Ce travail porte sur la compréhension et la simulation numérique des phénomènes thermomécaniques régissant la formation des soudures au cours du procédé de soudage bout à bout de tubes de polyéthylène. Ce procédé consiste à faire fondre les extrémités des tubes et à les plaquer l'un contre l'autre avec une certaine pression pour former la soudure par refroidissement de la matière. Le soudage bout à bout, qui paraît simple a priori, fait intervenir un certain nombre de phénomènes interagissant entre eux. Ainsi, il existe de forts couplages entre la mécanique, la thermique et les changements de phase. Ce manuscrit est composé de trois parties principales. Premièrement, une analyse complète du procédé a été réalisée. Ainsi, les phénomènes thermiques se produisant au cours du procédé, principaux moteurs du soudage, et les déplacements de matière, responsables de la formation du cordon de soudure, ont été étudiés. Ceci a mis en évidence l'importance de la dilatation thermique, notamment lors du chauffage de la matière, mais aussi une cinétique de formation du bourrelet et une thermique complexes (formation d'un plan vertical dans le bourrelet lors du chauffage, importance du rayonnement et de la convection lors du chauffage des tubes). Dans une deuxième partie, nous avons caractérisé la matière dans le but d'obtenir une simulation numérique du procédé la plus réaliste possible. Les lois de fusion et de crisallisation du polyéthylène ont été déterminées à partir des lois d'Avrami et d'Ozawa. Les comportements du polyéthylène à l'état liquide, solide et au cours de la transition ont également été déterminés. De plus, des mesures d'enthalpie de changement de phase et de dilatation thermique ont été faites. Finalement, l'ensemble des étapes du procédé a été simulé à l'aide du logiciel Forge2®, bien adapté à la résolution des problèmes thermiques et mécaniques responsables de la formation des soudures. Les lois et les paramètres obtenus expérimentalement ont été intégrés au logiciel. Les résultats obtenus sont très satisfaisants, tant au niveau de la thermique que du déplacement de matière et de la forme des bourrelets. Nous avons à présent une meilleure compréhension du soudage bout à bout ainsi qu'un premier outil opérationnel pour simuler le procédé.

L'importance des systèmes temps-réels embarqués dans les sociétés industrialisées modernes en font un terrain d'application privilégié pour les méthodes formelles. La prépondérance des contraintes temporelles dans les spécifications de ces systèmes motive la mise au point de solutions spécifiques. Cette thèse s'intéresse à une classe de systèmes temps-réels incluant ceux développés avec la chaîne d'outils OASIS, développée au CEA LIST. Nos travaux portent sur la notion de délai de bout-en-bout, que nous proposons de modéliser comme une contrainte temporelle concernant l'influence du flot d'informations des entrées sur celui des sorties. Afin de répondre à la complexité croissante des systèmes temps-réels, nous étudions l'applicabilité de cette notion nouvelle au développement incrémental par raffinement et par composition. Le raffinement est abordé sous l'angle de la conservation de propriétés garantes de la correction du système au cours du processus de développement. Nous délimitons les conditions nécessaires et suffisantes à la conservation du délai de bout-en-bout lors d'un tel processus. De même, nous donnons des conditions suffisantes pour permettre le calcul du délai de bout-en-bout de manière compositionnelle. Combinés, ces résultats permettent d'établir un formalisme permettant la preuve du délai de bout-en-bout lors d'une démarche de développement incrémentale.

