Les véhicules aériens miniatures à ailes fixes (MiniAV) sont de petits avions avec une envergure d'ailes de moins de 1000 mm et pesant moins de 500 grammes. Grâce aux avancées qui ont été réalisées ces dernières années dans la miniaturisation des autopilotes et dans la propulsion électrique, il est maintenant possible de construire des MiniAVs qui peuvent être utilisés à des fins de reconnaissance en milieu restreint ou hostile. Pour réaliser cet objectif, le MiniAV doit être capable d'effectuer, de façon semi-autonome, des vols non stationnaires et stationnaires et être capable de réaliser des transitions autonomes entre ces modes. Ce mémoire décrit le développement d'une stratégie de contrôle pour permettre à un MiniAV de réaliser des transitions autonomes entre les modes de vol non stationnaire et stationnaire. Il est possible de diviser l'enveloppe de vol d'un MiniAV en 4 modes distincts : le mode non stationnaire, le mode non stationnaire vers stationnaire (L2H), le mode stationnaire et le mode stationnaire vers non stationnaire (H2L). Les structures des modèles pour les modes non stationnaires et stationnaires sont basées sur la linéarisation d'un modèle de MiniAV à corps rigide ayant 6 degrés de liberté. Les contrôleurs de ces deux principaux modes de vol sont présentés. Le mode L2H est gérée par le contrôleur du mode non stationnaire, tandis que le mode H2L est géré par le contrôleur du mode stationnaire. Une approche systématique, appuyée par un superviseur basé sur la logique, est développée pour gérer les transitions entre les modes. La performance du superviseur est démontrée à travers des vols expérimentaux sur un banc de test. Il est montré que la stratégie proposée est capable de mieux performer que les méthodes rencontrées dans la littérature utilisant des plateformes similaires.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / De nos jours, les drones se présentent comme une nouvelle tendance dans le domaine de la télédétection civile grâce à leur capacité de combler plusieurs lacunes inhérentes aux plateformes conventionnelles. Les capteurs hyperspectraux embarqués sur ces systèmes figurent parmi les solutions en émergence et qui offrent de nouvelles opportunités en matière de cartographie de la surface terrestre. Cette solution se caractérise par l’acquisition des données à très hautes résolutions spectrale, spatiale et temporelle. Le présent travail vise à faire progresser les connaissances relatives à l'élaboration de cartographie des minéraux établie à partir d'images acquises à l'aide de cette solution. Il aborde notamment les problèmes liés aux distorsions inhérentes au processus d’acquisition des données et les méthodes permettant de les corriger. Il s’intéresse également à la conception d’une méthode de classification qui soit adaptée aux caractéristiques de ces données notamment en termes du grand volume et de la haute résolution spatiale. / Nowadays, unmanned aerial systems have become a new trend in the field of civilian remote sensing. These systems allow overcoming several shortcomings of conventional platforms. The hyperspectral sensors mounted on this type of platform are amongst the up and coming solutions that provide new opportunities for mapping land surface. This solution is characterized by the acquisition of data at very high spectral, spatial and temporal resolutions. The present work aims to advance knowledge about mineral mapping using images acquired with this solution. It particularly addresses issues related to the distortions of the data acquired from such a system and methods to correct them. It also focused on the conception of a classification method that is suited to the characteristics of these data particularly in terms of large volume and high spatial resolution.

Les travaux présentés dans cette thèse effectuée au LaBRI portent sur la mise en place d'une flotte de drones et le portage sur celle-ci d'applications collaboratives distribuées utilisant des communications asynchrones non sûres. Ces applications sont formalisées grâce au modèle de réétiquetage de graphes Asynchronous Dynamicity Aware Graph Relabeling System (ADAGRS) que nous proposons. Au delà des contributions théoriques, ces travaux ont débouché sur la mise en place du démonstrateur CARUS dans lequel cinq drones se partagent la surveillance d'une grille de 15 points d'incidents potentiels (au sol). Lorsqu'un drone détecte un incident, il s'en rapproche pour le traiter. Le reste de la flotte doit alors prendre en charge les points que ce drone ne traite plus.Les réorganisations nécessaires de la flotte se font en totale autonomie vis-à-vis du sol et sous hypothèse de perte éventuelle de drones et de messages.

