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Objectif
Inria 2020
Plan stratégique
introduction
            •
            Objectif
            Inria 2020
                                                              Michel Cosnard
                                                              Président directeur général d’Inria




Depuis 1994 Inria conduit régulièrement un exercice de prospective et de stratégie
           qui se traduit par la rédaction d’un plan stratégique pluriannuel pour
           l’institut. La réflexion pour ce nouveau plan stratégique, couvrant la
           période 2013 – 2017 a été marquée par une rupture encore plus fon-
                                 ,
           damentale que les précédentes, car ce sont aujourd’hui la société                        1
           dans son ensemble, et tous nos concitoyens, qui doivent faire face
           à une véritable révolution numérique. Les sciences informatiques
           et mathématiques, au cœur de nos activités, jouent un rôle central
           dans cette révolution qui impacte ainsi particulièrement notre institut.
           Le présent plan stratégique vise à positionner nos recherches et les
           innovations qui en sont issues, afin qu’elles contribuent à cette révo-
           lution, mais aussi qu’elles aident nos concitoyens à la comprendre et
           à y participer pleinement.
Pour nous accompagner et nous aider à réfléchir à notre futur, nous avons fait
           appel aux compétences et à la vision de personnalités aux profils
           très différents : nos personnels bien sûr mais aussi des prospecti-
           vistes, des industriels, des entrepreneurs, des chercheurs de toutes
           disciplines, des penseurs et des philosophes. Ces témoignages, ces
           opinions parfois radicales, ont été des éléments essentiels de notre
           réflexion. Parmi ces grands penseurs, nous avons à plusieurs reprises
           pu échanger avec Michel Serres. Sa vision de l’évolution des sciences
           humaines et sociales suscitée par la lecture de notre plan stratégi-
           que et que nous reproduisons ci-dessous illustre parfaitement les
           questions difficiles, portant parfois leurs propres contradictions, que
           collectivement nous ne pouvons et nous ne devons pas ignorer. Son
           propos personnel, visionnaire et incisif illustre les profondes réflexions
           et évolutions qui sont en cours et que nos sciences ont pour devoir
           de contribuer à éclairer.
Dans un contexte scientifique extrêmement concurrentiel et pour contribuer au
           meilleur niveau mondial, nous devons faire des choix, résultats d’une
           élaboration concertée au cœur de l’institut, et savoir les expliquer à
           nos partenaires nationaux et internationaux. Ce plan stratégique nous
           permet d’expliciter nos choix et de nous organiser pour contribuer à
           résoudre les défis, nombreux et difficiles qui se posent à nos sciences
           et à la société numérique. La dynamique de cette révolution est telle
           que, tout en avançant dans la résolution des défis que nous nous
           sommes donnés, nous aurons bien entendu à adapter régulièrement
           ce plan à des évolutions et sollicitations particulièrement rapides.
Ces défis nécessiteront de rassembler toutes les compétences et les collabo-
           rations nécessaires à leur résolution tant en interne qu’en externe,
           nationalement et internationalement. Comme nous le faisons depuis
           longtemps avec les chercheurs des sciences de la matière et ceux
           des sciences de la vie et de la santé, nous souhaitons travailler en
           partenariat avec les chercheurs et experts des sciences humaines et
           sociales. Nous avons besoin de collaborer avec eux pour mieux com-
           prendre les évolutions de la société, pour les analyser conjointement
           et y contribuer, et relever ainsi les défis exaltants qui se posent aux
           sciences du numérique.
La vision d’un grand
                                                                                             témoin de notre temps
• O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017




                                                                                             •
                                                                                             vers de
                                                                                             nouvelles                                           Michel Serres
                                                                                                                                                 Philosophe, historien des sciences
                                                                                             sciences
                                                                                             humaines ?



                   2                                                             Le langage sculpta l’homme. Avec l’écriture, commença l’histoire. L          ’imprimerie
                                                                                             relança tout cela, au point que nous nommons Renaissance le temps
                                                                                             de son avènement. Ces trois transformations majeures du couple sup-
                                                                                             port-message – corps-parole, papier-texte, livres imprimés – induisirent
                                                                                             des changements globaux plus décisifs dans l’humanité, les collectifs,
                                                                                             le droit, la politique, les villes, les sciences et les religions… que ceux,
                                                                                             souvent cités mais mille fois moins efficaces, causés par des choses
                                                                                             dures, pierre taillée ou polie, âge du bronze, révolution industrielle.
                                                                                             L’informatique opère aujourd’hui une quatrième coupure qui ouvre, une
                                                                                             fois encore, un monde nouveau, celui dont le programme d’Inria fait le
                                                                                             bilan et prépare les renouvellements, parfois difficiles à prévoir.
                                                                                 Scientifique, ce nouveau monde mobilise plusieurs disciplines, puisqu’il déploie
                                                                                             l’éventail qui sépare et unit les méthodes numériques aux sciences de
                                                                                             la vie et de la Terre, en passant par la physique et la chimie. Technique,
                                                                                             il se peuple de réseaux et de machines. Il transforme enfin de fond
                                                                                             en comble nos conduites et préoccupations sociales, économiques,
                                                                                             politiques, environnementales, pédagogiques, médicales, personnel-
                                                                                             les, éthiques… Nous vivons le moment de bascule entre un ancien
                                                                                             monde et le nouveau.
                                                                                 L’informatique crée le monde dans lequel nous travaillons, vivons et pensons.
                                                                                             Qu’elle s’occupe des conséquences et du suivi de ses propres inven-
                                                                                             tions, quoi de plus normal ? Qu’elle prolonge ses exploits scientifiques
                                                                                             et techniques, voilà le programme et ses projets. Qu’elle s’occupe, de
                                                                                             plus, des conduites humaines induites par ces technologies, voilà des
                                                                                             obligations inattendues, mais rendues nécessaires par le fait même
                                                                                             que toute recherche, tout projet, tout développement concernant le
                                                                                             numérique touchent aujourd’hui, je l’ai dit, l’ensemble de la société,
                                                                                             l’enseignement, la santé, la politique, bref nos relations et nos ins-
                                                                                             titutions. Or ces conduites humaines se trouvent, jusqu’à présent
                                                                                             et, compte tenu des inerties collectives, sans doute encore pour
                                                                                             longtemps, formatées dans et par le monde issu des précédentes
                                                                                             révolutions, celles du langage oral, de l’écriture et de l’imprimerie… –
                                                                                             même l’ordinateur s’ouvre comme un livre, dont l’écran reste encore
                                                                                             une page qui se lit souvent ligne à ligne ! Donc le moment de bascule
                                                                                             se double d’un changement auquel la société n’est pas toujours prête
                                                                                             et résiste parfois. Ce changement de phase provoque des crises.
                                                                                 D’où la seconde question concernant l’interdisciplinarité. Autant la première,
                                                                                             fédérant les sciences dures, peut ne trouver d’obstacle que la bonne
                                                                                             ou mauvaise volonté de ses participants, autant celle qui cherche à lier
                                                                                             les sciences dures aux « douces » ne va pas de soi. Voici pourquoi.
                                                                                 Je le répète, les révolutions précédentes, celles de l’écriture et de l’imprimerie,
                                                                                             ont si longuement et profondément sculpté, modelé, formaté… nos
                                                                                             politiques, notre droit, nos mœurs, idées, relations, bref nos vies
                                                                                             personnelles et sociales que nous ne nous rendons plus compte de
l’action profonde qu’exercent sur nous les anciens modèles issus de
            la parole, de l’écrit, de l’imprimé… si profonde même que certains
            d’entre nous pensent que l’état précédent celui d’aujourd’hui consti-
            tue notre « nature ». Évoqué à plusieurs reprises dans le rapport, le
            couplage pluridisciplinaire des sciences numériques avec les savoirs
            sociaux et humains se heurte donc à autre chose qu’à de la bonne
            volonté. Ces derniers, en effet, décrivent les collectifs et les individus
            qui forment actuellement nos sociétés occidentales, ou ceux des
            collectifs historiques, voire préhistoriques. Or, je le répète encore,
            tous et toutes furent, depuis des siècles et même des millénaires,
            longuement modelées, puissamment formatées ou par l’état unique-
            ment oral ou par les révolutions successives de l’écriture et de l’im-
            primerie ; les réseaux divers de relations humaines, les institutions de
            pouvoir, de santé, d’enseignement et de recherche, les organisations
            collectives, mieux encore, le fond cognitif qu’expriment la littérature,
            les arts et les philosophies dépendent étroitement de ces pratiques
            séculaires et même millénaires. Du coup, aussi précises, aussi rigou-
            reuses qu’elles soient, les descriptions qu’en dessinent les sciences
            humaines et sociales en dépendent, ainsi que les méthodes qu’elles
            utilisent. Heurtées de plein fouet par la nouvelle donne, elles peuvent,
            outillées par l’état qui la précède, la recevoir et la comprendre mal.
            Comment ces savoirs-là, conditionnés par ces formats, aideront-ils à         3
            comprendre le monde nouveau et à en prévoir les développements,
            issus des techniques numériques ? Reflétant donc le changement de
            phase dont je parlais tantôt, l’interface entre les disciplines dures et
            humaines entre en crise aussitôt.
Autrement dit, l’informatique produit des réseaux de relations inédites et des
            institutions à l’état naissant, des individus originaux et des collectifs
            insolites. Comme la plupart des recherches scientifiques et techniques
            d’aujourd’hui, elle pose, de surcroît, des questions d’éthique, concer-
            nant la vie privée des individus et publique des collectifs. Seul, un
            renouvellement parallèle des sciences humaines les rendrait capables
            de comprendre et de décrire ces nouveautés-là, mêlant avantages
            incontestables et risques imprévus. Non seulement pour l’avenir des
            recherches propres à Inria, mais aussi pour le futur de nos sociétés,
            peut-être vaudrait-il mieux que les artisans de l’informatique forment
            leurs propres chercheurs aux sciences sociales et aux questions
            éthiques, quitte à les remodeler, plutôt que d’aller chercher dans
            ces disciplines telles qu’elles existent aujourd’hui, des chercheurs
            autrement formatés.
Quitte à les remodeler ? Exemple : que la masse énorme des données mondiales
            concernant la démographie, les transports, l’économie, agriculture,
            industrie, finance et commerce, l’enseignement et la recherche, l’état
            de santé des populations, celui de la planète… devienne accessible
            au plus grand nombre, alors qu’hier même le plus puissant des tyrans
            ou le plus savant des législateurs n’en disposaient pas, voilà un fait
            propre à faire bifurquer, peut-être plus vite qu’on ne s’y attend, les
            institutions politiques et les sciences qui en parlent, l’expertise se
            déplaçant brutalement du sommet de quelque pouvoir ou des analyses
            de rares spécialistes, aux anciens sujets dans leur quasi totalité. Cela
            renverse la forme même, séquentielle, de la société. Tout se passe
            alors comme dans un jeu où l’informatique, prenant l’initiative et jouant
            les premiers coups, en remodèlerait les règles et la forme même de
            l’échiquier. Allégée soudain par ces innovations mobilisatrices, l’inertie
            socio-politique, massive, peut fondre ou se liquéfier.
J’ajoute un doute à ce pari, trop dynamique et peut-être forcé : cette inertie
            collective, le frein issu des soupçons, le refus de nouveauté, bref les
            conservatismes ne jouent pas toujours négativement, car ils peuvent
            servir aux décideurs et même aux inventeurs de halte réflexive et de
            ralentissement sapiential.
Je persiste cependant : l’avenir politique de nos collectivités est une chose trop
            sérieuse pour être laissée aux mains et aux réflexions des hommes
            et des sciences politiques ; et leur destin humain et social est une
            chose trop sérieuse pour que nous la laissions dépendre des sciences
            sociales ou humaines actuelles.
1 	Introduction
                                                                                         Objectif Inria 2020
• O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017




                                                                                 	    2 	 vision d’un grand témoin de notre temps
                                                                                          La
                                                                                         Vers de nouvelles sciences humaines ?

