont traduites par des accords de recherche
bilatéraux avec de grands groupes industriels (Renault, Airbus, Schneider,
STMicroelectronics) et des laboratoires communs avec des PME (Kalray,
Esterel Technologies etc.), soucieuses d’intégrer au plus vite de l’innovation
dans leurs produits.
Le CEA LIST est maintenant prêt à constituer autour de ses technologies et de
son savoir-faire une plateforme d’envergure pour la conception, la validation
et la caractérisation des solutions de calcul embarqué, fournissant ainsi aux
partenaires industriels l’accès aux technologies avancées de l’état de l’art et
une vision complète des choix qui s’offrent à eux.
Architectures
et logiciels embarqués
CEA LIST 2011
18
« Sur un avion comme l’A380 qui
compte 500 km de câbles électriques,
la localisation des défauts intermittents
peut être coûteuse pour la compagnie
aérienne. Avec la technologie du CEA
LIST, les défauts que nous avions simulés
sur bancs d’essais ont été détectés et
localisés en temps réel sur des réseaux
filaires complexes en fonctionnement. Si on
couple cette détection avec une maquette
numérique 3 D du câblage, la maintenance
pourra déterminer à quelques dizaines
de centimètres près l’endroit où il faudra
intervenir pour la réparation.
Ainsi, la réflectométrie multiporteuse peut
nous permettre de proposer à nos clients
de futurs avions moins chers à maintenir,
donc plus rentables. »
Diagnostic de câbles
Premiers tests
en vraie grandeur
Après les essais en laboratoire, les validations en vraie grandeur : en 2011, la réflectométrie multiporteuse a été testée au
sol sur un bus CAN d’Airbus A380, sur le système de dégivrage
de pales d’un hélicoptère NH 90 d’Eurocopter et sur un Boeing
de Lufthansa. A chaque fois, des défauts avaient été créés
dans les câblages électriques ; la méthode de l’Institut a permis
de les détecter et de les localiser avec une bonne précision.
L’attribution par Airbus du label TRL 4 (technologie validée en
laboratoire) témoigne de l’intérêt de l’industrie aéronautique
pour une utilisation de la réflectométrie multiporteuse dans
ses futurs appareils. Une start-up, WiN MS, a été créée début
2012 pour exploiter cette solution.
Un imageur à haute
flexibilité pour caméraphone
et peuvent réaliser les différentes fonctions. Les essais réalisés par l’industriel
ont montré que l’efficacité silicium de
cette solution (25 GOPS par mm2) était
plus de trois fois supérieure à celle des
solutions programmables existantes.
Un démonstrateur sur carte FPGA a
été réalisé et le RPC va être testé sur
des traitements moyen et haut niveau.
Allier sûreté, temps-réel
et calcul embarqué, c’est possible
Alors que les industriels ont l’habitude
de dédier des calculateurs distincts au
calcul embarqué intensif et à l’exécution
de tâches temps réel critiques, l’Institut a
démontré sur un prototype la possibilité
de réaliser ces deux types de tâches
Le cloud computing
devient enfin sécuritaire
sur un même calculateur, sans sacrifier
la sûreté et les performances.
Le noyau multitâches temps-réel orienté
sûreté OASIS a été adapté à la puce
many-cœurs MPPA de la société Ka-
Chiffre clé
1 million
1 million d’euros, c’est
le montant investi par
le CEA LIST pour acquérir
des outils de conception
d’architectures ainsi que
des plateformes de calcul
pour concevoir et évaluer
les dernières architectures
de calcul avancées.
lray : un cluster de cœurs est dédié à
l’exécution de l’application temps réel,
les autres sont disponibles pour des
applications de calcul.
Le prototype est déjà capable d’exécuter des applications temps réel de test
et peut être adapté à d’autres architectures. Il a par exemple été porté sur une
plateforme SMP grand public à base de
processeurs Intel x86 de 16 cœurs.
Flexible et puissant, le cloud computing doit
encore devenir sûr pour séduire les grands
utilisateurs industriels. Des chercheurs du CEA
LIST ont montré la faisabilité d’une solution qui
« isole » hermétiquement chaque tâche exécutée
sur une machine virtuelle.
L
e cloud computing a ceci de magique qu’il
s’appuie sur de multiples machines déportées
mais donne à chaque utilisateur l’impression
d’accéder à une machine unique… qui n’est
que virtuelle. Ce tour de passe-passe est exécuté
par un logiciel bas niveau, l’hyperviseur, qui est à la
fois le cœur du système et son talon d’Achille : si sa
sécurité est compromise, un utilisateur malveillant
peut accéder à d’autres données et d’autres codes
que les siens.
Hyperviseur durci et chiffrement
des données
« Cette faiblesse pénalise le développement du cloud
computing, constate Renaud Sirdey, expert sénior
au CEA LIST. Les grands groupes, en particulier,
voudraient le même niveau de sécurité que sur les
infrastructures télécoms. »
Les travaux de l’Institut portent sur le développement
d’un hyperviseur durci et sur une infrastructure d’authentification et de sécurisation des données et des
codes exécutables. Cette infrastructure comprend :
– un dispositif matériel, le Hardware Security Module
(HSM), placé entre la mémoire et le processeur.
Chaque machine virtuelle se voit affecter une clé
de chiffrement propre ; le HSM chiffre et déchiffre
les données et les codes à la volée, les rendant
ainsi inaccessibles à l’hyperviseur comme à d’autres
utilisateurs ;
– côté utilisateur, une carte à puce permettant
l’authentification bilatérale avec le Cloud et l’établissement des clefs.
Trois brevets déposés
Ces dispositifs matériels s’articulent avec des techniques cryptographiques éprouvées et sur un format
de chiffrement de la mémoire original, reposant sur
des primitives algorithmiques standard. Trois brevets
sont en cours de dépôt.
« Remarquable
pour détecter et
localiser les défauts
intermittents »
Photo DR
R&T Projects manager,
Airbus
Le RPC est conçu autour de clusters
homogènes qui travaillent en parallèle
19
Avancée scientifique
Gilles Millet,
Avec l’architecture RPC (Reconfigurable
Programmable Cluster) développée pour
STMicroelectronics, l’Institut propose
une IP (Intellectual Property) à la fois
performante en calcul et hautement
flexible, pour les traitements d’image
bas niveau : débruitage, démosaïcage,
rehaussement des contrastes, etc.
CEA LIST 2011
L’enjeu
Elever la sécurité du cloud computing
au moins au niveau des grandes
infrastructures télécoms
Les défis relevés
– Sécuriser sans augmentation des
coûts et des temps de traitement
– Exécuter efficacement du code
chiffré
– Combiner solution matérielle et
logicielle
Les partenaires
Projet Carnot SecureCloud
Un démonstrateur des outils logiciels de chiffrement
et un simulateur des composants de l’infrastructure
ont été réalisés ; ils ont permis de valider un fonctionnement multitâche dans lequel ni les autres
tâches, ni l’hyperviseur ne peuvent compromettre
la confidentialité des codes et données d’une tâche.
Prochaine étape : le prototypage d’une infrastructure
en vraie grandeur.
CEA LIST 2011
20
Ingénierie logiciels
et systèmes
CEA LIST 2011
21
Des outils pour
modéliser les archi
tectures système
« Rendre possible
la conception
de produits
et services innovants »
En détectant une faille de sécurité dans un utilitaire
utilisé notamment par Facebook, le CEA LIST
a montré qu’il était possible de vérifier la sûreté
d’un logiciel sans l’exécuter.
« Le CEA LIST nous aide à outiller le déve
loppement de systèmes complexes qui,
avec les outils du marché, reste coûteux et
risqué. Il peut s’agir d’organes du véhicule
(freinage innovant, aide à la conduite…),
d’architectures nouvelles comme le véhicule
électrique (VE) ou hybride, mais aussi de
« systèmes de systèmes » (synergies entre
VE et Smart Grid, …).
Nous avons besoin d’outils pour concevoir
en cohérence le système et ses logiciels,
offrant à chaque ingénieur des interfaces
graphiques simples pour accéder
aux objets et données qu’il manipule et
partage. La combinaison d’un modeleur
à potentiel, Papyrus, et de l’alliance
stratégique entre le CEA et Renault
nous fournit l’opportunité de progresser
plus vite dans cette direction. »
Alain Dauron,
Les industriels multiplient les logiciels embarqués critiques dans
leurs produits et ont besoin d’outils support pour l’ingénierie
système. C’est à ce titre que l’Institut a renforcé sa présence
auprès de Renault et de la SSII Esterel Technologies.
