Dans un contexte marqué par la place grandissante des systèmes et objets intelligents (pour la mobilité, l’énergie, le manufacturing, les communications…) ainsi que celles des données (qu’elles soient issues de l’industrie ou du monde académique), le CEA entend contribuer à une transition numérique préservant les intérêts stratégiques, économiques et de souveraineté de la France et répondant aux préoccupations sociétales et environnementales comme aux besoins scientifiques et industriels.
Le CEA dispose d’un éventail unique de compétences répondant aux différents enjeux de la transformation numérique.
Depuis les années 2000, la transformation numérique, et l’évolution des usages qu’elle engendre, bouleverse profondément notre société. Cette transformation s’est accélérée avec la crise sanitaire et les périodes de confinement que nous avons connues. Et des sujets, comme l’accessibilité des réseaux et des équipements, la consommation d’énergie et l’impact environnemental lié aux pratiques numériques, et de façon plus globale la vulnérabilité des systèmes, sont devenus majeurs. Le numérique de puissance (calcul haute performance, traitement de données massives) est depuis de nombreuses années un « outil » indispensable à la réalisation d’un nombre grandissant de programmes du CEA.
Dans sa mission de soutien technologique à l’innovation industrielle, le CEA dispose d’un éventail unique de compétences répondant aux différents enjeux de cette transformation. Irrigués par des recherches fondamentales d’excellence, bénéficiant de plateformes technologiques innovantes, le tout couplé à une culture entrepreneuriale et industrielle forte, ses travaux, portés par plus de 3 000 collaborateurs, couvrent l’ensemble de la chaîne de valeur du numérique : depuis la conception de composants les plus avancés, y compris à l’échelle nanométrique, jusqu’à la mise au point de solutions numériques globales (matérielles et logicielles) intégrant une approche cybersécurité. Afin de renforcer sa capacité à répondre aux enjeux associés à la transition numérique, le CEA a mené, durant l’année 2020, un exercice de prospective qui a mobilisé plus de 200 experts issus de l’ensemble de ses directions opérationnelles et dont les conclusions, présentées fin 2021, ont permis d’affiner sa vision et sa stratégie en matière de numérique.
L’activité des équipes du CEA, principalement à la Direction de la recherche technologique et la Direction de la recherche fondamentale, concerne à la fois la R&D sur les différentes technologies numériques, qu'elles soient matérielles ou logicielles, ainsi qu’en amont des recherches plus fondamentales. Trois grands sujets sont ainsi couverts : la microélectronique (matériels), les systèmes numériques (logiciels) et la cybersécurité pour assurer leur protection et leur intégrité (composants comme systèmes).
En microélectronique, où le CEA s’est investi dès l’origine par ses recherches sur l’atome, des travaux sont menés à la fois sur la conception de circuits intégrés et de dispositifs (objets communicants, imageurs…). Ils concernent également les nanosciences et l’ingénierie quantique explorés autour de deux axes : d’une part, la nano-physique avec l’objectif de maîtriser et manipuler des phénomènes de nature quantique pour en obtenir de nouvelles propriétés fonctionnelles, d’autre part la synthèse, la modélisation et la caractérisation de nanomatériaux, de nano-objets et de nano-dispositifs et de capteurs. Le savoir-faire des équipes du CEA dans les technologies quantiques a fait de l’organisme un des co-pilotes du plan gouvernemental appuyé sur le PIA4, et en particulier le Programme et Équipements Prioritaires de Recherche (PEPR) « Quantique », consacré à ces technologies, avec le CNRS, Inria, en association avec les Universités.
Pour les systèmes numériques, le CEA explore plusieurs voies : les technologies de l’intelligence artificielle ; les systèmes cyber-physiques, conçus comme des réseaux informatiques avec des entrées et des sorties physiques (au lieu de dispositifs autonomes) ; les outils et l’ingénierie pour la conception et la validation des systèmes numériques, avec par exemple les plateformes Papyrus (permettant de modéliser « pas à pas » le système informatique à mettre au point) et Frama-C (analyse et preuve de programmes) ; enfin, l’instrumentation numérique où, pour le contrôle non destructif, le CEA occupe une position de « leader mondial » avec son logiciel de simulation CIVA.
