Axes et Structuration de la Recherche

Activités Scientifiques

Les activités de recherche du centre couvrent un large spectre de domaines scientifiques incluant à la fois des aspects fondamentaux et des aspects appliqués. Les travaux se développent selon trois axes à la confluence des Systèmes Intelligents Communicants, des Méthodes Mathématiques pour l’Ingénierie Scientifique et des Nanosciences & Nanotechnologies. A partir de ces activités a été mis en place le programme interdisciplinaire PI-ECE.

Axe Systèmes Intelligents Communicants (SIC)

Le développement de nouvelles Technologies de l’Information et de la Communication (TIC) est primordial. Une prise de conscience est faite au niveau international sur la nécessité de proposer des solutions numériques pour la modernisation et l’amélioration des moyens au service de l’humain et de son environnement.

Dans ce contexte, les membres de l’axe Systèmes Intelligents Communicants ont lancé en 2014 un premier projet fédérateur centré sur le véhicule du futur. Il a pour objectif de fédérer les membres permanents spécialisés en informatique autour d’un projet transversal entre thèmes de recherche et majeures de l’ECE.

Ce projet s’inscrit dans le cadre général de l’interaction multimodale dans un environnement ambiant et dans le cadre particulier du « véhicule du futur ». Il consiste à analyser, concevoir, développer et évaluer un système interactif disposant de différents moyens d’interaction multimodale (en entrée et en sortie).

De nombreuses recherches se référant au concept d’automatisation de la conduite pour donner vie à la voiture de demain, sont déjà menées : le développement de systèmes d’aide à la conduite est en effet, l’une des voies privilégiées pour améliorer la sécurité routière.

Ce projet vise donc à améliorer la sécurité des personnes à bord du véhicule et l’efficacité du dialogue avec les systèmes électroniques embarqués.

Actuellement et dans cette perspective, deux approches sont envisagées :

• la conception de véhicules hybrides, offrant à la fois un pilotage automatique et manuel;
• la conception de véhicules autonomes, capables de se déplacer seules, sans l’intervention d’un conducteur.

In fine, cette interaction intelligente en particulier dans les zone urbaines et périurbaines, permet à la voiture de prendre en compte les données environnementales immédiates, la nécessité (ou non) de réaction et l’adaptation à une situation nouvelle de la part du conducteur.

La capacité à enregistrer, anticiper et réduire les situations imprévisibles est incontournable, inhérente à l’objectif même du projet.

Cela suppose donc d’avoir une capacité non limitée d’apprentissage pour accumuler de l’expérience et réduire le nombre de situations imprévues.

Le profil des membres de l’axe SIC et leurs compétences ont fait émerger trois thématiques de recherche dans ce projet : 

• Systèmes d’informations ;
• Systèmes embarqués ;
• Systèmes réseaux et temps réel.

Ce premier projet transversal « le véhicule du futur » et ses nombreux cas d’usages par exemple le Transfert semi-autonome des patients ont permis de fédérer des compétences en informatique pour produire des résultats scientifiques.

Axe Nanosciences et & Nanotechnologies (NANO)

Les activités de recherche de l’axe ont pour cadre l’étude expérimentale pour l’élaboration (ingénierie chimique) et l’étude des propriétés contrôlées (ingénierie physique) de matériaux fonctionnels nanostructurés et flexibles. Conscients des enjeux environnementaux, nous avons choisi comme orientation de ne faire appel qu’à la chimie douce (aqueuse), à l’utilisation de matériaux durables ainsi qu’à des approches à faible coût. Notre recherche s’intéresse donc à la caractérisation, à l’analyse et à l’optimisation d’assemblages de matériaux à l’échelle nanométrique, et à leur réponse à des stimuli extérieurs comme un champ électrique/électromagnétique ou une contrainte mécanique macroscopique par exemples. Nous consacrons nos efforts autour de deux thématiques :

• Les surfaces fonctionnelles et films minces nanostructurés.
• Les systèmes multi-hybrides nanostructurés.