                                                                                 	    6 	 Mission et identité




                                                                                 		 PROSPECTIVE
                                                                                 		 SCIENTIFIQUE
                                                                                 	   11 	 Des défis des sciences du numérique
                                                                                         • Les systèmes
                                                                                         • Les données
                   4                                                                     • Les interactions et les usages
                                                                                         • Les modèles

                                                                                 	   18 	Les défis posés au numérique par les autres domaines
                                                                                         scientifiques ou sociétaux
                                                                                         • La santé et le bien-­ tre
                                                                                                               ê
                                                                                         •L ’énergie et les ressources naturelles
                                                                                         •L ’environnement et le développement durable
                                                                                         • La société et l’éducation




                                                                                 		OBJECTIFS
                                                                                 		 STRATÉGIQUES
                                                                                 		D’INRIA
                                                                                 	   27 	 Stratégie scientifique
                                                                                         • Le positionnement de la stratégie scientifique
                                                                                         • Les principes d’implication scientifique
                                                                                         • Des sciences utiles à l’humain, à la société et la connaissance
                                                                                         —L  ’humain en tant que tel : santé et bien-­ tre
                                                                                                                                      ê
                                                                                         —  ’humain et ses environnements : de l’individu à la société,
                                                                                            L
                                                                                            de l’habitat à la planète
                                                                                         —L  ’humain et la connaissance : émergence, médiation et éducation
                                                                                         • Les recherches prioritaires au cœur de nos sciences
                                                                                         — Calculer le futur : modèles, logiciels et systèmes numériques
                                                                                                      Le défi de la modélisation multi-­ chelle intégrant les incertitudes
                                                                                                                                         é
                                                                                                       e défi des très grands systèmes numériques, embarqués
                                                                                                       L
                                                                                                       ou enfouis et des systèmes de systèmes
                                                                                                       e défi de la programmation des très grands logiciels prenant
                                                                                                       L
                                                                                                       en compte les impératifs de fiabilité, de sûreté et de sécurité
                                                                                         — Maîtriser la complexité : données, réseaux et flux
                                                                                                       e défi de la transformation du déluge de données
                                                                                                       L
                                                                                                       en bibliothèques de connaissances dignes de confiance
                                                                                                      Le défi d’une cyber-­ ommunication généralisée,
                                                                                                                            c
                                                                                                       sûre et respectueuse de la vie privée
                                                                                         — Interagir avec les mondes réels et numériques :
                                                                                            interactions, usages et apprentissage
                                                                                                      Le défi de l’apprentissage non supervisé
                                                                                                       e défi d’une interaction transparente entre l’homme
                                                                                                       L
                                                                                                       et son environnement numérique
37 	 Stratégie de transfert
         • Inria dans un système français en pleine mutation
         • Partenariats industriels
         • Transfert technologique

	   40 	 Stratégie de développement technologique et d’expérimentation

	   41 	 Stratégie européenne et internationale
         •L’Europe : une priorité stratégique d’Inria
         •L’international : conforter l’impact de nos collaborations




                                                                           TA B L E D E S M AT I È R E S
	   43 	 Stratégie de déploiement territorial




		 MISE EN ŒUVRE
		DE LA STRATÉGIE                                                                  5


	   50 	  mpliquer les équipes-­ rojets dans de nouveaux défis
         I                      p
         avec les Inria Labs

	   52 	  aire d’Inria et de ses centres de recherche une référence
         F
         en sciences du numérique

	   53 	  aire d’Inria un catalyseur du développement
         F
         de l’économie numérique
         • Augmenter la performance de l’institut pour les partenariats
           industriels et le transfert
         • Accompagner la croissance des PME / ETI de l’édition
           logicielle
         • Augmenter les interactions avec les leaders mondiaux
         • Assumer le rôle de leader français du transfert
           technologique dans le domaine logiciel

	   56 	 Faire savoir

	   57 	 Consolider les leaderships européen et mondial

	   58 	 Développer le capital humain : compétences et potentiels
         • Rester attractif
         • Développer et capitaliser les compétences
         • Cultiver le sens du collectif

	   61 	  évelopper la qualité et l’efficience des services
         D
         de soutien à la recherche et de support
         • Améliorer le pilotage et mettre en place des méthodes
           et des processus adaptés
         • Structurer l’offre de service et améliorer sa qualité
         • Bâtir un système d’information plus complet et plus agile
         • Faire évoluer l’information scientifique et technique
           et l’organisation des manifestations scientifiques

	   63 	 Dynamiser veille, prospective et stratégie
Mission
                                                                                                                                                                            statutaire
• O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017




                                                                                                                                                                                     d’Inria

                                                                                                                                                                        •   Créé en 1967 dans
                                                                                                                                                                        le cadre du plan calcul,
                                                                                                                                                                        l’IRIA est devenu institut
                                                                                                                                                                        national en 1979 et a pris
                                                                                                                                                                        le statut d’EPST en 1985,
                                                                                                                                                                        comme Institut national
                                                                                                                                                                        de recherche en informa-
                                                                                                                                                                        tique et en automatique
                                                                                                                                                                        (Inria), sous double tutelle
                                                                                                                                                                        des ministères en charge
                                                                                                                                                                        de la recherche et de
                                                                                                                                                                        l’industrie.

                                                                                                                                                                        Ses missions sont :
                                                                                                                                                                        1 •  d’entreprendre des
                                                                                                                                                                        recherches fondamentales
                                                                                                                                                                        et appliquées ;
                                                                                                                                                                        2 •  de réaliser des
                                                                                                                                                                        systèmes expérimentaux ;
                   6                                                                                                                                                    3 •  d’organiser des
                                                                                                                                                                        échanges scientifiques

                                                                                             MISSION                                                                    internationaux ;
                                                                                                                                                                        4 •  d’assurer le

                                                                                             ET IDENTITÉ
                                                                                                                                                                        transfert et la diffusion
                                                                                                                                                                        des connaissances
                                                                                                                                                                        et du savoir-faire ;
                                                                                                                                                                        5 •  de contribuer à la
                                                                                                                                                                        valorisation des résultats
                                                                                                                                                                        des recherches ;
                                                                                                                                                                        6 •  de contribuer, notam-
                                                                                                                                                                        ment par la formation,
                                                                                 Dans le cadre de son décret fondateur d’EPST national sous double tutelle des          à des programmes
                                                                                             ministères en charge de la recherche et de l’industrie, Inria a pour       de coopération pour
                                                                                             missions de produire une recherche d’excellence dans les champs            le développement ;
                                                                                                                                                                        7 •  d’effectuer des
                                                                                             informatiques et mathématiques des sciences du numérique (voir             expertises scientifiques ;
                                                                                             l’encadré « Sciences du numérique et sciences numériques »), et            8 •  de contribuer
                                                                                             de garantir l’impact, notamment économique et sociétal, de cette           à la normalisation.
                                                                                             recherche. Inria couvre l’ensemble du spectre des recherches au cœur
                                                                                             de ces domaines d’activités, et intervient sur les questions, en lien
                                                                                             avec le numérique, posées par les autres sciences et par les acteurs
                                                                                             économiques et sociétaux.
                                                                                 La société vit une « transformation numérique » dont les conséquences sur l’en-
                                                                                             semble des activités humaines sont encore extrêmement loin d’être
                                                                                             comprises et maîtrisées et qui met en jeu de nombreux acteurs au-delà
                                                                                             du monde de la recherche. Le rôle fondamental de la recherche en
                                                                                             numérique et d’Inria est de construire des connaissances et d’inven-
                                                                                             ter des solutions et des technologies pour la société numérique. La
                                                                                             valeur ajoutée d’Inria est dès lors sa capacité à amplifier et accélérer
                                                                                             les impacts scientifique, technologique, économique et sociétal de la
                                                                                             recherche académique française dans le domaine du numérique, en
                                                                                             tirant parti de l’assemblage unique de compétences mises en œuvre,
                                                                                             de ses savoir-faire et de sa notoriété internationale, au bénéfice du
                                                                                             développement économique et social de la France et de l’Europe.
Équipes-projets,
    Inria Labs et
               centres de recherche
           Inria


•   Pour conduire ses recherches,           •   Les équipes-projets, souvent
Inria s’appuie sur des équipes-projets      communes avec d’autres acteurs
combinant des compétences au cœur           de la recherche, sont déployées
des sciences informatiques et mathé-        au sein de huit centres de recherche.
matiques. Pour permettre la réalisation     Inria est donc un institut national avec
d’objectifs particulièrement ambitieux,     une très forte implication territoriale,
éventuellement pluridisciplinaires,         qui lui permet de mettre en œuvre
la structuration en équipes-projets est     des priorités nationales et européennes
complétée par la mise en place d’Inria      en s’appuyant sur les spécificités
Labs donnant la possibilité à plusieurs     et les dynamiques locales.
équipes-projets et à des partenaires
extérieurs à Inria de collaborer dans
le cadre d’une organisation et d’une
direction affirmées, s’articulant avec
celles des équipes-projets sous-jacentes.



                                                                                                                          7


                                                                                                Sciences
                                                                                           du numérique
                                                                                                   et sciences
                                                                                                   numériques


                                                                                           •   Dans son accord-cadre
                                                                                           fondateur, le périmètre
                                                                                           de l’Alliance des sciences
                                                                                           et technologies du numé-
La stratégie d’Inria est fondée sur :                                                      rique (Allistene) est défini
            • une politique scientifique définie au niveau national, basée sur une         comme l’ensemble des
            programmation stratégique et sur la mise en place de dispositifs opé-          STIC (Sciences et Tech-
                                                                                           nologies de l’Information
            rationnels de soutien à la recherche ;                                         et de la Communication),
            • une politique de transfert au bénéfice de l’ensemble du système de           sur leurs volets logiciels
            recherche et d’innovation français ;                                           et matériels. C’est cette
                                                                                           définition qui sera prise
            • une politique d’attractivité, d’originalité et de culture de talents, fon-   par la suite pour Sciences
            dée aussi sur l’accueil de personnels en mobilité ;                            du numérique, au sein
            • un ancrage régional au cœur des pôles universitaires et des écosys-          desquelles Inria concentre
            tèmes économiques et sociaux innovants ;                                       son action dans le domai-
                                                                                           ne des sciences informa-
            • un déploiement européen et international à même de donner un                 tiques et mathématiques :
            effet de levier aux acteurs français ;                                         informatique, automati-
            • une implication dans les dispositifs d’enseignement, de médiation            que, robotique, traitement
                                                                                           du signal, réseaux et com-
            scientifique et de formation.
                                                                                           munication numérique,
Acteur européen et international, Inria est opérateur national de recherches en            modélisation, simulation
            sciences du numérique et est un interlocuteur privilégié de l’État pour        et calcul intensif. Par
            les questions du numérique. Il est membre fondateur d’Allistene, l’Al-         ailleurs, chaque discipline
                                                                                           scientifique a développé
            liance des sciences et technologies du numérique. L        ’institut déploie   au cours des dernières an-
            sa politique nationale via ses centres de recherche, en se positionnant        nées un volet numérique.
            comme acteur et partenaire des politiques régionales menées par les            Les Sciences numériques
                                                                                           (Computational sciences)
            entités académiques, économiques et sociétales.
                                                                                           désignent cette approche
Au-delà des structures, ce qui fait l’identité et la force d’Inria c’est sa capacité       scientifique basée sur
            à développer une culture de l’innovation scientifique, à stimuler la           un recours massif aux
            créativité de la recherche en numérique en se donnant les moyens de            modélisations informati-
                                                                                           ques et mathématiques et
            comprendre l’environnement dans lequel nous évoluons, d’anticiper              à la simulation : ingénierie
            les tendances lourdes qui affectent ses domaines par une veille et une         numérique, médecine
            ouverture au monde extérieur fortes, de soutenir les recherches dans           numérique, biologie nu-
            lesquelles il croit, en sachant en assumer les risques scientifiques.          mérique, archéologie
                                                                                           numérique, mécanique
                                                                                           numérique en sont
                                                                                           des exemples.
Prospective
scientifique
Géométrie algorithmique : intersection de quadriques.
Équipe VEGAS.