Submitted by Nádia Paes (nadia66paes@gmail.com) on 2016-09-30T14:19:37Z No. of bitstreams: 1 DISS_2015_Anna Carolina Natale Rodrigues.pdf: 1941878 bytes, checksum: 83d67286141efc175526c206f4b5d8a9 (MD5) / Approved for entry into archive by Jordan (jordanbiblio@gmail.com) on 2016-09-30T16:16:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISS_2015_Anna Carolina Natale Rodrigues.pdf: 1941878 bytes, checksum: 83d67286141efc175526c206f4b5d8a9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-30T16:16:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISS_2015_Anna Carolina Natale Rodrigues.pdf: 1941878 bytes, checksum: 83d67286141efc175526c206f4b5d8a9 (MD5) Previous issue date: 2015-05-06 / CAPES / Aeronaves Remotamente Pilotadas, mais conhecidas como Drones nos textos da imprensa, são aeronaves que funcionam como dispositivos de vigilância e defesa, utilizados pelos Estados Unidos desde a Guerra do Vietnã. Por muito tempo esta tecnologia esteve nas mãos dos israelenses, mas, nos últimos anos, os Estados Unidos tornaram-se o maior produtor desse tipo de aeronave. A utilização desta tecnologia começou a se tornar conhecida no último governo Bush após os ataques de 11 de setembro com a chamada ‘Guerra ao Terror’. Mais recentemente, o governo Obama intensificou o seu uso, com o aumento de investimentos militares, fabricação e circulação desses dispositivos. Por mais que o uso civil desta tecnologia esteja aumentando, o foco da pesquisa ainda em andamento é a utilização dela no contexto militar, principalmente estadunidense. Há quase dois mil conflitos armados ao redor do mundo desde o novo milênio e o número cresce a cada dia. A violência legítima, a criminalidade e o terrorismo tornam-se indistinguíveis um do outro. Em decorrência disso, os termos de validação tendem a entrar em colapso. Os chamados drones podem ser operados a milhares de quilômetros de distância e costumam ser utilizados sem a autorização do espaço aéreo dos governos invadidos. Vive-se em um momento de conflitos difusos de pequenos inimigos em todo lugar e a utilização das Aeronaves Remotamente Pilotadas confirma a ideia da presença de um inimigo constante, e quando a guerra está na base da política, o inimigo tem a função constitutiva de legitimar a vigilância e os ataques. Se o inimigo não é mais concreto, compreensível e localizável sua aura é hostil, facilitando a legitimação daquilo que é na realidade insustentável. / Remotely Piloted Aircrafts also known through the press as Drones, are surveillance and defense devices used by The United States of America since the Vietnam war. For a long time, this technology was in the hands of the Israeli armed forces, but in the last few years, The United States became the largest producer of this aircraft. The use of Drones became known in the last Bush administration, after the attacks of September 11, with the so-called "War on Terror". Moreover, more recently in the Obama administration with the increasing manufacture of such devices. Even though the use of this technology among civilians are increasing, the focus of this ongoing research is its use in military context, mostly American. According to Hardt and Negri (2012), nowadays there are almost two thousand armed conflicts around the world since the new millennium. These numbers keep growing, therefore, the legitimate violence, crime and terrorism became indistinguishable from one another, the terms of validation tend to collapse. The remotely piloted aircrafts can be operated thousands of miles away and often without the airspace permission of the invaded governments. We are in a time of small and intern conflicts with small enemies everywhere. Moreover, using this aircraft confirms the idea of this constant enemy, and when war is at the base of politics, the enemy has the primary function to legitimate surveillance and attacks. If the enemy is no longer concrete, understandable and traceable, then its aura is hostile, facilitating the legitimacy of that is in reality unsustainable.

