Thèmes scientifiques

Les 5 axes stratégiques de la fédération de recherche Transports Terrestres et Mobilité se déclinent en 12 thèmes scientifiques multidisciplinaires couvrant les sections* CNRS de 6 à 10. Tous structurent les champs d'investigations de la recherche régionale en transport et mobilité en cohérence avec les grandes orientations Européenne, Nationale et Régionale.

D'abord au niveau européen les Objectifs de Développement Durable (ODD) définissent 17 priorités pour un développement socialement équitable, sûr d'un point de vue environnemental, économiquement prospère, inclusif et prévisible à horizon 2030. Ils ont été adoptés en septembre 2015 par l'ONU dans le cadre de l'Agenda 2030. Qu'est-ce que les Objectifs de développement durable ? L'essentiel en cinq points - Fondation de France PRD3.

Parmi les 3 piliers du programme Horizon Europe 2021-2027, le pilier II décline les grands enjeux sous forme de pôles, eux-mêmes déclinés en grandes thématiques scientifiques avec notamment « Climat, énergie et mobilité ».www.horizon-europe.gouv.fr.

Au niveau national des ODD couvrent l'intégralité des enjeux de développement tels que le climat, la biodiversité, l'énergie, l'eau, la pauvreté, l'égalité des genres, la prospérité économique ou encore la paix, l'agriculture, l'éducation, etc. Télécharger la Feuille de route - L'Agenda 2030 en France (agenda-2030.fr)

Quant à la région Hauts-de-France, elle a défini dans sa Stratégie régionale de l'innovation pour une spécialisation intelligente (SRI-SI ou S3) en six domaines prioritaires et 8 pistes de spécialisations : Rev3 - Transformons les Hauts-de-France - REV3 (hautsdefrance.fr).

*Les sections CNRS :

  1. Sciences de l'information : fondements de l'informatique, calculs, algorithmes, représentations, exploitations
  2. Sciences de l'information : traitements, systèmes intégrés matériel-logiciel, robots, commandes, images, contenus, interactions, signaux et langues
  3. Micro- et nanotechnologies, micro- et nanosystèmes, photonique, électronique, électromagnétisme, énergie électrique
  4. Ingénierie des matériaux et des structures, mécanique des solides, biomécanique, acoustique
  5. Milieux fluides et réactifs : transports, transferts, procédés de transformation

Contribution des laboratoires par thème scientifique

Axes stratégiques

Thèmes scientifiques

CRIStAL
UMR 9189
IEMN
UMR 8520
LAMIH
UMR 8201
LMFL
UMR 9014
LaMCUBE
UMR 9013
Matériaux fonctionnalisés pour la mobilité sûre et durable

Matériaux et fluides au voisinage des surfaces et interfaces

Matériaux Structures et Procédés

 

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Mobilité à faible émission

Optimisation Energétique : bas carbone, électrique et hydrogène

Optimisation Aérodynamique

Réductions des nuisances

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Mobilité autonome

Capteurs et perception

Communication et traitement de données

Planification et commande

Interactions Humain Véhicule

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Logistique du futur

Flux Logistique Intelligent

Production Durable

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Mobilité inclusive Maintien et amélioration de la mobilité – vieillissement et handicap

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  • Matériaux et fluides au voisinage des surfaces et interfaces. Une approche pluridisciplinaire des laboratoires avec pour interlocuteurs Romain Vayron pour le LAMIH, Julier Carlier puor l'IEMN et Anne-Lise Cristol pour le LaMcube.

L'objectif de ce thème est la compréhension des mécanismes mis en jeu aux surfaces et interfaces en service afin d'améliorer la fiabilité en usage et d'augmenter la durée de vie. Les actions concernent notamment :

  • L'analyse morphologique depuis les échelles nanométriques jusqu'aux échelles décimétriques des surfaces manufacturées et issues de l'usage permettant d'identifier les évolutions topographiques,
  • La caractérisation par ondes ultrasonores des matériaux en proche surface ainsi que de leurs interfaces permettant la détection de défauts ou d'endommagement,
  • La proposition d'évolutions comme par exemple le dépôt de matériaux en couches minces (développement des méthodes de dépôt employés en micro/nanotechnologies) sur des supports massifs afin d'assurer la fonctionnalisation des substrats,
  • L'étude des interactions matériaux/fluides avec le développement et la caractérisation de nanofluides dédiés au refroidissement et l'étude de la mouillabilité sur surfaces texturées / rugueuses,
  • L'étude des interactions matériaux/matériaux avec l'étude du comportement tribologique des matériaux sous sollicitations de frottement.

Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués : Plusieurs groupes de recherche de l'IEMN (UMR CNRS 8520), du LAMIH (UMR CNRS 8201) et du LaMcube (UMR 9013) s'investissent sur ces sujets. Les moyens expérimentaux de diverses plateformes sont mis en œuvre : la plateforme MorphoMeca consacrée à l'exploration et l'analyse morphologique des surfaces, des échelles décimétriques aux échelles nanométriques, la plateforme PIMS d'ingénierie des matériaux et des surfaces PIMS pour la caractérisation de surfaces, la plateforme 4Maat de caractérisation mécanique, multiphysique, multi échelle des matériaux et structures pour notamment l'étude du comportement tribologique …

  • Matériaux Structures et Procédés. Une collaboration pluridisciplinaire des laboratoires avec pour interlocuteurs Tarik Sadat pour le LAMIH, Farouk Benmeddour pour l'IEMN et Ahmed El Bartali pour le LaMcube.

Cette problématique comporte différents verrous scientifiques qui peuvent être levés grâce à la mutualisation des savoirs des laboratoires partenaires qui a pour ambition de s'attaquer cycle de vie des matériaux allant de l'élaboration (en y intégrant des procédés innovants), en passant l'usage (sollicitation multiaxiale) tout en surveillant l'état de santé de matériaux et des structures (en utilisant des technique de diagnostic et de monitoring) en vue d'une optimisation de la durée de vie des pièces. Il est alors nécessaire de :

  • Comprendre l'origine des défauts pré existants à la sollicitation en service et leur éventuelle évolution avec cette dernière dans certains matériaux, par exemple métalliques issus du recyclage, imprimés 3D ou encore biosourcés, ainsi que leur impact sur la durabilité des matériaux et des structures sous sollicitations de service et sollicitations accidentelles.
  • Développer de nouvelles stratégies de mise en œuvre de ces matériaux limitant l'impact des défauts et de la variabilité rencontrée par exemple dans les matériaux biosourcés.
  • Surveiller et prédire le comportement en service ou accidentel par la mise en place de critères innovants. Ces critères pourront être intégrés dans une démarche d'apprentissage de type « machine learning ». Cette démarche permettra de mettre en place un outil en ligne de type DSS (Décision Support System) au service des futurs partenaires du CPER.

La maitrise de cycle de vie des matériaux et des structures nous confronte aux verrous majeurs scientifiques suivants :

  • Identifier et comprendre l'origine des défauts, en utilisant des plateforme de caractérisation multi-physique multi-échelle couplées à des techniques d'analyses multi-modales multi-dimensionnelles (visible, IR, X)
  • Développer de nouvelles stratégies de mise en œuvre et considérer la recyclabilité couplant l'optimisation des procédés et le développement de simulateurs expérimentaux ambitieux.
  • Surveiller et prédire le comportement en service en s'appuyant sur triptyque : Caractérisation mécanique multi-échelle / Contrôle de santé / Simulation numérique.

Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués : Au sein de la FR TTM, ces thématiques sont portées par le LAMIH, le LaMcube, l'IEMN, avec un partenariat étroit avec l'unité lilloise du département MAS de l'ONERA et le laboratoire Roberval de l'UTC. Elles s'appuient sur de nombreuses plateformes nécessaires à l'analyse et à la caractérisation des matériaux ; MORPHOMECA, TRIBEX, SWITLab (presse 200T+four 1200°C) : simulation expérimentale de procédés de forgeage à chaud, FUMAP, WAVESURF, 4Maat, PIMS, plateforme de caractérisation thermomécanique (Gleeble, MTS, Sintech, microduromètre et Meltio Engine : tête d'impression métallique 3D montée sur machine 5 axes.

  • Optimisation Energétique : bas carbone, électrique et hydrogène. Une équipe pluridisciplinaire de laboratoires avec pour interlocuteurs Sébastien Delprat pour le LAMIH, Belkacem Ould BOUAMAMA pour CRIStAL, Farid Medjdoub pour l'IEMN et Jean-François Brunel pour le LaMcube.