                                                        PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE
• O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017




  10                                                                             Le monde est devenu numérique !
                                                                                 Toutes les activités humaines, économiques, scientifiques ou
                                                                                        industrielles présentent aujourd’hui des enjeux liés, de
                                                                                        manière plus ou moins importante, aux progrès scienti-
                                                                                        fiques et technologiques des champs informatiques et
                                                                                        mathématiques des sciences du numérique.
                                                                                 Bien entendu, et c’est aussi ce qui fait leur richesse et leur inté-
                                                                                        rêt, les sciences du numérique interagissent fortement
                                                                                        avec les autres disciplines. Il est courant que les avancées
                                                                                        d’un autre domaine scientifique irriguent les sciences du
                                                                                        numérique, ou qu’une question applicative débouche sur
                                                                                        un problème fondamental inédit à résoudre.
                                                                                 Des défis majeurs auxquels les champs informatiques et mathé-
                                                                                        matiques des sciences du numérique vont devoir faire
                                                                                        face sont présentés ci-après à travers quatre concepts
                                                                                        essentiels : les systèmes, les données, les usages et les
                                                                                        modèles. Les avancées résultant des travaux sur ces
                                                                                        défis influenceront en retour de nombreux domaines
                                                                                        applicatifs.
                                                                                 Quelques enjeux jugés essentiels sont ensuite examinés syn-
                                                                                        thétiquement. Ils sont issus de problématiques soulevées
                                                                                        par la société ou par d’autres disciplines scientifiques. Les
                                                                                        sciences du numérique contribuent à les appréhender, le
                                                                                        plus souvent dans des approches pluridisciplinaires.
des défis
   1
            des sciences
            du numérique




                                                                                                          PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE
Les systèmes
Les systèmes numériques sont aujourd’hui composés de matériels, de réseaux
             et de logiciels dont les tailles se chiffrent en milliards de transistors,
             en millions de lignes de code et en millions de connexions, dépassant
             maintenant la complexité de tous les autres systèmes conçus par
             l’homme. En évolution constante, ces systèmes vont encore connaître
             des ruptures majeures dans les années à venir : d’une part avec l’ap-
             parition de calculateurs « partout » autour de nous, souvent de façon
             imperceptible, quasiment toujours connectés via un réseau ; d’autre                             11
             part avec la construction de machines dotées d’un très grand nombre
             de processeurs. Ces ruptures généreront des défis scientifiques et
             technologiques de très grande ampleur.
Nous continuerons à être environnés d’un nombre croissant de calculateurs dans
             les situations de notre vie courante (domicile, voiture, ville…). À brève
             échéance, des dizaines de milliards d’objets très divers communique-
             ront. La gestion (au sens large, c.à.d. gestion des accès aux données,
             de la sécurité, des performances...) de milliards de communications
             simultanées pose des problèmes considérables allant bien au-delà
             de ce que les mécanismes de gestion actuels peuvent prendre en
             compte. Un défi, parmi d’autres, est la capacité à programmer ces
             réseaux. Ceci est lié à leur virtualisation permettant, sur une même
             infrastructure physique, de déployer des réseaux virtuels gérés de
             façon étanche et paramétrable. L     ’évolution de l’Internet devra par
             ailleurs permettre de prendre en compte de manière plus fondamen-
             tale l’information (Information Centric Networking) et va entraîner
             l’évolution (voire la refonte) de son architecture qui pourra passer du
             paradigme de recherche d’une machine à celui de la recherche d’une
             information dans le contexte du web sémantique prenant en compte
             la signification même des informations stockées ou transportées.
Dans ce contexte, les réseaux de capteurs enfouis au sein des objets, voire des
             personnes, vont se déployer encore plus massivement. Le change-
             ment le plus significatif réside dans le caractère incertain de leur orga-
             nisation. Initialement parfaitement structurés
             dans des réseaux, les capteurs ont vocation
             à être disséminés de façon non supervisée.
             Il devient alors nécessaire de développer des
                                                                   des dizaines
             systèmes s’adaptant dynamiquement à ces
             organisations non planifiées et qui devront, au
                                                                   de milliards d’objets
             fil du temps, faire face aux extensions mais          communiqueront
             aussi aux défauts de fonctionnement tels que
             des arrêts ou des défaillances.
Par ailleurs, les matériels vont continuer à évoluer en intégrant un nombre crois-
             sant de processeurs à la fois génériques et spécialisés, et conduire à
             des machines exaflopiques1, probablement vers 2018. Il faut accom-           1.
                                                                                          C’est-à-dire
             pagner ainsi trois ruptures consécutives, le passage aux multi-cœurs,        capable
             la diversification des accélérateurs spécialisés et, du fait de la densité   d’effectuer
                                                                                          1018 opéra-
             d’intégration et des limites induites par les contraintes énergétiques,      tions par
                                                                                          seconde (1015
             la capacité à s’adapter aux erreurs des processeurs.                         opérations
Le développement de matériels offrant un potentiel de traitement de plus en               pour un
                                                                                          pétaflop).
             plus important ne conduit plus automatiquement à une augmentation
             des performances. Il est désormais impératif de s’interroger sur leur
             exploitation et donc sur leur programmation. Ces évolutions techno-
logiques entraînent la création de nouveaux paradigmes permettant
                                                                                              de s’adapter à toute la gamme des matériels disponibles : systèmes
                                                                                              embarqués, architectures multi-cœurs, machines massivement paral-
                                                                                              lèles, ou distribuées.
• O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017




                                                                                 La prise en compte du caractère dynamique des nouveaux matériels est une
                                                                                              des questions-clés. Que ce soit au sein d’une machine parallèle, d’un
                                                                                              nuage (Cloud) ou d’un réseau de capteurs, l’augmentation du nombre
                                                                                              d’unités de traitement ou d’acquisition augmente la probabilité qu’un
                                                                                              ensemble de composants devienne indisponible en cours d’exécu-
                                                                                              tion. Il est donc devenu indispensable d’intégrer la gestion de cette
                                                                                              incertitude dans le logiciel. Cela amène à la conception de langages
                                                                                              adaptés et au développement de techniques de compilation prenant
                                                                                              en compte, outre les incertitudes de disponibilité des composants,
                                                                                              leur distribution et leur réactivité potentielle.
                                                                                 L’empreinte écologique est un des défis majeurs communs à tous ces matériels
                                                                                              (GreenIT) ; il est par exemple fondamental de déterminer un compro-
                                                                                              mis entre performance et dépense énergétique tout en maîtrisant
                                                                                              la dissipation calorifique, en diversifiant les énergies utilisées et
                                                                                              récupérées.
                                                                                 L’omniprésence de ces systèmes numériques dans la plupart des activités humai-
                                                                                              nes, professionnelles ou personnelles, pose avec acuité les questions
 12                                                                                           centrales de la sûreté et de la sécurité de ces systèmes. Il importe de
                                                                                              poursuivre les efforts déjà entrepris pour vérifier, dès la conception,
                                                                                              le bon fonctionnement d’un système numérique. Les méthodes de
                                                                                              preuve ou de vérification de programmes devront évoluer vers des
                                                                                              certifications garantissant que le logiciel fournit les services attendus
                                                                                              et définis par les utilisateurs, prenant en compte le cas échéant la
                                                                                              dimension « temps-réel » des systèmes, en particulier embarqués.
                                                                                              Mais, quels que soient les progrès réalisés, il n’est pas raisonnable
                                                                                              de prédire la disparition d’erreurs, notamment humaines. Ainsi, il
                                                                                              est impératif de continuer à travailler sur l’amélioration de la fiabilité
                                                                                              des systèmes numériques, de façon à garantir une résilience accrue
                                                                                              aux pannes. La notion « d’adaptation », tant
                                                                                              du logiciel que du matériel, à ces défauts
                                                                                              s’affirme clairement comme une direction de
                                                                                              recherche importante.
                                                                                                                                                    numérisques :
                                                                                 La sécurité doit impérativement être prise en compte
                                                                                              dès la conception des systèmes pour antici-
                                                                                                                                                    objets
                                                                                              per les malveillances, de plus en plus nom-           d’une attention
                                                                                              breuses, sophistiquées et souvent conduites
                                                                                              automatiquement. Les « numérisques » (les             spécifique
                                                                                              risques liés au numérique) doivent faire l’ob-
                                                                                              jet d’une attention spécifique tant dans leur
                                                                                              analyse scientifique que dans le cadre d’initiatives de transfert et
                                                                                              d’innovation.
                                                                                 Les systèmes numériques sont souvent constitués de briques hétérogènes
                                                                                              assemblées de manière dynamique, et forment donc en fait des
                                                                                              systèmes de systèmes. Comme il n’existe généralement pas de
                                                                                              conception globale, la maîtrise des interrelations entre toutes ces
                                                                                              structures demeure un problème difficile. Les conséquences d’erreurs
                                                                                              en cascade ne sont pas réellement appréhendées et la réaction, en
                                                                                              cas de crise, difficilement adaptée.
                                                                                 Il convient donc de travailler sur la modélisation et la simulation de ces systèmes
                                                                                              complexes afin de mieux les concevoir et de mieux les comprendre.
                                                                                              Il faut aussi développer des méthodes de prévision et de gestion des
                                                                                              risques afin de faire face aux inévitables erreurs résiduelles.
Les données
 Dans les systèmes constitués par les matériels, les réseaux et les systèmes que
            nous avons évoqués au paragraphe précédent circulent de très gran-
            des masses de données (Big data) de provenances diverses : don-
            nées résultant de calculs, issues de capteurs ou bien produites par
            des saisies humaines. Le stockage, l’échange, l’organisation, l’exploi-
            tation et la manipulation de ces données soulèvent des défis majeurs.
            Selon leur origine, les données ont des structures, types et formats
            très variés : il peut s’agir de textes, d’images, de parole, de musique,




                                                                                                                                          PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE
            de contenus audio, de vidéos, mais aussi de données avec une struc-
            ture particulière (tableau, liste, etc.). Trouver le bon compromis entre
            généricité et efficacité pour gérer de grandes masses de données
            variées reste un verrou essentiel. Repérer les données dans les espa-
            ces de stockage ou les flux de transfert requiert souvent d’établir un
            compromis entre vitesse de traitement et pertinence des données.
            Des réflexions sur des critères de mesure de la qualité des données,
            dont certaines peuvent être incertaines voire erronées, sont indis-
            pensables. L   ’analyse de ces données constitue également un enjeu
            fondamental.
Il convient de distinguer les données brutes existant dans le monde numérique
            des informations que nous en extrayons et des connaissances que                                                                 13
            nous pouvons construire à partir d’elles. La création d’une chaîne de
            traitement Données – Informations – Connaissances est ainsi au cœur
            de cette problématique et l’utilisation croissante de méta-données, si
            possible en lien avec des ontologies adaptées
            à leur sémantique, est un des facteurs de
            succès. Par ailleurs, les approches basées sur
            les représentations visuelles, sonores, olfac-
                                                                               gérer de grandes
            tives ou tactiles sont des sources majeures
            d’amélioration pour mieux comprendre ces
                                                                               masses de
            informations.                                                      données variées
Parmi toutes ces données figurent des informations confi-
            dentielles (pour un individu, une entreprise,
            une organisation, etc.). La croissance conjuguée des volumes d’infor-
            mation et de l’intérêt porté par des industries ou des gouvernements
            à leur exploitation appelle une vigilance accrue et la mise en place de
            principes et d’outils garantissant respect de la vie privée, droit à l’oubli
            ou encore protection de la confidentialité. Pour établir cette confiance
            indispensable, il importe de combiner différentes approches complé-
            mentaires, allant du chiffrement des données élémentaires jusqu’à
            la mise en œuvre d’un véritable droit d’inventaire et d’oubli sur nos
            informations personnelles, en passant par la conception et l’adoption
            de protocoles sûrs.


