La vérification de la résistance aux attaques des implémentations embarquées des vérifieurs de code intermédiaire Java Card est une tâche complexe. Les méthodes actuelles n'étant pas suffisamment efficaces, seule la génération de tests manuelle est possible. Pour automatiser ce processus, nous proposons une méthode appelée VTG (Vulnerability Test Generation, génération de tests de vulnérabilité). En se basant sur une représentation formelle des comportements fonctionnels du système sous test, un ensemble de tests d'intrusions est généré. Cette méthode s'inspire des techniques de mutation et de test à base de modèle. Dans un premier temps, le modèle est muté selon des règles que nous avons définies afin de représenter les potentielles attaques. Les tests sont ensuite extraits à partir des modèles mutants. Deux modèles Event-B ont été proposés. Le premier représente les contraintes structurelles des fichiers d'application Java Card. Le VTG permet en quelques secondes de générer des centaines de tests abstraits. Le second modèle est composé de 66 événements permettant de représenter 61 instructions Java Card. La mutation est effectuée en quelques secondes. L'extraction des tests permet de générer 223 tests en 45 min. Chaque test permet de vérifier une précondition ou une combinaison de préconditions d'une instruction. Cette méthode nous a permis de tester différents mécanismes d'implémentations de vérifieur de code intermédiaire Java Card. Bien que développée pour notre cas d'étude, la méthode proposée est générique et a été appliquée à d'autres cas d'études.

Cette thèse aborde les problèmes de la modélisation et de la commande d'un micro-réseau courant continu (CC) en vue de la gestion énergétique optimale, sous contraintes et incertitudes. Le micro-réseau étudie contient des dispositifs de stockage électrique (batteries ou super-capacités), des sources renouvelables (panneaux photovoltaïques) et des charges (un système d'ascenseur motorise par une machine synchrone a aimant permanent réversible). Ces composants, ainsi que le réseau triphasé, sont relies a un bus commun en courant continu, par des convertisseurs dédies. Le problème de gestion énergétique est formule comme un problème de commande optimale qui prend en compte la dynamique du système, des contraintes sur les variables, des prédictions sur les prix, la consommation ou la production et des profils de référence.Le micro-réseau considère est un système complexe, de par l'hétérogénéité de ses composants, sa nature distribuée, la non-linéarité de certaines dynamiques, son caractère multi-physiques (électromécanique, électrochimique, électromagnétique), ainsi que la présence de contraintes et d'incertitudes. La représentation consistante des puissances échangées et des énergies stockées, dissipées ou fournies au sein de ce système est nécessaire pour assurer son opération optimale et fiable.Le problème pose est abordé via l'usage combine de la formulation hamiltonienne a port, de la platitude et de la commande prédictive économique base sur le modelé. Le formalisme hamiltonien a port permet de décrire les conservations de la puissance et de l'énergie au sein du micro-réseau explicitement et de relier les composants hétérogènes dans un même cadre théorique. Les non linéarités sont gérées par l'introduction de la notion de platitude démentielle et la sélection de sorties plates associées au modèle hamiltonien a ports. Les profils de référence sont génères a l'aide d'une para métrisation des sorties plates de telle sorte que l'énergie dissipée soit minimisée et les contraintes physiques satisfaites. Les systèmes hamiltoniens sur graphes sont ensuite introduits pour permettre la formulation et la résolution du problème de commande prédictive _économique a l'échelle de l'ensemble du micro-réseau CC. Les stratégies de commande proposées sont validées par des résultats de simulation pour un système d'ascenseur multi-sources utilisant des données réelles, identifiées sur base de mesures effectuées sur une machine synchrone. / The goals of this thesis is to propose modelling and control solutions for the optimal energy management of a DC microgrid under constraints. The studied microgrid system includes electrical storage units (e.g., batteries, supercapacitors), renewable sources (e.g., solar panels) and loads (e.g., an electro-mechanical elevator system). These interconnected components are linked to a three phase electrical grid through a DC bus and associated DC/AC converters. The optimal energy management is usually formulated as an optimal control problem which takes into account the system dynamics, cost, constraints and reference profiles.An optimal energy management for the microgrid is challenging with respect to classical control theories. Needless to say, a DC microgrid is a complex system due to its heterogeneity, distributed nature (both spatial and in sampling time), nonlinearity of dynamics, multi-physic characteristics, the presence of constraints and uncertainties. Moreover, the power-preserving structure and the energy conservation of a microgrid are essential for ensuring a reliable operation.This challenges are tackled through the combined use of port-Hamiltonian formulations, differential flatness, and economic Model Predictive Control.The Port-Hamiltonian formalism allows to explicitly describe the power-preserving structure and the energy conservation of the microgrid and to connect different components of different physical natures through the same formalism. The strongly non-linear system is then translated into a flat representation. Taking into account differential flatness properties, reference profiles are generated such that the dissipated energy and various physical constraints are taken into account. Lastly, we minimize the purchasing/selling electricity cost within the microgrid using the economic Model Predictive Control with the Port-Hamiltonian formalism on graphs.The proposed control designs are validated through simulation results.