Avec Renault, qui s’intéresse à plusieurs de ses technologies,
le CEA LIST a réalisé sur le modeleur SysML Papyrus la première brique d’une chaîne d’outils de développement, pour
des systèmes embarqués et des projets réclamant l’interaction
de nombreux systèmes indépendants. Le langage SysML
utilisé nativement a été adapté aux spécificités de l’industrie
automobile.
En parallèle, le modeleur est exploité par l’éditeur Esterel Technologies pour le socle de son nouveau produit de conception
système : SCADE System, déjà acquis par des acteurs étrangers de l’avionique.
Contrôle-commande de trains :
Papyrus et Diversity renversent la vapeur
Alors que la conception d’un système
industriel complexe passe d’habitude
par la spécification puis l’assemblage
de ses composants (logiciels ou matériels), Alstom et le CEA LIST ont validé
avec succès la démarche inverse sur le
contrôle - commande d’un train : à l’aide
des outils Papyrus et Diversity, ils ont
défini par modélisation abstraite les exigences du système, puis en ont déduit
les exigences pour chaque composant.
Cette approche originale évite la gestion
a posteriori d’interactions indésirables
entre composants, que l’approche
classique ne permet pas de prédire.
Calculs en virgule fixe : comment réduire les coûts
Comment réduire le coût de conception des programmes à virgule fixe ?
La question est au centre du projet
ANR Défis, démarré entre autres avec
Inpixal (traitement d’images) et Thalès.
Le CEA LIST mise sur son outil Fluctuat
pour quantifier les erreurs dues à l’utilisation de la précision finie, et guider les
concepteurs dans le dimensionnement
des calculs en virgule fixe.
Cette démarche automatisée, si elle est
validée, allégera considérablement les
coûts par rapport à une validation par
séries de tests ou à une correction de
bugs après commercialisation.
Q
uelle est la différence entre un hacker et l’outil
d’analyse statique Frama-C ? Simple : le premier génère de manière aléatoire une multitude
d’entrées inattendues, en espérant trouver ainsi
une faille ; le second scrute la totalité du code source
et prédit tous les comportements possibles, ce qui
veut dire qu’il ne laisse rien passer.
Vérifier la sécurité de logiciels
« Frama-C, qui mobilise chez nous une dizaine de
personnes, a été conçu au départ pour du logiciel
embarqué critique destiné au nucléaire, à l’aéronautique ou au ferroviaire, rappelle Pascal Cuoq,
du CEA LIST. Il fait maintenant ses preuves dans
la sécurité informatique de logiciels dont le code,
optimisé pour la vitesse d’exécution et non pour la
sûreté, est moins lisible. »
En l’occurrence, c’est QuickLZ 1.5X, une librairie de
compression utilisée notamment par Facebook, qui a
été analysé. Frama-C a listé une vingtaine d’alarmes
dont une était fondée. Le bug a été signalé à l’éditeur,
qui l’a corrigé dans sa version beta 1.5.1. « Dix-neuf
fausses alarmes, c’est très peu quand on sait que
d’autres logiciels d’analyse en relèvent plusieurs
centaines : nous réduisons considérablement le
travail de vérification manuelle. »
Deux méthodes pour ne rien oublier
Frama-C explique le bug de manière compréhensible
pour des non-spécialistes et indique comment le
corriger. Il est conçu au départ pour ne produire
aucun faux négatif, donc pour n’oublier aucune faille.
L’outil utilise deux méthodes d’analyse dont chacune
pallie les limitations de l’autre. L’interprétation abstraite
vérifie le fonctionnement du logiciel analysé, pour
toutes les valeurs d’entrées possibles. Le calcul de
plus faible précondition part d’une propriété que le
logiciel doit vérifier et remonte le flot d’exécution pour
Photo DR
Direction électronique
et technologies avancées,
Renault
Failles de sécurité :
Frama-C plus fort
que les hackers
L’enjeu
Détecter la totalité des failles
de sécurité d’un logiciel sans avoir
à l’exécuter
Les défis relevés
– Tester des logiciels, non optimisés
pour la vérification
– Eviter les faux négatifs, réduire le
nombre de faux positifs
– Pouvoir expliquer les bugs détectés à
des non-spécialistes
Les partenaires
INRIA Saclay Ile-de-France
s’assurer que le code-source réalise bien cette propriété. « La fiabilité de cette démarche, développée
pour l’analyse de sûreté de systèmes embarqués
critiques, nous a ainsi permis d’ouvrir un nouveau
champ d’application très large pour l’analyse de sécurité de logiciels généralistes » conclut Pascal Cuoq.
B
CEA LIST 2011
23
intelligence
ambiante
L’année de la robotique
et des IHM
Dédié à l’intégration dans des systèmes complets et optimisés de technologies
« rares » (capteurs et réseaux de capteurs, réalité virtuelle, réalité augmentée,
interfaces haptiques…), l’Institut a multiplié les partenariats industriels en 2011.
En particulier, il a entamé des collaborations avec Technip et Valeo.
L’activité a été intense dans le domaine robotique. En témoignent notamment
la première présentation d’un cobot pour l’assistance au geste technique
et d’un exosquelette capable de porter des charges jusqu’à 100 kilos,
le développement d’un bras articulé ultra-léger et d’un instrument de pointe
pour la chirurgie mini-invasive… De nombreux verrous technologiques ont été
levés ; ils ouvrent la voie à des applications prometteuses.
apteurs
C
embarqués
miniatures
sur smartphone et
nouvelles
IHMs pour
la localisation de
personnes
en intérieur
(bâtiments,
aéroports,
métros,
musées).
Autre domaine en croissance, les interfaces homme-machine (IHM) : elles
sont au cœur du contrat bilatéral de deux ans signé avec Valeo (lire page
suivante). Le CEA LIST a la particularité de maîtriser à la fois les briques
technologiques, avec des compétences de pointe sur certains modes
d’actionnement, et les aspects d’ergonomie et d’usage qui fondent la bonne
utilisation de ces IHM.
Enfin, les outils d’analyse sémantique de textes développés ces dernières
années commencent à être déployé s de manière industrielle. Le premier,
dédié au résumé automatique de documents, a été mis à la disposition de
3 000 utilisateurs. Le second, un système de gestion documentaire en huit
langues, est commercialisé par la PME ANT’Inno.
CEA LIST 2011
25
Stéphane
Vanhelle,
VALEO Switches
& Smart
Controls
Chirurgie mini invasive
en zone d’accès difficile
« VALEO développe de nouvelles interfaces homme-machine
(IHM) pour l’automobile . Celles-ci intègrent et adaptent
notamment le caractère moderne et intuitif des smartphones.
Le LIST, pour sa part, a une longueur d’avance sur les fluides
magnéto-rhéologiques, ils devront permettre de piloter
électriquement une IHM, sans moteur ni mécanique complexe.
Nous avons donc de fortes complémentarités et c’est ce qui a
conduit à notre accord de collaboration.
A mi-route, les jalons sont respectés, le projet est piloté avec
rigueur, nos interlocuteurs se montrent adaptables et attentifs
à nos contraintes d’industriel. Nous avons beaucoup progressé
sur le calcul, la simulation et le dimensionnement. Nous
attendons avec impatience les premières maquettes physiques
et les tests d’une interface haptique innovante spécifique
définie avec VALEO. »
Protonthérapie :
le patient positionné
à 0,5 mm près
La surface
tactile qui sent
les caresses
La précision du contrôle de position est un élément-clé de
performance des systèmes positionneurs de patient robotisés pour la protonthérapie. Sur ces positionneurs très rigides
qui acceptent jusqu’à 200 kg de charge utile, la calibration
classique ne permet qu’une précision de 3 mm, insuffisante
pour traiter un patient.
Cinq brevets ont été déposés autour d’une technologie de surface
tactile acoustique à apprentissage, capable d’identifier une
pression, une déformation, un
impact, une caresse etc à partir
de deux transducteurs émetteurs
et d’un récepteur. Il devient ainsi
facile de concevoir toutes sortes
d’interfaces homme-machine, sans
contrainte de design, à un prix compétitif.
Les chercheurs ont obtenu une précision de 0,5 mm en
combinant une approche classique par calibration géométrique, et deux autres méthodes utilisées de manière itérative :
l’identification des flexibilités localisées du système, et celle de
paramètres mathématiques dépendant de la masse portée par
le robot. AS2I, le partenaire industriel du projet ANR POROS,
souhaite industrialiser ce positionneur de haute précision.
L’objet est parcouru en continu par des ondes
ultrasonores de volume qui permettent de caractériser une signature de référence et des signatures propres
à chaque interaction. L’immunité à différentes perturbations
(température, CEM, encastrement) est à l’étude. Un premier
démonstrateur a été réalisé à partir de la tête du robot Romeo
(projet Cap Digital piloté par Aldebaran Robotics).
