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Equipe Ingénierie des Systèmes et des Organisations pour les Activités à Risque

Présentation générale

L’équipe ISOAR (Ingénierie des Systèmes et des Organisations pour les Activités à Risque) développe des méthodes, des modèles et des outils pour accompagner et aider un collectif d’acteurs multi métiers à mener à bien, de manière collaborative et en confiance, des activités dites à risques tout au long de la vie d’un système complexe ou d’un Système de Systèmes (SdS). 

La photo identitaire de l'équipe ISOAR

Ce sont donc des activités de diverses natures, impliquant les acteurs en termes de responsabilisation, de collaboration et partage inter métiers, en progressant itérativement et confiance à la fois dans le déroulement même de l’activité et dans le résultat de celle-ci. Elles consistent à :

  • Concevoir, tester des hypothèses, vérifier et valider, simuler des comportements complexes voire émergents, prouver et évaluer des propriétés, juger des choix et argumenter pour faciliter et guider ensuite des décisions. 
  • Déployer et piloter le système tel qu’il a été déployé, en toutes situations, dont les plus redoutées. 
  • Maintenir ce système en conditions opérationnelles en cours d’exploitation avant de le démanteler en fin de vie. 

L’objectif est donc de limiter la prise de risques sous toutes ses formes durant la vie du système. Les enjeux sont multiples durant leur préparation puis leur exécution (e.g. la définition des règles de gouvernance). Ils portent aussi sur les résultats (e.g. les spécifications d’un produit technique, l’évaluation des capacités d’une organisation de santé, la recherche d’erreurs ou d’oublis en cours de conception, le démantèlement d’une Installation Nucléaire de base, ou encore la gestion des ressources impliquées dans l’activité). Ces activités supposent donc que les acteurs doivent d’abord être capables de percevoir, de comprendre, de représenter puis d’analyser ces systèmes. Ils doivent ensuite faire preuve de capacités à décider de leurs actions, en conscience (responsabilisation), itérativement lorsque cela s’avère nécessaire (efficience) et surtout en confiance (collaboration, itération). 

Les membres de l’équipe ISOAR ont acquis une expertise tant en termes de construction de méthodes de modélisation, de simulation, d’analyse et d’évaluation de systèmes complexes et de SdS, qu’en termes de préparation, de formation et de déploiement des méthodes en situation. Cette expertise et une vision globale et systémique de ces activités constitue une contribution originale au projet scientifique du Laboratoire des Sciences des Risques (LSR).

Thèmes de recherche

Les Enseignants-Chercheurs de cette équipe étudient et lèvent des verrous conceptuels, méthodologiques, techniques, organisationnels et humains pour répondre aux besoins de ces acteurs durant ces activités : modéliser à bon escient un système complexe, utiliser ensuite ces modèles de manière efficiente, efficace et collaborative pour analyser en confiance ce système tel qu’il a été modélisé pour fournir des résultats qui se doivent d’être crédibles, pertinents et justifiés pour favoriser leurs prises de décision. 

En termes de modélisation, ces travaux se focalisent, avec une approche systémique, sur différents facteurs de complexité qui caractérisent ces systèmes :

  • L’hétérogénéité, mais aussi le nombre d’éléments (techniques, organisationnels et humains) qui composent ces systèmes ;
  • Les relations qu’ils entretiennent pour les besoins de la mission commune et les relations de dépendance qui en découlent (organisationnelle, technique et décisionnelle) ou, au contraire, les besoins d’autonomie souhaitée tant en termes de gouvernance (chacun poursuit ses objectifs propres tout en contribuant au fonctionnement du système) qu’en termes d’évolution (chacun évolue indépendamment des autres, pouvant même être amené à quitter ou à entrer dans la composition du système à tout moment et pour diverses raisons) ;
  • Les comportements de ces éléments leur permettant d’afficher des capacités, des aptitudes et des propriétés souhaitées en toutes situations ; 
  • Les interactions que ces éléments créent et entretiennent dynamiquement entre eux ou avec l’environnement du système pour atteindre leurs objectifs. Elles peuvent être souhaitées ou prévisibles ou, au contraire, redoutés ou à l’origine de comportements et de propriétés émergentes lors du fonctionnement du système ;
  • Les exigences, les habitudes et les valeurs des parties prenantes impliquées, concernées ou impactées par d’éventuels comportements aberrants ou des dysfonctionnements de ces systèmes. Ces exigences et valeurs fluctuent et changent selon la situation et l’état (psychologique, social, financier, …) de ces parties prenantes. 

