Les réseaux électriques intelligents (Smart Grids) se sont développés en tant que structures complexes intégrant des réseaux de communication, des ressources énergétiques distribuées et des dispositifs intelligents. Cependant, cette intégration a généré diverses vulnérabilités, soulevant des préoccupations et des défis majeurs en matière de sécurité. Les Smart Grids actuels sont vulnérables à diverses cyberattaques, ce qui a conduit les chercheurs à développer des techniques de détection, d’atténuation et de prévention de ces attaques. Cet article se concentre spécifiquement sur les attaques par replay dans les Smart Grids, en reconnaissant la nécessité critique de traiter cette menace particulière. À travers une revue complète de la littérature existante concernant la détection, l'atténuation et la prévention des attaques par replay dans les Smart Grids, les micro-réseaux et les systèmes cyber-physiques (CPS), nous visons à fournir des perspectives sur des stratégies de défense efficaces applicables aux diverses infrastructures énergétiques interconnectées.

Après avoir étudié le filtrage et le traitement de signaux simulés (voir ressource « Filtrage numérique avec GNU Radio : approche expérimentale » [1]), il est intéressant de se confronter à des signaux radio réels issus de systèmes du quotidien. Cette approche permet d’introduire concrètement plusieurs notions fondamentales de la radio logicielle moderne : représentation complexe des signaux, traitement en bande de base, analyse fréquentielle et démodulation numérique. Contrairement aux signaux purement réels manipulés habituellement en électronique ou en traitement analogique, les récepteurs SDR (Software Defined Radio) fournissent généralement des signaux complexes composés de deux voies : une composante en phase I et une composante en quadrature Q. Cette représentation, très présente dans les systèmes de communication modernes, permet de conserver simultanément les informations d’amplitude et de phase du signal reçu tout en simplifiant de nombreuses opérations de traitement numérique. L’objectif de cet article est de proposer une approche expérimentale et progressive de ces notions à l’aide de GNU Radio. Cet environnement graphique permet de construire facilement des chaînes de traitement tout en visualisant en temps réel les différentes étapes du traitement du signal. Chaque opération peut ainsi être isolée, observée et reliée directement aux concepts théoriques associés. Le support choisi ici est une sonnette sans fil fonctionnant dans la bande ISM 433 MHz. Ce type de dispositif utilise généralement une modulation simple de type OOK (On-Off Keying), particulièrement adaptée à une première approche de la démodulation radio. À partir du signal reçu par une clé SDR, nous montrerons comment observer le spectre, extraire l’enveloppe du signal, décoder les informations transmises puis reproduire l’émission à l’aide d’un émetteur SDR. Au-delà de l’aspect purement technique, ces expériences permettent également d’aborder certaines problématiques concrètes liées à la robustesse et à la sécurité des communications radio : rejeu de trames, sensibilité au brouillage et limites de certains protocoles radio simples encore présents dans des équipements grand public.

Cet article a pour objet d’apporter les éléments d’une activité pédagogique pratique autour de la réception et du décodage des signaux ADS-B (Automatic Dependent Surveillance–Broadcast) émis par les aéronefs civils à 1090 MHz. Dans le contexte de l’enseignement en BTS CIEL, l’étude de ces signaux en radio logicielle avec GNU Radio permet aux étudiants de confronter les concepts enseignés en physique avec le concret. L'idée centrale est ici d'utiliser le nombre d'avions détectés comme indicateur observable et motivant de la performance de chaque antenne réalisée. En utilisant un récepteur de radio logicielle peu onéreux et le logiciel open-source GNU Radio, les étudiants construisent leurs propres antennes, reçoivent en temps réel les trames de position des avions, les décodent et comparent leurs résultats avec les données publiées par exemple par Flightradar24. Cette approche développe simultanément des compétences en propagation radio, en traitement du signal numérique, en protocoles de communication, en programmation Python et en cybersécurité. La radio logicielle (Software Defined Radio, SDR) offre un terrain d'exploration exceptionnel pour le co-enseignement Physique–Informatique en BTS CIEL. Cet article repose sur la mise en œuvre de GNU Radio en enseignement de physique par Thomas LAVARENNE qu’il a présentée en particulier à l’European GNU Radio Days