Photo DR
Robot articulé
gonflable : ultraléger,
ultra compétitif
Alors qu’un robot classique est vite limité
en portée par son poids et son coût, le
concept de robot articulé gonflable de
l’institut s’affranchit de ces contraintes.
Les chercheurs ont mis au point une
structure gonflable en textile technique,
une articulation de forme torique et un
système d’actionnement ultra léger par
câble. L’ensemble présente une excellente
rigidité et ne pèse que
2 à 3 kilos pour une
portée de plusieurs
mètres ; le coût est
extrêmement compétitif.
Cette nouvelle technologie intéresse plusieurs domaines : inspection d’ouvrages
de grande dimension, d’aubes de turbines, de réservoirs d’ailes d’avion, de
bâtiments endommagés… Un prototype
6 axes est en cours de réalisation.
Vers un instrument
robotisé pour
la suture
Grâce à un nouveau type d’articulation,
flexible et à un « muscle hydraulique »
miniature, le CEA LIST confère des mobilités
supplémentaires aux instruments utilisés
en chirurgie mini invasive ; en particulier,
il devient possible de réaliser des sutures
dans des zones opératoires inaccessibles
par les instruments classiques. Des concepts
dont la faisabilité vient d’être démontrée.
Photo DR
« De fortes complémentarités
avec le CEA LIST »
E
n chirurgie ouverte, la réalisation d’une suture
est un jeu d’enfant. Mais quand il s’agit de
chirurgie mini invasive avec un instrument
pénétrant par un trocart de cinq millimètres
de diamètre, tout se complique. Dans ce cas, la
translation, quatre rotations, la flexion, la fermeture
d’une pince sont les mobilités nécessaires pour
réaliser des sutures.
Des actionneurs dans la partie
intracorporelle de l’instrument
« Sur les instruments du marché, les mobilités sont
actionnées depuis l’extérieur, via des transmissions
dont le nombre, la complexité et les problèmes
de couplage deviennent vite bloquants, explique
Christine Rotinat-Libersa, du CEA LIST. Résultat : le
chirurgien est limité dans ses gestes. » Les travaux de
l’institut ont donc consisté à intégrer les actionneurs
au plus près des éléments à mouvoir.
La partie intracorporelle de l’instrument est dotée d’un
nouveau type d’articulation flexible, compacte, peu
coûteuse, facile à stériliser ; et d’une pince synthétisée
avec un logiciel d’aide à la conception de structures
flexibles, développé par l’Institut.
En parallèle, l’équipe a développé un muscle hydraulique miniature (diamètre 1,5 mm) de type « Mc Kibben » pour actionner les mobilités intracorporelles
sans phénomène de couplage. Le nombre de ces
mobilités devient donc potentiellement élevé.
24
MANIPULATION
INTELLIGENTE
Photo DR
CEA LIST 2011
L’enjeu
Doter les chirurgiens d’instruments
portatifs plus « agiles », pour élargir le
potentiel de la chirurgie mini invasive,
avec un gain direct pour le patient
Les défis relevés
– Concevoir une articulation
monolithique et une pince intégrables à
la partie intracorporelle de l’instrument
– Concevoir un muscle hydraulique
compact à densité énergétique élevée,
pour réaliser une fermeture de pince
de 60°
Les partenaires
– Projet ANR ID2U
– EndoControl
– ISIR
– Institut Mutualiste Montsouris
Pour les chirurgiens : davantage
de confort et de gestes possibles
Pour les chirurgiens, les bénéfices attendus sont
multiples : possibilité de disposer d’instruments de
forme adaptative permettant d’accéder facilement à la
zone opératoire ; élargissement des gestes possibles ;
confort accru lors des interventions.
Les applications sont nombreuses : la chirurgie mini
invasive est utilisée dans le domaine gastro-intestinal,
les opérations de l’appareil génital et en cardiologie.
MULTIMEDIA, VIRTUALITÉS
ET INTERFACES
CEA LIST 2011
26
Le système Choral de résumé automatique de documents,
développé par le CEA LIST, a été mis à la disposition de 3 000
utilisateurs de l’IRSN après deux années d’industrialisation.
A partir d’un document de plusieurs centaines de pages en
français ou en anglais, il permet de produire en une à deux
minutes une synthèse de longueur paramétrable.
Compatible avec les exigences du temps réel, l’outil
en développement au CEA LIST simule de manière
réaliste les interactions entre des fluides et
des obstacles mobiles. Applications : les formations
à la sécurité, par exemple manipulation de toxiques
ou exploration d’un site en feu.
Realform : projet de ressourcement Carnot
sur les actions de maintenance industrielle
en réalité mixte (réalité augmentée/réalité
virtuelle.
Le WiFi fiable et continu dans un bus, ça marche !
Les passagers disposent d’un débit
potentiellement plus élevé et d’une
connexion plus stable. Ils consomment
moins d’énergie que pour une liaison 3G
et peuvent selon leur contrat réduire leur
facture. Le CEA LIST a conçu le routeur
mobile, ainsi que le serveur de gestion
de la mobilité 3G – WiFi déployé dans le
réseau. Ces deux équipements gèrent
le basculement d’un réseau externe à
l’autre, de manière transparente pour
les passagers.
Des calculs deux fois plus rapides
que la physique
Grâce à un routeur mobile embarqué
dans un bus, il est possible d’offrir
aux passagers un accès WiFi fiable et
continu ; le routeur mobile se connecte
dynamiquement aux réseaux externes
3G+ ou WiFi rencontrés sur le trajet.
Cette démonstration a été faite dans
un bus RATP, en conclusion du projet
ANR Seamless. Elle ouvre de multiples
perspectives pour l’équipement de véhicules : voitures particulières, pompiers,
ambulances, flottes d’entreprise etc.
Détection de piétons : toujours plus précise
Le premier module estime en temps
réel les conditions de prise de vue et de
conformation de l’environnement, afin
de mieux cibler l’extraction d’obstacles.
Le second module, qui entre en action
après le premier, associe les informa-
tions stéréoscopiques et l’apparence
visuelle des piétons pour mieux les
reconnaître.
Grâce à ces modules, le temps de calcul
global de l’application est réduit, le taux
de détection augmente et le taux de
fausses alarmes diminue. Tous deux
ont été transférés à la start-up ARcure,
qui les exploite dans le domaine des
véhicules industriels : engins de chantier,
chariots élévateurs…
Photo DR
Le développement de deux modules
innovants rend encore plus précise la
détection de piétons à partir des images
stéréoscopiques d’une caméra installée
à bord d’un véhicule en mouvement.
C
omment concilier le réalisme physique et le
temps réel ? C’est le problème n°1 des simulations d’interactions entre des fluides (fumées,
gaz, liquides..) et des obstacles mobiles.
Avec des moyens de simulation lourds, le réalisme
physique est maximal mais le calcul est en retard
sur la réalité. Avec les outils d’animation du cinéma,
le réalisme peut être moindre et la qualité du rendu
visuel ne permet pas l’interactivité.
Pourtant, l’outil du CEA LIST parvient à associer
réalisme physique et temps réel. Par exemple, sur
une simulation d’écoulement de fumée autour d’un
objet en mouvement, le calcul va deux fois plus vite
que le phénomène simulé. Ce qui permet de suivre
en temps réel les mouvements de l’opérateur : le
pompier qui traverse une zone enfumée provoque
des turbulences, bien visibles dans la simulation.
Une détection de collisions
optimisée temps réel
Cette performance est rendue possible par les choix
technologiques des chercheurs. Ils sont partis de la
simulation mécanique interactive pour aller vers la
mécanique des fluides 3D. Les modèles implémentés
sont des équations de Navier-Stokes non visqueuses,
dont la complexité permet de prendre en compte la
dynamique du fluide. La méthode numérique de résolution est simple et robuste. Il s’agit de l’approche dite
« grille MAC et splitting », optimisée pour l’interactif.
L’équipe a par ailleurs réutilisé un outil « maison »,
une librairie de détection interactive de collisions,
optimisée pour le calcul temps réel : le champ de
Photo DR
Il repère également les expressions qui expriment le point de
vue de l’auteur (exemple : « en conclusion ») afin de moduler
le poids de chaque phrase. Enfin, il est aussi pertinent sur
des textes généralistes que sur des documents complexes
comme des thèses.