En termes d’usages de ces modèles à des fins d’analyse et de justifications de la confiance, ces travaux se focalisent sur les propriétés attendues des systèmes cibles. Ce sont des propriétés dites non-fonctionnelles. Il s’agit ici d’étudier et de maitriser la variabilité de la performance, la résilience, la sûreté, la sécurité ou encore l’interopérabilité du système. Ces propriétés sont évidemment impactées par plusieurs facteurs multidimensionnels de complexité (nature, dépendance, influence, dynamique…). Elles sont difficiles à appréhender, à modéliser et à caractériser puis à évaluer en minimisant l’incertitude et l’imprécision. 

Les avantages du MBSE sont indéniables et attestés en milieu industriel. Citons entre autres les gains de temps, les gains de qualité des solutions, la possibilité de mettre en œuvre des mécanismes de traçabilité accrue et d’aller vers une aide à la justification des choix et décisions. Le tout confère une meilleure réactivité que dans le cadre d’une ingénierie plus classique, basées sur des documents. L’implication de toutes les parties prenantes de l’ingénierie, du client aux ingénieurs, est facilitée. Le travail collaboratif, itératif et le climat de confiance qui peut alors s’établir, par exemple au travers de partages de modèles ou encore la réutilisation facilitée de solutions passées sont aujourd’hui reconnus. Nous abordons ici des travaux répondant aux besoins méthodologiques et techniques de  modélisation, de simulation, d’évaluation d’architectures et de propriétés non-fonctionnelles, de gestion de la traçabilité des données et d’aide à la justification / argumentation pour irriguer en confiance les activités de décision proprement dites.

L’augmentation du nombre de données numériques accessibles, la diversité des moyens d'accès et l’hétérogénéité des données partagées (notamment sur le Web), ont créé de nouveaux besoins en matière de recherche d’information, d'analyse de données et d’aide à la décision. Nous abordons ici des travaux sur l’ingénierie de la connaissance afin de faciliter la prise de de la décision notamment en situation de crise. Il s’agit par exemple de traiter et d’enrichir des flux de données numériques pour en faire des entités sémantiques intelligibles par l’homme et l’assister ensuite dans ses décisions avec des techniques d’optimisation et d’analyse multicritère. Ce traitement de l’information doit être interactif et adapté dans différents contextes où le système d’information constitue un véritable support de médiation entre la machine et l’homme, individu ou organisation dans la résolution d’une situation complexe. La formalisation du problème et le niveau d’interactivité avec les utilisateurs sont les paramètres qui déterminent le degré d’automatisation cognitive de la conscience situationnelle.

Projets de recherche

Cette chaire est la première du genre pour IMT Mines Alès. Les travaux se concentreront sur la thématique de l’Ingénierie Système Basée sur des Modèles (Model Based System Engineering - MBSE) pour mener à bien la conception, l’intégration et la qualification opérationnelle d’Infrastructures Critiques Nucléaires. L'objectif général de cette Chaire est de développer une recherche de niveau international sur cette thématique : 

  1. Revisiter le MBSE pour la conception, l’intégration et la mise en service d’infrastructures nucléaires ;
  2. Développer des approches de modélisation et d’analyse innovantes pour la sureté nucléaire sur la base du MBSE ; 
  3. Conceptualiser, formaliser et développer des « Digital Mock-Up » et des « Digital Twin » pour la vérification, la validation et l’évaluation d’architectures d’infrastructures nucléaires en se basant sur des fédérations et des compositions de modèles d’ingénierie ;
  4. Formaliser et outiller la phase de commissionning, la mise en service et le maintien en conditions opérationnelles d’infrastructures nucléaires en exploitant les modèles ; 
  5. Améliorer l’impact et l’utilisation des approches de Early V&V dans le cycle d’ingénierie d’une infrastructure critique.