Les architectures modulaires intégrées (IMA) sont une évolution majeure de l'architecture des systèmes avioniques. Elles permettent à plusieurs systèmes de se partager des ressources matérielles sans interférer dans leur fonctionnement grâce à un partitionnement spatial (zones mémoires prédéfinies) et temporel (ordonnancement statique) dans les processeurs ainsi qu'une réservation des ressources sur les réseaux empruntés. Ces allocations statiques permettent de vérifier le déterminisme général des différents systèmes: chaque système doit respecter des exigences de bout-en-bout dans une architecture asynchrone. Une étude pire cas permet d'évaluer les situations amenant aux limites du système et de vérifier que les exigences de bouten- bout sont satisfaites dans tous les cas. Les architectures IMA utilisés dans les avions centralisent physiquement des modules de calcul puissants dans des baies avioniques. Dans le cadre d'une étude de cas hélicoptère, ces baies ne sont pas envisageables pour des raisons d'encombrement: des processeurs moins puissants, utilisés à plus de 80%, composent ces architectures. Pour ajouter de nouvelles fonctionnalités ainsi que de nouveaux équipements, le souhait est de distribuer la puissance de traitement sur un plus grand nombre de processeurs dans le cadre d'une architecture globale asynchrone. Deux problématiques fortes ont été mises en avant tout au long de cette thèse. La première est la répartition des fonctions avioniques associée à une contrainte d'ordonnancement hors-ligne sur les différents processeurs. La deuxième est la satisfaction des exigences de communication de bout-en-bout, dépendantes de l'allocation et l'ordonnancement des fonctions ainsi que des latences de communication sur les réseaux. La contribution majeure de cette thèse est la recherche d'un compromis entre la distribution des architectures IMA sur un plus grand nombre de processeurs et la satisfaction des exigences de communication de bout-en-bout. Nous répondons à cet enjeu de la manière suivante: - Nous formalisons dans un premier temps un modèle de partitions communicantes tenant en compte des contraintes d'allocation et d'ordonnancement des partitions d'une part et des contraintes de communication de bout-en-bout entre partitions d'autre part. - Nous présentons dans un deuxième temps une recherche exhaustive des architectures valides. Nous proposons l'allocation successive des fonctions avioniques en considérant au même niveau la problématique d'ordonnancement et la satisfaction des exigences de bout-en-bout avec des latences de communication figées. Cette méthode itérative permet de construire des allocations de partitions partiellement valides. La construction des ordonnancements dans chacun des processeurs est cependant une démarche coûteuse dans le cadre d'une recherche exhaustive. - Nous avons conçu dans un troisième temps une heuristique gloutonne pour réduire l'espace de recherche associé aux ordonnancements. Elle permet de répondre aux enjeux de distribution d'une architecture IMA dans un contexte hélicoptère. - Nous nous intéressons dans un quatrième temps à l'impact des latences de communication de bout-en-bout sur des architectures distribuées données. Nous proposons pour celles-ci les choix de réseaux basés sur les latences de communication admissibles entre les différentes fonctions avioniques. Les méthodes que nous proposons répondent au besoin industriel de l'étude de cas hélicoptère, ainsi qu'à celui de systèmes de plus grande taille.

La certification des réseaux avioniques requiert une maîtrise des délais de transmission des données. Cepednant, le multiplexage et le partage des ressource de communications dans des réseaux tels que l'AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet) rendent difficile le calcul d'un délai de bout en bout pire cas pour chaque flux. Des outils comme le calcul réseau fournissent une borne supérieure (pessimiste) de ce délai pire cas. Les besoins de communication des avions civils modernes ne cessent d'augmenter et un nombre croissant de flux aux contraintes et aux caractéristiques différentes doivent partager les ressources existantes. Le réseau AFDX actuel ne permet pas de différentier plusieurs classes de trafic : les messages sont traités dans les files des commutateurs selon leur ordre d'arrivée (politique de service FIFO). L'objet de cette thèse est de montrer qu'il est possible de calculer des bornes pire cas des délais de bout en bout avec des politiques de service plus évoluées, à base de priorités statiques (Priority Queueing) ou à répartition équitable de service (Fair Queueing). Nous montrons comment l'approche par trajectoires, issue de la théorie de l'ordonnancement dans des systèmes asynchrones distribués peut s'appliquer au domaine de l'AFDX actuel et futur (intégration de politiques de service plus évoluées permettant la différentiation de flux). Nous comparons les performances de cette approche avec les outils de référence lorsque cela est possible et étudions le pessimisme des bornes ainsi obtenues. / The certification process for avionics network requires guaranties on data transmission delays. However, calculating the worst case delay can be complex in the case of industrial AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet) networks. Tools such as Network Calculus provide a pessimistic upper bound of this worst case delay. Communication needs of modern commercial aircraft are expanding and a growing number of flows with various constraints and characteristics must share already existing resources. Currently deployed AFDX networks do not differentiate multiple classes of traffic: messages are processed in their arrival order in the output ports of the switches (FIFO servicing policy). The purpose of this thesis is to show that it is possible to provide upper bounds of end to end transmission delays in networks that implement more advanced servicing policies, based on static priorities (Priority Queuing) or on fairness (Fair Queuing). We show how the trajectory approach, based on scheduling theory in asynchronous distributed systems can be applied to current and future AFDX networks (supporting advanced servicing policies with flow differentiation capabilities). We compare the performance of this approach with the reference tools whenever it is possible and we study the pessimism of the computed upper bounds.

Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle approche pour modéliser et estimer les délais de bout-en-bout dans les réseaux de capteurs sans-fil (WSN). Notre approche combine les approches analytiques et expérimentales pour inférer un modèle Markovien modélisant le comportement d'un protocole de contrôle d'accès au médium (MAC) exécuté sur les nœuds d'un réseau de capteurs. À partir de ce modèle Markovien, le délai de bout en bout est ensuite obtenu par une approche analytique basée sur une analyse dans le domaine fréquentiel pour calculer la probabilité de distribution de délais pour un taux d'arrivée spécifique. Afin d’obtenir une estimation du délai de bout en bout, indépendamment du trafic en entrée, la technique de régression non-linéaire est utilisée sur un ensemble d’échantillons limités. Cette approche nous a permis de contourner deux problèmes: 1) la difficulté d'obtenir un modèle Markovien du comportement d’un protocole MAC en tenant compte de son implémentation réelle, 2) l'estimation du délai de bout-en-bout d’un WSN multi-sauts. L'approche a été validée sur un testbed réel (IOT-LAB) et pour plusieurs protocoles (X-MAC, ContikiMAC, IEEE 802.15.4) ainsi que pour un protocole de routage (RPL). / In this thesis, we propose an approach that combines both measurements and analytical approaches for infering a Markov chain model from the MAC protocol execution traces in order to be able to estimate the end to end delay in multi-hop transmission scenarios. This approach allows capturing the main features of WSN. Hence, a suitable Markov chain for modelling the WSN is infered. By means of an approach based on frequency domain analysis, end to end delay distribution for multi-hop scenarios is found. This is an important contribution of our approach with regard to existing analytical approaches where the extension of these models for considering multi-hop scenarios is not possible due to the fact that the arrival distribution to intermediate nodes is not known. Since local delay distribution for each node is obtained by analysing the MAC protocol execution traces for a given traffic scenario, the obtained model (and therefore, the whole end to end delay distribution) is traffic-dependant. In order to overcome this problem, we have proposed an approach based on non-linear regression techniques for generalising our approach in terms of the traffic rate. Results were validated for different MAC protocols (X-MAC, ContikiMAC, IEEE 802.15.4) as well as a well-known routing protocol (RPL) over real test-beds (IOT-LAB).