Today, drones are used in both a civilian and military context, a swarm being a group of autonomous drones which are partly controlled by an operator. Swarms are a concept that is still in the research stage and previous research has consisted of how a swarm will communicate with the operator and how the swarm will work technically. However, the problem with the research available today is that it largely lacks the military connection. Hence, this study has aimed to investigate how the Armed Forces want to use swarms in the context of reconnaissance missions. The questions posed were, how do personnel within the Armed Forces want to plan swarm missions? What behaviors and capabilities do Armed Forces personnel want a swarm to possess? How do Armed Forces personnel want to receive information from swarms? Empirical data were collected by conducting three interviews with three individuals employed by the Armed Forces. The empirical data was then analyzed using qualitative content analysis where the responses were divided into smaller groups and sub-groups.  The study resulted in tables of desired abilities and behaviors that can be used in later research to create a real swarm system.

This dissertation integrates the strengths of individual emergent delivery technologies with package characteristics, and rural community needs to meet the demand for equitable, accessible, and inclusive rural delivery that is also cost-effective. To find ways to meet the package delivery service needs in rural areas and to fill research gaps in rural package delivery modeling, this study introduced a novel model known as the Parallel Scheduling Vehicle Routing Problem (PSVRP) in an endeavor to revolutionize package delivery by enhancing its efficiency, accessibility, and cost-effectiveness. The PSVRP represents a state-of-the-art approach to vehicle routing problems, incorporating a diversified fleet of innovative delivery modes. The multi-modal fleet of electric vans, ADVs, drones, and truck-drone systems works in unison to minimize operational costs in various settings. A solution methodology that implemented the Adaptive Large Neighborhood Search (ALNS) algorithm was designed to solve the PSVRP in this research to produce optimal or near-optimal solutions. A variety of scenarios in a rural setting that include different quantities of customers to deliver to and different package weights are tested to evaluate if a multi-modal fleet of electric vans, ADVs, drones, and truck-drone systems can provide cost-effective, low emissions, and efficient rural delivery services from local stores. Different fleet combinations are compared to demonstrate the best combined fleet for rural package delivery. It was found that implementation of electric vans, ADVs, drones, and truck-drone systems does decrease rural package delivery cost, but it does not yet decrease cost enough for the return on investment to be high enough for industry to implement the technology. Additionally, it was found that electric technologies do significantly decrease emissions of package delivery in rural areas. However, without a carbon tax or regulation mandating reduced carbon emissions, it is unlikely that the delivery industry will quickly embrace these new delivery modes. This dissertation not only advances academic understanding and practical applications in vehicle routing problems but also contributes to social equity by researching methods to improve delivery services in underserved rural communities. The PSVRP model could benefit transportation professionals considering technology-enabled rural delivery, developing rural delivery plans, looking for cost-effective rural delivery solutions, implementing a heterogeneous fleet to optimize rural delivery, or planning to reduce rural delivery emissions. It is anticipated that these innovations will spur further research and investment into rural delivery optimization, fostering a more inclusive and accessible package delivery service landscape. / Doctor of Philosophy / This dissertation integrates the strengths of individual emergent delivery technologies with package characteristics, and rural community needs to meet the demand for equitable, accessible, and inclusive rural delivery that is also cost-effective. To find ways to meet the package delivery service needs in rural areas and to fill research gaps in rural package delivery modeling, this study introduced a novel model known as the Parallel Scheduling Vehicle Routing Problem (PSVRP) in an endeavor to revolutionize package delivery by enhancing its efficiency, accessibility, and cost-effectiveness. The PSVRP represents a state-of-the-art approach to vehicle routing problems, incorporating a diversified fleet of innovative delivery modes. The multi-modal fleet of electric vans, ADVs, drones, and truck-drone systems works in unison to minimize operational costs in various settings. A solution methodology that implemented the Adaptive Large Neighborhood Search (ALNS) algorithm was designed to solve the PSVRP in this research to produce optimal or near-optimal solutions. A variety of scenarios in a rural setting that include different quantities of customers to deliver to and different package weights are tested to evaluate if a multi-modal fleet of electric vans, ADVs, drones, and truck-drone systems can provide cost-effective, low emissions, and efficient rural delivery services from local stores. Different fleet combinations are compared to demonstrate the best combined fleet for rural package delivery. It was found that implementation of electric vans, ADVs, drones, and truck-drone systems does decrease rural package delivery cost, but it does not yet decrease cost enough for the return on investment to be high enough for industry to implement the technology. Additionally, it was found that electric technologies do significantly decrease emissions of package delivery in rural areas. However, without a carbon tax or regulation mandating reduced carbon emissions, it is unlikely that the delivery industry will quickly embrace these new delivery modes. This dissertation not only advances academic understanding and practical applications in vehicle routing problems but also contributes to social equity by researching methods to improve delivery services in underserved rural communities. The PSVRP model could benefit transportation professionals considering technology-enabled rural delivery, developing rural delivery plans, looking for cost-effective rural delivery solutions, implementing a heterogeneous fleet to optimize rural delivery, or planning to reduce rural delivery emissions. It is anticipated that these innovations will spur further research and investment into rural delivery optimization, fostering a more inclusive and accessible package delivery service landscape.