Le programme des cinq prochaines années intègre à ce titre deux thèses de Doctorat lancées en 2019 :

  • Méthode pour guider, structurer et piloter des activités d’Early V&V et d’évaluation d’architectures d’infrastructures critiques nucléaires candidates à des fins d’aide à la décision (thèse de J.Bourdon - 2019 – 2021)
  • Méthode pour guider, structurer et piloter le commissioning d’infrastructures critiques nucléaires (thèse de A.Gaignebet - 2019 – 2021)

Une troisième thèse et plusieurs stages de niveau M2 permettant de sensibiliser et d’attirer des candidats pouvant s’impliquer à leur tour dans des sujets connexes vont être initiés. Enfin, cette chaire industrielle a pour objectif de développer et outiller des formations de niveau Master 2 à Bac+5 et MASTERE à Bac+6 dans le domaine de l’ingénierie d’infrastructures critiques, de l’Ingénierie Système et de son application au nucléaire.

IMT Mines Alès se place ainsi parmi les établissements leader pour la recherche et la formation dans ce domaine.

Ce projet (RESIlience des Infrastructures et Systèmes inTerconnectés) s’intéresse aux problématiques d’évaluation de la résilience des infrastructures critiques. L’idée est de partir des données massives pour évaluer de manière continue la résilience des infrastructures critiques. Les données de diverses sources sont interprétées pour obtenir des indicateurs pertinents reflétant plusieurs dimensions. En exploitant ces indicateurs, on élabore des modèles de représentation de l’infrastructure et des modèles de résilience. La visualisation intelligente de ces modèles permet de prendre et de justifier des décisions. RESIIST fait suite à projet C.A.R.N.O.T MAIEUTIC auquel a participé la majorité des membres du consortium et constitue le socle de RESIIST.

Le projet RE(H)STRAIN s’est intéressé à la sécurité préventive et son impact sur la résilience du réseau ferroviaire grande vitesse franco-allemand. L’objectif était d’étudier et d’améliorer la propriété de résilience du réseau ferré grande vitesse face à la menace terroriste en termes : (1) de prévention pour diminuer le risque de réalisation de la menace, (2) de diminution des conséquences en cas d’attaque, et (3) de rétablissement des services. Le consortium était constitué : de partenaires académiques (IFSTTAR, CUAS, UniBw, HBRS, IMT Mines Alès), institutionnels (LCPP, Bundespolizei, DB-AG, SNCF, Gendarmerie Nationale, BAM, MEDDE), et industriels (EFECTIS, HBI). Commencé en janvier 2015, il a duré 36 mois et bénéficié d’une aide ANR de 634 k€ pour un coût global de 1 690 k€.

Le projet MAIIEUTIC (Modélisation et Analyse des Interactions, des Interdépendances et de leurs Effets dans Un réseau d’Infrastructures Critiques) a défini et outillé une méthode d’ingénierie d’Infrastructures Critiques résilientes. La résilience est la capacité d’un système à prévenir et revenir rapidement dans un état maitrisé avec une qualité de service acceptable lorsque soumis à des événements redoutés. Cette méthode repose sur des outils de modélisation selon une approche système, sur la définition et l’implémentation de métriques d’évaluation de la résilience et sur des mécanismes de simulation Multi-Agents et d’évaluation. Il a permis à l’équipe LGI2P – Risques de travailler en amont du projet ANR RESIIST avec l’équipe ISR sur la problématique de la modélisation et de l’évaluation de la résilience des infrastructures Critiques. Pour plus de détails, voir :

Exemples :

  • Démonstration de sûreté d’installations nucléaires - Thèse CIFRE de E.Roumili en partenariat avec ASSYSTEM (2019/2022)

La Démonstration de Sûreté Nucléaire implique plusieurs dimensions en termes d’analyse de risques (incendie, sismique, contamination …) et de moyens (méthodes, outils, processus, …) mis en place pour rendre ces risques aussi faibles que possible. Elle est aussi perçue différemment selon les pays, en fonction des usages, des cultures et des réglementations. Cette démonstration est donc un enjeu essentiel dans l’industrie Nucléaire. Ces travaux, actuellement en cours, nous amèneront à développer et outiller une méthode pour établir et justifier le plan de démonstration de la Sûreté d’une Installation Nucléaire de Base (INB).