La radio-logicielle (SDR en anglais pour Software Defined Radio) est un système de transmission de l’information utilisant une onde radioélectrique comme support de transmission. Du point de vue des signaux échangés entre les antennes d’émission et de réception, rien ne distingue les signaux issus d’un système SDR de ceux d’un système radio « conventionnel », ce sont les mêmes signaux répondant aux mêmes normes. La différence fondamentale réside dans leur élaboration et dans leur traitement. Si pour les systèmes de radio usuels, ces opérations sont réalisées avec des composants analogiques : amplificateur, multiplieur, additionneur, soustracteur, filtre, boucle à verrouillage de phase, oscillateur…, elles sont effectuées numériquement dans les systèmes SDR. Pour cela, les systèmes SDR sont composés d’une chaine d’acquisition numérique, d’une bibliothèque de programmes de traitement numérique du signal et de quelques composants analogiques permettant la réception et/ou l’émission physique de signaux hautes fréquences. Cet article, qui vise à présenter et illustrer les principes de fonctionnement de la radio-logicielle, est organisé en quatre parties. La première partie s’attachera à présenter l’architecture matérielle permettant la réalisation physique d’un système SDR. Dans une deuxième partie, nous présenterons les composants logiciel nécessaires à sa mise en œuvre et en particulier la suite logicielle GNU Radio. Enfin, en section trois et quatre, et puisque de radio il s’agit, nous présenterons deux exemples de réalisation : l’un relatif à la radio FM stéréo, le second portant sur la radio DAB+.

Le filtrage numérique constitue un élément central du traitement du signal moderne. Il est présent dans un grand nombre de systèmes, allant des communications radio aux applications audio, en passant par l’instrumentation et l’analyse de données. Malgré cette importance, son enseignement reste souvent très théorique, ce qui peut rendre difficile l’appropriation concrète des concepts. GNU Radio permet de dépasser cette difficulté. Cet environnement offre la possibilité de manipuler des signaux en temps réel, de visualiser leur évolution et de tester directement l’effet des paramètres d’un filtre. Cette approche expérimentale permet de relier de manière immédiate les équations de filtrage à leur impact réel. Dans cet article, nous proposons une progression basée sur des manipulations simples. L’étude est ensuite approfondie en explorant le lien entre sélectivité fréquentielle et coût de calcul, avant d’introduire les outils de conception de filtres.

La radio logicielle (Software Defined Radio – SDR) transforme la manière de concevoir et d’expérimenter les systèmes de communication en confiant au logiciel une part importante des fonctions autrefois réalisées par des circuits matériels spécialisés. Cette approche offre une grande souplesse pour le prototypage et permet surtout de rendre accessibles des expérimentations qui étaient auparavant réservées à des équipements de laboratoire coûteux. Les quatre articles de ce dossier illustrent la diversité des applications pédagogiques de GNU Radio. Après une présentation des principes fondamentaux de la radio logicielle, plusieurs réalisations permettent d'aborder concrètement le traitement numérique du signal, le filtrage et les techniques de démodulation. Une application autour d’une sonnette sans fil permet notamment d’introduire les enjeux liés à la sécurité des communications radio. Le dossier se poursuit avec le décodage des signaux ADS-B de l’aviation civile, offrant une expérimentation mobilisant à la fois physique, traitement du signal, propagation, programmation et cybersécurité. L’utilisation de logiciels libres et de matériels désormais abordables contribue ainsi à démocratiser l’expérimentation en radio logicielle et à rapprocher les enseignements théoriques de situations concrètes. Ces outils constituent une opportunité pour développer des activités pédagogiques reproductibles et préparer les étudiants aux technologies qu’ils seront amenés à rencontrer dans leur parcours professionnel.