    Géopolitique
       des
       données

•   Les services du web 2.0 ne cessent de   •  Tous ces services sont d’accès libre.      •   Les données sociales sont aujourd’hui
se développer. Les moteurs de recherche     Leur modèle économique repose sur             une ressource pour la société numérique
et les encyclopédies participatives ont     la valeur marchande des données four-         que l’on peut comparer aux matières
complètement modifié notre accès au         nies par les utilisateurs, bien souvent       premières pour l’industrie traditionnelle.
savoir. Les réseaux sociaux et les blogs    à leur insu. Des inquiétudes se font jour     Capturer les données sociales est donc
révolutionnent nos interactions avec        sur le respect des personnes, de leur vie     un enjeu stratégique pour la société,
le monde et de nouveaux systèmes ne         privée. Aujourd’hui, ces données servent      pour l’économie mais aussi pour la
cessent d’émerger, remettant en ques-       essentiellement à profiler les utilisateurs   sécurité. Les États-Unis dominent plus
tion par exemple la manière d’enseigner,    pour cibler efficacement la publicité.        des deux tiers des plus grandes sociétés
et à terme, notre système éducatif.         Demain, la valeur ajoutée proviendra          de la toile. L’Asie, et tout particulièrement
                                            d’un spectre d’applications bien plus         la Chine, est très active, alors que
                                            étendu et subtil.                             l’Europe demeure en retrait. Réussir
                                                                                          dans la société de l’information s’avère
                                                                                          pourtant un des enjeux majeurs du
                                                                                          développement économique de notre
                                                                                          continent.
La majorité des données, en particulier personnelles, est aujourd’hui stockée
                                                                                            dans de grandes centrales numériques (Data centers), essentielle-
                                                                                            ment centralisées par quelques acteurs majeurs (centrales d’achat,
                                                                                            moteurs de recherche, réseaux sociaux, etc.). De manière alternative,            Un déluge
                                                                                                                                                                                      de
• O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017




                                                                                            des solutions parallèles ou distribuées se développent, tant pour
                                                                                                                                                                                      données
                                                                                            le stockage que pour le traitement de ces données. Ces solutions                     télévisuelles
                                                                                            appellent de nouveaux paradigmes et algorithmes, pour les moteurs
                                                                                            de recherche comme pour les réseaux sociaux, tout en posant de nou-          •   Le marché de la télévi-
                                                                                            velles questions d’hétérogénéité, d’interopérabilité mais également          sion connaît de profonds
                                                                                                                                                                         bouleversements : au côté
                                                                                            de législation et droit.                                                     des acteurs traditionnels
                                                                                 De façon complémentaire, les initiatives de type Open Data (et Linked Open              (chaînes de télévision)
                                                                                            Data) donnant librement accès aux données, en particulier collecti-          apparaissent maintenant
                                                                                                                                                                         les géants numériques
                                                                                            ves, devraient à leur tour se généraliser et concerner de nombreuses
                                                                                                                                                                         via Internet. Si Apple
                                                                                            facettes du monde numérique, notamment en ouvrant de nouvelles               (avec iTunes store)
                                                                                            perspectives pour produire des informations à forte valeur ajoutée par       est déjà le leader des
                                                                                            intégration de diverses sources de données ouvertes.                         marchés de la vidéo à
                                                                                                                                                                         la demande et Amazon
                                                                                                                                                                         (avec Netflix) celui de

                                                                                 Les interactions et les usages                                                          la télévision par abon-
                                                                                                                                                                         nement, Google pourrait
                                                                                  Réservés à l’origine à des spécialistes informaticiens, les systèmes numériques        révolutionner la télévision
                                                                                                                                                                         gratuite avec You Tube.
                                                                                            se sont progressivement ouverts à des professionnels non informa-
  14                                                                                        ticiens, puis au grand public. Originellement consacrés à des calculs        •  Google TV propose
                                                                                            n’impliquant que la saisie de valeurs numériques via un clavier ou un        un programme varié
                                                                                                                                                                         composé d’émissions,
                                                                                            support magnétique, ces systèmes numériques se sont diversifiés et
                                                                                                                                                                         de jeux, d’applications
                                                                                            offrent aujourd’hui une très vaste palette d’applications. Cette expan-      à télécharger, d’un accès
                                                                                            sion s’est accompagnée de l’apparition de nouveaux périphériques de          aux réseaux sociaux mais
                                                                                            saisie comme la souris ou le joystick, et plus récemment de surfaces         aussi des flux You Tube.
                                                                                                                                                                         En 2012, ce site met cha-
                                                                                            tactiles popularisées par l’iPhone d’Apple, ou encore d’accessoires is-      que seconde une nouvelle
                                                                                            sus du monde du jeu, depuis l’Eye Toy de Sony jusqu’à la Kinect de           heure de vidéo en ligne ;
                                                                                            Microsoft.                                                                   en d’autres termes, une
                                                                                                                                                                         année de production
                                                                                 La quasi-totalité de ces applications requiert une action motrice explicite de
                                                                                                                                                                         de You Tube correspond
                                                                                            l’utilisateur, par exemple pour saisir un texte sur un clavier, interagir    en durée à 36 siècles de
                                                                                            vocalement ou pour glisser son doigt sur un écran. Tout en conservant        production d’une chaîne
                                                                                            et en améliorant la robustesse de ce type d’interaction, les années          de télévision classique.
                                                                                                                                                                         Autre constat : en 5 ans,
                                                                                            futures verront l’augmentation des usages pilotés par un comporte-           You Tube a mis en ligne
                                                                                            ment implicite de l’utilisateur : qu’il s’agisse d’applications impliquant   plus de vidéos que les
                                                                                            une reconnaissance automatique de personnes, ou bien des systèmes            3 principaux réseaux
                                                                                            nécessitant la capture du comportement de l’utilisateur tant externe         de télévision américains
                                                                                                                                                                         en 60 ans. En 2011, le site
                                                                                            (ses gestes physiques) qu’interne (ses états mentaux).                       a ainsi comptabilisé plus
                                                                                 Un autre axe de développement des usages repose sur l’interconnexion entre              de 1000 milliards de
                                                                                            les systèmes numériques, qui permet une réutilisation de données             vues, soit une moyenne
                                                                                                                                                                         de 140 par habitant.
                                                                                            produites dans une application à l’intérieur d’un autre logiciel. Issue
                                                                                            du monde professionnel autour du concept d’interopérabilité, cette
                                                                                                                                                                         •   Ces chiffres illustrent
                                                                                            tendance s’est progressivement étendue au domaine du web et des              le changement d’échelle
                                                                                            réseaux sociaux principalement dans des buts commerciaux. Ainsi              de la création actuelle
                                                                                                                                                                         de contenus numéri-
                                                                                            plus personne n’est surpris de se voir proposer des offres correspon-        ques par rapport à la
                                                                                            dant à ses centres d’intérêt dans une application de géolocalisation sur     production de contenus
                                                                                            son smartphone. Cette évolution va certainement encore s’amplifier           « conventionnels ». Cette
                                                                                                                                                                         explosion ne se résume
                                                                                            et nécessitera bien entendu des réflexions et des démarches pour
                                                                                                                                                                         pas simplement à une
                                                                                            s’assurer que ces échanges d’information respectent les principes de         augmentation mais induit
                                                                                            vie privée et de confidentialité.                                            des problèmes de mise en
                                                                                 Un troisième axe de développement des usages dérive directement de l’appari-            œuvre totalement inédits
                                                                                                                                                                         (stockage, mise en ligne
                                                                                            tion des systèmes distribués et des terminaux mobiles. Aujourd’hui,          pour des millions d’uti-
                                                                                            nous sommes tous habitués à lire nos courriels sur n’importe quelle          lisateurs, recherche de
                                                                                            plateforme et donc dans n’importe quel environnement : domicile,             l’information souhaitée…)
                                                                                            bureau, transports. De plus en plus de logiciels seront développés           et d’une telle complexité
                                                                                                                                                                         que seules des avancées
                                                                                            de façon à être utilisables sur des équipements différents. Du smart-        scientifiques permettent
                                                                                            phone et de la tablette à l’ordinateur de bureau ou au nuage, il faudra      de les résoudre.
                                                                                            rendre ces capacités multi plateformes toujours plus transparentes
                                                                                            à l’utilisateur.
                                                                                 Cette augmentation considérable du nombre d’utilisateurs a entraîné la multi-
                                                                                            plication d’usages différents, et nécessite la conception d’interfaces
                                                                                            Homme – Machine (IHM) beaucoup plus ouvertes. Il convient en
                                                                                            particulier de prendre en compte le degré de spécialisation, l’âge, la
                                                                                            langue, la culture numérique, les capacités physiques et mentales, en
particulier les handicaps, des utilisateurs. Plus globalement, il importe
           maintenant d’envisager des utilisateurs aux « caractéristiques » incon-
           nues rejoignant ainsi la notion d’incertitude déjà évoquée pour les
           systèmes et les données.
           L’acceptabilité par les utilisateurs, liée en particulier au plaisir d’utilisa-
           tion, s’impose aujourd’hui comme un critère supplémentaire que doi-
           vent prendre en compte les IHM, s’ajoutant aux concepts plus classi-
           ques de précision, de facilités d’apprentissage et d’emploi. L     ’étude de
           cette acceptabilité passe aussi par des recherches pluridisciplinaires
           avec des spécialistes de sciences humaines et sociales (ergonomes,




                                                                                             PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE
           psychologues, sociologues…).
D’un point de vue plus technique, les années futures verront la progression
           des interfaces incluant des dispositifs de capture d’une activité
           humaine externe, un geste ou une pos-
           ture, et interne, un état physiologique et
           en particulier une activité cérébrale, et la
           création de nouvelles métaphores exploi-
                                                                  interfaces
           tant ces dispositifs. Il s’agira par exemple
           de dépasser l’exploitation actuelle des sur-
                                                                  homme-machine
           faces tactiles cantonnée à des tâches 2D               plus ouvertes
           simples, telles que le défilement des listes
           de contacts ou bien le redimensionnement                                            15
           d’une photo, pour les transformer en interface avec des espaces 3D
           comme ceux d’un jeu ou d’une application de conception assistée.
Symétriquement, de nouveaux équipements produisant un phénomène « réel »
           tel qu’une force ou une sensation vont continuer à se développer dans
           de nombreux domaines d’application. Un défi global sera de combiner
           diverses modalités d’interaction (tactile, capture de mouvement, de
           parole) et de restitution (image relief, son spatialisé, forces, vibrations)
           avec la contrainte d’un coût maîtrisé. Les jeux vidéo et leur extension
           sous forme de « jeux sérieux » (Serious games) continueront de jouer
           un rôle moteur dans la mise au point de ces plateformes qui vont vrai-
           semblablement faire évoluer la notion même de relations humaines,
           comme ont déjà commencé à le faire les réseaux sociaux.
Dans ce contexte, les systèmes robotiques constituent un enjeu majeur de
           recherches et de technologies. Depuis les robots industriels évolués,
           l’automatisation des moyens de locomotion (voitures, trains, avions)
           jusqu’aux compagnons humanoïdes pour le jeu ou pour l’assistance,
           les développements en robotique mettent en jeu des recherches com-
           binant les techniques évoluées de perception de commande et d’ap-
           prentissage, la fiabilité, les modélisations du comportement humain
           incluant par exemple la notion de curiosité. Les robots constituent des
           plateformes d’intégration complexes des recherches et technologies
           de tous les domaines du numérique. Ils sont également des champs
           d’investigation particulièrement riches quant à la modélisation et la
           gestion des comportements sociaux avec d’autres robots ou d’inte-
           ractions avec des humains en situation individuelle ou collective.
16
                                                                                     • I n r i a • R a ppo rt st r at é g i qu e 2 014 – 2 017




Robot humanoïde Acroban, plateforme expérimentale d’apprentissage des robots.
Équipe FLOWERS.