Ce travail représente une contribution originale à la méthodologie pour le développement de modèles écosystémiques ainsi qu'une première tentative d'une modélisation end-to-end (E2E) de l'écosystème du Courant de Humboldt Nord (ECHN). L'objectif principal du modèle développé dans cette thèse est de construire un outil de gestion écosystémique et d'aide à la décision; raison pour laquelle la crédibilité du modèle est essentielle, laquelle peut-être établie par confrontation aux données. En outre, le ECHN présente une grande variabilité climatique et océanographique à différentes échelles, la source principale de variation inter-annuelle étant l'interruption du cycle d'upwelling saisonnier par l'Oscillation Australe du phénomène El Niño qui a un effet direct sur la survie larvaire et le succès de recrutement des poissons. La pêche peut aussi être fortement variable, en fonction de l'abondance et de l'accessibilité des principales ressources halieutiques. Ce contexte amène deux questions méthodologiques principales que nous explorons dans cette thèse à travers le développement d'un modèle E2E qui couple le modèle OSMOSE, pour la partie haut niveau trophique, au modèle ROMS-PISCES, pour les parties hydrodynamique et biogéochimie:(i) Comment calibrer un modèle écosystémique à partir de séries temporelles de données? (ii) Comment inclure l'impact de la variabilité inter-annuelle de l'environnement et de la pêche? En premier lieu, cette thèse met en évidence plusieurs problèmes liés à la confrontation de modèles écosystémiques complexes aux données et propose une méthodologie pour une calibration séquentielle en plusieurs phases des modèles écosystémiques. Nous proposons deux critères pour classer les paramètres d'un modèle: la dépendance au modèle et la variabilité temporelle des paramètres. A partir de ces critères, et en tenant compte de l'existence d'estimations initiales, on énonce des règles qui permettent de déterminer quels paramètres doivent être estimés, et dans quel ordre, dans le processus de calibration séquentiel. De plus, un nouvel Algorithme Évolutionnaire, conçu pour la calibration de modèles stochastiques et optimisé pour l'estimation du maximum de vraisemblance, a été développé et utilisé pour la calibration du modèle OSMOSE avec des séries temporelles de données.La variabilité environnementale est explicite dans le modèle: le modèle ROMS-PISCES force le modèle OSMOSE et propage les effets bottom-up potentiels dans le réseau trophique à travers les interactions trophiques entre plancton et poisson d'une part, et les changements dans la distribution spatiale du poisson d'autre part. Cette dynamique spatiale des poissons est prise en compte par l'utilisation de modèles de distribution des espèces de type présence/absence, qui sont en général évalués grâce à une matrice de confusion et les indicateurs statistiques qui lui sont associés. Toutefois, quand on considère la prédiction d'un habitat au cours du temps, la variabilité de la distribution spatiale des habitats peut être résumée de manière complémentaire et validée en utilisant les patrons émergents de la forme des distributions spatiales. Nous avons modélisé l'habitat potentiel des principales espèces du ECHN en utilisant plusieurs sources d'information (pêches commerciales, campagnes scientifiques et suivi satellite des navires de pêche) conjointement aux données environnementales issues d'observations satellites et in-situ, de 1992 à 2008. L'habitat potentiel est estimé sur cette période d'étude avec une résolution mensuelle, et le modèle est validé à partir d'informations du système, en utilisant une approche pattern-oriented.Le modèle écosystémique E2E ROMS-PISCES-OSMOSE pour le ECHN est calibré en une approche par maximum de vraisemblance pour ajuster des séries temporelles mensuelles de 1992 à 2008. En conclusion,quelques applications potentielles du modèle pour la gestion des pêches sont présentées et nous discutons leurs limitations et les perspectives. / This work represents an original contribution to the methodology for ecosystem models' development as well as the first attempt of an end-to-end (E2E) model for the Northern Humboldt Current Ecosystem (NHCE). The main purpose of the developed model is to build a tool for ecosystem-based management and decision making, reason why the credibility of the model is essential, and this can be assessed through confrontation to data. Additionally, the NHCE exhibits a high climatic and oceanographic variability at several scales, the major source of interannual variability being the interruption of the upwelling seasonality by the El Nino Southern Oscillation, which