Fiche de révision : Cybersécurité industrielle et architectures OT

📋 Plan du Cours

1. Objectifs et livrables de la formation
2. OT et systèmes industriels
3. Architectures ICS et modèle CIM
4. Composants de commande industrielle
5. Interfaces et supervision OT
6. Applications et systèmes de management
7. Stations de travail industrielles
8. Modèle Purdue et zones OT
9. Niveaux de l’architecture industrielle
10. Réseaux et protocoles industriels
11. Contraintes temporelles et continuité OT
12. Hétérogénéité et architectures historiques
13. Passerelles et réseaux redondants
14. Architectures cloud, fog et edge
15. IIoT et systèmes cyberphysiques
16. Jumeaux numériques et intelligence artificielle
17. Safety, fiabilité et cybersécurité

📖 1. Objectifs et livrables de la formation

★ À maîtriser

• La formation vise notamment à cartographier un système industriel, identifier les menaces OT, comprendre les réglementations, piloter un projet de cybersécurité OT et évaluer un produit industriel.

Compléments

• Les livrables attendus comprennent :

  • une cartographie
  • une analyse d’écarts
  • une analyse de risques Cyber OT
  • un plan Cyber OT
  • une évaluation produit
  • une gestion de crise
  • un rapport avec présentation à la direction

• Dans l’étude de cas TechnoForge, les participants jouent le rôle de consultants Cyber OT chargés d’auditer un site industriel et un produit.

📖 2. OT et systèmes industriels

🔑 Notions clés & Définitions

• Operational Technology : Gartner - Regroupe les matériels et logiciels qui détectent ou provoquent un changement par la surveillance directe ou le contrôle d’équipements, d’actifs, de processus et d’événements industriels.
• Information Technology : Gartner - Désigne l’ensemble des technologies de traitement de l’information, notamment les logiciels, matériels, technologies de communication et services associés.

★ À maîtriser

• Les objectifs de l’OT sont de contrôler les processus physiques industriels, de maintenir le système sous contrôle pour éviter les incidents et de suivre automatiquement les étapes de production en analysant résultat, productivité, qualité et temps.

Compléments

• Les exemples de systèmes industriels cités comprennent :
  • les feux de circulation
  • les réseaux de distribution électrique
  • la gestion et le traitement de l’eau
  • les réseaux ferrés et de signalisation
  • la vidéosurveillance
  • les réseaux d’objets
  • la maison intelligente
  • l’Industrie 4.0

• L’Industrie 4.0 est rendue possible par : l’Internet des objets, les solutions mobiles, le cloud, les systèmes cyberphysiques, l’analyse des données massives et l’intelligence d’affaires, les technologies avancées de fabrication comme la robotique et l’impression 3D

💡 Astuce mémo

L’OT agit sur le procédé physique ; l’IT traite l’information.

📖 3. Architectures ICS et modèle CIM

🔑 Notions clés & Définitions

• ICS : Un système numérique responsable du contrôle de procédés industriels, notamment la fabrication, les lignes de production et la distribution.
• PCS : Terme générique désignant un petit sous-système industriel qui effectue des tâches ou fonctions précises, comme une ligne d’assemblage.

★ À maîtriser

📌 Un système SCADA supervise des systèmes distribués sur de longues distances géographiques et est notamment utilisé dans la production d’énergie, la distribution et le traitement de l’eau ainsi que les usines chimiques.

📌 Un DCS est un système dédié au contrôle d’usines nécessitant des processus continus ou par batch dans un même lieu géographique, notamment dans les secteurs pharmaceutique, nucléaire et pétrochimique.

• Le modèle CIM vise à réduire le délai entre une idée et la mise sur le marché en conception, et à maîtriser en exploitation le triptyque coûts-qualité-délai, améliorer la productivité et minimiser le risque industriel.

Compléments

• La démarche descendante divise la partie commande en modules, chacun chargé de contrôler un sous-ensemble du système, afin de maîtriser la complexité de la commande.

💡 Astuce mémo

Visualiser l’usine comme une pyramide de fonctions, du procédé à la gestion.

📖 4. Composants de commande industrielle

🔑 Notions clés & Définitions

• Capteur : Mesure une grandeur physique et renvoie une image de cette grandeur au système de commande.
• RTU : Équipement déporté d’acquisition et de commande utilisé pour superviser des installations éloignées ou distribuées.