La transition énergétique nécessite le développement de moyens de transport à bas carbone couvrant l'intégralité des besoins de mobilité. Si la mobilité 100% électrique apparait comme une solution pertinente pour certains usages, elle ne règle pas tous les problèmes pour autant. La production d'énergie électrique renouvelable, notamment solaire et éolienne, amène à considérer l'utilisation de l'hydrogène et d'autres e-fuels comme stockage et vecteur d'énergie.

Le sous-thème « Optimisation Energétique : bas carbone, électrique et hydrogène » regroupe ainsi les activités liées à :

  • L'électrification et hybridation des groupe motopropulseurs.
  • L'utilisation de carburants alternatifs (H2, Méthane, Ammoniaque, et plus généralement les e-Fuel) dans les moyens de transport que ce soit dans des moteurs à combustion interne ou des piles à combustibles, utilisé pur ou en mélange avec des carburants traditionnels.
  • Le stockage et la production de ces carburants alternatifs à partir d'énergie renouvelable ou perdue par exemple dans des procédés industriels.
  • L'optimisation énergétique des moyens de transport à bas carbone.

Les domaines d'applications sont nombreux et divers. On peut citer par exemple les automobiles, le transport routier, maritime, fluvial et aérien.

Les domaines scientifiques associés sont (liste non exhaustive):

  • La modélisation des systèmes (approche data-driven, bond-graph, modèles physique), l'identification et l'estimation paramétrique. , Jumeaux numériques
  • La commande des systèmes : commande de système LPV ou quasi-LPV, mode glissant, commande adaptative, commande optimale, etc.
  • Supervision, hybridation et gestion des modes de fonctionnement

Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués : Plateforme Innovation, Transport et Mobilité comprenant véhicules prototypes, bancs moteur thermique et hybride, banc dynamométrique du laboratoire LAMIH et la plateforme multisources pour la production de l'Hydrogène verte et sa supervision, le véhicule électrique lourds intelligent du laboratoire CRIStAL.

  • Optimisation Aérodynamique. Une approche pluridisciplinaire des laboratoires avec pour interlocuteurs Jérémy Basley pour LAMIH, Nicolas Espitia pour CIRStAL, Abdelkrim Talbi pour l'IEMN et Jean-Marc Foucaut pour le LMFL.

Les objectifs sont de réduire la traînée aérodynamique des véhicules terrestres, ferroviaires ou aériens, et pour les drones à voilures tournantes, d'améliorer le bilan aéro-propulsif. Le premier objectif concerne le développement de nouvelles approches en termes de contrôle d'écoulement qui s'appuieront sur la fédération des compétences en Mécanique des Fluides, microfluidique, savoir‐faire technologiques, et caractérisations et automatique du LMFL (incluant l'ONERA Lille), du LAMIH, de l'IEMN et de CRIStAL. Elles couvrent en particulier la phénoménologie et la modélisation du frottement et de la turbulence, la métrologie notamment optique indispensable à l'observation des écoulements turbulents, le développement et l'intégration de capteurs et actionneurs MEMS dédiés et compatibles avec les applications réelles, l'élaboration de stratégies de contrôle en boucle fermée, la compréhension et la modélisation des écoulements à contrôler. La recherche d'une efficacité énergétique requière une meilleure connaissance de la physique des écoulements turbulents en amont des décollements. Ces études fondamentales sont actuellement menées au LMFL. Le second objectif concerne la prévision numérique et/ou expérimentale des performances aérodynamiques des voilures tournantes et leur modélisation, qui est un thème indispensable au développement de la mobilité de demain (mobilité et logistique urbaine). Ce domaine impacte également les qualités de vol des drones concernés.

Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués : Le projet est réalisé par les laboratoires LMFL, LAMIH, IEMN et CRIStAL supportés par les tutelles Centrale Lille, CNRS, ONERA, Univ. Lille, UPHF et INRIA. Il s'appuie sur la plateforme CONTRAERO dont les contours sont en cours de modification. CONTRAERO comprend les souffleries du LMFL : Soufflerie de couche limite de Centrale et L1 et L2 de l'ONERA ainsi que la soufflerie SV4 en cours d'intégration à la plateforme. Elle comprend également la soufflerie du LAMIH et les plateformes de caractérisation et de micro-fluidique de l'IEMN.