Maillage 3D adapté à l’écoulement d’air
à l’arrière d’un avion supersonique.
Équipe GAMMA 3.
Les modèles
 La démarche des chercheurs pour progresser dans la compréhension et aller
           vers une résolution numérique efficace des grands défis scientifiques            Les
           et sociétaux s’appuie sur le triangle vertueux « modélisation – simu-               modèles

           lation – expérimentation », avec une contrainte centrale de passage à       •   Le développement
           l’échelle à tous les niveaux qui s’est considérablement renforcée avec      de l’informatique a
                                                                                       profondément renou-
           l’augmentation vertigineuse des moyens actuels de calcul et de la           velé une activité qui,
           quantité de données expérimentales disponibles.                             depuis le début du XVIIe
Les modèles sont des représentations mathématiques ou informatiques issues             siècle, est à la base de




                                                                                                                      PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE
                                                                                       la démarche scientifi-
           de l’abstraction plus ou moins importante d’une situation concrète
                                                                                       que : la construction de
           ou virtuelle donnée. Les modèles qui sont au cœur du numérique              modèles. Un modèle est
           peuvent être continus ou discrets, déterministes, probabilistes ou          simplement la description
           non déterministes. Leur simulation numérique s’appuie sur d’autres          dans un langage donné
                                                                                       d’un phénomène naturel
           types de modèles, objets de recherches les plus fondamentales en            ou d’un objet construit
           informatique : les modèles de calcul, depuis des modèles classiques         par les hommes. Les
           basés sur l’architecture de von Neumann jusqu’à des modèles de              équations de Newton ou
           calcul et de communication quantiques en passant par des modèles            les équations de Maxwell
                                                                                       modélisent ainsi des phé-
           biologiques, membranaires ou encore chimiques. Leur étude, leur             nomènes mécaniques ou
           extension et leur utilisation au sein de dispositifs physiques de traite-   électromagnétiques dans
           ment effectif de l’information sont au cœur de recherches multiples         le langage des équations
                                                                                       différentielles. Pour qu’ils
           et pluridisciplinaires.                                                                                      17
                                                                                       puissent être confrontés
L’augmentation de la complexité physique des systèmes à observer et à com-             à la réalité expérimentale,
           prendre, l’explosion combinatoire des coûts de calcul associés à leurs      il est important que ces
           simulations en vraie grandeur et la gestion des données nécessaires         modèles soient prédictifs,
                                                                                       c’est-à-dire qu’ils per­
           à ces simulations impliquent maintenant une démarche appropriée             mettent une simulation
           hiérarchique dès l’étape de modélisation. Le caractère naturellement        des phénomènes décrits
           multi physique et multi échelle des phénomènes étudiés renforce             et donc la prédiction
                                                                                       du résultat d’observations
           ce besoin. Ainsi, les modèles seront conçus pour capturer la bonne
                                                                                       ou d’expériences.
           information à la bonne échelle en décomposant le système complexe
           global étudié en une combinaison judicieuse de sous-systèmes plus
           canoniques et/ou plus réduits pour lesquels on pourra utiliser une
           modélisation appropriée et finement analysée. Cette approche de
           type couplage de modèles permettra d’avoir une démarche hybride
           permettant des combinaisons variées entre modélisations discrètes
           et continues, déterministes et probabilistes ou stochastiques, et natu-
           rellement multi échelles. Les aspects optimisation et contrôle de la
           dynamique des phénomènes à observer, ainsi
           que les besoins en analyse de sensibilité et
           de résolution de problèmes inverses seront
           naturellement intégrés à cette démarche.
                                                                capturer la bonne
           On soulignera également l’indispensable et
           délicate prise en compte, dès la modélisation,
                                                                information
           de la dimension incertaine des très grandes          à la bonne échelle
           masses de données issues des dispositifs
           expérimentaux.
Cette approche hiérarchique de la modélisation devra se traduire de manière cal-
           culatoire en une conception et une mise en œuvre haute performance
           elle aussi hiérarchique, voire multi résolution, des algorithmes et des
           codes numériques de simulation à partir d’une approche couplant
           judicieusement des bibliothèques de codes. Le traitement informa-
           tique des grandes masses de données constitue dans ce cadre un
           axe majeur de recherche. La structure physique elle aussi hiérarchique
           des grandes plateformes de calcul, calculateurs péta/exaflopiques
           avec différents niveaux de parallélisme ou grilles ou nuages dans
           une approche plus distribuée, sera naturellement favorable à cette
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Inria - Plan stratégique : objectif Inria 2020