Les moteurs diesel suralimentés à injection directe ont bénéficié de nombreux progrès en termes de minimisation de consommation et d’émissions. Ils représentent aujourd’hui des processus technologiques de plus en plus complexes, d’où la nécessité d’améliorer et de développer des systèmes de diagnostic pour la détection des défauts de ces moteurs. Cette thèse propose une méthode de diagnostic à base de modèle pour la détection de différents types de défauts : de capteurs, d’actionneurs et des fuites dans la boucle des gaz d’un moteur diesel en n’utilisant que ses capteurs d’origine. L’utilisation de modèles physiques, polynomiaux, statiques et dynamiques permet de calculer des résidus entre les grandeurs mesurées par les capteurs et celles estimées par ces modèles. En présence de défauts, des variations anormales des résidus donnent naissance à des symptômes qui constituent la base de détection de différents types de pannes dans le système. La méthode proposée est implémentée, avec un système de prototypage rapide, et testée sur un moteur diesel à bord d’un véhicule de recherche. Des résultats expérimentaux d’application montrent la détection et le diagnostic, réalisés en temps réel, des différents types de défauts introduits durant les essais / The turbocharged diesel engines with direct injection benefited from numerous progresses in terms of minimization of consumption and emissions. Today, they represent more and more complex technological processes. Therefore, fault detection and diagnosis need to be developed and improved for these engines. This thesis proposes a method of model based diagnosis for the detection of various types of faults like: sensor, actuator faults and leaks in a diesel engine gases path by using only serial production sensors. The use of physical, polynomial, static and dynamic models allows calculating residuals between the sensor signals and their estimates computed by these models. When a fault occurs, abnormal variations of those residuals give birth to symptoms which constitute the base of detection of various breakdown types in the system. The proposed method is implemented, with a rapid prototyping system, and tested on a diesel engine on board a research vehicle. Application experimental results show the detection and the diagnosis, performed in real lime, of various types of faults introduced during the tests

Cette thèse CIFRE est réalisée dans le cadre d'un partenariat entre le laboratoire IMS de l'Université Bordeaux I et Airbus Operations S.A.S à Toulouse. Le thème abordé concerne la détection robuste et précoce de deux types particuliers de pannes dans le système de commandes de vol, à savoir l'embarquement et le grippage des gouvernes de profondeur. Afin de contribuer à l'optimisation du design structural des futurs avions, l'objectif est de proposer des méthodes capables d'améliorer les performances en détection des techniques actuellement en place, tout en garantissant un haut niveau de robustesse. Trois stratégies de surveillance à base de modèle sont présentées. La première solution est basée sur un filtre de Kalman dédié, associé à une procédure d'optimisation de ses paramètres. La seconde technique est basée sur un test de décision appliqué dans l'espace paramétrique, à une direction sensible identifiée. Finalement, une troisième approche consiste à utiliser un différentiateur à modes glissants pour estimer les dérivées du signal d'entrée et de sortie de la boucle d'asservissement. Les méthodes développées ont été implémentées dans le calculateur de commandes de vol et validées sur les bancs de tests Airbus et même en vol. Les résultats expérimentaux ont clairement mis en évidence l'apport des techniques présentées dans cette thèse par rapport à l'état de l'art industriel.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la reconfiguration dynamique des systèmes de production. Elle apporte sa contribution au diagnostic de services en présence de défaillances de la partie opérative. L'objectif visé est de mettre à jour, en ligne, un modèle représentant les capacités offertes par une partie opérative. Aussi, sur la base d'un tel modèle reprenant les principes issus de la planification automatique, nous avons tout d'abord proposé un mécanisme de suivi permettant de construire et de gérer un modèle d'historique. Ensuite, un algorithme de recherche avant/arrière basé sur un système de règles a été développé afin, sous l'occurrence de défaillances, de localiser non seulement les services étant à l'origine possible du dysfonctionnement constaté mais aussi ceux potentiellement affectés. Après quoi, une mise à jour du modèle de partie opérative est opérée afin de présenter au système de reconfiguration une image "honnête" des capacités opératoires encore disponibles.

