Renan MOUREN (20211004)

Un Système Cyber Physique Social (SCPS) intègre les facteurs humains, jusqu’alors maintenus hors des limites des Systèmes Cyber Physiques : connaissances, capacités mentales, éléments socioculturels. Les informations provenant de la couche cyberespace interagissent dès lors avec les espaces physiques et les espaces mentaux du monde actuel, mais agissent également en parallèle avec une modélisation, une alternative possible de notre monde actuel, dont les comportements sont considérés comme équivalents : espace artificiel, Double Numérique ou Société Artificielle.

En articulant les domaines physique, informationnel, cognitif et social, les SCPS transforment l'agilité des organisations de commandement et de contrôle en fusionnant dans leurs composantes internes essentielles les facteurs humains impliqués. Un SCPS permettra une auto-synchronisation, une exécution parallèle et des interactions entre les domaines physique, informationnel, cognitif et social.

Les analyses menées dans le domaine de la « Guerre Centrée sur les Réseaux » (Network centric warfare) ont montré qu'une organisation militaire efficace doit être robuste, résiliente, réactive, flexible, innovante et adaptative. Du point de vue des processus opérationnels mis en œuvre en fonction des changements survenus sur le champ de bataille, une organisation de Commandement & Contrôle 5.0 dite « distribuée », est à la fois auto-organisée et auto-adaptative. Ces caractéristiques, constitutives de la base des opérations auto-synchrones, s'appliquent progressivement à l'industrie, à la socio-économie, à la gestion durable des villes et des territoires. Face aux enjeux de durabilité de nos systèmes géo-socio-économiques, il s’agit alors de créer des organisations plus efficaces, qui améliorent les processus de Commandement & Contrôle dans cette double perspective auto-organisationnelle et auto-adaptative.

Le contrôle 1.0 était centré sur les dispositifs mécaniques (régulateurs à flotteur pour les horloges à eau, régulateurs de pression pour des machines à vapeur). La commande 2.0 concernait principalement les systèmes de circuits électriques, la société humaine passe alors des réseaux de transport aux réseaux électriques. Le contrôle 3.0 coïncide avec l'émergence des microprocesseurs et des ordinateurs numériques et devient mathématiquement intensif. La naissance d'Internet a introduit le contrôle 4.0, les réseaux d'information remplacent les réseaux électriques. L'infrastructure matérielle/logicielle et le contenu du Control 5.0 est aujourd'hui fourni par l'Internet des objets (IoT), le Cloud, l'IA, la robotique, la réalité augmentée / virtuelle et les systèmes SDX (Software Defined Everything). Ces derniers fournissent des plateformes pour l'auto-exploitation ou la simulation qui génèrent des données massives nécessaires à l'extraction des connaissances comme à l'apprentissage par renforcement de l'Intelligence Artificielle. Au-delà des métadonnées structurelles traditionnelles ces plateformes génèrent également des métadonnées relatives aux caractéristiques opérationnelles, sociales, environnementales, culturelles et cognitives.

Le principal défi des SCPS réside dans l'intégration organique entre les systèmes physiques dans le domaine physique, les cyber-réseaux dans le domaine de l'information, les éléments mentaux dans le domaine cognitif (concepts, propriétés, axiomes, règles opérationnelles, lois organisationnelles, processus, procédures, vocabulaires métiers, valeurs, désirs, représentations partagées, symbolisations collectives etc.) et les réseaux sociaux dans le domaine social (réseau d'acteurs, réseau organisationnel). Un tel système intégré réorganise les structures et les procédures d'organisation traditionnelle des villes et des territoires afin d'atteindre une synchronisation dynamique de son ensemble. Pour parvenir à l'auto-synchronisation des opérations de gouvernance urbaine, ces systèmes ne cherchent pas à contrôler chaque action prise individuellement dans un domaine, mais encouragent la coordination du renseignement et la prise de décision de manière intégrée, afin de pouvoir guider le comportement organisationnel : la gouvernance territoriale devient une organisation multidomaine systématique.

L'auto-synchronisation recouvre quatre aspects :

- l'auto-synchronisation verticale dans les domaines physique, informationnel, cognitif et social
- l'auto-synchronisation horizontale dans chaque domaine (par exemple dans les domaines physiques : l'approvisionnement en eau, modalités de consommation, recyclage, évacuation et recyclage des eaux grises et usées) ;
- l'auto-synchronisation des structures et des procédures de l'organisation (organigrammes, réseaux d'acteurs)
- l'auto-synchronisation du territoire avec une « Société Artificielle », pour l'exécution parallèle.