  • Méthode basée sur une approche systémique pour l’organisation et le suivi des chantiers d’Assainissement et de Démantèlement (A&D) des installations nucléaires - Thèse CIFRE de M.Lafon 2016 – 2019 en collaboration avec le CEA.

Les installations nucléaires font l’objet en fin de vie d’opérations complexes d’assainissement et de démantèlement (A&D), réalisées dans un contexte réglementaire et économique contraint. Ces opérations nécessitent la collaboration d'un grand nombre d'acteurs métier venant de domaines d'activité variés. La thèse de M.Maxence Lafon a consisté a développer une méthode outillée pour aller vers une meilleure compréhension, appréhension et reproductibilité des chantiers d'A&D. Cette méthode, basée sur des principes systémique et promouvant la modélisation, permet en effet de décrire puis de piloter des chantiers d'A&D en les adaptant éventuellement en cours de route. Elle repose sur 1) des concepts permettent de donner aux parties prenantes d'un chantier d'A&D une vision globale et holistique des opérations d’A&D avec un niveau de traçabilité et de confiance élevé, 2) des langages de modélisation et de simulation avec lesquels les acteurs métier manipulent ces concepts, 3) une démarche opératoire aujourd'hui éprouvée, 4) un outillage démonstrateur support de cette démarche et 5) un référentiel de connaissances pour guider et simplifier la modélisation puis la validation de futurs chantiers d'A&D.

Thèses

  • Dr Maxence LAFON, méthode basée sur une approche systémique pour l’organisation et le suivi des chantiers d’assainissement et de démantèlement d’installations nucléaires ; encadrement de thèse : CHAPURLAT Vincent ; soutenue le 28 octobre. Accéder à la thèse : https://www.theses.fr/2019EMAL0006
  • Dr Behrang MORADI KOUTCHI, contribution à la formalisation et à l’évaluation de propriétés non-fonctionnelles pour l’ingénierie de système complexe : application à la résilience ; encadrement de thèse : Nicolas DACLIN / Vincent CHAPURLAT ; soutenue le 13 novembre. Accéder à la thèse : https://www.theses.fr/2019EMAL0009
  • HAMON, Antonin. Contribution à la formation à la gestion de crises majeures : vers un environnement de modélisation et de simulation de systèmes complexes. Encadrement de thèse : BONY-DANDRIEUX Aurélia, CHAPURLAT Vincent.

  • BOU-SLIHIM, Jihane. Modélisation des parcours de santé complexes et optimisation dynamique grâce au pilotage par les données. Encadrement de thèse : CHAPURLAT Vincent, ZACHAREWICZ Gregory

  • ROUMILI, Emir. Contribution à la démonstration de sûreté nucléaire dans un contexte d’ingénierie basée sur des modèles : Proposition méthodologique. Encadrement de thèse : CHAPURLAT Vincent, DACLIN Nicolas

  • GAIGNEBET, Alan. MODELISATION ET ANALYSE POUR ORGANISER, PILOTER ET OPTIMISER LA PHASE COMMISSIONING D’UNE INSTALLATION NUCLEAIRE. Encadrement de thèse : CHAPURLAT Vincent

  • BOURDON, Jérémy. Modélisation, vérification et évaluation de solutions architecturales dans le domaine de l’ingénierie d’Infrastructures Critiques Nucléaires. Encadrement de thèse : CHAPURLAT Vincent

  • WEPPE, Alexandre. Anticipation des situations à risques et approche système: contribution à la modélisation et à l'évaluation en temps réel des propriétés non-fonctionnelles d'une infrastructure critique. Encadrement de thèse : DACLIN Nicolas, CHAPURLAT Vincent

