L'intégration de diverses technologies, notamment celles de l'informatique et l'électronique, fait que les systèmes conçus de nos jours sont de plus en plus complexes. Ils ont des comportements plus élaborés et plus difficiles à prévoir, ont un nombre de constituants en interaction plus important et/ou réalisent des fonctions de plus haut niveau. Parallèlement à cette complexification des systèmes, la compétitivité du marché mondial impose aux développeurs de systèmes des contraintes de coût et de délais de plus en plus strictes. La même course s'opère concernant la qualité des systèmes, notamment lorsque ceux-ci mettent en jeu un risque en vies humaines ou un risque financier important. Ainsi, les développeurs sont contraints d'adopter une approche de conception rigoureuse pour répondre aux exigences du système souhaité et satisfaire les diverses contraintes (coût, délais, qualité, sûreté de fonctionnement,...). Plusieurs démarches méthodologiques visant à guider la conception de système sont définies par l'intermédiaire de normes d'Ingénierie Système. Notre travail s'appuie sur la norme EIA-632, qui est largement employée, en particulier dans les domaines aéronautique et militaire. Il consiste à améliorer les processus d'ingénierie système décrits par l'EIA-632, afin d'intégrer une prise en compte globale et explicite de la sûreté de fonctionnement. En effet, jusqu'à présent la sûreté de fonctionnement était obtenue par la réutilisation de modèles génériques après avoir étudié et développé chaque fonction indépendamment. Il n'y avait donc pas de prise en compte spécifique des risques liés à l'intégration de plusieurs technologies. Pour cette raison, nous proposons de nous intéresser aux exigences de Sûreté de Fonctionnement au niveau global et le plus tôt possible dans la phase de développement, pour ensuite les décliner aux niveaux inférieurs, ceci en s'appuyant sur les processus de la norme EIA-632 que nous étoffons. Nous proposons également une méthode original e de déclinaison d'exigences de sûreté de fonctionnement à base d'arbres de défaillances et d'AMDEC, ainsi qu'un modèle d'information basé sur SysML pour appuyer notre approche. Un exemple issu du monde aéronautique permet d'illustrer nos propositions.

Les véhicules automobiles autonomes sont des systèmes critiques. En effet, suite à leurs défaillances, ils peuvent provoquer des dégâts catastrophiques sur l'humain et sur l'environnement dans lequel ils opèrent. Le contrôle des véhicules autonomes robotisés est une fonction complexe, qui comporte de très nombreux modes de défaillances potentiels. Dans le cas de plateformes expérimentales qui n'ont suivi ni les méthodes de développement ni le cycle de certification requis pour les systèmes industriels, les probabilités de défaillances sont beaucoup plus importantes. En effet, ces véhicules expérimentaux se heurtent à deux problèmes qui entravent leur sûreté de fonctionnement, c'est-à-dire la confiance justifiée que l'on peut avoir dans leur comportement correct. Tout d'abord, ils sont utilisés dans des environnements ouverts, au contexte d'exécution très large. Ceci rend leur validation très complexe, puisque de nombreuses heures de test seraient nécessaires, sans garantie que toutes les fautes du système soient détectées puis corrigées. De plus, leur comportement est souvent très difficile à prédire ou à modéliser. Cela peut être dû à l'utilisation des logiciels d'intelligence artificielle pour résoudre des problèmes complexes comme la navigation ou la perception, mais aussi à la multiplicité de systèmes ou composants interagissant et compliquant le comportement du système final, par exemple en générant des comportements émergents. Une technique permettant d'augmenter la sécurité-innocuité (safety) de ces systèmes autonomes est la mise en place d'un composant indépendant de sécurité, appelé « Safety-Bag ». Ce système est intégré entre l'application de contrôle-commande et les actionneurs du véhicule, ce qui lui permet de vérifier en ligne un ensemble de nécessités de sécurité, qui sont des propriétés nécessaires pour assurer la sécurité-innocuité du système. Chaque nécessité de sécurité est composée d'une condition de déclenchement et d'une intervention de sécurité appliquée quand la condition de déclenchement est violée. Cette intervention consiste soit en une inhibition de sécurité qui empêche le système d'évoluer vers un état à risques, soit en une action de sécurité afin de remettre le véhicule autonome dans un état sûr. La définition des nécessités de sécurité doit suivre une méthode rigoureuse pour être systématique. Pour ce faire, nous avons réalisé dans nos travaux une étude de sûreté de fonctionnement basée sur deux méthodes de prévision des fautes : AMDEC (Analyse des Modes de Défaillances, leurs Effets et leur Criticité) et HazOp-UML (Etude de dangers et d'opérabilité) qui mettent l'accent respectivement sur les composants internes matériels et logiciels du système et sur l'environnement routier et le processus de