★ À maîtriser

• Les composants d’un système industriel sont répartis entre :

  • la partie opérative
  • la partie commande
  • la partie relation
  • la partie supervision

• La partie opérative comprend la chaîne de commande — préactionneur, actionneur et effecteur — ainsi que la chaîne d’observation constituée de capteurs.

• 🔄 La chaîne de commande suit cet ordre :
  1. Le préactionneur distribue l’énergie.
  2. L’actionneur convertit l’énergie distribuée.
  3. L’effecteur applique l’énergie mécanique au procédé.

Compléments

• La partie commande peut comprendre : un automate programmable industriel (API ou PLC), une unité terminale distante (RTU), un appareil électronique intelligent (IED), une unité de contrôle (CU)

💡 Astuce mémo

Mesurer → décider → distribuer l’énergie → agir.

📖 5. Interfaces et supervision OT

🔑 Notions clés & Définitions

• IED : Un appareil électronique intelligent utilisé dans les réseaux électriques et les infrastructures énergétiques peut mesurer, protéger, commander et communiquer avec un système SCADA.
• Temps de scrutation : Temps nécessaire à l’automate pour traiter la même partie de programme lors d’une scrutation, qui regroupe les quatre opérations cycliques I, E, T et S.
• Supervision : Regroupe les outils logiciels et matériels qui surveillent, pilotent et analysent un système automatisé sans intervenir directement dans son contrôle temps réel.

★ À maîtriser

• Les langages PLC cités dans IEC 61131-3 sont :
  • LD (Ladder Diagram)
  • FBD (Function Block Diagram)
  • ST (Structured Text)
  • IL (Instruction List)
  • SFC (Sequential Function Chart, associé au Grafcet)

Compléments

• Un IED peut mesurer le courant, la tension, la puissance, la fréquence et la qualité du réseau, protéger les installations, commander des disjoncteurs ou sectionneurs, enregistrer les événements et communiquer avec le SCADA ou la RTU.

• L’automate effectue continuellement quatre opérations désignées I, E, T et S, dans un fonctionnement cyclique.

• Le temps de scrutation est de l’ordre de la dizaine de millisecondes pour les applications standards.

• La supervision assure notamment :

  • la visualisation globale du procédé
  • la gestion des alarmes et événements
  • l’envoi de commandes supervisées
  • l’acquisition et l’historisation des données
  • l’aide à la décision

📌 Les robots industriels conviennent aux tâches répétitives à grande vitesse, puissance et précision, généralement dans des zones sécurisées, tandis que les cobots sont conçus pour coopérer au contact des personnes avec davantage de flexibilité et des exigences de sécurité plus strictes.

💡 Astuce mémo

L’IHM informe et permet l’action ; la supervision centralise et analyse sans assurer le contrôle temps réel.

📖 6. Applications et systèmes de management

🔑 Notions clés & Définitions

• Système de management OT : Regroupe les pratiques, outils et processus permettant de gérer, superviser, maintenir et sécuriser les systèmes industriels.
• MES : Système d’exécution des fabrications, focalisé sur les ateliers et les opérations de production, qui suit une pièce de la création de l’ordre de fabrication à la fin de fabrication.
• ERP : Intègre les fonctions de l’entreprise au niveau le plus élevé du CIM, sur un périmètre d’entreprise, et sert à planifier et organiser la production.

★ À maîtriser

• Le MES fédère les fonctions de production, qualité, maintenance et procédé, consolide les informations et alimente l’ERP, mais n’assure pas le contrôle du procédé.

Compléments

• Les composants applicatifs d’un système industriel comprennent : des serveurs applicatifs, des serveurs Historian, des serveurs de management, des stations d’ingénierie, de supervision, de maintenance et opérateur, des réseaux de contrôle, des réseaux de supervision, des réseaux IoT, des réseaux sans fil

• Le système de management OT couvre :

  • la gestion des actifs
  • la supervision
  • les configurations et sauvegardes
  • les correctifs
  • le monitoring réseau
  • les accès utilisateurs
  • la journalisation et l’audit

📌 L’ERP ne traite ni ne collecte les données en temps réel à la maille fine nécessaire à la conduite et au pilotage des procédés, contrairement aux systèmes spécialisés dans ces opérations.