  • 2.
  • 3. introduction • Objectif Inria 2020 Michel Cosnard Président directeur général d’Inria Depuis 1994 Inria conduit régulièrement un exercice de prospective et de stratégie qui se traduit par la rédaction d’un plan stratégique pluriannuel pour l’institut. La réflexion pour ce nouveau plan stratégique, couvrant la période 2013 – 2017 a été marquée par une rupture encore plus fon- , damentale que les précédentes, car ce sont aujourd’hui la société 1 dans son ensemble, et tous nos concitoyens, qui doivent faire face à une véritable révolution numérique. Les sciences informatiques et mathématiques, au cœur de nos activités, jouent un rôle central dans cette révolution qui impacte ainsi particulièrement notre institut. Le présent plan stratégique vise à positionner nos recherches et les innovations qui en sont issues, afin qu’elles contribuent à cette révo- lution, mais aussi qu’elles aident nos concitoyens à la comprendre et à y participer pleinement. Pour nous accompagner et nous aider à réfléchir à notre futur, nous avons fait appel aux compétences et à la vision de personnalités aux profils très différents : nos personnels bien sûr mais aussi des prospecti- vistes, des industriels, des entrepreneurs, des chercheurs de toutes disciplines, des penseurs et des philosophes. Ces témoignages, ces opinions parfois radicales, ont été des éléments essentiels de notre réflexion. Parmi ces grands penseurs, nous avons à plusieurs reprises pu échanger avec Michel Serres. Sa vision de l’évolution des sciences humaines et sociales suscitée par la lecture de notre plan stratégi- que et que nous reproduisons ci-dessous illustre parfaitement les questions difficiles, portant parfois leurs propres contradictions, que collectivement nous ne pouvons et nous ne devons pas ignorer. Son propos personnel, visionnaire et incisif illustre les profondes réflexions et évolutions qui sont en cours et que nos sciences ont pour devoir de contribuer à éclairer. Dans un contexte scientifique extrêmement concurrentiel et pour contribuer au meilleur niveau mondial, nous devons faire des choix, résultats d’une élaboration concertée au cœur de l’institut, et savoir les expliquer à nos partenaires nationaux et internationaux. Ce plan stratégique nous permet d’expliciter nos choix et de nous organiser pour contribuer à résoudre les défis, nombreux et difficiles qui se posent à nos sciences et à la société numérique. La dynamique de cette révolution est telle que, tout en avançant dans la résolution des défis que nous nous sommes donnés, nous aurons bien entendu à adapter régulièrement ce plan à des évolutions et sollicitations particulièrement rapides. Ces défis nécessiteront de rassembler toutes les compétences et les collabo- rations nécessaires à leur résolution tant en interne qu’en externe, nationalement et internationalement. Comme nous le faisons depuis longtemps avec les chercheurs des sciences de la matière et ceux des sciences de la vie et de la santé, nous souhaitons travailler en partenariat avec les chercheurs et experts des sciences humaines et sociales. Nous avons besoin de collaborer avec eux pour mieux com- prendre les évolutions de la société, pour les analyser conjointement et y contribuer, et relever ainsi les défis exaltants qui se posent aux sciences du numérique.
  • 4. La vision d’un grand témoin de notre temps • O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017 • vers de nouvelles Michel Serres Philosophe, historien des sciences sciences humaines ? 2 Le langage sculpta l’homme. Avec l’écriture, commença l’histoire. L ’imprimerie relança tout cela, au point que nous nommons Renaissance le temps de son avènement. Ces trois transformations majeures du couple sup- port-message – corps-parole, papier-texte, livres imprimés – induisirent des changements globaux plus décisifs dans l’humanité, les collectifs, le droit, la politique, les villes, les sciences et les religions… que ceux, souvent cités mais mille fois moins efficaces, causés par des choses dures, pierre taillée ou polie, âge du bronze, révolution industrielle. L’informatique opère aujourd’hui une quatrième coupure qui ouvre, une fois encore, un monde nouveau, celui dont le programme d’Inria fait le bilan et prépare les renouvellements, parfois difficiles à prévoir. Scientifique, ce nouveau monde mobilise plusieurs disciplines, puisqu’il déploie l’éventail qui sépare et unit les méthodes numériques aux sciences de la vie et de la Terre, en passant par la physique et la chimie. Technique, il se peuple de réseaux et de machines. Il transforme enfin de fond en comble nos conduites et préoccupations sociales, économiques, politiques, environnementales, pédagogiques, médicales, personnel- les, éthiques… Nous vivons le moment de bascule entre un ancien monde et le nouveau. L’informatique crée le monde dans lequel nous travaillons, vivons et pensons. Qu’elle s’occupe des conséquences et du suivi de ses propres inven- tions, quoi de plus normal ? Qu’elle prolonge ses exploits scientifiques et techniques, voilà le programme et ses projets. Qu’elle s’occupe, de plus, des conduites humaines induites par ces technologies, voilà des obligations inattendues, mais rendues nécessaires par le fait même que toute recherche, tout projet, tout développement concernant le numérique touchent aujourd’hui, je l’ai dit, l’ensemble de la société, l’enseignement, la santé, la politique, bref nos relations et nos ins- titutions. Or ces conduites humaines se trouvent, jusqu’à présent et, compte tenu des inerties collectives, sans doute encore pour longtemps, formatées dans et par le monde issu des précédentes révolutions, celles du langage oral, de l’écriture et de l’imprimerie… – même l’ordinateur s’ouvre comme un livre, dont l’écran reste encore une page qui se lit souvent ligne à ligne ! Donc le moment de bascule se double d’un changement auquel la société n’est pas toujours prête et résiste parfois. Ce changement de phase provoque des crises. D’où la seconde question concernant l’interdisciplinarité. Autant la première, fédérant les sciences dures, peut ne trouver d’obstacle que la bonne ou mauvaise volonté de ses participants, autant celle qui cherche à lier les sciences dures aux « douces » ne va pas de soi. Voici pourquoi. Je le répète, les révolutions précédentes, celles de l’écriture et de l’imprimerie, ont si longuement et profondément sculpté, modelé, formaté… nos politiques, notre droit, nos mœurs, idées, relations, bref nos vies personnelles et sociales que nous ne nous rendons plus compte de
  • 5. l’action profonde qu’exercent sur nous les anciens modèles issus de la parole, de l’écrit, de l’imprimé… si profonde même que certains d’entre nous pensent que l’état précédent celui d’aujourd’hui consti- tue notre « nature ». Évoqué à plusieurs reprises dans le rapport, le couplage pluridisciplinaire des sciences numériques avec les savoirs sociaux et humains se heurte donc à autre chose qu’à de la bonne volonté. Ces derniers, en effet, décrivent les collectifs et les individus qui forment actuellement nos sociétés occidentales, ou ceux des collectifs historiques, voire préhistoriques. Or, je le répète encore, tous et toutes furent, depuis des siècles et même des millénaires, longuement modelées, puissamment formatées ou par l’état unique- ment oral ou par les révolutions successives de l’écriture et de l’im- primerie ; les réseaux divers de relations humaines, les institutions de pouvoir, de santé, d’enseignement et de recherche, les organisations collectives, mieux encore, le fond cognitif qu’expriment la littérature, les arts et les philosophies dépendent étroitement de ces pratiques séculaires et même millénaires. Du coup, aussi précises, aussi rigou- reuses qu’elles soient, les descriptions qu’en dessinent les sciences humaines et sociales en dépendent, ainsi que les méthodes qu’elles utilisent. Heurtées de plein fouet par la nouvelle donne, elles peuvent, outillées par l’état qui la précède, la recevoir et la comprendre mal. Comment ces savoirs-là, conditionnés par ces formats, aideront-ils à 3 comprendre le monde nouveau et à en prévoir les développements, issus des techniques numériques ? Reflétant donc le changement de phase dont je parlais tantôt, l’interface entre les disciplines dures et humaines entre en crise aussitôt. Autrement dit, l’informatique produit des réseaux de relations inédites et des institutions à l’état naissant, des individus originaux et des collectifs insolites. Comme la plupart des recherches scientifiques et techniques d’aujourd’hui, elle pose, de surcroît, des questions d’éthique, concer- nant la vie privée des individus et publique des collectifs. Seul, un renouvellement parallèle des sciences humaines les rendrait capables de comprendre et de décrire ces nouveautés-là, mêlant avantages incontestables et risques imprévus. Non seulement pour l’avenir des recherches propres à Inria, mais aussi pour le futur de nos sociétés, peut-être vaudrait-il mieux que les artisans de l’informatique forment leurs propres chercheurs aux sciences sociales et aux questions éthiques, quitte à les remodeler, plutôt que d’aller chercher dans ces disciplines telles qu’elles existent aujourd’hui, des chercheurs autrement formatés. Quitte à les remodeler ? Exemple : que la masse énorme des données mondiales concernant la démographie, les transports, l’économie, agriculture, industrie, finance et commerce, l’enseignement et la recherche, l’état de santé des populations, celui de la planète… devienne accessible au plus grand nombre, alors qu’hier même le plus puissant des tyrans ou le plus savant des législateurs n’en disposaient pas, voilà un fait propre à faire bifurquer, peut-être plus vite qu’on ne s’y attend, les institutions politiques et les sciences qui en parlent, l’expertise se déplaçant brutalement du sommet de quelque pouvoir ou des analyses de rares spécialistes, aux anciens sujets dans leur quasi totalité. Cela renverse la forme même, séquentielle, de la société. Tout se passe alors comme dans un jeu où l’informatique, prenant l’initiative et jouant les premiers coups, en remodèlerait les règles et la forme même de l’échiquier. Allégée soudain par ces innovations mobilisatrices, l’inertie socio-politique, massive, peut fondre ou se liquéfier. J’ajoute un doute à ce pari, trop dynamique et peut-être forcé : cette inertie collective, le frein issu des soupçons, le refus de nouveauté, bref les conservatismes ne jouent pas toujours négativement, car ils peuvent servir aux décideurs et même aux inventeurs de halte réflexive et de ralentissement sapiential. Je persiste cependant : l’avenir politique de nos collectivités est une chose trop sérieuse pour être laissée aux mains et aux réflexions des hommes et des sciences politiques ; et leur destin humain et social est une chose trop sérieuse pour que nous la laissions dépendre des sciences sociales ou humaines actuelles.
  • 6. 1 Introduction Objectif Inria 2020 • O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017 2 vision d’un grand témoin de notre temps La Vers de nouvelles sciences humaines ? 6 Mission et identité PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE 11 Des défis des sciences du numérique • Les systèmes • Les données 4 • Les interactions et les usages • Les modèles 18 Les défis posés au numérique par les autres domaines scientifiques ou sociétaux • La santé et le bien-­ tre ê •L ’énergie et les ressources naturelles •L ’environnement et le développement durable • La société et l’éducation OBJECTIFS STRATÉGIQUES D’INRIA 27 Stratégie scientifique • Le positionnement de la stratégie scientifique • Les principes d’implication scientifique • Des sciences utiles à l’humain, à la société et la connaissance —L ’humain en tant que tel : santé et bien-­ tre ê — ’humain et ses environnements : de l’individu à la société, L de l’habitat à la planète —L ’humain et la connaissance : émergence, médiation et éducation • Les recherches prioritaires au cœur de nos sciences — Calculer le futur : modèles, logiciels et systèmes numériques Le défi de la modélisation multi-­ chelle intégrant les incertitudes é e défi des très grands systèmes numériques, embarqués L ou enfouis et des systèmes de systèmes e défi de la programmation des très grands logiciels prenant L en compte les impératifs de fiabilité, de sûreté et de sécurité — Maîtriser la complexité : données, réseaux et flux e défi de la transformation du déluge de données L en bibliothèques de connaissances dignes de confiance Le défi d’une cyber-­ ommunication généralisée, c sûre et respectueuse de la vie privée — Interagir avec les mondes réels et numériques : interactions, usages et apprentissage Le défi de l’apprentissage non supervisé e défi d’une interaction transparente entre l’homme L et son environnement numérique
  • 7. 37 Stratégie de transfert • Inria dans un système français en pleine mutation • Partenariats industriels • Transfert technologique 40 Stratégie de développement technologique et d’expérimentation 41 Stratégie européenne et internationale •L’Europe : une priorité stratégique d’Inria •L’international : conforter l’impact de nos collaborations TA B L E D E S M AT I È R E S 43 Stratégie de déploiement territorial MISE EN ŒUVRE DE LA STRATÉGIE 5 50 mpliquer les équipes-­ rojets dans de nouveaux défis I p avec les Inria Labs 52 aire d’Inria et de ses centres de recherche une référence F en sciences du numérique 53 aire d’Inria un catalyseur du développement F de l’économie numérique • Augmenter la performance de l’institut pour les partenariats industriels et le transfert • Accompagner la croissance des PME / ETI de l’édition logicielle • Augmenter les interactions avec les leaders mondiaux • Assumer le rôle de leader français du transfert technologique dans le domaine logiciel 56 Faire savoir 57 Consolider les leaderships européen et mondial 58 Développer le capital humain : compétences et potentiels • Rester attractif • Développer et capitaliser les compétences • Cultiver le sens du collectif 61 évelopper la qualité et l’efficience des services D de soutien à la recherche et de support • Améliorer le pilotage et mettre en place des méthodes et des processus adaptés • Structurer l’offre de service et améliorer sa qualité • Bâtir un système d’information plus complet et plus agile • Faire évoluer l’information scientifique et technique et l’organisation des manifestations scientifiques 63 Dynamiser veille, prospective et stratégie