conduite. Le résultat de ces analyses de risques est un ensemble d'exigences de sécurité. Une partie de ces exigences de sécurité peut être traduite en nécessités de sécurité implémentables et vérifiables par le Safety-Bag. D'autres ne le peuvent pas pour que le système Safety-Bag reste un composant relativement simple et validable. Ensuite, nous avons effectué des expérimentations basées sur l'injection de fautes afin de valider certaines nécessités de sécurité et évaluer le comportement de notre Safety-Bag. Ces expériences ont été faites sur notre véhicule robotisé de type Fluence dans notre laboratoire dans deux cadres différents, sur la piste réelle SEVILLE dans un premier temps et ensuite sur la piste virtuelle simulée par le logiciel Scanner Studio sur le banc VILAD. Le Safety-Bag reste une solution prometteuse mais partielle pour des véhicules autonomes industriels. Par contre, il répond à l'essentiel des besoins pour assurer la sécurité-innocuité des véhicules autonomes expérimentaux. / Autonomous automotive vehicles are critical systems. Indeed, following their failures, they can cause catastrophic damage to the human and the environment in which they operate. The control of autonomous vehicles is a complex function, with many potential failure modes. In the case of experimental platforms that have not followed either the development methods or the certification cycle required for industrial systems, the probabilities of failure are much greater. Indeed, these experimental vehicles face two problems that impede their dependability, which is the justified confidence that can be had in their correct behavior. First, they are used in open environment, with a very wide execution context. This makes their validation very complex, since many hours of testing would be necessary, with no guarantee that all faults in the system are detected and corrected. In addition, their behavior is often very difficult to predict or model. This may be due to the use of artificial intelligence software to solve complex problems such as navigation or perception, but also to the multiplicity of systems or components interacting and complicating the behavior of the final system, for example by generating behaviors emerging. A technique to increase the safety of these autonomous systems is the establishment of an Independent Safety Component, called "Safety-Bag". This system is integrated between the control application and the actuators of the vehicle, which allows it to check online a set of safety necessities, which are necessary properties to ensure the safety of the system. Each safety necessity is composed of a safety trigger condition and a safety intervention applied when the safety trigger condition is violated. This intervention consists of either a safety inhibition that prevents the system from moving to a risk state, or a safety action to return the autonomous vehicle to a safe state. The definition of safety necessities must follow a rigorous method to be systematic. To do this, we carried out in our work a study of dependability based on two fault prevention methods: FMEA and HazOp-UML, that respectively focus on the internal hardware and software components of the system and on the road environment and driving process. The result of these risk analyzes is a set of safety requirements. Some of these safety requirements can be translated into safety necessities, implementable and verifiable by the Safety-Bag. Others cannot be implemented in the Safety-Bag. The latter must remain simple so that it is easy to be validated. Then, we carried out experiments based on the faults injection in order to validate some safety necessities and to evaluate the Safety-Bag's behavior. These experiments were done on our robotic vehicle type Fluence in our laboratory in two different settings, on the actual track SEVILLE at first and then on the virtual track simulated by the Scanner Studio software on the VILAD testbed. The Safety-Bag remains a promising but partial solution for autonomous industrial vehicles. On the other hand, it meets the essential needs for the safety of experimental autonomous vehicles.

Cette thèse propose de combiner deux types de connaissances : la connaissance du comportement d'un système (utilisée pour l'analyse diagnostique) et la connaissance issue de l'analyse AMDEC (Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et leurs Criticités) du système. Pour que ces connaissances puissent être supplémentaires, un formalisme commun à ces deux connaissances est proposé. Dans la suite, les résultats de l ?analyse AMDEC, en tant que connaissance experte supplémentaire au modèle comportemental, sont intégrés lors de l'analyse diagnostique pour affiner cette analyse diagnostique. D'un autre côté, une méthode de pronostic de défaillances/défauts est proposée en intégrant les résultats de l'analyse diagnostique aux résultats de l'analyse AMDEC. Cette thèse se conclut par une application des méthodes proposées sur un procédé exothermique industriel.