  • Réductions des nuisances. Une approche pluridisciplinaire des laboratoires avec pour interlocuteurs Franck Massa du LAMIH, Denis Remiens de l'IEMN et Philippe Dufrenoy du LaMcube.

Les émissions sonores et particulaires issues des contacts frottant (freins à friction, pneumatiques/chaussées, roues-rails…) sont prépondérantes sur les véhicules électriques mais aussi thermiques en raison des efforts réalisés sur la combustion. Il s'agit d'un enjeu de santé public important en raison des nuisances et de la toxicité désormais avérées.

Les difficultés dans la prédiction de ces émissions et dans leur réduction se situent à plusieurs niveaux : mécanismes sources et facteurs d'influence (matériaux, usages…), transport/diffusion des émissions (influence de l'environnement…), mesures des émissions (collecte, quantification…).

L'objectif poursuivi est la réduction des émissions, au niveau de leur source :

  • Réduction des particules & COV. La question des émissions en lien avec le système de freinage et son usage sera investigué en priorité, en intégrant les effets de la microstructure, de taille de la nature physico-chimique des émissions à proximité de la zone source.
  • Réduction des nuisances sonores de type crissement, issues des systèmes de freinage et du contact roue-rail. Les paramètres du couplage système-surface seront investigués afin de définir des solutions de réduction de ces nuisances à la source.
  • Réduction des nuisances sonores des machines électriques, dont les normes imposées pour leur dimensionnement sont de plus en plus sévères. Le comportement vibro-acoustique des systèmes magnéto-mécaniques sera analysé pour prendre en compte les variabilités des process de fabrication.

Du point de vue scientifique la difficulté réside dans la multiplicité des couplages physiques et les échelles multiples mises en jeu. L'intérêt du consortium est de disposer d'indicateurs à plusieurs stades des émissions et de pouvoir agir sur les mécanismes initiateurs, au niveau des surfaces notamment.

Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués : LaMcube pour les essais tribologiques avec instrumentation multimodale et traitement de données couplant IA et description physique ; Modélisations multiphysiques, le LAMIH pour la caractérisation des surfaces avec identification de paramètres fonctionnels ; Texturation des surfaces ; Transport des particules ; Développements numériques pour l'analyse des instabilités dynamiques sous variabilités topographiques ; Développement de modèles d'ordre réduit pour les systèmes magnéto-mécaniques, l'IEMN pour la structuration des surfaces et revêtements minces « durs» obtenu par dépôt physique (pulvérisation cathodique), le laboratoire CRIStAL pour les méthodes de traitement des données / Développement de modèles de substitution et techniques d'optimisation pour l'analyse des instabilités dynamiques.

  • Capteurs et perception. Un thème pluridisciplinaire entre laboratoires ayant pour interlocuteurs Cindy Cappelle de CRIStAL et Mickael Bocquet de l'IEMN.

La révolution des systèmes de transports et notamment la mobilité autonome passe aujourd'hui par le développement d'un ensemble de technologies embarquées parmi lesquelles la localisationet la perceptionsont indispensables. Cette évolution des systèmes de transport exige un niveau élevé de sûreté de fonctionnementpar notamment l'intégration de modules de diagnosticdes différentes fonctionnalités de la navigation autonome des véhicules afin de rendre les systèmes de transports tolérants aux fautes. Il s'agit en particulier ici de garantir que les systèmes de localisation peuvent être utilisés en sécurité ou sont en mesure d'alerter en cas de défaillance pour éviter des situations critiques lors d'une navigation autonome de véhicules.

On s'intéresse alors à estimer l'état du système en termes de position et d'orientation :

  • par des approches de fusion de données multi-capteurs : mesures GNSS, capteurs proprioceptifs (odomètre, centrale inertielle), capteurs de perception (LIDAR) du véhicule lui-même mais également des véhicules avoisinants (localisation qui peut être coopérative) ainsi que la cartographie 2D/3D voire HD de l'environnement
  • en intégrant une couche de diagnostic, en charge de la détection et de l'isolation des mesures erronées, afin de rendre la fusion multi-capteurs robuste aux défaillances des capteurs.

Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués :

  • Plateforme PRETIL du CRIStAL(en termes de permanents : 1 IR + 1 IE) composée notamment pour son volet robotique mobile d'un véhicule Renault Zoé instrumentée et automatisée (d'autres sont prévues), de robots mobiles type SummitXLde Robotnik, Turtlebot, …
  • Plateforme CUB4 de l'IEMN plateforme pour aide à la perception UHD de la route. Véhicule équipé et environnement de test et d'évaluation à base d'IA (DeepLearning) capable d'associer les informations provenant de capteurs embarqués et débarqués.
  • Plateforme Syfra(SYstemFor smart Road Applications) capteurs de perception de l'environnement : systèmes embarqués pour l'aide à la conduite, gestion de flotte, communication V2V ; V2I et CPL, anticollision, localisation, localisation 3D.
  • Equipe ToSyMAdu CRISTAL (en termes de permanents : 3PU+1MCF)
  • IEMN site de Valenciennes (ComNum)

 

  • Communication et traitement de données. Une approche pluridisciplinaire des laboratoires avec pour interlocuteurs Hamza Ouarnoughi pour le LAMIH, Antoine Nongaillard de CRIStAL, et Eric Simon de l'IEMN.

La thématique « traitement des données et communication » se développe aujourd'hui en synergie avec la connectivité des véhicules, en lien avec l'infrastructure, elle-même amenée à être de plus en plus intelligente et réactive selon l'environnement. Ces stratégies de déploiement devront, pour obtenir la confiance nécessaire de tous, intégrer un haut niveau de sûreté et de sécurité. Les objectifs poursuivis se décline autour de 4 aspects :

  1. Le développement et la mise en œuvre de technologies innovantes de connectivité interne au véhicule et V2X en lien avec l'automatisation des véhicules et la surveillance des réseaux ;
  2. La cybersécurité des systèmes sans fil dédiés aux communications capteurs embarqués-véhicules-infrastructures ;
  3. Le Traitement embarqué des données provenant des différents capteurs, pour le contrôle et l'aide à la conduite ;
  4. L'étude d'algorithmes coopératifs robustes entre véhicules et entre les véhicules et l'infrastructure pour optimiser le fonctionnement du système.

Les impacts scientifiques : Les travaux sur la connectivité interne et V2X au sens large adressent plusieurs verrous technologiques.

  • Un premier verrou concerne la caractérisation fine des canaux de propagation véhiculaires via des techniques de traitement du signal de pointe. Il s'agira aussi d'optimiser les communications sur ce type de réseau sans fil, mais aussi filaire (cas intra-véhicule), afin de répondre aux contraintes de latence, débit, disponibilité, et fiabilité, en exploitant notamment les technologies multi-antennes, les systèmes 5G et 6G à venir, incluant les nouveaux réseaux « sans cellules » et les fonctionnalités associées. Des outils de surveillance permettant la détection, le diagnostic et le suivi en temps réel des fautes affectant le fonctionnement des réseaux de communications et des systèmes seront développés pour assurer la sûreté de fonctionnement des réseaux.
  • Concernant le second point sur la cybersécurité, les travaux concernent l'étude approfondie de la susceptibilité aux bruits et aux attaques des différents protocoles communicants utilisés par les capteurs sur les réseaux véhiculaires sans fil, en mettant l'accent sur la couche physique, pour proposer ensuite des solutions de surveillance, protection et résilience. Ils s'effectueront à l'interface avec les travaux sur les futurs protocoles communicants afin d'améliorer leur robustesse en intégrant les mécanismes de protection dès leur phase de conception.
  • Concernant le troisième point, l'aspect temps réel constitue le verrou principal du traitement embarqué des données issues des différents capteurs. Le défi à surmonter est de pouvoir traiter le volume conséquent de données par les ressources embarquées malgré des capacités de calcul limitées et sous la contrainte temps réel. De nombreuses contraintes sont à prendre en compte : les latences de traitement, le volume de données traitées, la consommation d'énergie, la synchronisation multi-sources, etc.
  • Le dernier aspect concerne l'identification des informations utiles à transmettre entre les différents éléments d'un système routier intelligent (véhicules et infrastructure intelligente) ainsi que le comportement global de celui-ci. L'infrastructure routière devient communicante et pro-active en s'adaptant aux évènements impactant cet écosystème complexe (engorgement, afflux massif ponctuel, etc.). L'étude du comportement d'un tel système complexe est indispensable et réalisée grâce à un système routier artificiel peuplé par des agents à intelligence artificielle. Les objectifs de déploiement peuvent être très vastes, allant de la réduction des facteurs accidentogènes à la fluidification du trafic ou à la réduction des impacts environnementaux.

Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués : La plateforme AV-Lab (Automated Vehicles Design and Validation Laboratory) comporte :

  1. La plateforme de robotique PRETIL (ULille CRIStAL) associant 8 équipes de recherche du CRIStAL, proposant des robots, du soutien au développement logiciel et une expertise en IA pour la robotique.
  2. Plusieurs véhicules laboratoires complémentaires d'architecture commune pour le développement et l'intégration des modules nécessaires aux véhicules automatisés : perception-localisation, planification-commande, communication, cyber-sécurité, surveillance de l'état de santé des systèmes et des réseaux...
  3. Un simulateur de conduite interactif dynamique pleine échelle équipé des mêmes outils logiciels que les constructeurs automobiles et équipementiers de rang 1 (Renault, PSA, Nissan, Valeo, Continental Automotive) implanté à l'UPHF.
  4. Deux pistes d'essais, l'une située à Compiègne (anneau de tests de l'UTC) et l'autre à Valenciennes avec GYROVIA du technopole Transalley intégrant des carrefours, giratoires, stationnements, …)
  5. Une zone de circulation urbaine sur route ouverte à Compiègne.
  6. Un centre d'essai Cybersécurité concernant la génération d'attaques, les réseaux de test, la compatibilité électromagnétique, et la mesure, implanté à Lille (ULille CRIStAL, IEMN et UGE).
  • Planification et commande. Une thématique  pluridisciplinaire entre laboratoires ayant pour interlocuteurs Michael Defoort pour le LAMIH, Vincent Cocquempot de CRIStAL et Bruno Mialon pour le LMFL.

Synthétiser des lois de contrôle robuste et des algorithmes de planification adaptatifs permettant de minimiser le conflit entre le conducteur et l'automatisme en présence des incertitudes au niveau du comportement du conducteur

  • Proposer et suivre en temps réel des indicateurs de l'état de santé du véhicule afin de prédire des défaillances futures, et les durées de vie résiduelle (Remaining Useful Life ou RUL en anglais) des composants et du système automatisé global.
  • Adapter automatiquement la commande du véhicule et concevoir des commandes prédictives pour tenir compte des durées de vie résiduelle des composants afin de garantir une conduite autonome sûre jusqu'à la fin de la mission.
  • Synthétiser des lois de commande automatique tolérantes aux défauts des composants (capteurs, actionneurs, calculateurs, réseau) du véhicule automatisé afin de maintenir une conduite sûre et efficiente en présence de ces défauts.
  • Rendre la planification des missions, pour des drones aériens, robuste et sûre face à des environnements et des situations complexes, notamment aérologiques.
  • Synthétiser des lois de commandes robustes à base d'observateurs pour le train autonome avec prise en compte de la dynamique convoi et des conditions d'adhérence.

Les forces et moyens mobilisés : plateforme CONTRAERO (laboratoire de vol libre et soufflerie verticale) , les plateformes SHERPA, SYFRA, PSCHITT-Rail, CEM, TELECOM, Vumope, PRETIL.

  • Interactions Humain Véhicule. Une approche pluridisciplinaire des laboratoires avec pour interlocuteurs Chouki Sentouh pour le LAMIH, et Laurent Grisoni de CRIStAL.

L'objectif principal de ce sous thème consiste à prendre en compte les interactions bilatérales entre humain et véhicule dans le contexte de l'automatisation adaptative de la conduite (véhicule automobile, train autonome et les drones) dans le cadre des nouvelles mobilités urbaines. La principale difficulté réside dans la prise en compte de l'humain dans la boucle fermée.Dans ce contexte, trois pistes de recherche complémentaires sont proposées :

  • La première piste de recherche concerne l'évolution des compétences de conduite des systèmes vers la gestion d'un plus grand nombre de situations. L'objet est de permettre de faire évoluer les systèmes de navigation, de planification de trajectoires et de contrôle pour augmenter l'autonomie des véhicules en dotant les machines de capacités d'auto-apprentissage permettant aux véhicules de s'adapter aux variations de situations. L'apprentissage coopératif permettra de faire évoluer les compétences des véhicules grâce à l'interaction avec l'humain, soit lors de phases de conduite partagée ou manuelle, rendant possible l'intégration d'habitudes selon des contextes identifiés, et donc de personnaliser le système de conduite autonome à tel ou tel conducteur.