Les véhicules aériens sans pilote (UAV), souvent appelés drones, trouvent de nombreuses applications dans la vie. Les applications de drones nécessitent plusieurs indicateurs de performance essentiels tels que la couverture, la force du signal, la latence et la mobilité dans des scénarios. Par conséquent, l'utilisation des communications sans fil dans les drones est essentielle pour répondre à toutes les exigences. En raison des connexions au haut débit entre les drones et les utilisateurs pour transférer des données de haut volume à haute résolution, les dernières générations sans fil, comme la norme LTE, sont privilégiées. Il est évident que l'intégration de blocs de radiofréquence (RF) est essentielle pour construire un système sur puce et réduire la taille des drones. Dans ce contexte, cette thèse vise à développer un amplificateur de puissance (PA) innovant avec haute performance reconfigurable entièrement intégré qui adresse les différents besoins imposés par le standard LTE à utiliser dans les applications des UAV. Le PA entièrement intégré en CMOS 65 nm a pour objectif de fournir une puissance de sortie élevée et résoudre le compromis entre la linéarité et l’efficacité. Un transformateur à quatre enroulements est implémenté pour configurer le fonctionnement en multi modes du PA. La technique « segmented bias » permet au PA d’améliorer la linéarité. Le PA obtient non seulement des performances élevées en RF, mais démontre également un potentiel pour l'adopter dans la bande 5G inférieure. / Unmanned aerial vehicles (UAVs), often known as drones, have been finding numerous applications in life. Drones applications need several essential performance indicators such as coverage, signal strength, latency, and mobility under scenarios. Therefore, the use of wireless communications in drones is critical to address all requirements. Because of high-speed connections between drones and users to transfer high-resolution high-volume data, latest wireless generations, namely the LTE standard, are privileged. It is straightforward that the integration of RF blocks is essential to build a system-on-chip and shrink the size of drones. To answer the above question, this thesis aims to develop a fully integrated reconfigurable high-performance innovated PA that supports 4G LTE standard to be used in UAVs’ applications. The fully integrated 65-nm CMOS power amplifier (PA) provides a watt-level output power, addresses the linearity/efficiency trade-off. A four-winding transformer is implemented to configure the multi-mode operation of the PA. The “segmented bias” technique allows the PA to increase the linearity. The PA not only obtains high radiofrequency performances but also demonstrates a potential to adopt it design in the lower 5G band.