Les outils logiciels d'analyse des risques contribuent à la maîtrise de la qualité des produits, notamment en permettant l'identification de leurs modes de défaillances potentiels. Le travail de thèse présenté dans ce mémoire porte sur la définition d'un cadre de modélisation générique adapté aux produits du bâtiment et destiné à servir de base pour le développement d'un tel outil. Ce cadre de modélisation vise à permettre une représentation qualitative et unifiée des systèmes constructifs et de leurs modes de fonctionnement. Les différents objets qui le constituent ainsi que leurs articulations permettant de réaliser l'étude d'un produit sont décrits et illustrés. Un prototype d'outil fonctionnel est ensuite développé sur la base de ces travaux, puis mis en application au travers de plusieurs études.

Les systèmes hospitaliers sont des lieux de soins caractérisés par la variété des activités et des situations auxquelles ils sont confrontés. Ceci engendre des interactions induisant des situations imprévues liées à plusieurs risques.La gestion des risques apparaît donc comme une préoccupation importante pour les décideurs. Plus particulièrement, la gestion des risques dans les blocs opératoires est d’une grande importance étant donné que ces derniers présentent des lieux hautement stratégiques par rapport aux nombreuses activités qu’ils regroupent et des coûts qu’ils engendrent. Le risque zéro n’existe pas, il peut néanmoins être réduit.Ce travail de recherche a pour objectif de maîtriser la gestion des risques dans les blocs opératoires. Cette recherche s’intègre dans le cadre d’une collaboration entre l’Ecole Centrale de Lille et le CHU Sahloul de Sousse, terrain d’étude choisi pour mettre en œuvre l’approche proposée. Étant donné qu’aucun système de gestion des risques n’a été mis en place dans cet établissement, ce travail représenté un apport important et original pour le CHU Sahloul.Notre démarche se déroule en plusieurs étapes. Tout d’abord, suite à une comparaison entre les méthodes de gestion des risques existantes, nous avons choisi d’adapter la méthode de gestion des risques AMDEC (Analyse des Modes de Défaillances, de leurs Effets et de leurs Criticités) aux blocs opératoires du CHU Sahloul de Sousse.Nous proposons ensuite un système d’aide à la décision pour la gestion des risques GRAMA (Gestion des Risques par une Approche Multi - Agent) afin d’orienter les intervenants dans les blocs opératoires vers les meilleures décisions pour minimiser les risques pouvant survenir. Enfin, une simulation basée sur l’approche proposée est mise en œuvre au CHU Sahloul / The hospital systems are a place of health care distinguished by the variety of activities and situations with which they are confronted. This creates interactions leading into unexpected situations related to several risks.The risk management appears as an important concern for the decisions makers. More particularly, the risk management in the operating theatres has a major importance given that they are about a highly strategic in relation to the many activities they include and the costs they generate. The zero risk does not exist. Never theless, it can be reduced.This research aims to control risk management in operating rooms. This research gets in collaboration between l’Ecole Centrale de Lille and the University Hospital (UH) of Sousse Sahloul, field of study chosen to implement the proposed approach. Since non system of risk management has been implemented in this establishment, this work is significant and original for the UH Sahloul.Our approach is made up of several steps. First, following a comparison between the existing methods of risk management, we chose to adapt the method of risk management FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis) in operating rooms of UH Sahloul, Sousse. We propose a decision support system for risk management based on multi-agent approach in order to guide contributors in the operating rooms making the best decisions to minimize risks which occur in UH Sahloul. Finally, a simulation based on the proposed approach is implemented in the UH Sahloul.

L'intégration de diverses technologies, notamment celles de l'informatique et l'électronique, fait que les systèmes conçus de nos jours sont de plus en plus complexes. Ils ont des comportements plus élaborés et plus difficiles à prévoir, ont un nombre de constituants en interaction plus important et/ou réalisent des fonctions de plus haut niveau. Parallèlement à cette complexification des systèmes, la compétitivité du marché mondial impose aux développeurs de systèmes des contraintes de coût et de délais de plus en plus strictes. La même course s'opère concernant la qualité des systèmes, notamment lorsque ceuxci mettent en jeu un risque en vies humaines ou un risque financier important. Ainsi, les développeurs sont contraints d'adopter une approche de conception rigoureuse pour répondre aux exigences du système souhaité et satisfaire les diverses contraintes (coût, délais, qualité, sûreté de fonctionnement,...). Plusieurs démarches méthodologiques visant à guider la conception de système sont définies par l'intermédiaire de normes d'Ingénierie Système. Notre travail s'appuie sur la norme EIA-632, qui est largement employée, en particulier dans les domaines aéronautique et militaire. Il consiste à améliorer les processus d'ingénierie système décrits par l'EIA-632, afin d'intégrer une prise en compte globale et explicite de la sûreté de fonctionnement. En effet, jusqu'à présent la sûreté de fonctionnement était obtenue par la réutilisation de modèles génériques après avoir étudié et développé chaque fonction indépendamment. Il n'y avait donc pas de prise en compte spécifique des risques liés à l'intégration de plusieurs technologies. Pour cette raison, nous proposons de nous intéresser aux exigences de Sûreté de Fonctionnement au niveau global et le plus tôt possible dans la phase de développement, pour ensuite les décliner aux niveaux inférieurs, ceci en s'appuyant sur les processus de la norme EIA-632 que nous étoffons. Nous proposons également une méthode originale de déclinaison d'exigences de sûreté de fonctionnement à base d'arbres de défaillances et d'AMDEC, ainsi qu'un modèle d'information basé sur SysML pour appuyer notre approche. Un exemple issu du monde aéronautique permet d'illustrer nos propositions.