💡 Astuce mémo

L’ERP planifie, le MES exécute et analyse la production.

📖 7. Stations de travail industrielles

🔑 Notions clés & Définitions

• Station d’ingénierie : Sert à concevoir, configurer, programmer et maintenir les systèmes de contrôle industriels et dispose de droits étendus sur les automates et équipements de terrain.
• Station opérateur : Dédiée à la conduite quotidienne du procédé industriel et permet aux opérateurs de surveiller, piloter et traiter les événements en temps réel.
• Station de maintenance : Sert au diagnostic, à la maintenance corrective et préventive et au support des opérations sur les équipements industriels.

★ À maîtriser

• La compromission d’une station d’ingénierie peut donner un accès total aux automates et au procédé, permettre l’injection de logique PLC et exposer des schémas, programmes ou recettes industrielles.

Compléments

• Les stations d’ingénierie sont souvent positionnées au niveau 4, parfois au niveau 3, et accèdent directement aux niveaux 2 et 1.

• Les stations de maintenance peuvent accéder directement aux niveaux 2 et 1 et présenter des risques liés aux supports amovibles, aux comptes partagés, aux paramètres modifiés sans maîtrise et aux accès de prestataires.

• Les stations opérateur sont généralement positionnées au niveau 2 ou 3, accèdent aux automates via SCADA ou HMI et ont des droits limités orientés vers l’exploitation.

💡 Astuce mémo

L’EWS programme les automates ; la station opérateur conduit le procédé.

📖 8. Modèle Purdue et zones OT

🔑 Notions clés & Définitions

• DMZ industrielle : Réseau tampon qui empêche les connexions directes entre l’IT et l’OT et fournit une zone d’échange sécurisée pour contrôler les flux et les données industrielles.

★ À maîtriser

• Le modèle Purdue structure l’architecture industrielle en niveaux hiérarchiques et constitue une base des architectures OT modernes, complétant l’intégration numérique de la production décrite par le modèle CIM.

• Les niveaux Purdue présentés sont :

  • niveau 0 : capteurs et actionneurs
  • niveau 1 : automates, régulateurs et CNC
  • niveau 2 : SCADA, HMI et supervision
  • niveau 3 : MES et gestion de production
  • niveau 4 : ERP et gestion d’entreprise
  • niveau 5 : DMZ de l’entreprise

📌 Dans l’architecture présentée, l’accès direct à Internet ne doit pas s’étendre en dessous du niveau 4 Purdue.

Compléments

• Les architectures Purdue modernes prévoient une DMZ IT/OT et utilisent les zones et conduits pour organiser les flux entre environnements.

• Le niveau 5 Purdue regroupe des services tels que : l’Active Directory d’entreprise, la messagerie, le CRM, l’ERP, les ressources humaines, la gestion documentaire, les sauvegardes, la sécurité d’entreprise (SOC)

• Les composants cités de l’iDMZ industrielle comprennent :

  • l’accès RDP
  • le partage de fichiers
  • le partage Historian
  • un proxy Internet

💡 Astuce mémo

Du terrain vers l’entreprise : niveaux 0, 1, 2, DMZ, 3, 4, 5.

📖 9. Niveaux de l’architecture industrielle

🔑 Notions clés & Définitions

• DMZ industrielle : Réseau tampon qui empêche les connexions directes de l’IT vers l’OT et fournit une zone d’échange sécurisée pour contrôler le trafic et les données industrielles.

★ À maîtriser

• Le niveau 5 regroupe notamment les services suivants : contrôleur de domaine du SI, e-mail, CRM, ERP, ressources humaines, GED, sauvegarde, SOC

📌 L’accès Internet direct ne doit pas s’étendre sous le niveau 4 de l’architecture Purdue.

• Le niveau 3 Purdue assure la supervision, la surveillance et le support opérationnel d’un site ou d’une région, notamment avec le MES, des IHM et un Historian.

📌 Le niveau 2 supervise et contrôle un procédé, une cellule ou une ligne, tandis que le niveau 1 rassemble les équipements de contrôle automatisé et le niveau 0 les capteurs et actionneurs du procédé physique.