27
Interactions entre fluides
et obstacles mobiles :
la simulation tient
le temps réel
500 pages résumées
en 2 minutes
Choral repose sur l’analyseur linguistique de l’Institut et a
obtenu des résultats d’évaluation meilleurs que MEAD, l’outil
académique de référence. Il se distingue des outils concurrents
par son mode d’extraction, basé à la fois sur la répétition de
certains mots et sur la prise en compte de leur signification.
CEA LIST 2011
L’enjeu
Offrir aux experts métiers une
simulation crédible, associant le
réalisme physique des interactions
fluides/obstacles mobiles et la vitesse
de calcul
Les défis relevés
– Intégrer dans un modèle temps réel
les équations de la mécanique des
fluides 3 D
– Détecter et traiter les collisions entre
le fluide et des obstacles mobiles de
géométrie complexe
– Recalculer au vol l’impact de ces
collisions pour l’intégrer à la simulation
temps réel
distance qu’elle détermine permet la prise en compte
efficace des obstacles mobiles.
« Ces travaux se poursuivent dans deux directions,
précise Bruno Bodin, du CEA LIST : prise en compte
de phénomènes complexes comme la diffusion
thermique et la viscosité, nouvelle amélioration des
temps de calcul. »
C
CEA LIST 2011
29
Capteurs
et traitement
du signal
Coup d’accélérateur
sur les collaborations
à long terme
Les travaux du CEA LIST sur les capteurs et le traitement du signal ont pris une nouvelle
dimension en 2011 : l’Institut est désormais impliqué dans treize nouveaux programmes
européens sur la métrologie, le contrôle non destructif, les interfaces neuronales, le véhicule
intelligent etc.
S’y ajoutent l’accord de partenariat stratégique avec Technip et la création du laboratoire
commun avec EADS, dans les locaux de l’industriel ; jamais les liens avec des partenaires
n’ont été aussi nombreux, aussi étroits et inscrits dans la durée.
Qualification
d’un capteur SAW
diamant
utilisé pour
la reconnaissance
d’odeur.
Les activités en contrôle non destructif continuent à s’orienter vers la reconstruction
temps réel et les outils de diagnostic simplifié, avec des résultats probants pour Renault
et la SNCF. En parallèle, les équipes se penchent sur la simulation de pièces industrielles
complexes (composites multicouches par exemple) pour permettre des contrôles virtuels
dès le stade du design.
En métrologie, l’élan donné par les contrats européens stimule les travaux sur les photons
de basse énergie, la radiothérapie externe, le contrôle radioactif de matériaux pour
la métallurgie, l’instrumentation pour le nucléaire et la gestion de matériaux nucléaires.
A noter encore, une ouverture vers l’astrophysique avec un programme de caractérisation
de gamma caméras pour satellites.
La maturité des activités capteurs et traitement du signal conduit à de nombreux transferts
industriels : les matrices d’électrodes diamant utilisées pour la vision artificielle dans les
interfaces rétiniennes, ou encore l’analyse de réseaux capteurs pour la surveillance de sites
sensibles à l’aide d’outils d’aide à la décision (start-up Egidium).
30
Capteurs
et Information
CEA LIST 2011
31
Photo DR
« Des nouveaux produits conçus
avec le CEA LIST »
« Les chercheurs du CEA LIST sont des experts en technologies
d’instrumentation nucléaire et comprennent nos contraintes
d’industriels. Aussi, nous développons avec eux des nouveaux
produits importants pour notre roadmap de développement de
produits. Nous travaillons par exemple sur une nouvelle version
de gamma caméra à fonctionnement masque codé, plus sensible
et plus légère. Les chercheurs ont livré un prototype de faisabilité
à notre équipe de R&D et continuent à collaborer avec elle.
En parallèle, nous proposons pour AREVA une industrialisation
d’une plateforme générique d’instrumentation multivoies très
avancée. Là encore, le CEA LIST est à nos côtés pour réaliser ce
que je considère comme un saut technologique. »
Nabil
Menaa,
directeur
technique
Canberra
France
La « vie énergétique »
des maisons sous l’œil
des statisticiens
Les données recueillies dans 9 maisons
individuelles habitées et 2 bâtiments
tertiaires équipés d’une centaine de
capteurs (humidité, éclairage, température, présence…) ont été étudiées.
L’analyse a permis de comprendre le
fonctionnement énergétique des bâtiments et les usages de leurs occupants ;
il devient ainsi possible de concevoir des
règles de supervision, de prédiction et
de pilotage énergétique, ainsi que des
critères de diagnostic pour la mainte-
La difficulté résidait dans le
volume des données et dans
leur hétérogénéité : selon
les capteurs, la fréquence,
les échelles et les ordres de grandeur
varient fortement. Un démonstrateur a
été conçu avec Schneider Electric dans
le cadre d’un partenariat de recherche,
avec une perspective d’intégration dans
des produits de l’industriel.
Détection de gaz : le diamant
bat des records de sensibilité
Des capteurs chimiques de gaz intégrant des couches sensibles à base
de nanoparticules de diamant ont été
testés avec succès sur des explosifs et
des gaz à haute toxicité. Sur la plupart
des agents, les seuils de sensibilité sont
de 1 à 10 ppb, avec une bonne discrimination. Ces capteurs ont également
l’avantage d’être réversibles.
Chiffre clé
1 800 Go
Le CEA LIST a réalisé les couches
sensibles de quelques dizaines de nanomètres utilisées sur résonateurs SAW
(Surface Acoustic Wave). L ’utilisation du
diamant permet leur fonctionnalisation
spécifique avec une grande versatilité.
C’est le volume de
données traité en
2011 par l’Institut,
sur une trentaine
de problématiques
différentes.
Selon l’hypothèse généralement admise,
les nanoparticules, lors de leurs interactions avec les rayons X, favorisent la
production d’électrons secondaires de
basse énergie qui augmentent localement la dose. Les premiers travaux ont
permis de confirmer ce phénomène
d’augmentation de dose.
Cancer : les éléments lourds
rendent la radiothérapie
plus efficace
Pourquoi l’injection de nanoparticules
d’éléments lourds dans une tumeur
accroît-elle sensiblement le taux de survie chez le petit animal ? La question est
au centre d’une thèse débutée en 2010,
qui cherche à expliquer ce phénomène
par simulation Monte Carlo.
nance ou des profils-types
d’usages locaux.
L’identification bactérienne
dopée par le traitement
du signal
L’enjeu
Grâce à Irtemis, une plateforme de traitement et
d’analyse de données de spectrométrie de masse
développée par le CEA LIST, bioMérieux a obtenu
d’excellents résultats en identification bactérienne
et a pu comparer les performances de quatre
approches technologiques concurrentes.
92 %
d’identification sur un jeu
d’espèces bactériennes réputées difficiles à distinguer,
15 marqueurs protéiques
identifiés comme spécifiques de la résistance aux
antibiotiques : en 18 mois d’exploitation, la plate-
Alain Pluquet,
directeur technologique
de bioMérieux
« les résultats
sont excellents »
« Après trois ans de collaboration avec le CEA LIST, nous
sommes au même niveau de
confiance et de compréhension
mutuelle que si les chercheurs
faisaient partie de nos équipes.
Ils ont la fibre industrielle, ils
respectent les calendriers, ils
nous apportent de précieuses
compétences en traitement de
données complexes et en algorithmie. Les résultats sont
excellents : par exemple pour
les performances d’identification sur des espèces bactériennes difficiles à distinguer,
nous sommes au-delà de ce
qui existe aujourd’hui. Ces travaux nous permettent non seulement de renforcer nos outils
de recherche mais aussi d’intégrer certains algorithmes du
CEA LIST dans des produits
commerciaux. »
CEA LIST 2011
Développer des outils bio-informati
ques haute performance utilisables en
routine pour l’identification bactérienne
par spectrométrie de masse
Les défis relevés
– Traiter à haut débit des données
« omiques » de grande taille (plusieurs
To par an) et d’un niveau de complexité
élevé (plusieurs milliers de variables)
– Proposer des approches algorith
miques innovantes pour le diagnostic
microbiologique
– Fournir des outils de pointe tout en
garantissant leur facilité d’exploitation
Partenaires
bioMérieux et Direction des sciences
du vivant du CEA
forme logicielle Irtemis a
largement démontré son
potentiel, sur un volume
de données qui dépasse
le téraoctet.
Des éléments
objectifs
pour choisir
la meilleure
technologie
Ce n’est pas tout : bioMérieux, qui conçoit un nouvel équipement couplant
chromatographie liquide et
spectrométrie de masse, a
pu également comparer les
performances des quatre
spectromètres pressentis.