  • L'augmentation des compétences du système va s'accompagner d'un plus grand besoin de coopération avec le conducteur qui, pour des questions d'acceptabilité et de sécurité, doit interagir efficacement avec le système. De nouveaux enjeux de Coopération Homme-machine (partage de la commande et modulation du niveau d'assistance en prenant en compte des informations caractérisant le conducteur comme son état physiologique mais également la fiabilité des données…) devront être pris en compte dans le cadre d'une démarche d'automatisation centrée sur l'Homme afin de garantir la robustesse de la sécurité du véhicule et de ce fait l'acceptabilité de ces systèmes.

  • La troisième piste consiste à développer de nouvelles modalités d'interaction multimodales les plus adaptées à la répartition des tâches et/ou fonctions entre humains et véhicule, et ce en fonction des objectifs à atteindre et de contraintes diverses comme la sécurité par exemple (drive by wire, retour haptique, réalité augmentée, interfaces en langage naturel, …). L'interaction doit permettre à terme de rendre les véhicules autonomes plus transparents aux humains, pour d'une part construire ou maintenir une conscience commune de la situation à gérer et d'autre part à éviter des conflits décisionnels ou de représentations lors d'activités coopératives.

Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués : Les laboratoires de la FR CNRS TTM impliqués dans ce sous-thème possèdent une expérience importante (plusieurs projets ANR et H2020 sur le véhicule autonome et trois projets SNCF/IRT Railenium sur le train autonome) et disposent de plusieurs plateformes de développement et de tests ainsi que des véhicules expérimentaux, telles que SHERPA, PSCHITT-Rail, DS7, PRETIL, APAChE (Zoés robotisées). Les travaux du sous thème s'articuleront autour d'une plateforme unique au niveau européen, AV-Lab (Automated Vehicles Design and Validation Laboratory), investissement structurant de l'axe 3 du CPER RITMEA 2021-2027, mutualisant de nombreux équipements et véhicules laboratoires complémentaires d'architecture commune, qui permettra de réaliser tous types d'essais d'intégration et validation des modules nécessaires aux véhicules automatisés : perception/localisation, planification, commande, communication et décision-coopération avec le conducteur. Tous ces véhicules expérimentaux et les pistes d'essais et circuits numérisés existant sur le site de l'UTC et sur le site du technopole Transalley avec la piste GYROVIA seront un atout très fort de cette thématique.

  • Flux logistique intelligent. Une équipe pluridisciplinaire entre laboratoires avec pour interlocuteurs Abdelghani Bekrar du LAMIH, Rochdi Merzouki de CRIStAL et Atika Rivenq de l'IEMN.

De nos jours, les systèmes logistiques sont de plus en plus complexes, non seulement par leur nature multi-physique mais aussi par leur opérabilité dans un environnement variable et d'autant plus complexe. Ainsi, l'objectif de cet axe est de contribuer à l'intégration des enjeux humains, organisationnels et technologiques dans toutes les phases de la chaîne logistique, indispensables à leur mise en service quotidienne.

Plusieurs verrous scientifiques sont identifiés, telle que la modélisation résiliente des systèmes logistiques, pouvant coopérer de façon indépendante afin de réaliser des missions globales, suivant le changement permanent de l'état de l'environnement qui les entoure. Ces systèmes, souvent hétérogènes peuvent être décrits sous forme d'un concept connu sous le nom de Système de Systèmes d'ingénierie (SdS). Aussi, les systèmes logistiques intègrent de plus en plus des outils des sciences des données (eg. IA, BigData), grâce à la généralisation de technologies de l'internet des objets (IoT). La quantité presque infinie d'informations générées au long de la chaîne de logistique, tant dans le monde physique que virtuel, devra permettre de mieux entretenir les systèmes logistiques, résilients à des perturbations externes diverses.

Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués :

  • Une équipe de chercheurs (Pr, MCF, Post-doc et doctorants) sur la logistique dans les deux départements Automatique et Informatique.
  • Des plateformes pour réaliser des POCs (proof of concept). L'atelier AIP S.mart de Valenciennes et Fablab Industrie 4.0 peuvent être exploités dans ce sens. La plateforme MULTOMODE avec l'acquisition de l'unité MPS de Festo constitue la base pour un futur démonstrateur de la logistique du futur.
  • Le laboratoire commun SurferLab (entre l'UPHF et ALSTOM (ex Bombardier), http://www.surferlab.fr) sur la surveillance intelligente des systèmes mobiles, constitue une expérience fructueuse. Les architectures et algorithmes de pilotages développés dans ce cadre pourraient être généraliser pour des thèmes de la logistique du futur.
  • Outils d'aide à la décision opérationnelle pour les gestionnaires de systèmes logistiques complexes appliqués à l'industrie 4.0 et au Port 4.0, nécessitant, le couplage multi-niveau et multi-dimension de composants systèmes physiques et composants systèmes managériaux.
  • Un jumeau physique (Physical Twin) d'un système de logistique 4.0 portuaire, une couche alternative entre le jumeau numérique (Digital Twin) et le système réel. Cette émulation permet de reproduire des scénarios réalistiques de phénomènes perturbateurs, voir extrêmes, affectant la chaîne de logistique mais à une échelle réduite.
     
  • Production Durable. Une approche pluridisciplinaire des laboratoires avec pour interlocuteurs XXXXX du LAMIH et Blaise Conrard de CRIStAL.

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Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués : en tattente de contenu..

  • Maintien et amélioration de la mobilité – vieillissement et handicap. Une approche pluridisciplinaire des laboratoires avec pour interlocuteurs Mathias Blandeau pour LAMIH, Othman Lakhal et Gilles Tagne pour CRIStAL et Yassin El Hillali pour l'IEMN.

L'objectif est de faire croitre l'inclusion des personnes vieillissantes et/ou en situation de handicap dans la société par l'amélioration de leur mobilité dans un contexte où les équipements sont de plus en plus connectés. Pour ce faire, trois pistes seront investiguées :

  1. limiter la dégradation de l'état de la personne vis à-vis de la mobilité (ex. éviter la chute de la personne âgée ou l'aider dans ses mouvements),
  2. travailler sur l'environnement de la personne afin de le rendre plus favorable à la mobilité (ex. en proposant des environnements plus intelligents),
  3. améliorer et/ou réparer l'état de la personne vis-à-vis de la mobilité.

Ces travaux bénéficient du réseau construit ces dernières années autour de projets européens (EDUCAT, MOTTION) qui permet aux protagonistes d'impliquer les experts de l'usage, à savoir les personnes âgées et/ou handicapées.

Le LAMIH mène des recherches appliquées au handicap depuis de plusieurs années, ayant pour objectif de favoriser l'inclusion des personnes handicapées dans la société par l'amélioration de leur mobilité. Historiquement, les travaux engagés ont visé le développement de systèmes de compensation du handicap afin d'augmenter la mobilité des personnes handicapées. Depuis quelques années, ces recherches se sont étendues à la rééducation et à la limitation de la perte de mobilité. De même, le CRIStAL mène depuis plusieurs années des travaux sur l'amélioration de l'autonomie par le développement des fauteuils et orthèse (voir projets Interreg EDUCAT, MOTTION, etc).

Les forces et moyens mobilisés par les laboratoires impliqués : Pour valider expérimentalement les dispositifs proposés, nous allons utiliser les plateformes déjà existantes dans les laboratoires des partenaires impliqués (ex : salle d'analyse du mouvement du LAMIH), mais aussi l'équipement que nous allons acquérir dans le cadre du CPER : extension de la plateforme PSCHITT-PMR, au travers du développement d'un simulateur de fauteuil roulant pour étudier la mobilité dans des situations variées et contrôlées, modules physiques pour tests outdoor sur la piste d'essais sur le campus du Mont Houy, équipement pour le système d'aide à la conduite d'un fauteuil roulant (capteurs, ordinateurs embarqués, etc.) et équipements spécifiques de laboratoire. De plus, le fauteuil roulant autonome développé dans le projet EDUCAT (https://www.educat2seas.eu/ ) sera utilisé dans ces travaux.