Industrie 4.0 et Systèmes Cyber-Physiques

Industrie 4.0 et Systèmes Cyber-Physiques (I402201, semestre 2, 3 crédits) présente la transformation numérique des infrastructures énergétiques : capteurs connectés, réseaux industriels temps réel, jumeaux numériques, cloud et edge computing, et la cybersécurité indispensable dès que l’on relie un automate ou un SCADA à un réseau. Le point de vue est celui de l’ingénieur GEEL chargé de superviser une centrale PV, un poste HTA/BT ou un parc de mini-réseaux ruraux dispersés sur le territoire nigérien, avec des contraintes fortes : connectivité intermittente (3G/4G, satellite), chaleur et poussière, coupures d’électricité, ressources humaines rares sur site. Chaque chapitre associe fondements, architectures de référence, calculs de dimensionnement (débits, latences, disponibilités) et études de cas.

Objectifs d’apprentissage

• Comprendre les piliers de l’Industrie 4.0 et leur application aux infrastructures énergétiques.
• Concevoir des systèmes cyber-physiques (CPS) pour la supervision et la commande des réseaux EnR.
• Maîtriser les jumeaux numériques (digital twins) pour la simulation et l’optimisation des actifs.
• Analyser les enjeux de cybersécurité dans les systèmes industriels connectés (ICS/SCADA).

Prérequis

Automatisme 2 / API & SCADA (APG3303) : automates, Modbus, supervision ; Électronique Numérique 2 (ELN4302) : microcontrôleurs, bus de communication. Des bases de réseaux IP (adressage, TCP/UDP) et de Python sont utiles.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Industrie 4.0 : Fondements et Piliers
2. Leçon 2 — Digital Twins pour les Systèmes Énergétiques
3. Leçon 3 — Cloud et Edge Computing pour l’Énergie
4. Leçon 4 — Cybersécurité des Systèmes Industriels

Travaux pratiques

• TP 1 (Leçon 2) : jumeau numérique d’une installation PV 3 kWc — modèle, synchronisation avec les mesures, alerte.
• TP 2 (Leçon 3) : passerelle edge avec agrégation locale et stockage-retransmission (store-and-forward).
• TP 3 (Leçon 4) : détection d’intrusion Modbus/TCP avec Snort et Zeek sur une capture de trafic OT.

Modalités d’évaluation

Volume horaire : CM 18 h, TD 6 h, TP 6 h, TPE 30 h (CTT 60 h, 3 crédits). Évaluation : contrôle continu 40 % (comptes rendus de TP, étude de cas) + examen terminal 60 % — nature mixte.

Bibliographie

• Schwab K., The Fourth Industrial Revolution, World Economic Forum.
• Lee E. A. & Seshia S. A., Introduction to Embedded Systems — A Cyber-Physical Systems Approach, MIT Press.
• Knapp E. D. & Langill J. T., Industrial Network Security, Syngress.
• Série de normes CEI 62443, Sécurité des systèmes d’automatisation et de commande industrielle.