Les services de stérilisation sont des lieux de production de soins caractérisés par une multitude d’activités et situations auxquelles ils sont confrontés. En outre, les services de stérilisation doivent assurer leurs missions dans un environnement caractérisé par la présence d’une variété de risques. Les risques présents dans ces milieux peuvent aller des pannes des équipements jusqu’aux contaminations et transmission des maladies nosocomiales. Ces services sont aussi tenus de garder un niveau de performances satisfaisant pour assurer la continuité des soins dans les blocs opératoires.Pour aider ces services dans leur quête d'un système performant, capable d’évoluer dans un environnement à haut niveau de risques, nous nous intéressons dans ce travail de recherche au développement d’une approche intégrée pour l’analyse de risques et l’évaluation des performances. Ce travail s’intègre dans un cadre collaboratif entre le laboratoire G-SCOP et le service de stérilisation du CHU de Grenoble, terrain d’étude choisi pour mettre en œuvre l’approche proposée.L'approche que nous proposons se déroule en plusieurs étapes: tout d’abord, suite à une comparaison entre les méthodes de gestion des risques, nous nous sommes orientés vers l’approche pilotée par modèle, dénommée FIS (Fonction Interaction Structure). En nous basant sur FIS, nous avons développé un modèle de risque dans ce service de stérilisation, décrivant à la fois les fonctions, les ressources permettant la réalisation de ces fonctions ainsi que les différents risques qui peuvent être rencontrés. Dans un deuxième temps, nous avons représenté le comportement dynamique du modèle de risques obtenu. Ce modèle dynamique permet de simuler le comportement du service de stérilisation et le voir évoluer dans les situations normales de fonctionnement et les situations de risques. Pour ce faire, nous avons introduit une nouvelle classe de réseau de Petri appelée réseau de Petri PTPS (Predicate-Transition, Prioritized, Synchronous) permettant de représenter et simuler le comportement dynamique du modèle FIS. Par la suite, nous avons automatisé le passage entre le modèle de risque et le modèle dynamique. Cette automatisation est effectuée par un ensemble d’algorithmes de traduction, capables de convertir automatiquement le modèle FIS et le modèle de simulation en réseau de Petri PTPS.Cette approche a donné lieu à un outil de modélisation et de simulation en mode dégradé, appelé SIM-RISK. Nous avons également montré l’utilité de cet outil sur des exemples inspirés des différents risques rencontrés dans le service de stérilisation. / Sterilization services are vulnerable to risks, due to the contagious nature of their environment and to the degradation that risks can cause to their performances and to the safety of patients and staff. The risks in these facilities can range from equipment failure to the transmission of nosocomial infections and diseases. In this kind of high risk environment, these services are also required to maintain an adequate level of performance to ensure continuity of care in operating theaters.We focus in this research on the development of an integrated approach for risk analysis and performance assessment. This work is part of a collaborative work between the G-SCOP laboratory and the sterilization service of the University Hospital of Grenoble, which was the case study chosen to implement the proposed approach.The approach we propose is conducted in several steps: first, following a comparison of the risk analysis methods, we have chosen a model driven approach called FIS (Function Interaction Structure). Based on FIS, we have developed a risk model of Grenoble University Hospital sterilization service. This model describes the functions, the resources to achieve these functions as well as the various risks that may be encountered. Secondly, we introduced a new view to the FIS model dedicated to describe the dynamic behaviour of the resulting risk model.This dynamic model can simulate the behaviour of the sterilization service in normal situations of operations and risk situations.To do this, we have introduced a new Petri Net class called PTPS (Predicate-Transition, Prioritized, Synchronous) Petri Net to represent and simulate the dynamic behaviour of the FIS model. Subsequently, we automated the switching between the risk model and the dynamic model. This automation is performed by a set of translation algorithms capable of automatically converting the FIS model to a PTPS Petri Net simulation model .This approach resulted in a modelling and simulation tool in degraded mode called SIM-RISK. We also showed the usefulness of this tool by some examples based on different risks encountered in the sterilization service.

