Renan MOUREN (20210910)

Un système cyber-physique est une évolution de l’informatique périphérique ou de l’informatique géodistribuée, à laquelle est ajoutée de l’Intelligence Artificielle afin de la rendre « autonomes ». Le terme cyber fait référence à la puissance numérique du triptyque Description-modélisation / Prediction / Performation (action). Le terme physique fait référence au maillage de nouveaux espaces matériels plus ou moins étendus.

Les technologies de l'information ont modifié les organisations de Commandement et de Contrôle, aplati leurs structures et créé des interactions plus dynamiques et complexes. Ces organisations sont devenues des entités organiques, comprenant des capteurs, des actionneurs, des outils, des moyens de communication mais aussi des réseaux sociaux composés d'êtres humains. Ces éléments sont étroitement liés, permettant la collecte d'informations, la connaissance de la situation, la planification, la prise de décision, et l'exécution d'actions dans une même boucle qui couple humains et systèmes physiques, appelée boucle d'Observation, d'Orientation, de Décision et d'Action (OODA).

Avec le soutien de l'Intelligence Artificielle, un système CPS devient une organisation de commandement et de contrôle capable de modéliser sa propre conduite, de l'adapter automatiquement lorsque une variable externe ou interne au système se modifie. Ce type de technologie peut relayer certaines routines traditionnelles de traitement et de planification humaines ou prendre certaines décisions supplémentaires, permettant ainsi d'obtenir une centralité et une synchronicité de commandement et de contrôle qui tend pour certaines tâches vers l’autonomie. Les domaines d’action de ce tandem homme-machine couvrent par exemple l’organisation militaire, le domaine des transports (marchandises ou personnes), la production et la distribution de l’énergie, l’automatisation industrielle etc.

Les systèmes cyber physiques intelligents améliorent certaines capacités telles que :
- la réactivité : détection de pannes, évitement des collisions, rupture de chaines d'approvisionnement
- la précision : chirurgie robotique ;
- les opérations en environnements dangereux : lutte contre les incendies, exploration en haute mer;
- la coordination : contrôle de la circulation aérienne ou de combats militaires, par exemple le projet européen SCAF (Systeme de Combat aérien du Futur) coordonne au sein d'un CPS avions habités, drones, satellites, marine, défense aérienne ;
- l'efficacité (bâtiments à énergie positive).

La notion a été définie au milieu des années 2000 par l’université de Californie à Berkeley. Au début des années 2000, la US National Science Foundation a identifié les CPS comme “un domaine de recherche clé, qui aura un impact technique, économique et social majeur sur nos modes de vie dans un avenir proche”. Depuis la NSF et d'autres agences de financement à travers le monde ont accompagné de nombreux projets de recherche sur les CPS. En 2008 l’IEEE Intelligent Systems crée un nouveau département CPS. En 2009 la Chine a identifié les CPS comme faisant partie des objectifs prioritaires pour sa croissance économique. Ce n’est qu’en Juin 2019, que la Commission européenne lance un projet conséquent nommé CPS4EU, le CPS y est décrit comme “un Internet des Objets Industriel avec de l’autonomie”.

Les CPS reposent sur le développement de quatre technologies clés : informatique, connectivité, détection et systèmes coopératifs. Ils mettent en œuvre une intégration étroite, tant du point de vue de leur fonctionnement que de leurs interactions synchronisées avec l'environnement, le contexte, où ils se déploient. A ce titre, les CPS sont voués à se développer intensément dans le domaine de la gestion intelligente et durable des villes et des territoires.

Un CPS est composé d’un réseau physique, d’un cyberespace et d’un réseau organisationnel.
- Le réseau physique comprend les capteurs, actionneurs, interfaces (Internet des objets, Systèmes embarqués, l’informatique périphérique ou l’informatique géodistribuée)
- Le cyberespace fournit le calcul, le stockage, le traitement de l'information (les services d’analyse et de connaissance de la situation, d'aide à la décision pour le commandement et le contrôle), ainsi que les services de partage. Par exemple le réseau de capteurs apporte certaines informations concernant les cibles observées qui sont ensuite transférées, analysées puis mises en circulation par l’intermédiaire du réseau de communication pour la prise de décision.
- Le réseau organisationnel est un réseau social qui double l’organigramme de l’organisation (direction, commandement, personnel opérationnel etc.).

Les SCP tendent aujourd’hui progressivement à ajouter une couche réseau cognitif, ou système de gestion des connaissances distribué basé sur le Web sémantique, en interaction étroite avec les trois autres couches. En ajoutant des concepts, des propriétés, des axiomes et des règles (règles opérationnelles, intelligence organisationnelle : processus, procédures, vocabulaires métiers etc.), cette couche réseau cognitif, permet aux humains et aux systèmes d'apprendre les uns des autres. Nous parlons alors de « Systèmes Cyber Sociaux Physiques » (SCSP) qui forment des “Sociétés Artificielles”, souvent présentées comme un double virtuel qui cartographie, modélise et synchronise le réseau physique, le cyberespace, le réseau cognitif et le réseau organisationnel dans le monde réel présent, mais qui cartographie également de multiples mondes virtuels futurs pour l'exploration de scénarios possibles (tactiques de combat, lutte contre des catastrophes naturelles, modalités d'intégration des finalités du développement durable etc.).