  • 8. Mission statutaire • O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017 d’Inria •   Créé en 1967 dans le cadre du plan calcul, l’IRIA est devenu institut national en 1979 et a pris le statut d’EPST en 1985, comme Institut national de recherche en informa- tique et en automatique (Inria), sous double tutelle des ministères en charge de la recherche et de l’industrie. Ses missions sont : 1 •  d’entreprendre des recherches fondamentales et appliquées ; 2 •  de réaliser des systèmes expérimentaux ; 6 3 •  d’organiser des échanges scientifiques MISSION internationaux ; 4 •  d’assurer le ET IDENTITÉ transfert et la diffusion des connaissances et du savoir-faire ; 5 •  de contribuer à la valorisation des résultats des recherches ; 6 •  de contribuer, notam- ment par la formation, Dans le cadre de son décret fondateur d’EPST national sous double tutelle des à des programmes ministères en charge de la recherche et de l’industrie, Inria a pour de coopération pour missions de produire une recherche d’excellence dans les champs le développement ; 7 •  d’effectuer des informatiques et mathématiques des sciences du numérique (voir expertises scientifiques ; l’encadré « Sciences du numérique et sciences numériques »), et 8 •  de contribuer de garantir l’impact, notamment économique et sociétal, de cette à la normalisation. recherche. Inria couvre l’ensemble du spectre des recherches au cœur de ces domaines d’activités, et intervient sur les questions, en lien avec le numérique, posées par les autres sciences et par les acteurs économiques et sociétaux. La société vit une « transformation numérique » dont les conséquences sur l’en- semble des activités humaines sont encore extrêmement loin d’être comprises et maîtrisées et qui met en jeu de nombreux acteurs au-delà du monde de la recherche. Le rôle fondamental de la recherche en numérique et d’Inria est de construire des connaissances et d’inven- ter des solutions et des technologies pour la société numérique. La valeur ajoutée d’Inria est dès lors sa capacité à amplifier et accélérer les impacts scientifique, technologique, économique et sociétal de la recherche académique française dans le domaine du numérique, en tirant parti de l’assemblage unique de compétences mises en œuvre, de ses savoir-faire et de sa notoriété internationale, au bénéfice du développement économique et social de la France et de l’Europe.
  • 9. Équipes-projets, Inria Labs et centres de recherche Inria •   Pour conduire ses recherches, •   Les équipes-projets, souvent Inria s’appuie sur des équipes-projets communes avec d’autres acteurs combinant des compétences au cœur de la recherche, sont déployées des sciences informatiques et mathé- au sein de huit centres de recherche. matiques. Pour permettre la réalisation Inria est donc un institut national avec d’objectifs particulièrement ambitieux, une très forte implication territoriale, éventuellement pluridisciplinaires, qui lui permet de mettre en œuvre la structuration en équipes-projets est des priorités nationales et européennes complétée par la mise en place d’Inria en s’appuyant sur les spécificités Labs donnant la possibilité à plusieurs et les dynamiques locales. équipes-projets et à des partenaires extérieurs à Inria de collaborer dans le cadre d’une organisation et d’une direction affirmées, s’articulant avec celles des équipes-projets sous-jacentes. 7 Sciences du numérique et sciences numériques •   Dans son accord-cadre fondateur, le périmètre de l’Alliance des sciences et technologies du numé- La stratégie d’Inria est fondée sur : rique (Allistene) est défini • une politique scientifique définie au niveau national, basée sur une comme l’ensemble des programmation stratégique et sur la mise en place de dispositifs opé- STIC (Sciences et Tech- nologies de l’Information rationnels de soutien à la recherche ; et de la Communication), • une politique de transfert au bénéfice de l’ensemble du système de sur leurs volets logiciels recherche et d’innovation français ; et matériels. C’est cette définition qui sera prise • une politique d’attractivité, d’originalité et de culture de talents, fon- par la suite pour Sciences dée aussi sur l’accueil de personnels en mobilité ; du numérique, au sein • un ancrage régional au cœur des pôles universitaires et des écosys- desquelles Inria concentre tèmes économiques et sociaux innovants ; son action dans le domai- ne des sciences informa- • un déploiement européen et international à même de donner un tiques et mathématiques : effet de levier aux acteurs français ; informatique, automati- • une implication dans les dispositifs d’enseignement, de médiation que, robotique, traitement du signal, réseaux et com- scientifique et de formation. munication numérique, Acteur européen et international, Inria est opérateur national de recherches en modélisation, simulation sciences du numérique et est un interlocuteur privilégié de l’État pour et calcul intensif. Par les questions du numérique. Il est membre fondateur d’Allistene, l’Al- ailleurs, chaque discipline scientifique a développé liance des sciences et technologies du numérique. L ’institut déploie au cours des dernières an- sa politique nationale via ses centres de recherche, en se positionnant nées un volet numérique. comme acteur et partenaire des politiques régionales menées par les Les Sciences numériques (Computational sciences) entités académiques, économiques et sociétales. désignent cette approche Au-delà des structures, ce qui fait l’identité et la force d’Inria c’est sa capacité scientifique basée sur à développer une culture de l’innovation scientifique, à stimuler la un recours massif aux créativité de la recherche en numérique en se donnant les moyens de modélisations informati- ques et mathématiques et comprendre l’environnement dans lequel nous évoluons, d’anticiper à la simulation : ingénierie les tendances lourdes qui affectent ses domaines par une veille et une numérique, médecine ouverture au monde extérieur fortes, de soutenir les recherches dans numérique, biologie nu- lesquelles il croit, en sachant en assumer les risques scientifiques. mérique, archéologie numérique, mécanique numérique en sont des exemples.
  • 11. Géométrie algorithmique : intersection de quadriques. Équipe VEGAS. PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE
  • 12. • O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017 10 Le monde est devenu numérique ! Toutes les activités humaines, économiques, scientifiques ou industrielles présentent aujourd’hui des enjeux liés, de manière plus ou moins importante, aux progrès scienti- fiques et technologiques des champs informatiques et mathématiques des sciences du numérique. Bien entendu, et c’est aussi ce qui fait leur richesse et leur inté- rêt, les sciences du numérique interagissent fortement avec les autres disciplines. Il est courant que les avancées d’un autre domaine scientifique irriguent les sciences du numérique, ou qu’une question applicative débouche sur un problème fondamental inédit à résoudre. Des défis majeurs auxquels les champs informatiques et mathé- matiques des sciences du numérique vont devoir faire face sont présentés ci-après à travers quatre concepts essentiels : les systèmes, les données, les usages et les modèles. Les avancées résultant des travaux sur ces défis influenceront en retour de nombreux domaines applicatifs. Quelques enjeux jugés essentiels sont ensuite examinés syn- thétiquement. Ils sont issus de problématiques soulevées par la société ou par d’autres disciplines scientifiques. Les sciences du numérique contribuent à les appréhender, le plus souvent dans des approches pluridisciplinaires.
  • 13. des défis 1 des sciences du numérique PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE Les systèmes Les systèmes numériques sont aujourd’hui composés de matériels, de réseaux et de logiciels dont les tailles se chiffrent en milliards de transistors, en millions de lignes de code et en millions de connexions, dépassant maintenant la complexité de tous les autres systèmes conçus par l’homme. En évolution constante, ces systèmes vont encore connaître des ruptures majeures dans les années à venir : d’une part avec l’ap- parition de calculateurs « partout » autour de nous, souvent de façon imperceptible, quasiment toujours connectés via un réseau ; d’autre 11 part avec la construction de machines dotées d’un très grand nombre de processeurs. Ces ruptures généreront des défis scientifiques et technologiques de très grande ampleur. Nous continuerons à être environnés d’un nombre croissant de calculateurs dans les situations de notre vie courante (domicile, voiture, ville…). À brève échéance, des dizaines de milliards d’objets très divers communique- ront. La gestion (au sens large, c.à.d. gestion des accès aux données, de la sécurité, des performances...) de milliards de communications simultanées pose des problèmes considérables allant bien au-delà de ce que les mécanismes de gestion actuels peuvent prendre en compte. Un défi, parmi d’autres, est la capacité à programmer ces réseaux. Ceci est lié à leur virtualisation permettant, sur une même infrastructure physique, de déployer des réseaux virtuels gérés de façon étanche et paramétrable. L ’évolution de l’Internet devra par ailleurs permettre de prendre en compte de manière plus fondamen- tale l’information (Information Centric Networking) et va entraîner l’évolution (voire la refonte) de son architecture qui pourra passer du paradigme de recherche d’une machine à celui de la recherche d’une information dans le contexte du web sémantique prenant en compte la signification même des informations stockées ou transportées. Dans ce contexte, les réseaux de capteurs enfouis au sein des objets, voire des personnes, vont se déployer encore plus massivement. Le change- ment le plus significatif réside dans le caractère incertain de leur orga- nisation. Initialement parfaitement structurés dans des réseaux, les capteurs ont vocation à être disséminés de façon non supervisée. Il devient alors nécessaire de développer des des dizaines systèmes s’adaptant dynamiquement à ces organisations non planifiées et qui devront, au de milliards d’objets fil du temps, faire face aux extensions mais communiqueront aussi aux défauts de fonctionnement tels que des arrêts ou des défaillances. Par ailleurs, les matériels vont continuer à évoluer en intégrant un nombre crois- sant de processeurs à la fois génériques et spécialisés, et conduire à des machines exaflopiques1, probablement vers 2018. Il faut accom- 1. C’est-à-dire pagner ainsi trois ruptures consécutives, le passage aux multi-cœurs, capable la diversification des accélérateurs spécialisés et, du fait de la densité d’effectuer 1018 opéra- d’intégration et des limites induites par les contraintes énergétiques, tions par seconde (1015 la capacité à s’adapter aux erreurs des processeurs. opérations Le développement de matériels offrant un potentiel de traitement de plus en pour un pétaflop). plus important ne conduit plus automatiquement à une augmentation des performances. Il est désormais impératif de s’interroger sur leur exploitation et donc sur leur programmation. Ces évolutions techno-
  • 14. logiques entraînent la création de nouveaux paradigmes permettant de s’adapter à toute la gamme des matériels disponibles : systèmes embarqués, architectures multi-cœurs, machines massivement paral- lèles, ou distribuées. • O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017 La prise en compte du caractère dynamique des nouveaux matériels est une des questions-clés. Que ce soit au sein d’une machine parallèle, d’un nuage (Cloud) ou d’un réseau de capteurs, l’augmentation du nombre d’unités de traitement ou d’acquisition augmente la probabilité qu’un ensemble de composants devienne indisponible en cours d’exécu- tion. Il est donc devenu indispensable d’intégrer la gestion de cette incertitude dans le logiciel. Cela amène à la conception de langages adaptés et au développement de techniques de compilation prenant en compte, outre les incertitudes de disponibilité des composants, leur distribution et leur réactivité potentielle. L’empreinte écologique est un des défis majeurs communs à tous ces matériels (GreenIT) ; il est par exemple fondamental de déterminer un compro- mis entre performance et dépense énergétique tout en maîtrisant la dissipation calorifique, en diversifiant les énergies utilisées et récupérées. L’omniprésence de ces systèmes numériques dans la plupart des activités humai- nes, professionnelles ou personnelles, pose avec acuité les questions 12 centrales de la sûreté et de la sécurité de ces systèmes. Il importe de poursuivre les efforts déjà entrepris pour vérifier, dès la conception, le bon fonctionnement d’un système numérique. Les méthodes de preuve ou de vérification de programmes devront évoluer vers des certifications garantissant que le logiciel fournit les services attendus et définis par les utilisateurs, prenant en compte le cas échéant la dimension « temps-réel » des systèmes, en particulier embarqués. Mais, quels que soient les progrès réalisés, il n’est pas raisonnable de prédire la disparition d’erreurs, notamment humaines. Ainsi, il est impératif de continuer à travailler sur l’amélioration de la fiabilité des systèmes numériques, de façon à garantir une résilience accrue aux pannes. La notion « d’adaptation », tant du logiciel que du matériel, à ces défauts s’affirme clairement comme une direction de recherche importante. numérisques : La sécurité doit impérativement être prise en compte dès la conception des systèmes pour antici- objets per les malveillances, de plus en plus nom- d’une attention breuses, sophistiquées et souvent conduites automatiquement. Les « numérisques » (les spécifique risques liés au numérique) doivent faire l’ob- jet d’une attention spécifique tant dans leur analyse scientifique que dans le cadre d’initiatives de transfert et d’innovation. Les systèmes numériques sont souvent constitués de briques hétérogènes assemblées de manière dynamique, et forment donc en fait des systèmes de systèmes. Comme il n’existe généralement pas de conception globale, la maîtrise des interrelations entre toutes ces structures demeure un problème difficile. Les conséquences d’erreurs en cascade ne sont pas réellement appréhendées et la réaction, en cas de crise, difficilement adaptée. Il convient donc de travailler sur la modélisation et la simulation de ces systèmes complexes afin de mieux les concevoir et de mieux les comprendre. Il faut aussi développer des méthodes de prévision et de gestion des risques afin de faire face aux inévitables erreurs résiduelles.