Cette thèse CIFRE est réalisée dans le cadre d’un partenariat entre le laboratoire IMS de l’Université Bordeaux I et Airbus Operations S.A.S à Toulouse. Le thème abordé concerne la détection robuste et précoce de deux types particuliers de pannes dans le système de commandes de vol, à savoir l’embarquement et le grippage des gouvernes de profondeur. Afin de contribuer à l’optimisation du design structural des futurs avions, l’objectif est de proposer des méthodes capables d’améliorer les performances en détection des techniques actuellement en place, tout en garantissant un haut niveau de robustesse. Trois stratégies de surveillance à base de modèle sont présentées. La première solution est basée sur un filtre de Kalman dédié, associé à une procédure d’optimisation de ses paramètres. La seconde technique est basée sur un test de décision appliqué dans l’espace paramétrique, à une direction sensible identifiée. Finalement, une troisième approche consiste à utiliser un différentiateur à modes glissants pour estimer les dérivées du signal d’entrée et de sortie de la boucle d’asservissement. Les méthodes développées ont été implémentées dans le calculateur de commandes de vol et validées sur les bancs de tests Airbus et même en vol. Les résultats expérimentaux ont clairement mis en évidence l’apport des techniques présentées dans cette thèse par rapport à l’état de l’art industriel. / The research work done in this PhD has been carried out under an industrial convention (CIFRE) between the IMS laboratory (Bordeaux University, France) and Airbus Operations S.A.S. (Toulouse, France). The thesis deals with two important Electrical Flight Control System failure cases: runaway (a.k.a. hard over) and jamming (or lock-in-place failure) of aircraft control surfaces. Early and robust detection of such failures is an important issue for achieving sustainability goals and for early system reconfiguration. The thesis focuses on the elevator runaway and jamming. Three model-based monitoring strategies are presented. The first approach is based on a dedicated Kalman filtering with optimised tuning parameters. The second method is based on a decision test applied to an identified sensitive direction in the parametric space. Finally, the third solution is based on a sliding mode differentiator. The techniques have been implemented in the flight control computer and validated on Airbus test facilities and during real flight tests. The experimental results confirmed that good level of performance and robustness can be obtained.