has direct effects on larval survival and fish recruitment success. Fishing activity can also be highly variable, depending on the abundance and accessibility of the main fishery resources. This context brings the two main methodological questions addressed in this thesis, through the development of an end-to-end model coupling the high trophic level model OSMOSE to the hydrodynamics and biogeochemical model ROMS-PISCES: i) how to calibrate ecosystem models using time series data and ii) how to incorporate the impact of the interannual variability of the environment and fishing.First, this thesis highlights some issues related to the confrontation of complex ecosystem models to data and proposes a methodology for a sequential multi-phases calibration of ecosystem models. We propose two criteria to classify the parameters of a model: the model dependency and the time variability of the parameters. Then, these criteria along with the availability of approximate initial estimates are used as decision rules to determine which parameters need to be estimated, and their precedence order in the sequential calibration process. Additionally, a new Evolutionary Algorithm designed for the calibration of stochastic models (e.g Individual Based Model) and optimized for maximum likelihood estimation has been developed and applied to the calibration of the OSMOSE model to data time series.The environmental variability is explicit in the model: the ROMS-PISCES model forces the OSMOSE model and drives potential bottom-up effects up the foodweb through plankton and fish trophic interactions, as well as through changes in the spatial distribution of fish. The latter effect was taken into account using presence/absence species distribution models which are traditionally assessed through a confusion matrix and the statistical metrics associated to it. However, when considering the prediction of the habitat against time, the variability in the spatial distribution of the habitat can be summarized and validated using the emerging patterns from the shape of the spatial distributions. We modeled the potential habitat of the main species of the Humboldt Current Ecosystem using several sources of information (fisheries, scientific surveys and satellite monitoring of vessels) jointly with environmental data from remote sensing and in situ observations, from 1992 to 2008. The potential habitat was predicted over the study period with monthly resolution, and the model was validated using quantitative and qualitative information of the system using a pattern oriented approach.The final ROMS-PISCES-OSMOSE E2E ecosystem model for the NHCE was calibrated using our evolutionary algorithm and a likelihood approach to fit monthly time series data of landings, abundance indices and catch at length distributions from 1992 to 2008. To conclude, some applications of the model for fishery management are presented and their limitations and perspectives discussed.

Dans le domaine des transmissions de données multimédia, de remarquables progrès ont été fait au cours des vingt dernières années permettant d'optimiser chaque module d'une chaîne de communication moderne. Mais en dépit de ces excellents résultats, une approche cloisonnée ou "séparée" a montré ses limites dans le cas des communications sans fil. Notre approche, qui suit celle du codage source/canal conjoint, a pour objectif de développer des stratégies où le codage de source et le codage canal sont déterminés conjointement tout en prenant en compte les paramètres du réseau et d'éventuelles contraintes utilisateurs. Cette approche offre la possibilité de faire converser le monde de l'application (codage source, chiffrement) et le monde des transmissions (codage canal) afin qu'ils optimisent conjointement l'usage du lien de communications sans fil de bout en bout. Trois axes de recherche sont traités dans ce mémoire de thèse qui permettent d'optimiser l'allocation des ressources de l'utilisateur et du réseau appliquée tout en assurant une compatibilité avec la norme de codage vidéo H.264. Tout d'abord, nous proposons d'utiliser la redondance résiduelle présente dans un flux binaire en sortie du codeur source afin d'améliorer les performances du décodage. Ensuite, nous introduisons une méthode proposant des propriétés de scalabilité temporelle compatible du standard H.264. Enfin, nous présentons une méthode d'optimisation conjointe de la répartition de débit entre le codeur de source et le codeur de canal au moyen d'un contrôleur applicatif estimant la distorsion globale introduite par ces différents codeurs grâce au calcul de la sensibilité des flux binaires considérés.