  • 15. Les données Dans les systèmes constitués par les matériels, les réseaux et les systèmes que nous avons évoqués au paragraphe précédent circulent de très gran- des masses de données (Big data) de provenances diverses : don- nées résultant de calculs, issues de capteurs ou bien produites par des saisies humaines. Le stockage, l’échange, l’organisation, l’exploi- tation et la manipulation de ces données soulèvent des défis majeurs. Selon leur origine, les données ont des structures, types et formats très variés : il peut s’agir de textes, d’images, de parole, de musique, PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE de contenus audio, de vidéos, mais aussi de données avec une struc- ture particulière (tableau, liste, etc.). Trouver le bon compromis entre généricité et efficacité pour gérer de grandes masses de données variées reste un verrou essentiel. Repérer les données dans les espa- ces de stockage ou les flux de transfert requiert souvent d’établir un compromis entre vitesse de traitement et pertinence des données. Des réflexions sur des critères de mesure de la qualité des données, dont certaines peuvent être incertaines voire erronées, sont indis- pensables. L ’analyse de ces données constitue également un enjeu fondamental. Il convient de distinguer les données brutes existant dans le monde numérique des informations que nous en extrayons et des connaissances que 13 nous pouvons construire à partir d’elles. La création d’une chaîne de traitement Données – Informations – Connaissances est ainsi au cœur de cette problématique et l’utilisation croissante de méta-données, si possible en lien avec des ontologies adaptées à leur sémantique, est un des facteurs de succès. Par ailleurs, les approches basées sur les représentations visuelles, sonores, olfac- gérer de grandes tives ou tactiles sont des sources majeures d’amélioration pour mieux comprendre ces masses de informations. données variées Parmi toutes ces données figurent des informations confi- dentielles (pour un individu, une entreprise, une organisation, etc.). La croissance conjuguée des volumes d’infor- mation et de l’intérêt porté par des industries ou des gouvernements à leur exploitation appelle une vigilance accrue et la mise en place de principes et d’outils garantissant respect de la vie privée, droit à l’oubli ou encore protection de la confidentialité. Pour établir cette confiance indispensable, il importe de combiner différentes approches complé- mentaires, allant du chiffrement des données élémentaires jusqu’à la mise en œuvre d’un véritable droit d’inventaire et d’oubli sur nos informations personnelles, en passant par la conception et l’adoption de protocoles sûrs. Géopolitique des données •   Les services du web 2.0 ne cessent de •  Tous ces services sont d’accès libre. •   Les données sociales sont aujourd’hui se développer. Les moteurs de recherche Leur modèle économique repose sur une ressource pour la société numérique et les encyclopédies participatives ont la valeur marchande des données four- que l’on peut comparer aux matières complètement modifié notre accès au nies par les utilisateurs, bien souvent premières pour l’industrie traditionnelle. savoir. Les réseaux sociaux et les blogs à leur insu. Des inquiétudes se font jour Capturer les données sociales est donc révolutionnent nos interactions avec sur le respect des personnes, de leur vie un enjeu stratégique pour la société, le monde et de nouveaux systèmes ne privée. Aujourd’hui, ces données servent pour l’économie mais aussi pour la cessent d’émerger, remettant en ques- essentiellement à profiler les utilisateurs sécurité. Les États-Unis dominent plus tion par exemple la manière d’enseigner, pour cibler efficacement la publicité. des deux tiers des plus grandes sociétés et à terme, notre système éducatif. Demain, la valeur ajoutée proviendra de la toile. L’Asie, et tout particulièrement d’un spectre d’applications bien plus la Chine, est très active, alors que étendu et subtil. l’Europe demeure en retrait. Réussir dans la société de l’information s’avère pourtant un des enjeux majeurs du développement économique de notre continent.
  • 16. La majorité des données, en particulier personnelles, est aujourd’hui stockée dans de grandes centrales numériques (Data centers), essentielle- ment centralisées par quelques acteurs majeurs (centrales d’achat, moteurs de recherche, réseaux sociaux, etc.). De manière alternative, Un déluge de • O b j e c t i f I n r i a 2 0 2 0 • P l a n st r at é g i qu e 2 013 – 2 017 des solutions parallèles ou distribuées se développent, tant pour données le stockage que pour le traitement de ces données. Ces solutions télévisuelles appellent de nouveaux paradigmes et algorithmes, pour les moteurs de recherche comme pour les réseaux sociaux, tout en posant de nou- •   Le marché de la télévi- velles questions d’hétérogénéité, d’interopérabilité mais également sion connaît de profonds bouleversements : au côté de législation et droit. des acteurs traditionnels De façon complémentaire, les initiatives de type Open Data (et Linked Open (chaînes de télévision) Data) donnant librement accès aux données, en particulier collecti- apparaissent maintenant les géants numériques ves, devraient à leur tour se généraliser et concerner de nombreuses via Internet. Si Apple facettes du monde numérique, notamment en ouvrant de nouvelles (avec iTunes store) perspectives pour produire des informations à forte valeur ajoutée par est déjà le leader des intégration de diverses sources de données ouvertes. marchés de la vidéo à la demande et Amazon (avec Netflix) celui de Les interactions et les usages la télévision par abon- nement, Google pourrait Réservés à l’origine à des spécialistes informaticiens, les systèmes numériques révolutionner la télévision gratuite avec You Tube. se sont progressivement ouverts à des professionnels non informa- 14 ticiens, puis au grand public. Originellement consacrés à des calculs •  Google TV propose n’impliquant que la saisie de valeurs numériques via un clavier ou un un programme varié composé d’émissions, support magnétique, ces systèmes numériques se sont diversifiés et de jeux, d’applications offrent aujourd’hui une très vaste palette d’applications. Cette expan- à télécharger, d’un accès sion s’est accompagnée de l’apparition de nouveaux périphériques de aux réseaux sociaux mais saisie comme la souris ou le joystick, et plus récemment de surfaces aussi des flux You Tube. En 2012, ce site met cha- tactiles popularisées par l’iPhone d’Apple, ou encore d’accessoires is- que seconde une nouvelle sus du monde du jeu, depuis l’Eye Toy de Sony jusqu’à la Kinect de heure de vidéo en ligne ; Microsoft. en d’autres termes, une année de production La quasi-totalité de ces applications requiert une action motrice explicite de de You Tube correspond l’utilisateur, par exemple pour saisir un texte sur un clavier, interagir en durée à 36 siècles de vocalement ou pour glisser son doigt sur un écran. Tout en conservant production d’une chaîne et en améliorant la robustesse de ce type d’interaction, les années de télévision classique. Autre constat : en 5 ans, futures verront l’augmentation des usages pilotés par un comporte- You Tube a mis en ligne ment implicite de l’utilisateur : qu’il s’agisse d’applications impliquant plus de vidéos que les une reconnaissance automatique de personnes, ou bien des systèmes 3 principaux réseaux nécessitant la capture du comportement de l’utilisateur tant externe de télévision américains en 60 ans. En 2011, le site (ses gestes physiques) qu’interne (ses états mentaux). a ainsi comptabilisé plus Un autre axe de développement des usages repose sur l’interconnexion entre de 1000 milliards de les systèmes numériques, qui permet une réutilisation de données vues, soit une moyenne de 140 par habitant. produites dans une application à l’intérieur d’un autre logiciel. Issue du monde professionnel autour du concept d’interopérabilité, cette •   Ces chiffres illustrent tendance s’est progressivement étendue au domaine du web et des le changement d’échelle réseaux sociaux principalement dans des buts commerciaux. Ainsi de la création actuelle de contenus numéri- plus personne n’est surpris de se voir proposer des offres correspon- ques par rapport à la dant à ses centres d’intérêt dans une application de géolocalisation sur production de contenus son smartphone. Cette évolution va certainement encore s’amplifier « conventionnels ». Cette explosion ne se résume et nécessitera bien entendu des réflexions et des démarches pour pas simplement à une s’assurer que ces échanges d’information respectent les principes de augmentation mais induit vie privée et de confidentialité. des problèmes de mise en Un troisième axe de développement des usages dérive directement de l’appari- œuvre totalement inédits (stockage, mise en ligne tion des systèmes distribués et des terminaux mobiles. Aujourd’hui, pour des millions d’uti- nous sommes tous habitués à lire nos courriels sur n’importe quelle lisateurs, recherche de plateforme et donc dans n’importe quel environnement : domicile, l’information souhaitée…) bureau, transports. De plus en plus de logiciels seront développés et d’une telle complexité que seules des avancées de façon à être utilisables sur des équipements différents. Du smart- scientifiques permettent phone et de la tablette à l’ordinateur de bureau ou au nuage, il faudra de les résoudre. rendre ces capacités multi plateformes toujours plus transparentes à l’utilisateur. Cette augmentation considérable du nombre d’utilisateurs a entraîné la multi- plication d’usages différents, et nécessite la conception d’interfaces Homme – Machine (IHM) beaucoup plus ouvertes. Il convient en particulier de prendre en compte le degré de spécialisation, l’âge, la langue, la culture numérique, les capacités physiques et mentales, en
  • 17. particulier les handicaps, des utilisateurs. Plus globalement, il importe maintenant d’envisager des utilisateurs aux « caractéristiques » incon- nues rejoignant ainsi la notion d’incertitude déjà évoquée pour les systèmes et les données. L’acceptabilité par les utilisateurs, liée en particulier au plaisir d’utilisa- tion, s’impose aujourd’hui comme un critère supplémentaire que doi- vent prendre en compte les IHM, s’ajoutant aux concepts plus classi- ques de précision, de facilités d’apprentissage et d’emploi. L ’étude de cette acceptabilité passe aussi par des recherches pluridisciplinaires avec des spécialistes de sciences humaines et sociales (ergonomes, PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE psychologues, sociologues…). D’un point de vue plus technique, les années futures verront la progression des interfaces incluant des dispositifs de capture d’une activité humaine externe, un geste ou une pos- ture, et interne, un état physiologique et en particulier une activité cérébrale, et la création de nouvelles métaphores exploi- interfaces tant ces dispositifs. Il s’agira par exemple de dépasser l’exploitation actuelle des sur- homme-machine faces tactiles cantonnée à des tâches 2D plus ouvertes simples, telles que le défilement des listes de contacts ou bien le redimensionnement 15 d’une photo, pour les transformer en interface avec des espaces 3D comme ceux d’un jeu ou d’une application de conception assistée. Symétriquement, de nouveaux équipements produisant un phénomène « réel » tel qu’une force ou une sensation vont continuer à se développer dans de nombreux domaines d’application. Un défi global sera de combiner diverses modalités d’interaction (tactile, capture de mouvement, de parole) et de restitution (image relief, son spatialisé, forces, vibrations) avec la contrainte d’un coût maîtrisé. Les jeux vidéo et leur extension sous forme de « jeux sérieux » (Serious games) continueront de jouer un rôle moteur dans la mise au point de ces plateformes qui vont vrai- semblablement faire évoluer la notion même de relations humaines, comme ont déjà commencé à le faire les réseaux sociaux. Dans ce contexte, les systèmes robotiques constituent un enjeu majeur de recherches et de technologies. Depuis les robots industriels évolués, l’automatisation des moyens de locomotion (voitures, trains, avions) jusqu’aux compagnons humanoïdes pour le jeu ou pour l’assistance, les développements en robotique mettent en jeu des recherches com- binant les techniques évoluées de perception de commande et d’ap- prentissage, la fiabilité, les modélisations du comportement humain incluant par exemple la notion de curiosité. Les robots constituent des plateformes d’intégration complexes des recherches et technologies de tous les domaines du numérique. Ils sont également des champs d’investigation particulièrement riches quant à la modélisation et la gestion des comportements sociaux avec d’autres robots ou d’inte- ractions avec des humains en situation individuelle ou collective.
  • 18. 16 • I n r i a • R a ppo rt st r at é g i qu e 2 014 – 2 017 Robot humanoïde Acroban, plateforme expérimentale d’apprentissage des robots. Équipe FLOWERS. Maillage 3D adapté à l’écoulement d’air à l’arrière d’un avion supersonique. Équipe GAMMA 3.
  • 19. Les modèles La démarche des chercheurs pour progresser dans la compréhension et aller vers une résolution numérique efficace des grands défis scientifiques Les et sociétaux s’appuie sur le triangle vertueux « modélisation – simu- modèles lation – expérimentation », avec une contrainte centrale de passage à •   Le développement l’échelle à tous les niveaux qui s’est considérablement renforcée avec de l’informatique a profondément renou- l’augmentation vertigineuse des moyens actuels de calcul et de la velé une activité qui, quantité de données expérimentales disponibles. depuis le début du XVIIe Les modèles sont des représentations mathématiques ou informatiques issues siècle, est à la base de PROSPECTIVE SCIENTIFIQUE la démarche scientifi- de l’abstraction plus ou moins importante d’une situation concrète que : la construction de ou virtuelle donnée. Les modèles qui sont au cœur du numérique modèles. Un modèle est peuvent être continus ou discrets, déterministes, probabilistes ou simplement la description non déterministes. Leur simulation numérique s’appuie sur d’autres dans un langage donné d’un phénomène naturel types de modèles, objets de recherches les plus fondamentales en ou d’un objet construit informatique : les modèles de calcul, depuis des modèles classiques par les hommes. Les basés sur l’architecture de von Neumann jusqu’à des modèles de équations de Newton ou calcul et de communication quantiques en passant par des modèles les équations de Maxwell modélisent ainsi des phé- biologiques, membranaires ou encore chimiques. Leur étude, leur nomènes mécaniques ou extension et leur utilisation au sein de dispositifs physiques de traite- électromagnétiques dans ment effectif de l’information sont au cœur de recherches multiples le langage des équations différentielles. Pour qu’ils et pluridisciplinaires. 17 puissent être confrontés L’augmentation de la complexité physique des systèmes à observer et à com- à la réalité expérimentale, prendre, l’explosion combinatoire des coûts de calcul associés à leurs il est important que ces simulations en vraie grandeur et la gestion des données nécessaires modèles soient prédictifs, c’est-à-dire qu’ils per­ à ces simulations impliquent maintenant une démarche appropriée mettent une simulation hiérarchique dès l’étape de modélisation. Le caractère naturellement des phénomènes décrits multi physique et multi échelle des phénomènes étudiés renforce et donc la prédiction du résultat d’observations ce besoin. Ainsi, les modèles seront conçus pour capturer la bonne ou d’expériences. information à la bonne échelle en décomposant le système complexe global étudié en une combinaison judicieuse de sous-systèmes plus canoniques et/ou plus réduits pour lesquels on pourra utiliser une modélisation appropriée et finement analysée. Cette approche de type couplage de modèles permettra d’avoir une démarche hybride permettant des combinaisons variées entre modélisations discrètes et continues, déterministes et probabilistes ou stochastiques, et natu- rellement multi échelles. Les aspects optimisation et contrôle de la dynamique des phénomènes à observer, ainsi que les besoins en analyse de sensibilité et de résolution de problèmes inverses seront naturellement intégrés à cette démarche. capturer la bonne On soulignera également l’indispensable et délicate prise en compte, dès la modélisation, information de la dimension incertaine des très grandes à la bonne échelle masses de données issues des dispositifs expérimentaux. Cette approche hiérarchique de la modélisation devra se traduire de manière cal- culatoire en une conception et une mise en œuvre haute performance elle aussi hiérarchique, voire multi résolution, des algorithmes et des codes numériques de simulation à partir d’une approche couplant judicieusement des bibliothèques de codes. Le traitement informa- tique des grandes masses de données constitue dans ce cadre un axe majeur de recherche. La structure physique elle aussi hiérarchique des grandes plateformes de calcul, calculateurs péta/exaflopiques avec différents niveaux de parallélisme ou grilles ou nuages dans une approche plus distribuée, sera naturellement favorable à cette approche hiérarchique globale.