« Les capacités de chacun, leur résolution, leurs
résultats en typage et en
identification d’espèces ont
été mis en évidence à travers l’exploitation de leurs
données par Irtemis, explique Étienne Thévenot, du
CEA LIST. bioMérieux dispose d’éléments objectifs
pour améliorer son offre en spectrométrie appliquée
au diagnostic. »
Une chaîne de traitement complète au
plus près du laboratoire d’analyse
Irtemis est une plateforme logicielle développée en
langage R permettant de lire les données brutes,
d’effectuer les prétraitements (soustraction de la ligne
de base, débruitage, extraction des pics), de réaliser
la modélisation statistique et de visualiser les résultats
à chacune des étapes. Par rapport aux solutions
existantes, son atout principal est de proposer une
chaîne de traitement complète et multi-technologies.
Lors du développement, l’accent a été mis sur l’optimisation du pilotage de la plateforme par le biologiste, afin
que la modélisation statistique complexe et les moyens
de calculs puissants soient au service de l’expertise
biologique et industrielle du diagnostic in vitro.
Irtemis était utilisée jusqu’ici par l’équipe commune
bioMérieux – CEA basée à Saclay. En 2012, elle sera
également installée sur le site lyonnais de bioMérieux où les équipes bio-informatiques l’utiliseront
en routine.
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Contrôle
industriel
CEA LIST 2011
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Photo DR
« Mieux caractériser les
défauts de fatigue des rails »
Pámela
Cano,
chef de
projet au
département
des Etudes
Voie à la
direction de
l’Ingénierie
SNCF
« La collaboration sur le projet MER* nous a permis
d’améliorer la caractérisation des squats. Ces défauts de
fatigue représentent 50% de nos retraits préventifs de
rails. Il est assez aisé de déterminer leur longueur avec des
sondes ultra-sonores conventionnelles ; cependant, une
fissure parallèle à la surface peut masquer une fissure plus
profonde, susceptible de provoquer la rupture du rail.
Avec le CEA LIST, nous avons développé une méthode
d’auscultation innovante et nous l’avons validée sur
une série de cas concrets. Un prototype de matériel
d’inspection bénéficiant de cette méthode a été réalisé.
Il sera industrialisé pour éventuellement être déployé par la
suite en inspection des voies. »
*M
aintenance et Endommagement des Rails, financé en partie
par la DGCIS et mené avec la RATP
Il est basé à Toulouse, dans les locaux
d’EADS IW, ce qui permet d’être au
plus près des besoins aéronautiques.
tecteur, géométrie, échantillon
et algorithme de
reconstruction.
Plusieurs algorithmes de reconstruction, analytique et
statistiques, sont proposés : l’utilisateur
peut tester différentes méthodes sur un
même jeu de données.
Un module de
tomographie X dans CIVA
Un module de tomographie X est maintenant disponible dans la version commerciale de CIVA. Il permet de modéliser
l’intégralité d’un système de contrôle
tomographique : spectre X, filtres, dé-
Chiffre
clé
180
C’est le nombre de
sociétés utilisa
trices de CIVA
© EADS
EADS Innovation Works (IW) et le CEA
LIST, qui collaborent déjà depuis plus
de 10 ans, mettent en place un laboratoire commun pour développer des
méthodes innovantes de contrôle non
destructif et de contrôle santé intégré.
Ce laboratoire exploitera en particulier
les ondes élastiques ultrasonores et les
ondes électromagnétiques.
Les composites multicouches
sous l’œil des ondes guidées
Photo DR
Contrôle non destructif :
un laboratoire commun
avec EADS à Toulouse
EADS IW et le CEA LIST ont mené de
nombreux projets collaboratifs (thèses,
projets institutionnels…).
Ce module facilite l’optimisation et l’évaluation des performances d’un contrôle
tomographique, compte tenu des limitations liées à sa complexité et à la nature
de l’échantillon. Avec des méthodes de
reconstruction avancées, il permettra
aussi de réduire le temps d’acquisition
et d’obtenir des images plus fiables ; ces
atouts intéressent à la fois le secteur
industriel et le secteur médical.
Renault affine le contrôle de ses points de soudure
Une étude de faisabilité sur des techniques ultrasonores multiéléments a été
menée dans le cadre d’un programme
de recherche avec Renault. Elle vise à
affiner l’inspection des points soudés
par résistance (PSR) : une voiture peut
en compter jusqu’à 4 000. Plusieurs
méthodes ont été explorées en vue
d’améliorer la vitesse d’inspection et
l’aide automatique au diagnostic du
procédé actuel.
La collaboration se poursuit dans le
cadre d’un projet ANR, ASAP. Elle porte
sur la recherche et le développement
de méthodes d’inspection et d’imagerie
capables de générer une représentation directe de la soudure, facilement
interprétable par des opérateurs non
spécialistes du CND. Extende et M2M,
deux start-up du CEA LIST, sont partenaires du projet.
Le CEA LIST a développé avec EADS et le
laboratoire POEMS un modèle numérique pour
la propagation et la diffraction d’ondes guidées
dans une plaque composite multicouches en fibre
de carbone comportant des raidisseurs. En ligne
de mire : le contrôle santé intégré de composants
aéronautiques.
L
es ondes guidées ultrasonores ont l’avantage
de bien se propager sur de longues distances,
donc d’être adaptées à l’inspection de grandes
plaques de composites comme les voilures
d’avion.
Cependant, en présence de discontinuités géométriques comme les raidisseurs, les propriétés
d’invariance propres à une plaque homogène ne sont
plus vérifiées. La propagation des ondes guidées
est perturbée et les performances atteignables par
ces techniques sont difficiles à évaluer. C’est ce qui
a justifié le développement d’un nouveau modèle
numérique : il pourra contribuer efficacement à
la conception et à l’optimisation des techniques
d’examen.
Un couplage de deux sous-modèles
Les chercheurs ont couplé deux sous-modèles.
La distribution modale des ondes dans la plaque anisotrope et multi-couches est prédite par la méthode
des éléments finis semi-analytiques ; la diffraction par
les raidisseurs est calculée localement par éléments
finis. La difficulté majeure réside évidemment dans la
définition des conditions limites pour le bon couplage
des deux sous-modèles.
Le fait de ne discrétiser qu’une section de la plaque
rend le calcul très rapide. De plus, ce modèle numérique a l’avantage d’être peu complexe à mettre en
œuvre par rapport aux modèles 100 % éléments
finis. Il rend donc possible une simulation complète
en 3 D d’un contrôle santé intégré par ondes guidées.
Le secteur aéronautique,
premier concerné
En pratique, ce contrôle pourrait être mis en œuvre
par implantation de capteurs fixes sur la structure.
Photo DR
CEA LIST 2011
L’enjeu
Simuler en 3 D la propagation
d’ondes guidées dans des structures
composites complexes.
Les défis relevés
– Optimiser le modèle pour éviter des
temps de calcul prohibitifs.
– Coupler deux modèles, les éléments
finis et une décomposition modale.
– Eviter les artefacts numériques dus à
la frontière intermodèles.
Partenaires
– EADS Innovation Works,
– Laboratoire POEMS (UMR 7231
INRIA/CNRS/ENSTA)
Cette application intéresse en particulier le secteur
aéronautique, qui utilise de plus en plus ce type de
matériaux. Le modèle permet également d’évaluer
les performances qu’on peut attendre de ce type
d’examen.
Suite à ce projet, une nouvelle thèse a été lancée
pour modéliser en 3D l’influence de défauts sur la
propagation des ondes guidées dans les structures
composites.
CEA LIST 2011
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Métrologie
des rayonnements ionisants
« Quand vous soignez un patient par
radiothérapie, les incertitudes sur la dose
délivrée sont multiples : algorithme de calcul
de dose, données anatomiques du patient,
fluctuations de la machine, précision de
la mesure de dose proprement dite…
Or, nous devons délivrer à chaque
séance une dose strictement conforme
à la prescription médicale, pour ne
pas influer sur le pronostic du patient ;
avec une nouvelle technique comme la
tomothérapie, sur laquelle nous manquons
de recul, ce n’est pas facile.
Le test piloté par le CEA LIST a donc
été précieux pour nous. Il a été préparé
avec toute la rigueur d’une démarche
de recherche. Et il nous a permis de réduire
à 1 ou 2 % l’incertitude propre à l’étalonnage
de la machine. »
Tomothérapie
L’exactitude
de la dose délivrée
aux patients
sous contrôle
La tomothérapie est une technique de radiothérapie innovante
dont les conditions d’étalonnage sont éloignées de celles
recommandées par les instances internationales. L’Institut
a donc décidé de vérifier les doses délivrées par 9 appareils
implantés en France.