Depuis l'avènement du réseau Internet, le volume de données échangées sur les réseaux a crû de manière exponentielle. Le matériel présent sur les réseaux est devenu très hétérogène, dû entre autres à la multiplication des "middleboxes" (parefeux, routeurs NAT, serveurs VPN, proxy, etc.). Les algorithmes exécutés sur les équipements réseaux (routage, “spanning tree”, etc.) sont souvent complexes, parfois fermés et propriétaires et les interfaces de supervision peuvent être très différentes d'un constructeur/équipement à un autre. Ces différents facteurs rendent la compréhension et le fonctionnement du réseau complexe. Cela a motivé la définition d'un nouveau paradigme réseaux afin de simplifier la conception et la gestion des réseaux : le SDN (“Software-defined Networking”). Il introduit la notion de contrôleur, qui est un équipement qui a pour rôle de contrôler les équipements du plan de données. Le concept SDN sépare donc le plan de données chargés de l'acheminement des paquets, qui est opéré par des équipements nommés virtual switches dans la terminologie SDN, et le plan contrôle, en charge de toutes les décisions, et qui est donc effectué par le contrôleur SDN. Pour permettre au contrôleur de prendre ses décisions, il doit disposer d'une vue globale du réseau. En plus de la topologie et de la capacité des liens, des critères de performances comme le délai, le taux de pertes, la bande passante disponible, peuvent être pris en compte. Cette connaissance peut permettre par exemple un routage multi-classes, ou/et garantir des niveaux de qualité de service. Les contributions de cette thèse portent sur la proposition d'algorithmes permettant à une entité centralisée, et en particulier à un contrôleur dans un cadre SDN, d'obtenir des estimations fiables du délai de bout-en-bout pour les flux traversant le réseau. Les méthodes proposées sont passives, c'est-à-dire qu'elles ne génèrent aucun trafic supplémentaire. Nous nous intéressons tout particulièrement à la moyenne et l'écart type du délai. Il apparaît que le premier moment peut être obtenu assez facilement. Au contraire, la corrélation qui apparaît dans les temps d'attentes des noeuds du réseau rend l'estimation de l'écart type beaucoup plus complexe. Nous montrons que les méthodes développées sont capables de capturer les corrélations des délais dans les différents noeuds et d'offrir des estimations précises de l'écart type. Ces résultats sont validés par simulations où nous considérons un large éventail de scénarios permettant de valider nos algorithmes dans différents contextes d'utilisation / Since the early beginning of Internet, the amount of data exchanged over the networks has exponentially grown. The devices deployed on the networks are very heterogeneous, because of the growing presence of middleboxes (e.g., firewalls, NAT routers, VPN servers, proxy). The algorithms run on the networking devices (e.g., routing, spanning tree) are often complex, closed, and proprietary while the interfaces to access these devices typically vary from one manufacturer to the other. All these factors tend to hinder the understanding and the management of networks. Therefore a new paradigm has been introduced to ease the design and the management of networks, namely, the SDN (Software-defined Networking). In particular, SDN defines a new entity, the controller that is in charge of controlling the devices belonging to the data plane. Thus, in a SDN-network, the data plane, which is handled by networking devices called virtual switches, and the control plane, which takes the decisions and executed by the controller, are separated. In order to let the controller take its decisions, it must have a global view on the network. This includes the topology of the network and its links capacity, along with other possible performance metrics such delays, loss rates, and available bandwidths. This knowledge can enable a multi-class routing, or help guarantee levels of Quality of Service. The contributions of this thesis are new algorithms that allow a centralized entity, such as the controller in an SDN network, to accurately estimate the end-to-end delay for a given flow in its network. The proposed methods are passive in the sense that they do not require any additional traffic to be run. More precisely, we study the expectation and the standard deviation of the delay. We show how the first moment can be easily computed. On the other hand, estimating the standard deviation is much more complex because of the correlations existing between the different waiting times. We show that the proposed methods are able to capture these correlations between delays and thus providing accurate estimations of the standard deviation of the end-to-end delay. Simulations that cover a large range of possible scenariosvalidate these results