Avec le développement grandissant du numérique, la cybersécurité est devenue un enjeu majeur pour les États et les acteurs économiques, et un secteur d’activité en forte croissance avec des acteurs industriels nationaux compétitifs. Parce qu’il est confronté à des problématiques propres de cybersécurité en tant qu’exploitant de ses systèmes d’information (SI) et opérateur de systèmes industriels (ICS), le CEA mène à la fois des actions opérationnelles et de R&D. C’est notamment le cas dans les domaines de la production et de la gestion de l’énergie ainsi que de la sécurité globale. Sur ce champ, il s’agit d’une part de répondre à ses besoins propres et à ceux de la DGA et de l’industrie française de la Défense (Thalès, MBDA, Naval Group…), d’autre part de mettre au point les technologies (logicielles et matérielles) des futures solutions de confiance qu’attendent les industriels cherchant à sécuriser leurs produits, systèmes et services. C’est cette expertise qui a conduit les pouvoirs publics, en février 2021, à confier au CEA, avec le CNRS et Inria, le pilotage du PEPR « Cybersécurité » dans le cadre du plan national de relance.
Tous ces travaux de recherches considèrent que la limitation de l’impact environnemental des applications du numérique est un enjeu majeur. Ainsi, des travaux sont menés pour réduire l’empreinte énergétique et environnementale de la fabrication des composants du numérique (analyse de cycle de vie, économie de matériaux critiques, matériaux de substitution, réparabilité…) et de leur usage (architectures et composants basse consommation, architecture des réseaux de données et utilisation de réseaux distribués…).
L’implication du CEA dans la transition numérique se retrouve également dans l’expertise qu’il a développée de longue date dans le domaine du calcul haute performance (HPC), notamment sous l’impulsion du « Programme simulation » porté par sa Direction des applications militaires, et par les besoins exponentiels des projets et outils de recherche en génération et traitement de données. Le CEA dispose ainsi, sur son site de Bruyères-le-Châtel, d’un complexe de calcul scientifique parmi les plus importants en Europe au service de la Défense, de l’industrie et de la recherche académique. Le CEA pilote ou participe également aux grandes infrastructures et plateformes numériques de recherche, notamment en santé avec France Génomique, le CATI ou encore N4HCloud.
Nombreux sont les domaines où la puissance de calcul joue désormais un rôle central. La simulation numérique et le HPC sont utilisés massivement depuis de nombreuses années, par exemple en climatologie pour mieux comprendre les phénomènes météorologiques ou évaluer les risques naturels ; en chimie et en biologie pour explorer les mécanismes du vivant ; en physique des matériaux pour qualifier de nouveaux concepts et éprouver leur robustesse ; dans le domaine de l’énergie pour concevoir les installations de demain ou faciliter la maintenance et la sûreté de fonctionnement des installations actuelles… En corollaire, l’exploitation des données est déterminante dans la compréhension et l’analyse des phénomènes physiques, chimiques et biologiques. Mais obtenir des résultats fiables et robustes nécessite de disposer de données massives et de qualité. Là encore, le CEA occupe une position particulière car il dispose d’une expertise reconnue dans la production et la maîtrise de telles données : données observationnelles, spatiales, environnementales, de santé, de physique fondamentale, résultats de simulations numériques…
Cette expertise concerne également la reconstitution d’informations sur des données parcellaires ou, plus important encore, par le croisement et l’intégration de données hétérogènes. Ce dernier point est fondamental pour la médecine : c’est grâce à l’analyse croisée de multiples sources de données de santé (génomiques, cliniques, imagerie…), rendues cohérentes et donc interprétables, qu’il sera possible de personnaliser diagnostics et traitements. Cette démarche s’appuie sur des équipes pluridisciplinaires, croisant ingénieurs-chercheurs et datascientists, et des plateformes aussi bien portées vers l’innovation industrielle que la recherche exploratoire (solutions quantiques, électronique ultime).
Fort de l’ensemble de ces compétences au sein de toutes les directions opérationnelles, le CEA a lancé en 2020 avec son partenaire allemand Forschungzentrum Jülich (FZJ), la création d’un laboratoire virtuel Franco-Allemand, AIDAS (AI – Data Analytics – Scalable Simulation) dans le domaine du numérique de puissance afin de renforcer les partenariats sur ces sujets et constituer un acteur de poids à l’échelle européenne.
Enfin, dans le prolongement des travaux de la mission numérique, le CEA s’est doté en 2021 d’un comité opérationnel pilote d’éthique du numérique dont la vocation est d’examiner les projets de recherche et de développement industriel envisagés par ses chercheurs afin d’évaluer la manière dont les questions éthiques qui peuvent se poser sont prises en compte. Il accompagne ainsi la recherche et le développement industriel au CEA afin que la démarche éthique fasse partie intégrante de ces projets scientifiques.