Le progrès constant des technologies électroniques, la courte durée de vie commerciale des produits, et la diversité croissante de la demande client font de l’industrie du semi-conducteur un environnement de production contraint par le changement continu des mix produits et des technologies. Dans un tel environnement, le succès dépend de la capacité à concevoir et à industrialiser de nouveaux produits rapidement tout en gardant un bon niveau de critères de coût, rendement et temps de cycle. Une haute disponibilité des capacités de production est assurée par des politiques de maintenance appropriées en termes de diagnostic, de supervision, de planification et des protocoles opératoires. Au démarrage de cette étude, l’approche AMDEC (analyse des modes de défaillance, leurs effets et de leur criticité) était seule mobilisée pour héberger les connaissances et le savoir-faire des experts. Néanmoins, la nature évolutive du contexte industriel requiert la mise à jour à des fréquences appropriées de ces connaissances pour adapter les procédures opérationnelles aux changements de comportements des équipements et des procédés. Cette thèse entend montrer que la mise à jour des connaissances peut être organisée en mettant en place une méthodologie opérationnelle basée sur les réseaux bayésiens et la méthode AMDEC. Dans cette approche, les connaissances et les savoir-faire existants sont tout d’abord capitalisés en termes des liens de cause à effet à l’aide de la méthode d’AMDEC pour prioriser les actions de maintenance et prévenir leurs conséquences sur l’équipement, le produit et la sécurité des personnels. Ces connaissances et savoir-faire sont ensuite utilisés pour concevoir des procédures opérationnelles standardisées permettant le partage des savoirs et savoir-faire des experts. Les liens causaux stockés dans l’AMDEC sont modélisés dans un réseau bayésien opérationnel (O-BN), afin de permettre l’évaluation d’efficacité des actions de maintenance et, par là même, la pertinence des connaissances existantes capitalisées. Dans un contexte incertain et très variable, l’exécution appropriée des procédures est mesurée à l’aide des indicateurs standards de performance de maintenance (MPM) et la précision des connaissances existantes en évaluant la précision de l’O-BN. Toute dérive de ces critères conduit à l'apprentissage d'un nouveau réseau bayésien non-supervisé (U-BN) pour découvrir de nouvelles relations causales à partir de données historiques. La différence structurelle entre O-BN et U-BN met en évidence de nouvelles connaissances potentielles qui sont validées par les experts afin de modifier l’AMDEC existante ainsi que les procédures de maintenance associées. La méthodologie proposée a été testée dans un des ateliers de production contraint par un haut mix de produits pour démontrer sa capacité à renouveler dynamiquement les connaissances d’experts et d'améliorer l'efficacité des actions de maintenance. Cette expérimentation a conduit à une diminution de 30% des reprises d’opérations de maintenance attestant une meilleure qualité des connaissances modélisées dans les outils fournis par cette thèse. / The constant progress in electronic technology, the short commercial life of products, and the increasing diversity of customer demand are making the semiconductor industry a production environment constrained by the continuous change of product mix and technologies. In such environment, success depends on the ability to develop and industrialize new products in required competitive time while keeping a good level of cost, yield and cycle time criteria. These criteria can be ensured by high and sustainable availability of production capacity which needs appropriate maintenance policies in terms of diagnosis, supervision, planning and operating protocols. At the start of this study, the FMEA approach (analysis of failure modes, effects and criticality) was only mobilized to capitalize the expert’s knowledge for maintenance policies management. However, the evolving nature of the industrial context requires knowledge updating at appropriate frequencies in order to adapt the operational procedures to equipment and processes behavior changes.This thesis aims to show that the knowledge update can be organized by setting up an operational methodology combine both Bayesian networks and FMEA method. In this approach, existing knowledge and know-how skills are initially capitalized in terms of cause to effect links using the FMEA method in order to prioritize maintenance actions and prevent their consequences on the equipment, the product quality and personal safety. This knowledge and expertise are then used to develop unified operating procedures for expert’s knowledge and know-how sharing. The causal links stored in the FMEA are modeled in an operational Bayesian network (BN-O), in order to enable the assessment of maintenance actions effectiveness and, hence, the relevance of