Les véhicules aériens sans pilote (UAVs), utilisés et développés pour la première fois dans le domaine militaire, ont connu de profonds changements ces dernières années et sont de plus en plus utilisés dans le domaine civil. Etant plus connus sous le nom des drones, ils sont le plus souvent utilisés dans les domaines civiles et militaires. Ils sont employés pour : la lutte contre les incendies, le sauvetage ainsi que dans des applications spécifiques comme la surveillance et l’attaque. Le vol en formation est de loin le plus utilisé car il permet une répartition judicieuse des tâches et améliore grandement l’efficacité des drones (principe de l’attaque en meute, des animaux carnassiers). Cela pose alors la problématique de la coordination et de la stratégie, ainsi que du type de fonctionnement (maitre/esclave,…).Le type et la qualité d’informations optimums restent aussi à définir.L'utilisation accrue de ces systèmes coopératifs dans des environnements dangereux rend leur fiabilité essentielle pour prévenir tout événement catastrophique. Une performance globale de la flotte des drones doit être garantie, malgré une possible dégradation des composants ou de toute modification du réseau et de l'environnement. Il est nécessaire de détecter les comportements anormaux pouvant contribuer aux collisions et ainsi affecter la mission. Compte tenu des performances et du coût, les systèmes à tolérance de pannes et à redondance ne représentent pas toujours la solution la plus efficace pour ce type de vol de flotte en formation. Différentes méthodes telles que l'analyse par arbre de défaillance (ADD), l'analyse des modes de défaillance, de leurs effets et de leurs criticités (AMDEC) ont été utilisées dans le monde des hélicoptères.Dans une première partie, une méthode statique basée sur l’ADD est proposée, pour assurer la fiabilité de la communication entre les drones d’un côté et entre les drones et la station de base de l’autre côté en accentuant l’échange de flux d’informations. Nous utilisons des arbres de défaillance pour représenter les différentes conditions d’erreur de ce système complexe.Dans une deuxième partie, nous analysons les différents états de défaillance des communications et leurs probabilités. Ce processus étant stochastique, une approche par chaîne de Markov absorbante est développée. L’approche proposée peut être utilisée pour trouver les scenarios les plus risqués et les éléments à prendre en compte pour améliorer la fiabilité.Enfin, dans une troisième partie, nous étudions le problème de réception des messages d’un drone en proposant un protocole basé sur le nombre de retransmissions. La réception est assurée avec une certaine probabilité de fiabilité, en fonction de plusieurs attributs tels que la modulation, le taux d’erreur des bits (BER) caractérisant les drones. / Unmanned aerial vehicles, used and developed initially in the military field, have experienced profound changes in recent years and are increasingly used in the civilian field. Recognized as drones, they are most often used in the civil and military domains. They are used for firefighting, rescue as well as in specific applications such as surveillance and attack. The formation flight is the most used because it allows a judicious distribution of the tasks and greatly improves the efficiency of the drones (principle of the attack in pack, carnivorous animals). This will raise the issue of coordination and strategy, as well as the type of operation (master /slave, ...). The type and quality of optimal information also remain to be defined.The increased use of these cooperative systems in hazardous environments makes their reliability essential to prevent any catastrophic event. Overall performance of the drone fleet should be ensured, despite possible degradation of components or any changes that occur to the network and the environment. It is necessary to detect the anomalous behaviors that might contribute to collisions and thus affect the mission. Taking into consideration performance and cost, the fault-tolerant system and redundant systems are not always the most efficient solution for the formation fleet flight. Different methods like the fault tree analysis (FTA), Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) have been used in the helicopter field.In the first part, we propose a static method based on FTA, to ensure a successful communication between the drones from one side, and between the drones and the ground station from the other side by emphasizing on the exchange of information flows. It uses various fault trees to represent the different error conditions of this complex system.In the second part, we analyze the different fault states and their probabilities. As this process is stochastic, an absorbing Markov chain approach is developed. The proposed approach can be used to find the most risky scenarios and considerations for improving reliability.Finally, in the third part, we put the emphasis on the message receipt problem in a drone’s communication network by proposing a protocol based on number of retransmissions. The reception of a message is provided with a certain probability of reliability depending on several attributes such as modulation and bit error rate (BER) characterizing the UAVs.