Pour ce numéro 120 de la revue 3EI, le dossier principal est consacré à « GNU Radio : applications de la radio logicielle », une thématique au croisement des technologies de communication, du traitement du signal et de la pédagogie. La radio logicielle (Software Defined Radio – SDR) transforme la manière de concevoir et d’expérimenter les systèmes de communication en confiant au logiciel une part importante des fonctions autrefois réalisées par des circuits matériels spécialisés. Cette approche offre une grande souplesse pour le prototypage et permet surtout de rendre accessibles des expérimentations qui étaient auparavant réservées à des équipements de laboratoire coûteux. Les quatre articles de ce dossier illustrent la diversité des applications pédagogiques de GNU Radio. Après une présentation des principes fondamentaux de la radio logicielle, plusieurs réalisations permettent d'aborder concrètement le traitement numérique du signal, le filtrage et les techniques de démodulation. Une application autour d’une sonnette sans fil permet notamment d’introduire les enjeux liés à la sécurité des communications radio. Le dossier se poursuit avec le décodage des signaux ADS-B de l’aviation civile, offrant une expérimentation mobilisant à la fois physique, traitement du signal, propagation, programmation et cybersécurité. L’utilisation de logiciels libres et de matériels désormais abordables contribue ainsi à démocratiser l’expérimentation en radio logicielle et à rapprocher les enseignements théoriques de situations concrètes. Ces outils constituent une opportunité pour développer des activités pédagogiques reproductibles et préparer les étudiants aux technologies qu’ils seront amenés à rencontrer dans leur parcours professionnel. La rubrique hors thème est consacrée à la cybersécurité des réseaux électriques intelligents. À travers l’étude des attaques par rejeu et des contre-mesures permettant de s’en prémunir, cette contribution rappelle l’importance de la protection des infrastructures critiques et met en évidence les liens croissants entre réseaux de communication, traitement du signal et cybersécurité. Un numéro qui met ainsi en lumière la radio logicielle comme outil d’expérimentation, de formation et d’innovation, tout en ouvrant une réflexion plus large sur les enjeux de sécurité des systèmes communicants.

Pour ce numéro 120 de la revue 3EI, le dossier principal est consacré à « GNU Radio : applications de la radio logicielle », une thématique au croisement des technologies de communication, du traitement du signal et de la pédagogie. La radio logicielle (Software Defined Radio – SDR) transforme la manière de concevoir et d’expérimenter les systèmes de communication en confiant au logiciel une part importante des fonctions autrefois réalisées par des circuits matériels spécialisés. Cette approche offre une grande souplesse pour le prototypage et permet surtout de rendre accessibles des expérimentations qui étaient auparavant réservées à des équipements de laboratoire coûteux. Les quatre articles de ce dossier illustrent la diversité des applications pédagogiques de GNU Radio. Après une présentation des principes fondamentaux de la radio logicielle, plusieurs réalisations permettent d'aborder concrètement le traitement numérique du signal, le filtrage et les techniques de démodulation. Une application autour d’une sonnette sans fil permet notamment d’introduire les enjeux liés à la sécurité des communications radio. Le dossier se poursuit avec le décodage des signaux ADS-B de l’aviation civile, offrant une expérimentation mobilisant à la fois physique, traitement du signal, propagation, programmation et cybersécurité. L’utilisation de logiciels libres et de matériels désormais abordables contribue ainsi à démocratiser l’expérimentation en radio logicielle et à rapprocher les enseignements théoriques de situations concrètes. Ces outils constituent une opportunité pour développer des activités pédagogiques reproductibles et préparer les étudiants aux technologies qu’ils seront amenés à rencontrer dans leur parcours professionnel. La rubrique hors thème est consacrée à la cybersécurité des réseaux électriques intelligents. À travers l’étude des attaques par rejeu et des contre-mesures permettant de s’en prémunir, cette contribution rappelle l’importance de la protection des infrastructures critiques et met en évidence les liens croissants entre réseaux de communication, traitement du signal et cybersécurité. Un numéro qui met ainsi en lumière la radio logicielle comme outil d’expérimentation, de formation et d’innovation, tout en ouvrant une réflexion plus large sur les enjeux de sécurité des systèmes communicants.