Les chercheurs ont défini un protocole spécifique par dosimétrie par RPE/alanine. Les résultats montrent des écarts
inférieurs à 4 % entre la dose mesurée et la dose prescrite, la
tolérance admise étant de 5 % maximum (la moyenne de ces
écarts est de 0,1 %).
Photons X basse énergie :
vers une métrologie plus précise
Les premiers essais de mesure des rendements de fluorescence ont été menés
sur une source X de l’Institut, avec une
approche originale : la cible est installée
sur la fenêtre du détecteur. Dans un second temps, la ligne de métrologie X du
synchrotron SOLEIL a été utilisée pour la
mesure des coefficients d’atténuation.
La précision et la reproductibilité des
mouvements motorisés des miroirs ont
été optimisées, et la qualité des spectres
obtenus est très satisfaisante.
Chiffre clé
359
Le CEA LIST a émis cette
année 359 certificats
d’étalonnage. Le labo
ratoire poursuit ses
efforts de recherche sur
les techniques d’analyse
par spectrométrie X.
Il participe en particulier
à des projets européens,
en collaboration avec le
PTB‑BESSY (Berlin)
De nouveaux radionucléides contre le cancer
porté sur le strontium-82/rubididum-82,
dont la période radioactive courte permet de gagner plusieurs heures sur
certaines techniques d’imagerie.
L’objectif est d’établir des étalons
primaires d’activité et de connaître
précisément les données nucléaires
(période, intensités d’émission, schéma
de désintégration) afin de transférer aux
utilisateurs des produits étalonnés.
La radiothérapie
s’adapte aux tumeurs,
la métrologie aussi
Pour s’adapter aux nouvelles techniques de
radiothérapie, qui ciblent les tumeurs au plus
précis et utilisent des champs de rayonnement
plus petits, le CEA LIST met au point de nouvelles
références métrologiques avec deux laboratoires
européens.
A
lors que les protocoles internationaux préconisent un étalonnage en champ d’irradiation
de 10 x 10 cm2, les nouveaux accélérateurs
de radiothérapie utilisent des champs bien
plus petits (jusqu’à 4 mm de diamètre) pour mieux
cibler la tumeur et limiter les dommages aux tissus
sains environnants.
Des variations inférieures à 0,6 %
C’est cet écart entre références et pratiques cliniques
qui a justifié le lancement d’un projet européen et,
au CEA LIST, la conduite d’une thèse de doctorat
de physique : les références métrologiques devaient
s’adapter aux besoins des physiciens médicaux et
des médecins.
La thèse, achevée courant 2011, a livré des conclusions rassurantes : entre les champs d’irradiation
10 x 10 et 2 x 2 cm² et pour trois faisceaux d’énergies
différentes, les variations observées des coefficients d’étalonnage de chambres d’ionisation sont
inférieures à 0,6%, soit bien moins que les écarts
maximaux tolérés.
Nouvelle méthode,
nouvelle instrumentation
Pour parvenir à ces résultats, les chercheurs ont
d’abord utilisé une nouvelle méthode basée sur la
calorimétrie graphite. Elle a permis d’établir des références en dose absorbée dans l’eau en champs de
4 x 4 cm2, et de réduire l’incertitude d’un facteur 2.
La construction d’un nouveau calorimètre à élément
sensible de taille réduite (diamètre 6 mm au lieu de
16) a ensuite permis de descendre à 2 x 2 cm2.
Autre difficulté à résoudre, le choix d’une chambre
d’ionisation adaptée aux petits champs ; l’équipe a
« Rester strictement
conforme à la pres
cription médicale »
responsable physique
médicale, site Ulm
à l’Institut Curie
Le cyclotron nantais Arronax collabore avec l’institut pour caractériser
de nouveaux radionucléides utilisables
en médecine nucléaire, en particulier
en cancérologie diagnostique et thérapeutique. La collaboration a notamment
35
Pascal François,
Une étude a été lancée dans le but
de faciliter l’utilisation des photons X
de basse énergie (500 eV à 30 keV)
pour la caractérisation des nouveaux
matériaux. L’objectif est de réduire fortement les incertitudes sur les valeurs
des paramètres atomiques essentiels :
rendements de fluorescence, intensités
d’émission photonique, coefficients
d’atténuation, etc.
CEA LIST 2011
L’enjeu
Etalonner des champs d’irradiation
de quelques centimètres carrés,
adaptés aux nouvelles pratiques
cliniques de radiothérapie
Les défis relevés
– Développer un équipement de
laboratoire proche des appareils
utilisés en hôpital
– Mettre au point un nouveau
calorimètre graphite de dimensions
réduites
– Trouver parmi les chambres
d’ionisation du marché la plus adaptée
aux petits champs d’irradiation
Partenaires
NPL (laboratoire national de métrologie
britannique) et PTB (laboratoire
national de métrologie allemand) dans
le cadre du projet européen External
Beam Cancer Therapy
évalué tous les produits du marché et retenu le plus
adapté. « La prochaine étape sera de descendre à
des champs encore plus petits (moins de 1 cm2) »,
précise Maïwenn Le Roy.
CEA LIST 2011
CEA LIST 2011
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37
011
Étude, évaluation des potentialités des accélérateurs
d’électrons comme outils polyvalents de caractérisation
des colis de déchets radioactifs.
Etude de stratégies de diagnostic embarqué des réseaux
filaires complexes.
Estimation et Contrôle Auto-adaptif du Vieillissement dans
les REssources de Calcul.
Accélération matérielle d’un service de régénération d’un état
antérieur lors d’une détection d’erreur pour un système
embarqué.
Etude et mise en oeuvre d’une méthode de diagnostique
de câbles par retournement temporel.
Nouvelle méthode pour le diagnostic de défauts non francs
dans des réseaux filaires.
Fiabilisation et test des processeurs dans un contexte
embarqué.
Architecture multi-cœur pour applications mobiles.
Vérification de propriétés de sécurité par analyse statique
sur des programmes C de grande taille.
Abstraction et raffinement de modèles mémoires adaptés
à la preuve de programmes.
Certification d’une chaîne de vérification déductive
de programmes.
Sous-approximations pour l’analyse statique de programmes
numériques et la commande robuste de systèmes
dynamiques.
Calculs probabilistes et déterministes pour la vérification
de programmes numériques.
Nouveau paradigme de conception d’architectures distribuées
temps-réels orienté sûreté.
Gestion des exigences pour les systèmes embarqués dans
un contexte de prise en compte des normes du milieu
automobile.
Evaluation de temps d’exécution typiques et au pire cas
pour cible MPSoC.
Méthodologie de vérification co-jointe d’ordonnançabilité et
de performance pour des systèmes temps réel.
Systèmes de cryptocalcul, compilation et supports
d’exécution.
Simulation de modèles exécutables et processus
de conception de systèmes temps réel.
Méthode de conception de systèmes et d’applicatifs tempsréels embarqués pour une gestion optimale d’énergie.
Composition de modèles de familles de systèmes temps réel.
Génération de code « multitemps » pour système on chip
multicœur.
Spécification d’un profil et du’n métamodèle pour l’adaptation
des outls UML - Application à MARTE ACCORD et Gaspard.
Programmation stochastique pour les systèmes embarqués.
Gestion de la traçabilité dans un environnement orienté
modèles.
Définition d’un modèle d’exécution distribué pour systèmes
embarqués et mise en oeuvre d’une architecture associée.
Conception de sytèmes temps réel guidée par l’analyse
d’ordonnançabilité.
Etude et mise en oeuvre d’une architecture multiprocesseur
constituée de ressources de calcul multitâches pour
les systèmes embarqués.
Rétro-Ingénierie de Plateforme pour l’Optimisation
de Systèmes Temps Réel Embarqués.
Comment rendre le capteur actif dans le processus
de traitement d’image ?
Contribution à la conception d’architecture de calcul
auto‑adaptive intégrant des nano-composants
neuromorphiques et applications potentielles.
Accélération matérielle de la compilation à la volée
pour les systèmes embarqués.
Adéquation algorithme architecture pour les processeurs
vidéo en téléphone mobile.
Conception dirigée par les modèles à l’aide de langages
de modélisation hétérogènes: application aux profils UML.
Approche générique pour l’exploitation de la sémantique
d’exécution des profils UML dans le domaine du temps réel
embarqué.
Génération de Modèles d’Implantation pour les Systèmes
Automobiles.
CAPTEURS et TRAITE
MENT DU SIGNAL
Capteurs répartis de corrosion par réflectométrie
à fibre optique.
intelligence
ambiante
Etude et conception de la commande de mannequins virtuels
dynamiques pour l’évaluation de l’ergonomie des postes
de travail.