Ces deux thématiques sont fortement reliées entre elles et comportent des études académiques et applicatives. Par la nature des systèmes d’intérêts et du nombre de paramètres les constituant, les études menées sont très demandeuses en temps ainsi qu’en techniques de caractérisations différentes de hautes technicités.

Axe Méthodes Mathématiques pour l’Ingénierie Scientifique (MATHS)

Les objectifs de l’équipe « Méthodes Mathématiques pour les Sciences d’Ingénieurs » sont de contribuer à l’émergence au sein de l’Ecole d’une dynamique de recherche en mathématiques appliquées sur des sujets de recherche d’actualité.

Les recherches de l’équipe contribueront également au développement des enseignements de différents outils de mathématiques appliquées et de calcul scientifique dans le cursus des élèves ingénieurs de l’Ecole.

L’équipe s’organise autour de deux thèmes classés par méthodes mathématiques dont les applications concernent les sciences de l’ingénieur et la finance quantitative :

• Equations aux Dérivées Partielles et optimisation
• Modélisation des systèmes dynamiques par des techniques de Machine LearninG

Par ailleurs, un sujet fédérateur, décidé et voulu par les membres de l’équipe, selon leurs parcours et compétences a été défini : « Machine Learning et résolution d’une famille d’EDP hyperbolique ».

Le parcours scientifique des membres permanents de l’équipe donne au groupe des compétences dans de nombreux domaines touchant les mathématiques, la finance et la physique.  L’ensemble de ces compétences sont à la fois utilisées pour élaborer un sujet de recherche commun pour l’équipe. Nous avons mis en place un groupe de travail pour explorer des travaux récents sur l’utilisation de l’intelligence artificielle pour la résolution des équations aux dérivées partielles.

Le but de cette étude est d’implémenter un algorithme de résolution d’une certaine famille d’EDP paraboliques à grande dimension via le Deep Learning. Des résultats de cet algorithme ont déjà été testés sur l’équation de Black-Scholes non-linéaire en finance. L’objectif est d’étendre à d’autres EDP de nature hyperbolique et à grande dimension ce genre d’algorithme.

Le Programme Interdisciplinaire de l’ECE (PI-ECE)

La seconde mission du centre de recherche est de favoriser l’émergence d’une communauté scientifique interdisciplinaire. En 2018, le centre a lancé une organisation autour d’un programme fédérateur nommé PI-ECE (Programme Interdisciplinaire de l’ECE).

Cette structuration autour d’un programme interdisciplinaire permet une organisation directe pour répondre à court et moyen terme à plusieurs cas d’usages dans différents domaines.

Le programme s’inscrit dans le cadre général de la smart city qui exploite les technologies de l’information et de la communication et l’internet des objets (IdO) pour la modernisation et l’amélioration de la qualité de services urbains et des moyens au service de l’humain et de son environnement.  

L’usage des nouvelles technologies doivent permettre de résoudre :    

• les problématiques écologiques,  
• la préservation des ressources,  
• les déplacements croissants des citoyens dans les villes,  
• la construction de bâtiments moins énergivores,  
• etc.  

Pour répondre à tous ces enjeux, la ville doit disposer de données pertinentes en temps réel pour prendre les bonnes décisions.  

La conception et le développement de capteurs intelligents est donc essentielle pour obtenir des systèmes de contrôle optimaux de l’environnement.  

Un certain nombre de cas d’usages ont déjà été mis en route. Il s’agit en particulier de la détection et de la prédiction de la défaillance cognitive d’un opérateur.

Le programme PI-ECE est nourri par les compétences des différents axes qui coopèrent pour produire des concepts et des solutions issues de cette interdisciplinarité. Il est également ouvert aux nombreux partenaires (organismes nationaux et industriels) et aux élèves de l’ECE.