existing capitalized knowledge. In an uncertain and highly variable environment, the proper execution of procedures is measured using standards maintenance performance measurement indicators (MPM). Otherwise, the accuracy of existing knowledge can be assessed as a function of the O-BN model accuracy. Any drift of these criteria leads to learning a new unsupervised Bayesian network (U-BN) to discover new causal relations from historical data. The structural difference between O-BN (built using experts judgments) and U-BN (learned from data) highlights potential new knowledge that need to be analyzed and validated by experts to modify the existing FMEA and update associated maintenance procedures.The proposed methodology has been tested in a production workshop constrained by high product mix to demonstrate its ability to dynamically renew expert knowledge and improve the efficiency of maintenance actions. This experiment led to 30% decrease in failure occurrence due to inappropriate maintenance actions. This is certifying a better quality of knowledge modeled in the tools provided by this thesis.

L’amélioration des systèmes électroniques pour le déploiement de l'avion tout électrique dépend de la capacité des composants passifs, tels que les condensateurs, à réduire leur volume, leur masse et leur coût, et augmenter leurs performances et leur fiabilité, particulièrement dans l’environnement aéronautique. Dans ce contexte, cette thèse a eu pour objectif l’étude et le développement de nouvelles technologies de condensateurs pour des applications avioniques. Dans la première partie des travaux, nous abordons l’évaluation de condensateurs céramique de puissance. La technologie céramique constitue, en effet, l’une des rares solutions matures capables de répondre aux exigences des équipementiers. La caractérisation, l’analyse des mécanismes de défaillance, de leurs effets et de leur criticité (AMDEC) ainsi que l’étude de fiabilité et de robustesse de composants commerciaux présentant des architectures originales (condensateurs multi-chips) ont été réalisées. Ces résultats ont été complétés par une étude plus amont sur la caractérisation de céramiques frittées par frittage flash (SPS). Les permittivités colossales de ces matériaux permettraient d’accroitre la fiabilité et la miniaturisation des condensateurs tout en conservant de fortes valeurs de capacité et de tension nominale. La seconde partie, plus fondamentale, a été consacrée au développement de nanoparticules céramique/polymère coeur-écorce pour des applications de condensateurs enterrés, opérant aux radiofréquences. La synthèse et les caractérisations physico-chimiques des nanocomposites ainsi que les procédés de fabrication de condensateurs en couches épaisses sont, en premier lieu, décrits. Une méthode de caractérisation électrique large bande a été mise au point pour permettre l’analyse des propriétés diélectriques et des mécanismes de conduction des nanoparticules. Les performances des dispositifs ont été recherchées en fonction de la température et des procédés de mise en forme. En outre, la durabilité en température de ces derniers a été évaluée. / The improvement of electronic systems for the deployment of all-electric aircrafts depends on the ability of passive components, such as capacitors, to reduce their volume, weight and cost, and to increase their performance and reliability, particularly in the aeronautical environment. In this context, the objective of this thesis was to study and develop novel capacitor technologies for avionics. In the first part of this work, the evaluation of power ceramic capacitors has been discussed. Indeed, the ceramic technology appeared to be one of the few mature solutions meeting the requirements of OEMs. The characterization, the failure mode, effects and criticality analysis (FMECA) and reliability and robustness assessment of commercial components using original architectures (multi-chip capacitors) have been performed. These results have been completed by a more advanced study on the characterization of new ceramics sintered by spark plasma sintering (SPS). The colossal permittivity of these materials could allow to increase reliability and miniaturization of capacitors while maintaining high values of capacitance and voltage rating. The second part, more fundamental, is devoted to the development of core-shell ceramic/polymer nanoparticles for embedded capacitors operating at radiofrequencies. The synthesis and the physicochemical characterization of the nanocomposites as well as the manufacturing processes of the thick film capacitors are first described. A new broadband electrical characterization methodology has been developed to analyze the dielectric properties and the conduction mechanisms of the nanoparticles. The effects of the temperature and the manufacturing process on the device performance have been investigated. In addition, the durability was evaluated.