Simulation efficace de pièces déformables surfaciques
par éléments finis géométriquement exacts.
Génération interactive de trajectoires dynamiques
pour des mouvements acycliques d’avatars ployarticulés.
Personnage viturel : contrôle hybride couplant
commande dynamique et mouvements pré-enregistrés.
Gestion de l’équilibre d’un mannequin virtuel
dans un environnement mobile et perturbé.
Déplacement d’un mannequin virtuel dans un environnement
encombré: simulation de mouvement en intégrant
les contraintes d’équilibre.
Suivi d’objet dans un réseau de caméras statiques et PTE
pour la vidéo surveillance.
Recalage temps réel de modèles CAO pour la réalité
augmentée.
Extraction non supervisée de signatures thématiques
structurées à partir de textes.
Fusion pour la recherche et l’indéxation de documents
multimédia.
Conception et évaluation de nouvelles interactions haptiques
pour la gestion des déplacements d’un piéton.
Restitution tactile Multitouch haute définition
pour les interfaces 2D multimodales.
Sources lasers accordable en longueur d’onde
pour l’interrogation de capteurs à réseaux de Bragg fibrés.
Stabilisation des propriétés optiques des réseaux de Bragg
soumis à des températures exrèmes : régénération
et inscription par laser femtoseconde.
Etude des potentialités de la dosimétrie RL/OSL multivoies
pour le contrôle de faisceau en protonthérapie.
Développement et validation expérimentale d’un logiciel
de planification de traitement pour déterminer la dose corps
entier en radiothérapie.
Prédiction d’images EPID par simulation Monte-Carlo
pour le contrôle dosimétrique in vivo en Radiothérapie
Conformationnelle par Modulation d’Intensité.
Mobilité des séniors et outils numériques
d’aide à la navigation : une approche ergonomique.
Modélisation et validation expérimentale de l’interaction
rayonnement-milieu cellulaire en radiothérapie
par photo‑activation d’élément lourds.
Stabilisation mécanique d’une micro-caméra embarquée.
Déconvolution de données optiques pour les lecteurs de DVD.
Protocoles pour Réseaux Cognitifs en Environnement Machine
à Machine Complexe.
Conception et commande d’un actionneur hybride pour
les interfaces homme machine. Application aux jeux vidéo.
Apprentissage génératif pour les décodages et signaux
d’interfaces cerveaux-machine.
Algorithmes d’adressage et routage pour des réseaux
fortement mobiles à grande échelle.
Pilotage intuitif d’un cabot pour la réalisation de tâches
complexes.
Séparation aveugle de sources positives pour l’imagerie
médicale et la spectrométrie.
Transmission fiable et temps réel pour des réseaux à topologie
fortement dynamique.
Méthodes systématiques pour l’identification non
linéaire et la commande de systèmes robotiques.
Application à la commande des actionneurs à câble et microactionneurs actifs.
Décomposition parcimonieuse pour l’analyse avancée
de données en spectrométrie pour la santé.
Commande prédictive non-linéaire multivariable. Application
à la robotique.
Traitement statistique de signaux multidimensionnels
de packs batteries de véhicules électriques pour le diagnostic
en temps réel sur la durée de vie.
Pilotage interactif multimodal d’humain virtuel
pour la manipulation en environnement contraint.
Etude du « Networking coding » pour les systèmes dans fils
coopératifs.
Modélisation de classification et fusion basé-contexte
pour l’annotation automatique du multimédia.
Utilisation de corpus de textes parallèles et comparables
pour la construction de ressources linguistiques multilingues.
Étude et développement d’un système de réalité augmentée.
Analyse d’activité basée sur l’extraction gestuelle par vision.
Suivi de personnes dans les images de profondeur.
Annotation automatique de vidéo acquise en milieu urbain.
Applications de Vision Mobil sur des Plateformes
Massivement Parallèles.
Système de vision pour l’interprétation des comportements
humains.
Conception intégrée de robots collaboratifs : une approche
évolutionnaire de la conception de systèmes en interaction
avec l’homme.
Optimisation de bancs de filtres par apprentissage
pour la classification de signaux multidimensionnels.
Etude d’un processus intéractif de fuille visuelle de données
multidimensionnelles.
Localisation interactive d’objets à l’aide de capteurs
embarqués sur un robot.
Détection et classification de colonies isolées en imagerie
biomédicale multidimensionnelle.
Structures gonflables déformables : Application à la Robotique
Ultra Légère.
Discrimination robuste par méthodes à noyaux.
Etude d’un système d’apprentissage de règles spatiales
floues. Application à la discrimination d’évènements
sismiques.
Approche Multi-Agent pour le gestion énergétique des fermes
éoliennes off-shore.
Reconnaissance automatique du contexte par apprentissage.
Optimisation des plans de traitements en radiothérapie grâce
aux dernières techniques de calcul de dose rapides.
Adéquation algorithme architecture pour la conception
de plateformes parallèles et leur benchmarking.
Localisation globale d’une caméra mobile en milieu urbain
à l’aide du contexte.
Analyse et compréhension des phénomènes de discrimination
neutron/gamma dans les scintillateurs organiques.
Proposition d’architecture multiprocesseur pour les systèmes
embarqués et les applications dynamiques: structure
mémoires et de communication.
Acquisition de ressources lexicales pour l’analyse d’opinion.
Simulation, modélisation et caractérisation de Capteurs
fluorescents solides pour la détection alpha et béta à basse
énergie. Une nouvelle approche sur l’analyse de la lumière.
Utilisation des nano-composants électroniques dans
les architectures de traitement associées aux imageurs avec
les technologies d’intégration 3D.
Augmenter le niveau de fiabilité des contrôles de précision
non destructifs par le croisement de mesures effectuées avec
deux ou plusieurs technologies indépendantes.
Implémentation d’lgorithmes de traitement de signaux temps
réel puor le contrôle non destructif.
Développement d’algorithmes d’imagerie et de reconstruction
sur architectures à unités de traitements parallèles pour des
applications en contrôle non destructif.
Thèses en cours
SYSTÈMES
EMBARQUÉS
Comparaison de méthodes adaptives de détection et
de techniques de reconstruction ultrasonore.
Exploitation des réseaux de caméras dans les applications
de vidéosurveillance.
Classification multi-classe d’objets en environnement urbain.
Conception de chaînes numériques d’instrumentation
nucléaire tolérantes aux injections de fautes.
Reconstruction tomographique X 3D à géométrie conique et
à faible nombre de projections.
Imagerie 3D par faisceau X polychromatique pour l’analyse
de la composition d’échantillon.
Développement d’une méthode d’imagerie 3D par contraste
de phase sur synchrotron et source X de laboratoire.
Accélération de la reconstruction tomographique X 3D
à géométrie conique, implémentation sur GPU.
Etude de la diffusion multiple des ultrasons en vue
de la modélisation du bruit de structure et de la caractérisation
des aciers moulés inoxydables à gros grains.
Modélisation de la propagation et de la réception des ondes
élastiques émises par un défaut sous contrainte.
Application à la simulation des contrôles non-destructifs
« par émission acoustique ».
Développement et optimisation d’un modèle numérique
3D pour la simulation d’un système dédié au contrpole non
destructif par flux de fuite des tubes ferromagnétiques.
Modélisation de la propagation ultrasonore dans les structures
hétérogènes complexes constitutives d’un pneumatiqueApplication au CND.
Modélisation du contrôle non-destructif par ondes ultra
sonores guidées - Application au contrôle des canalisations.
Développement de modèles asymptotiques en contrôle non
destructif par ultrasons: interaction d’ondes élastiques avec
des singularités géométriques et prise en compte d’ondes
de surface.
Développement d’outils de modélisation optimisés
pour la propagation ultrasonore dans les soudures
bimétalliques.
Modélisation de la propagation des ondes élastiques
dans les composites de micro-structure 3D. Application
à la simulation de contrôle par ultrasons de pièces
aéronautiques.
Modélisation du contrôle par méthodes électromagnétiques
de défauts réalistes de type fissuration.
Modélisation du contrôle non destructif au moyen de
traducteurs EMAT dans un milieu ferromagnétique: prise en
compte des effets magnétiques et non magnétostrictifs dans
l’émission et la détection d’ondes élastiques ultrasonores.
Simulation numérique de la diffraction d’ondes ultrasonores
par un défaut localisé dans une plaque élastique anisotrope.
Modélisation de sondes électromagnétiques 3D
pour le contrôle non destructif par courants de Foucault.
Etudes de la forme des spectres bêta.