Les applications mettant en oeuvre les minidrones ont connu un développement très rapide ces dernières années. Ces applications concernent pour beaucoup l'amélioration de notre cadre de vie et principalement de notre sécurité face à des aléas naturels pour lesquels de nouveaux moyens de surveillance ont besoin d'être mis au point. La plupart des missions confiées aux minidrones supposent la réalisation de trajectoires soit planifiées à l'avance, soit définies au fur et à mesure que de nouvelles informations sont disponibles. La qualité du suivi de trajectoire a d'importantes conséquences pour le succès de ces missions. L'objectif principal de cette thèse est de contribuer à la synthèse de lois de pilotage/guidage pour les minidrones présentant des performances améliorées sur un domaine de vol étendu et sur une panoplie de missions diversifiées. Ainsi les minidrones sont ici appréhendés comme des systèmes fortement non linéaires, très souvent naturellement instables, aux paramètres physiques partiellement connus et susceptibles d'être soumis à de fortes perturbations. Les travaux de cette thèse portent donc sur la synthèse de lois de commande non linéaire (commande non linéaire inverse, commande différentiellement plate, commande par \emph{Backstepping}) intégrant, dans le cadre de la commande adaptative, des processus d'apprentissage en ligne. Le principal cas d'étude considéré dans cette thèse est celui du guidage d'un minidrone de type quadrirotor qui présente des caractéristiques opérationnelles particulièrement intéressantes : atterrissage et décollage verticaux, capacité de vol stationnaire, grande manoeuvrabilité même à basse vitesse. Ainsi la dynamique de son vol a été modélisée et les propriétés mathématiques du modèle retenu ont été exploitées pour mettre au point la structure de commande dont les performances ont été évaluées par simulation sur une multitude de trajectoires de guidage.

Grâce aux progrès de miniaturisation des systèmes embarqués, les mini-drones qu'on appelle en anglais Small Unmanned Aerial Vehicle (UAVs) sont apparus et permettent de réaliser des applications civiles à moindres coûts. Pour améliorer leurs performances sur des missions complexes (par exemple, pour contourner un obstacle), il est possible de déployer une flotte de drones coopératifs afin de partager les tâches entre les drones. Ce type d'opération exige un niveau élevé de coopération entre les drones et la station de contrôle. La communication entre les drones de la flotte est donc un enjeu important dans la réalisation des opérations d'une flotte de drones. Parmi les différentes architectures de communication qui existent, le réseau ad hoc s'avère être une solution efficace et prometteuse pour l'opération d'une flotte de drones. Un réseau ad hoc de drones ou UAV Ad hoc Network (UAANET) est un système autonome constitué d'une flotte de mini-drones et d'une ou plusieurs station(s) sol. Ce réseau peut être considéré comme une sous-catégorie d'un réseau ad hoc mobile (MANET) avec des caractéristiques spécifiques (vitesse importante des nœuds, modèle de mobilité spécifique, etc.) qui peuvent engendrer des baisses de performance du protocole de routage utilisé. Par ailleurs, la nature partagée du support de transmission et l'absence d'une infrastructure fixe pour vérifier l'authenticité des nœuds et des messages posent un problème de sécurité des communications. Compte tenu du caractère critique des données de charge utile échangées (en effet, un attaquant peut capturer un drone et l'utiliser à des fins malveillantes), il est important que les messages échangés soient authentifiés et qu'ils n'ont pas été modifiés ou retardés par un attaquant. L'authentification des messages est donc un des objectifs à atteindre pour garantir la sécurité du système Unmanned Aerial System (UAS) final. Diverses solutions de sécurité ont été conçues pour les réseaux sans fil, puis ont ensuite été adaptées aux réseaux MANET. Ces solutions peuvent s'étendre à des applications pour les réseaux UAANET, c'est pourquoi nous proposons dans cette thèse une architecture de communication fiable et sécurisée pour les flottes des drones. Dans ce travail, nous avons étudié en premier lieu l'application d'un réseau ad hoc mobile pour les flottes de drones. Nous examinons en particulier le comportement des protocoles de routage ad hoc existants dans un environnement UAANET. Ces solutions sont ainsi évaluées pour permettre d'identifier le protocole adéquat pour l'échange des données. Cela nous amène dans un deuxième temps, à proposer un protocole de routage intitulé Secure UAV Ad hoc routing Protocol (SUAP) qui garantit l'authentification des messages et détecte l'attaque wormhole. Cette attaque peut être définie comme un scénario dans lequel un attaquant enregistre les paquets