Compléments

• Les systèmes ICS modernes regroupent souvent les niveaux 1 et 0.

💡 Astuce mémo

Du terrain L0, remonter vers le contrôle L1–L2, la supervision L3, puis l’entreprise L4–L5.

📖 10. Réseaux et protocoles industriels

🔑 Notions clés & Définitions

• Déterminisme réseau : Faculté de transférer des données dans un temps donné.
• Modbus : Modbus est un protocole de communication série inventé par Schneider Electric en 1979, gratuit et devenu un standard des communications industrielles.

★ À maîtriser

📌 Les réseaux des niveaux supérieurs transportent de gros paquets de données sans impératif de performance absolue, tandis que le niveau 0 transfère peu d’informations très rapidement sur des bus de terrain industriels.

• Modbus fonctionne selon un protocole maître-esclave : le maître interroge régulièrement l’esclave pour récupérer l’information.

Compléments

• Les adresses Modbus sont décrites sur 8 bits, ce qui limite à 247 le nombre d’esclaves par maître ; une requête retourne une valeur sans contexte ni unité.

• Modbus transmet les données en clair et ne prévoit pas d’authentification.

💡 Astuce mémo

Ethernet transporte de gros paquets aux niveaux supérieurs ; le bus de terrain privilégie rapidité et déterminisme au niveau 0.

📖 11. Contraintes temporelles et continuité OT

🔑 Notions clés & Définitions

• Temps réel : Capacité d’un système à acquérir, traiter et agir sur son environnement dans des contraintes temporelles prédéfinies, car la correction du comportement dépend du résultat et du moment où il est produit.
• Déterminisme : Propriété selon laquelle, pour des conditions initiales et des entrées données, l’évolution du système est entièrement prévisible et reproductible.
• Continuité opérationnelle : Capacité d’un système à maintenir un fonctionnement sûr et acceptable sans interruption non maîtrisée, malgré des défaillances, des perturbations ou des événements anormaux.

📝 Points essentiels

• Dans une chaîne de production, un retard peut provoquer des défauts de production, des collisions mécaniques ou des arrêts d’urgence.

📖 12. Hétérogénéité et architectures historiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Hétérogénéité d’un ICS : Résulte de composants de technologies, de générations et de fournisseurs différents, interconnectés pour piloter un procédé physique.
• Air-gap : Principe d’isolation historique des systèmes ICS vis-à-vis des réseaux IT et d’Internet.

★ À maîtriser

• Les réseaux industriels à plat permettent une communication libre entre PLC, HMI, SCADA et stations d’ingénierie, avec peu ou pas de filtrage et sans zones ni frontières.

Compléments

• Les équipements industriels ont des cycles de vie longs, de 10 à 30 ans, ce qui contribue aux contraintes d’évolution et de rétrocompatibilité.

• L’isolation historique des ICS visait notamment à éviter les perturbations externes, dans un contexte de technologies propriétaires, d’absence de connectivité IP et d’accès physique nécessaire pour intervenir.

• Le NAT peut interconnecter des réseaux industriels sans modifier les équipements legacy, mais il peut masquer la topologie et gêner l’analyse du trafic par certains IDS OT.

💡 Astuce mémo

Réseau à plat → propagation rapide des incidents et mouvement latéral sans limite.

📖 13. Passerelles et réseaux redondants

🔑 Notions clés & Définitions

• Passerelle protocolaire : Connecte des équipements industriels hétérogènes en traduisant leurs protocoles ou interfaces.
• Anneau cicatrisant : Topologie où les équipements sont connectés en boucle afin de maintenir la communication en cas de rupture.

📝 Points essentiels

• Les passerelles peuvent être protocolaires, physiques, IIoT/Edge ou multiprotocoles ; elles peuvent notamment convertir Modbus vers Profinet ou RS232/485 vers Ethernet.

• Une passerelle constitue un point d’interconnexion critique entre zones OT et IT et peut permettre le contournement de la segmentation, l’encapsulation de protocoles non sécurisés ou l’altération de données.

• Les protocoles d’anneaux industriels cités sont :

  • MRP
  • DLR
  • PRP
  • Turbo Ring
  • Rapide Ring
  • HSR

• Les anneaux industriels favorisent la disponibilité et la reconfiguration automatique, mais peuvent présenter des risques de boucle réseau et de tempête de broadcast si un switch est compromis.