  • AHMED, Nasir-Baba. Cybersécurité dans le secteur de la santé. Encadrement de thèse : DUSSERRE gilles, DACLIN Nicolas

  • BOSSARD, Marie. Gestion des situations sanitaires exceptionnelles : la perception de la préparation des personnels hospitaliers. Encadrement de thèse : DUSSERRE gilles, WEISS Karine

  • MIGNE NDJEM, FRANK HERVE. Conception d'un outil de simulation dédié à la médecine de catastrophe.Encadrement de thèse : RICCIO Pierre-Michel, DUSSERRE gilles

  • AGOSTINELLI, Bastien. Une approche numérique agile du management des ressources humaines en situation d'urgence. Encadrement de thèse : RICCIO Pierre-Michel, WEISS Karine

  • L'HERITIER, Cécile. Compréhension des mécanismes et indicateurs de prise de décision en situation d'urgence. Encadrement de thèse : DUSSERRE gilles, HARISPE Sébastien

  • WREMBEL, Elisa. Accompagnement des troubles du sommeil: une contribution du design social à la santé mobile. Encadrement de thèse : RICCIO Pierre-Michel

Partenariats

L’équipe ISOAR développe une recherche finalisée et assure une mission de transfert des connaissances et des compétences vers l’économie régionale et nationale. Elle est aujourd’hui reconnue, comme l’atteste par exemple ses projets, dans plusieurs domaines comme dans des champs applicatifs industriels différents.

L’équipe ISOAR développe historiquement plusieurs types de partenariats industriels, comme illustrés ci-dessus dans les projets de recherche. Cette activité partenariale est diversifiée, pérenne dans la plupart des cas et liée aux objectifs de R&D et de transfert de connaissances. Elle est développée en particulier avec plusieurs grands groupes industriels (e.g. ASSYSTEM, Naval Group) et des PME/ETI régionales (e.g. 3GSanté, ECIA, Axellience). Elle s’est par exemple concrétisée par la signature de la Chaire Industrielle CIME (Critical Infrastructures Model based system Engineering) avec la société ASSYSTEM, une implication forte dans plusieurs projets ANR et Européens avec des partenariats nationaux et internationaux  forts ou encore dans l’encadrement de thèses CIFRE (e.g. AXONE, AREVA, CEA Marcoule).

En savoir plus sur la recherche partenariale à IMT Mines Alès

L’équipe ISOAR développe et maintient des échanges et des collaborations avec des laboratoires et équipes, ainsi que des associations et groupes de recherche nationaux.

Au niveau régional, les membres de cette équipe participent à des groupes de travail (I3S) et des pôles régionaux dans le but de développer des partenariats avec les entreprises locales. Citons de même des collaborations académiques fortes et pérennes avec l’Université de Nîmes, l’IMT Mines Albi, l’ENAC, l’ISAE (équipe Facteurs Humains) et le LIRMM de Montpellier.

Au niveau national, les membres de l’équipe ISOAR sont impliqués dans :

  • deux thématiques phares de l’IMT : la thématique phare Risque et cyber sécurité dont la coordination est assurée par l’un des membres, et la thématique phare Systèmes de Production (en collaboration avec  IMT Atlantique, EMSE Saint-Etienne et IMT Mines Albi Carmaux). 
  • l’Association Française d’Ingénierie Système (AFIS), au sein du Pole GSO (Interop’VLab) (interopérabilité des applications d'entreprise et des systèmes), du GDR MACS, et dans le montage de collaborations dans le cadre de l’Institut Carnot M.I.N.E.S (Paris)
  • des collaborations avec plusieurs équipes et laboratoires au niveau national dont le LAPS IMS Université Bordeaux I (Interopérabilité des systèmes), le LSIS (Université d’Aix-Marseille, IS), le laboratoire ERPI de l’Université de Lorraine, l’ENSAM Aix-en-Provence

Au niveau Européen et international, plusieurs des membres d’ISOAR sont enfin membres de diverses institutions (e.g. NAFEMS, SPIRE)  et partenaires de R&D.

En savoir plus sur les partenariats IMT Mines Alès

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ISOAR - ODD9 Industrie innovation