Le développement des Systèmes Cyber Physiques et Sociaux pour l'étude et la gestion du comportement social, de la dynamique organisationnelle (aussi parfois appelée Informatique Sociale, Social Computing), nécessite une recherche interdisciplinaire entre sciences humaines et informatique qui nourrit l'approche dite ACP. Cette base méthodologique scientifique, dont le SCPS constitue l'infrastructure générique, articule sociétés artificielles (Artificial Societies), expériences informatiques (Computational experiments) et exécution parallèle (Parallel execution). Elle mobilise une nouvelle interprétation des connaissances et des compétences de base en matière de modélisation, d'analyse et de contrôle. En effet, les systèmes de Commande & Contrôle 1 à 4 consistaient à rendre aussi précis que possible les modèles, en simulant au plus près la réalité des installations cibles contrôlées. Ces systèmes newtoniens fonctionnaient selon des lois où la causalité prévalait : des lois ou des théories de grande portée étaient élaborées avec peu de données. Avec le contrôle 5.0 les données deviennent massives, incertaines, diverses, complexes, floues et les grandes lois de causalité tendent à devenir caduques. Le triptyque description, prédiction, performation, constitutif d’un SCPS, fonctionne selon les lois de Merton : des théories ou des lois de moyenne portée sont élaborées à partir de données massives.

En systémique, le principe de Commande & Contrôle repose sur une dualité virtuel-actuel, qui consiste à séparer intrinsèquement en les rendant indépendants, représentations des modèles et objets physiques cibles. La modélisation en « Sociétés Artificielles » comporte trois parties principales : les agents, les environnements et les règles d'interaction. L'exactitude de la modélisation des systèmes cibles n'est alors plus le seul objectif, comme cela pouvait être le cas avec les simulations informatiques traditionnelles. Au contraire, la société modèle représentée par un système artificiel est considérée comme une réalisation alternative possible de la société cible, dite réelle. Cette société cible est alors elle-même considérée comme une actualisation “possible” du système. Les comportements des deux sociétés, actuelle et virtuelle, sont alors différents mais considérés comme équivalents pour l'évaluation et l'analyse. La notion de « comportements équivalents » devient un compromis qui reconnaît les limites et les contraintes intrinsèques des systèmes complexes. Dès lors l'objectif est moins de simuler que de transformer des réalités actuelles en réalités virtuelles régies par de petites lois révélées par les données massives ou par les expériences.

Dans le cadre des VTDCI, ces « sociétés artificielles » permettent de mener de nombreuses expériences informatiques (Computational experiments), préalables à toute décision ou opération majeure, afin d'analyser, évaluer, optimiser les processus, maîtriser les compétences, les ressources nécessaires à une exécution ciblée réussie dans un temps court, mobilisant un minimum de coûts et d'énergie, mais aussi et surtout, garantir les conditions d'acceptabilité de ces opérations par les populations ou les usagers. Un SCPS permettra simultanément la mise en œuvre de multiples interactions en temps réel entre système cible - par exemple un réseau d'eau intégré - et le système artificiel : surveiller, détecter et prévoir des défaillances, anticiper la consommation, mais aussi et surtout agir en temps réel sur les processus cibles, infrastructurels comme comportementaux. Ce mécanisme d'exécution parallèle est une généralisation des contrôleurs industriels appliqués dans l'automatisation qui utilisaient des modèles analytiques afin d’amener les processus physiques ciblés aux états souhaités. Dans un SCPS l’exécution parallèle fournit un mécanisme de contrôle et de gestion des systèmes complexes d'ingénierie sociale cibles, tels que les systèmes de transport, les réseaux électriques, les écosystèmes, les systèmes socio-économiques, les médias, par comparaison, évaluation et interaction en temps réel avec ces systèmes artificiels ou « Sociétés Artificielles » fondées sur les lois de Merton. Les images du monde générées par ces “sociétés artificielles”, prennent progressivement force de lois de portée moyenne, la médiation et la traduction entre représentations computationnelles et représentations politiques deviennent plus symétriques et moins parlementaires, susceptibles d'atténuer le rôle central de pilotage des sujets politiques.