La vérification de la résistance aux attaques des implémentations embarquées des vérifieurs de code intermédiaire Java Card est une tâche complexe. Les méthodes actuelles n'étant pas suffisamment efficaces, seule la génération de tests manuelle est possible. Pour automatiser ce processus, nous proposons une méthode appelée VTG (Vulnerability Test Generation, génération de tests de vulnérabilité). En se basant sur une représentation formelle des comportements fonctionnels du système sous test, un ensemble de tests d'intrusions est généré. Cette méthode s'inspire des techniques de mutation et de test à base de modèle. Dans un premier temps, le modèle est muté selon des règles que nous avons définies afin de représenter les potentielles attaques. Les tests sont ensuite extraits à partir des modèles mutants. Deux modèles Event-B ont été proposés. Le premier représente les contraintes structurelles des fichiers d'application Java Card. Le VTG permet en quelques secondes de générer des centaines de tests abstraits. Le second modèle est composé de 66 événements permettant de représenter 61 instructions Java Card. La mutation est effectuée en quelques secondes. L'extraction des tests permet de générer 223 tests en 45 min. Chaque test permet de vérifier une précondition ou une combinaison de préconditions d'une instruction. Cette méthode nous a permis de tester différents mécanismes d'implémentations de vérifieur de code intermédiaire Java Card. Bien que développée pour notre cas d'étude, la méthode proposée est générique et a été appliquée à d'autres cas d'études. / Verification of the resistance of attacks against embedded implementations of the Java Card bytecode verifiers is a complex task. Current methods are not sufficient, only the generation of manual testing is possible. To automate this process, we propose a method called VTG (Vulnerability Test Generation). Based on a formal representation of the functional behavior of the system under test, a set of intrusion test is generated. This method is based on techniques of mutation and model-based testing. Initially, the model is transferred according to rules that we have defined to represent potential attacks. The tests are then extracted from the mutant models. Two Event-B models have been proposed. The first represents the structural constraints of the Java Card application files. The VTG allows in seconds to generate hundreds of abstract tests. The second model is composed of 66 events to represent 61 Java Card instructions. The mutation is effected in a few seconds. Extraction tests to generate 223 test 45 min. Each test checks a precondition or a combination of preconditions of a statement. This method allowed us to test different implementations of mechanisms through Java Card bytecode verifier. Although developed for our case study, the proposed method is generic and has been applied to other case studies.

Cette thèse a pour objectif de démontrer l'intérêt des outils de diagnostic "intelligents" pour application sur les moteurs de fusée. En Europe beaucoup d'efforts ont été faits pour développer quelques techniques innovantes comme les réseaux neuronaux, les méthodes de suivi de raie vibratoire, ou l'identification paramétrique mais peu de résultats sont disponibles quant à la comparaison des performances de différents algorithmes. Un deuxième objectif de la thèse a été celui d'améliorer le système de diagnostic du banc d'essai Mascotte (ONERA/CNES). Il s'agit d'un banc de démonstration pour les moteurs de fusée de type cryogénique représentatif des conditions d'utilisation d'un vrai moteur. Les étapes de la thèse ont été en premier lieu de choisir et d'évaluer des méthodes de diagnostic à base de modèles, en particulier l'identification paramétrique et le filtre de Kalman, et de les appliquer pour le diagnostic d'un système critique du banc Mascotte: le circuit de refroidissement. Après une première validation des nouveaux algorithmes sur des données d'essais disponibles, un benchmark fonctionnel a été mis en place pour pouvoir comparer les performances des algorithmes sur différents types de cas de panne simulés. La dernière étape consiste à intégrer les algorithmes sur les ordinateurs du banc de contrôle de Mascotte pour pouvoir effectuer une évaluation applicative des performances et de leur intégrabilité à l'environnement informatique déjà en place. Un exemple simple de boucle de régulation intégrant l’information du diagnostic est aussi étudié pour analyser l’importance de telles méthodes dans le contexte plus large d’une régulation « intelligente » du banc. / The main objective of this work is to demonstrate and analyze the potential benefits of advanced real time algorithms for rocket engines monitoring and diagnosis. In the last two decades in Europe many research efforts have been devoted to the development of specific diagnostic technics such as neural networks, vibration analysis or parameter identification but few results are available concerning algorithms comparison and diagnosis performances analysis.Another major objective of this work has been the improvement of the monitoring system of the Mascotte test bench (ONERA/CNES). This is a cryogenic test facility based in ONERA Palaiseau used to perform analysis of cryogenic combustion and nozzle expansion behavior representative of real rocket engine operations.The first step of the work was the selection of a critical system of the bench, the water cooling circuit, and then the analysis of the possible model based technics for diagnostic such as parameter identification and Kalman filters.Three new algorithms were developed, after a preliminary validation based on real test data, they were thoroughly analyzed via a functional benchmark with representative failure cases.The last part of the work consisted in the integration of the diagnosis algorithms on the bench computer environment in order to prepare a set-up for a future real time application.A simple closed loop architecture based on the new diagnostic tools has been studied in order to assess the potential of the new methods for future application in the context of intelligent bench control strategies.