L'évolution des architectures des systèmes embarqués temps réel vers des architectures modulaires a permis d'introduire plus de fonctionnalités grâce à l'utilisation de calculateurs répartis et d'interfaces de communication et de service standardisés. Nous nous intéressons dans cette thèse à l'architecture avionique modulaire (IMA) des standards ARINC 653 et ARINC 664 partie 7. Cette évolution a introduit de nouveaux défis de conception relatifs, entre autres, au respect des contraintes temporelles applicatives nécessaires au bon fonctionnement du système. La conception d'un système modulaire est un problème d'intégration sous contraintes, qui regroupe plusieurs problèmes difficiles (dimensionnement, allocation de ressource spatiales et temporelles). Ces difficultés requièrent la mise en place d'outils d'aide à l'intégration qui passent à l'échelle. C'est dans ce cadre-là que ces travaux de thèse ont été menés. Nous nous intéressons principalement à l'allocation des ressources temporelles du système. Plus particulièrement, nous déterminons les périodes d'exécution des fonctions embarquées distribuées qui garantissent les contraintes temporelles applicatives et qui offrent un degré d'évolutivité du système élevé, étant donné une répartition des fonctions sur les calculateurs. Notre démarche prend en compte la variabilité temporelle (bornée) du réseau de communication La première contribution de cette thèse est la formulation du problème d'intégration d'un système modulaire IMA en un problème d'optimisation multi-critère à contraintes temporelles. Pour une distribution des fonctions avioniques aux calculateurs, la périodicité des partitions IMA est recherchée de façon à garantir la fraîcheur et la non-perte des données transmises. Parmi toutes les allocations temporelles vérifiant les contraintes temporelles, nous réalisons une recherche multi-critères qui optimise à la fois un critère de charge des calculateurs et de marge temporelle dans le réseau. Ces deux critères facilitent les évolutions futures de l’architecture. La seconde contribution de cette thèse est la proposition de deux heuristiques de recherche multi-critère adaptées à notre problème. Il faut noter que le nombre d'allocations temporelles valides grandit exponentiellement avec le nombre de modules et de partitions hébergées par module. Nous proposons deux algorithmes d'optimisation multi-critères : (i) EXHAUST, un algorithme optimal de recherche exhaustive, (ii) TABOU un algorithme semi-optimal basé sur une métaheuristique Tabou. Pour les deux algorithmes, la cardinalité du problème est réduite par une phase d'optimisation locale à chaque module, rendue possible par la linéarité des deux métriques choisies. Cette première étape d'optimisation locale permet de résoudre à l'optimal le problème d'allocation avec EXHAUST pour un système IMA de taille moyenne. Nous montrons que pour des systèmes de grande taille, l'algorithme TABOU est un très bon candidat car il extrait des solutions satisfaisantes en un temps raisonnable, tout en testant un nombre limité d'allocations valides. Ces deux heuristiques sont appliquées à un système IMA. L'analyse des solutions obtenues nous permet de mettre en exergue la qualité des solutions Pareto-optimales obtenues par les deux algorithmes. Elles présentent les caractéristiques recherchées d'évolutivité de la charge des calculateurs et de la marge réseau. Notre dernière contribution réside dans une analyse fine de ces solutions. L'analyse met en avant différentes classes de solutions Pareto-optimales avec différent compromis entre la charge et la marge réseau. La connaissance de ces classes de solutions permet à l'intégrateur de choisir une solution lui fournissant le compromis qu'il recherche entre les critères de charge et de marge réseau. / The evolution of real-time embedded systems architectures to modular architectures has introduced more functionality through the use of distributed computers and communication interfaces and standardized service. We focus in this thesis on Integrated modular avionics architectures (IMA) standardized in ARINC 653 and ARINC 664 standard Part 7. This development has introduced new design challenges, among others, as respect for application timing constraints mandatory for the proper functioning of systems. The design of a modular system is an integration problem under constraints which features some difficult issues (design, spatial and temporal resource allocation). These difficulties require implementation of tools for integration that go to scale. It is, in this context, that the thesis work was conducted. We are interested primarily to the allocation of time resources of the system. In particular, we determine the execution time of distributed embedded functions that guarantee the application time constraints and offer a high degree of scalability of the system, given a distribution of functions on computers. Our