Tout comprendre de l’automatique : conversation avec Dragan Nesic

Le tout automatique. Rémy Malingrëy, Author provided

Dragan Nesic est professeur d’automatique à l’université de Melbourne en Australie. Ses recherches portent sur la commande des systèmes dynamiques et ses applications dans divers domaines de l’ingénierie et des sciences en général.


Romain Postoyan : Le grand public l’ignore souvent, mais l’automatique est au cœur de nombre d’avancées technologiques majeures au cours des derniers siècles.

Dragan Nesic : En effet, l’automatique a joué un rôle clef dans la plupart des grandes innovations technologiques et ce dès la révolution industrielle de la fin du XVIIIe siècle. Il est de notoriété publique que la machine à vapeur ouvrit la voie à la production de masse dans les usines tout en révolutionnant les transports terrestre et maritime.

Locomotive à vapeur. hpgruesen/pixnio.com, CC BY

On ignore souvent en revanche qu’un dispositif de commande, qui régulait la vitesse de rotation des machines (le régulateur à boules de Watt), fut essentiel pour leur mise en œuvre.

Le premier vol habité effectué par les frères Wright un siècle plus tard aurait été impossible sans un système de commande approprié. Des centaines de réussites similaires de l’automatique jalonnent l’histoire de nos avancées technologiques. De nos jours, nous vivons dans un monde où les organes de régulation sont omniprésents, ce qui est rendu possible par des millions de contrôleurs conçus à l’aide des techniques de l’automatique.

R.P. : Qu’est-ce que l’automatique ?

D.N. : L’automatique est une branche de l’ingénierie qui développe des techniques de commande pour des systèmes conçus par l’homme ou naturels, afin que ceux-ci se comportent de la manière souhaitée sans intervention humaine.

Prenons l’exemple d’un pilote automatique dans un Airbus A380. Celui-ci peut maintenir la vitesse, l’altitude et le cap désirés sans intervention du pilote. Un autre exemple est un drone qui peut identifier une fuite de gaz dans une usine et envoyer son emplacement exact à un centre d’expédition. Dans les deux cas, ce qui permet à l’avion et au drone de voler de la façon désirée est un algorithme appelé contrôleur ou régulateur, généralement implémenté sur un microprocesseur.

La couverture de Time réalisée avec des drones.

Cet algorithme connaît le comportement souhaité du système. Il collecte ensuite des mesures provenant des divers capteurs, puis traite ces données afin d’orchestrer les actionneurs qui agissent sur le système à piloter, à l’instar des moteurs électriques des drones et des moteurs à réaction de l’avion. Ainsi le système répond aux attentes, et ce malgré d’éventuelles perturbations imprévues.

R.P. : De nos jours, les données sont souvent transmises via des réseaux de communication numériques, comment cela impacte-t-il les contrôleurs ?

D.N. : Une grande partie de mon activité de recherche actuelle concerne les systèmes de commande dits en réseau dans lesquels le contrôleur communique avec les capteurs et les actionneurs via un réseau de télécommunication.

En raison du réseau, les signaux ne sont pas toujours transmis de manière fiable, ce qui peut fortement dégrader le fonctionnement du contrôleur.

Alors que nous nous dirigeons vers des systèmes hautement interconnectés et complexes, ce type d’architectures deviendra de plus en plus commun. Un exemple est celui des pelotons de véhicules sans conducteur, qui doivent se déplacer de manière autonome sur une route très fréquentée. Ceux-ci sont équipés de capteurs qui mesurent leur vitesse mais aussi leurs actions de contrôle. Ces signaux doivent être communiqués via un réseau de communication sans fil aux autres véhicules pour que le peloton conserve sa distance inter-véhicules dans des marges acceptables tout en roulant à la vitesse voulue.

Dans mes recherches, j’étudie l’interaction de l’algorithme de contrôle, des protocoles de communication et du calcul distribué au sein du système. C’est aussi le motif principal de ma collaboration avec le Centre de recherche en automatique de Nancy.

R.P. : Quels sont vos travaux actuels ?

D.N. : Nous travaillons sur de nouveaux modèles basés sur le réseau appelé FlexRay, qui est de plus en plus utilisé dans l’automobile. Il permet aux dizaines de contrôleurs présents dans une voiture de communiquer, à l’instar des systèmes de contrôle moteur et de direction ou d’arrêt. Cette avancée a ainsi permis de diminuer le poids des véhicules (réduisant ainsi la consommation de carburant) tout en offrant de meilleures performances.

En collaboration avec des chercheurs du CRAN, nous avons d’abord développé des modèles mathématiques fidèles aux systèmes pilotés via un réseau FlexRay.

Le modèle obtenu nous a permis d’analyser mathématiquement le comportement du système, ce qui a conduit au développement de techniques de conception de contrôleurs adaptés. Pour ce faire, nous utilisons des outils mathématiques de systèmes dits hybrides et de la théorie de la stabilité de Lyapunov afin de respecter les contraintes de communication imposées par le réseau tout en exploitant les flexibilités de conception offertes par le réseau FlexRay.

R.P. : Comment envisagez-vous le futur de l’automatique ?

D.N. : L’automatique permettra le développement d’avancées technologiques que l’on ne peut envisager que dans les films de science-fiction aujourd’hui. La recherche en automatique est tout à fait passionnante pour cela car de tels rêves nous forcent à aborder des questions de plus en plus complexes et, point important, multidisciplinaires.

Par exemple, la vie privée et la sécurité contre les attaques de logiciels malveillants et l’éthique commencent à influencer la recherche en automatique. Les voitures sans conducteur communiquant sans fil entre elles et avec leur environnement sont ainsi vulnérables aux attaques malveillantes qui peuvent corrompre les données échangées et provoquer des accidents.

La conception d’algorithmes de contrôle qui garantissent tous les objectifs fixés malgré de telles attaques attire actuellement l’attention de la communauté et requiert une collaboration étroite avec les informaticiens, les ingénieurs en télécommunication et les mathématiciens. Ceci n’est qu’un exemple de la nécessité d’une recherche multidisciplinaire. Les interactions avec la biologie et la médecine, avec la physique et la chimie, la finance et l’économie fourniront des idées nouvelles et de nouvelles problématiques permettant à terme le développement de sciences et de technologies fascinantes.

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