Développement d’une méthode de caractérisation
de la qualité et de la pureté des faisceaux d’énergie inférieur
à 300KeV utilisés en dosiméttrie.
Etablissement par calorimétrie dans l’eau de référence en
termes de dose absorbée, pour les faisceaux de rayons X
de moyenne énergie, applicables en radiothérapie.
Développement de calorimètres magnétiques
pour la spectrométrie bêta.
Développement d’un système de mesure directe de flux
d’émission de sources neutroniques.
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13e Congrès Francophone des Jeunes
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Vers une détection de piétons temps réel
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(ORASIS - 2011), 06/06/2011-10/06/2011,
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GIUSEFFI M.; QUENSON D.;
ROUGEAULT S.; FERDINAND P.;
PALUT J.M.; PINABIAU M.; CANEPA C.;
DAROCHA J.-C.; POULAIN A.; BLIN R.;
PIOT S.; SAGEAU J.-F.; LANÇON H.;
POURCHIER C.-H.; FIEVET H.; GOURIT L.;
BRUNET D.; FINCK C.
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périmétrique basé sur des Capteurs à Fibres
Optiques répartis par rétrodiffusion Brillouin.
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DE CARLAN L.; BRIDIER A.; GINESTET C.;
MALET C.; FERDINAND P.; BORDY J.-M.
Dosimétrie in vivo en surface du patient et en
intracavitaire par procédé OSL/FO multivoies
pour la radiothérapie
8e Congrès National de Radioprotection
(SFRP - 2011), 21/06/2011-23/06/2011,
Tours, France
BOUDERGUI K.; CARREL F.; DOMENECH T.;
GUENARD N.; POLI J.P.; RAVET A.;
SCHOEPFF V.; WOO R.
Development of a Drone Equipped with
Optimized Sensors for Nuclear and
Radiological Risk Characterization
2nd International Conference on
Advancements in Nuclear Instrumentation,
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(ANIMMA - 2011), 06/06/2011-09/06/2011,
Gand, Belgique
AGELOU M.; BINET A.; CARREL F.;
DORE D.; LAINE F.; LEDOUX X.;
NEGRE J.‑P.
DEMIP : Détection de matière nucléaire
par interrogation photonique. 5e Workshop
Interdisciplinaire sur la Sécurité Globale
(WISG - 2011), 25/01/2011-26/01/2011,
Troyes, France
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TURK G.; DARBON S.
Highly lead-loaded red plastic scintillators
as an X-ray Imaging System for the Laser
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(ANIMMA - 2011), 06/06/2011-09/06/2011,
Gand, Belgique
SPASIC E.; MAGNE S.; LE NOIR DE
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GINESTET C.; FERDINAND P.
Intracavitary in vivo dosimetry based
on multichannel real-time fiber-coupled
Radioluminescence (RL) and Optically
Stimulated Luminescence (OSL) of
Al2O3:C. 2nd International Conference on
(ANIMMA - 2011), 06/06/2011-09/06/2011,
Gand, Belgique
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BERGONZO P.
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Meeting - 2011, 25/04/2011-29/04/2011,
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SCORSONE E.; GIRARD H.; BENDALI A.;
ROUSSEAU L.; LISSORGUES G.; YVERT B.;
PICAUD S.; JACKMAN R.; GARRIDO J.A.;
OFFENHAUSER A.
B-NCD diamond bio-interfaces for stimulating
and recording applications
Joint American Vacuum Society (AVS-Taiwan)
& ROC Physical Society Annual Meeting on
Advances in Nano-Bio Interfaces - 2011,
25/01/2011-25/01/2011, Gongguan, Taiwan
SCORSONE E.; GIRARD H.; BENDALI A.;
ROUSSEAU L.; LISSORGUES G.; YVERT B.;
PICAUD S.; MAILLEY P.
Diamond bio-interfaces : from microelectrode
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and other Carbon Materials (SBDD - 2011),
21/02/2011-23/02/2011, Hasselt, Belgique
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MA-NRBC: First successful attempt for
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scintillator. 2nd International Conference on
(ANIMMA - 2011), 06/06/2011-09/06/2011,
Gand, Belgique
NORMAND S.; PIN PATRICK; TONDUT
LIONEL; KONDRASOVS V.; CORRE G.;
WOO R.; BOUDERGUI K.; BOURBOTTE J.M.
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results. 2nd International Conference on
(ANIMMA - 2011), 06/06/2011-09/06/2011,
Gand, Belgique
BARAT E.; FALL D.
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on Bayesian Non parametrics 2011,
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Statistical Signal Processing (SSP - 2011),
28/06/2011-30/06/2011, Nice, France
GOUY-PAILLER C.; SEBAG M.; LARUE A.;
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Interfaces based on Motor Imagery:
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Technology, 2011, 0899-9457, 1
CHATELAIN F.; ACHARD S.;
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Traitement du Signal et des Images (GRETSI 2011), 05/09/2011-08/09/2011, Bordeaux,
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Apprentissage de dictionnaires multivariés et
décomposition parcimonieuse invariante par
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GRETSI sur le Traitement du Signal et des
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LEBRUN G.; LARUE A.; SUARD F.
Reconnaissance d’explosifs multicapteurs
au plus tôt. 23e Colloque GRETSI sur le
Traitement du Signal et des Images (GRETSI 2011), 05/09/2011-08/09/2011, Bordeaux,
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LEBRUN G.; LARUE A.; SUARD F.
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Recognition. 19th European Signal Processing
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Theoretical analysis of XDAWN algorithm:
application to an efficient sensor selection in
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Dosimétrie in vivo (DIV) intra-cavitaire par
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MALET C.; GINESTET C.; FERDINAND P.
Intracavitary in-vivo dosimetry based on
multichannel real-time fiber-coupled Radio
Luminescence (RL) and Optically Stimulated
Luminescence (OSL) of Al2O3:C. 2011
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Highly lead-loaded red plastic scintillators
as an X-ray Imaging System for the Laser
Mega Joule. 2nd International Conference on
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YANG M.C.
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Doctorale de MIPEGE 2011 de Paris Sud,
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BERGONZO P.
Diamond electrode arrays for bio-sensing
Applications. Specialist Meeting on Carbon
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BERGONZO P.
Diamond Devices for Sensing Applications.
NANOSMAT 2011 - 6th International
conference on surfaces, coatings and
nanostructured materials, 17/10/201120/10/2011, Krakov, Pologne
BERGONZO P.
Future diamond based bio interfaces
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(IMRC) 2011, 14/08/2011-18/08/2011,
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Conference on Advanced Metrology for
Cancer Therapy, 29/11/2011-01/12/2011,
Braunschweig, Allemagne
CEA LIST 2011
CEA LIST 2011
44
45
Direction
Directeur
Philippe BENOIST *
Directeur Adjoint, Affaires Générales
Jean‑Yves HENRY
Unité Communication
Elisabeth LEFEVRE-REMY
Directeur Délégué, Opérations
Philippe BENOIST Unité Administration et Finances
Philippe LECESTRE
Adjoint Directeur, Programmes
Fabrice DEREPAS
Adjoint Directeur, Commercial
Xavier APOLINARSKI
Adjoint Directeur, Scientifique
Jean-Noël PATILLON *
Adjoint Directeur, Gestion des Projets
Infrastructures : Jean‑Louis PIERREY
* par intérim
DACLE
Département
Architecture
Conception
et Logiciels
Embarqués
DILS
Département
Ingénierie
Logiciels et
Systèmes
DIASI
Département
Intelligence
Ambiante
et Systèmes
Interactifs
François TERRIER
Thierry COLLETTE
Karine GOSSE
DCSI
DISC
LNHB
Laurent DISDIER
Clarisse POIDEVIN
Loïc LENOIR
DE CARLAN *
Département
Capteurs
Signal et
Information
Département
Imagerie
Simulation pour
le Contrôle
Laboratoire
National
Henri
Becquerel
Organigramme
CEA LIST
CEA LIST 2011
46
011
Chiffres
clés CEA LIST
Ressources humaines
714
personnes
Effectifs
par statut
136
doctorants
22 %
Doctorants et
post‑doctorants
69 %
9%
Permanents
Autres
Effectifs
par thème
de recherche
28 %
47 %
SYSTèMES
EMBARQUéS
25 %
Capteurs et
traitement
du signal
Intelligence
ambiante
Valorisation
100
licences actives
Brevets
par thème
49 %
Capteurs et
traitement
du signal
263
brevets actifs
dont 46 déposés
en 2011
300
publications
12
start-up
depuis 2000
25 %
SYSTèMES
EMBARQUéS
26 %
Intelligence
ambiante

Rapport d`activité 2011

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