approach takes into account the temporal variability (bounded variability) of the communication network. The first contribution of this thesis is the formulation of the problem of integration of an IMA system in a multi-criteria optimization problem with time constraints. For a distribution of avionics functions on computers, execution periods of IMA partitions are sought in order to ensure freshness and non-loss of transmitted data. Among all temporary allocations satisfying the time constraints, we perform a multi-criteria search that optimizes both load test calculators and time buffer in the network. These two criteria facilitate the future development of architecture. The second contribution of this thesis is the proposal of two multi-criteria search heuristics adapted to our problem. Note that the number of valid temporary allocations grows exponentially with the number of modules and partitions hosted on them. We offer two multi-criteria optimization algorithms: (i) EXHAUST, optimal exhaustive search algorithm, (ii) TABOO a semi-optimal algorithm based on a metaheuristic Tabu. For both algorithms, the cardinality of the problem is reduced by a local optimization phase for each module, made possible by the linearity of the two selected metric. This first local optimization step solves the problem of optimal allocation with EXHAUST for IMA system of medium size. We show that for large systems, the TABOO algorithm is a very good candidate because it extracts satisfactory solutions in a reasonable time while testing a limited number of valid allocations. These two heuristics are applied to an IMA system example. The analysis of the solutions obtained allows us to highlight the quality of Pareto-optimal solutions obtained by both algorithms. They have the characteristics sought scalability of the load of the computers and network margin. Our latest contribution lies in a detailed analysis of these solutions. The analysis highlights different classes of Pareto Optimal solutions with different compromise between the load of the system and the network margin. The knowledge of these solutions allows the system Integrator to choose a solution among solution classes that offer the compromise between the search criteria and network load margin.

L’importance des systèmes temps-réels embarqués dans les sociétés industrialisées modernes en font un terrain d’application privilégié pour les méthodes formelles. La prépondérance des contraintes temporelles dans les spécifications de ces systèmes motive la mise au point de solutions spécifiques. Cette thèse s’intéresse à une classe de systèmes temps-réels incluant ceux développés avec la chaîne d’outils OASIS, développée au CEA LIST. Nos travaux portent sur la notion de délai de bout-en-bout, que nous proposons de modéliser comme une contrainte temporelle concernant l’influence du flot d’informations des entrées sur celui des sorties. Afin de répondre à la complexité croissante des systèmes temps-réels, nous étudions l’applicabilité de cette notion nouvelle au développement incrémental par raffinement et par composition. Le raffinement est abordé sous l’angle de la conservation de propriétés garantes de la correction du système au cours du processus de développement. Nous délimitons les conditions nécessaires et suffisantes à la conservation du délai de bout-en-bout lors d’un tel processus. De même, nous donnons des conditions suffisantes pour permettre le calcul du délai de bout-en-bout de manière compositionnelle. Combinés, ces résultats permettent d’établir un formalisme permettant la preuve du délai de bout-en-bout lors d’une démarche de développement incrémentale. / Real-time embedded systems are at the core of modern industrialized societies. They are a privileged target for the application of formal methods. The importance of real-time constraints in the specification of these systems requires the design of ad-hoc solutions. This work considers a class of real-time systems including those developed using OASIS, a tool-chain targeting hard real-time embedded systems developed at CEA LIST. We study the notion of end-to-end delay, which we propose to model as a constraint bearing directly on the influence of the input information flow over the output information flow . In order to cope with the growing complexity of real-time embedded systems, we study the possibility to apply this new notion of delay to the incremental development of such systems, by using both stepwise refinement and composition operators. We define the necessary and sufficient conditions to the preservation of the end-to-end delay by stepwise refinement. Similarly, we give sufficient conditions to compute the end-to-end delay in a compositional fashion. Together, these results permit to establish a formalism allowing to prove end-to-end delay properties in stepwise development methodologies.