📖 14. Architectures cloud, fog et edge

★ À maîtriser

📌 Le cloud industriel centralise le calcul et le stockage dans des centres de données, le fog prétraite les données près de l’usine et l’edge traite les données au contact du système ou de la machine.

Compléments

• Le cloud fournit une puissance de calcul élevée, du stockage massif et des services comme l’IA et l’analytique, mais dépend du réseau et présente des enjeux de latence, de souveraineté et d’exposition cyber.

• Le fog agrège, filtre et prétraite les données près du site avant leur envoi au cloud, ce qui réduit le volume transmis mais complexifie l’infrastructure.

• L’edge permet des décisions immédiates et une continuité d’activité en cas de perte réseau, mais dispose de ressources de calcul et de mémoire limitées.

💡 Astuce mémo

Cloud centralise, fog prétraite près du site, edge agit au contact de la machine.

📖 15. IIoT et systèmes cyberphysiques

🔑 Notions clés & Définitions

• IIoT : Connecte les machines, capteurs, systèmes industriels et plateformes cloud afin d’améliorer la production, la qualité, la maintenance et l’efficacité énergétique.

• Système cyberphysique : Intègre étroitement le monde physique, constitué notamment de machines, capteurs et actionneurs, au monde numérique, constitué de calcul, logiciels, IA et réseaux, dans une boucle où le système perçoit, décide et agit.

★ À maîtriser

📌 L’IIoT est généralement déployé en parallèle du contrôle OT via des passerelles IIoT ou Edge ; il enrichit l’OT sans remplacer le contrôle en temps réel.

Compléments

• Le cours distingue trois types d’IoT :

  • IoT : grand public
  • IIoT : industrie
  • IIoMT : industrie et santé

• L’IIoT contribue à la maintenance prédictive, à l’optimisation énergétique, à l’amélioration de la qualité et de la productivité, à la connectivité multisite et à la numérisation des opérations.

💡 Astuce mémo

Capteurs → connectivité → collecte → exploitation des données.

📖 16. Jumeaux numériques et intelligence artificielle

★ À maîtriser

• Le jumeau produit représente numériquement un produit individuel, tandis que le jumeau écosystème représente un ensemble interconnecté de machines, procédés, opérateurs, logistique, clients et fournisseurs.

• Dans la régulation industrielle, l’IA peut améliorer les boucles classiques par l’auto-réglage, la prédiction du procédé, la détection d’anomalies et l’intégration en Edge.

• L’IA ne doit pas modifier seule une consigne critique sans supervision, contourner la sécurité machine, dépendre du cloud pour une action en temps réel ni remplacer la boucle de régulation primaire.

Compléments

• Le jumeau numérique peut servir à simuler, anticiper et optimiser le procédé réel, mais son exposition peut favoriser l’espionnage industriel, le sabotage ou l’altération des modèles.

💡 Astuce mémo

Le jumeau produit représente un produit individuel ; le jumeau écosystème représente un ensemble interconnecté.

📖 17. Safety, fiabilité et cybersécurité

🔑 Notions clés & Définitions

• Système instrumenté de sécurité : Détecte les situations dangereuses et place le procédé dans un état sûr, indépendamment du contrôle nominal.

★ À maîtriser

📌 La Safety protège les personnes, les équipements et l’environnement contre les situations dangereuses, tandis que la cybersécurité protège contre les actions malveillantes volontaires.

• La SRP regroupe trois piliers : Safety pour éviter les dommages physiques, Reliability pour réduire les arrêts non planifiés et Performance pour optimiser l’efficacité opérationnelle.

Compléments

• Un SIS comprend typiquement :

  • des capteurs de sécurité
  • des automates de sécurité
  • des actionneurs de sécurité
  • des fonctions instrumentées de sécurité (SIF)

• Les normes citées sont :

  • IEC 61508
  • IEC 61511
  • ISO 13849

💡 Astuce mémo

La Safety protège contre les accidents involontaires ; la cybersécurité protège contre les actions malveillantes volontaires.

📊 Tableaux de synthèse

ERP, MES et contrôle du procédé