en un point, et les rejoue à un autre point distant. L'attaque wormhole est particulièrement dangereuse lorsqu'un protocole de routage réactif (qui utilise le nombre de sauts comme métrique d'une route) est utilisé. Pour contrer cette attaque, le protocole SUAP permet d'une part d'assurer des services de livraison de donnés (une vidéo de télésurveillance) entre un drone distant et une station sol. D'autre part, le protocole SUAP possède également des partitions de sécurisation qui se basent sur une signature et une fonction de hachage pour assurer l'authentification et l'intégrité des messages. En ce qui concerne l'attaque wormhole, une technique qui consiste à corréler le nombre de sauts et la distance relative entre deux nœuds voisins est utilisée. Ce mécanisme permet de déduire la présence ou non d'un tunnel wormhole dans le réseau. En outre, cette architecture de communication est conçue avec une méthodologie de prototypage rapide avec l'utilisation d'une méthode orientée modèle pour tenir compte du besoin de validation du système UAS final. / Advances in miniaturization of embedded systems have helped to produce small Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) with highly effective capacity. In order to improve their capability in civilian complex missions (for instance, to bypass an obstruction), it is now possible to deploy UAV swarms, in which cooperative UAVs share different tasks. This type of operations needs a high level of coordination between UAVs and Ground Control Station (GCS) through a frequent exchange of information. The communication capabilities are therefore an important objective to achieve for effective UAV swarm operations. Several communication architectures can be used to allow communication between UAVs and GCS. Ad hoc network is one of them and is an effective and promising solution for multi-UAV systems. Such a network is called UAANET (UAV Ad hoc Network) and is an autonomous system made of a UAV swarm and one or several GCS (Ground Control Station). This network can also be considered as a sub category of the well-known MANET (Mobile Ad hoc network). However, it has some specific features (such as node velocity, specific mobility model) that can impact performance of routing protocols. Furthermore, the nature of the wireless medium, along with the lack of fixed infrastructure, which is necessary to verify node and message authentication, create security breaches. Specifically, given the critical characteristic of the real-time data traffic, message authentication proves to be an important step to guarantee the security of the final UAS (composed of UAV swarm). Security of routing protocols has been widely investigated in wired networks and MANETs, but as far as we are aware, there is no previous research dealing with the security features of UAANET routing protocols. Those existing solutions can be adapted to meet UAANET requirements. With that in mind, in this thesis, we propose a secure and reliable communication architecture for a UAV swarm. In this work, the creation of UAANET has first been concieved. In order to do this, we studied the impact of existing MANET routing protocols into UAANET to assess their performance and to select the best performer as the core of our proposed secure routing protocol. Accordingly, we evaluated those existing routing protocols based on a realistic mobility model and realistic UAANET environment. Based on this first study, we created a secure routing protocol for UAANET called SUAP (Secure UAV Ad hoc routing Protocol). On the one hand, SUAP ensures routing services by finding routing paths between nodes to exchange real time traffic (remote monitoring video traffic). On the other hand, SUAP ensures message authentication and provides detection to avoid wormhole attack. The SUAP routing protocol is a reactive routing protocol using public key cryptography and hash chains. In order to detect wormhole attack, a geographical leash-based algorithm is used to estimate the correlation between the packet traveled distance and the hop count value. We also contribute to the certification of the secure communication system software through a Model-Driven Development (MDD) approach. This certification is needed to validate the operation of the UAV swarm, especially in cases where it is used to exchange control and command traffic. We used Simulink and Stateflow tools and formal verification tools of Matlab Software to design SUAP routing protocol. The evaluation of the effectiveness of SUAP has been executed both through emulation and real experiment studies. Our results show that SUAP ensures authentication and integrity security services and protects against a wormhole attack. It also provides an acceptable quality of service for real-time data exchanges.