Ce travail relève du registre de l'algorithmique de courbes et surfaces algébriques réelles. Dans le domaine de la représentation de formes, nous avons développé trois algorithmes. Le premier est un algorithme symbolique-numérique certifié, fortement basé sur les propriétés des polynômes sous-résultants, et permettant le calcul de la topologie d'une courbe algébrique plane avec la meilleur complexité connue. Le deuxième algorithme traite le problème du calcul de la topologie d'une courbe algébrique spatiale définie comme intersection de deux surfaces implicites. Pour construire cet algorithme, nous introduisons la notion de courbe spatiale en position pseudo-générique par rapport à un plan. Cette approche conduit à un algorithme symbolique- numérique certifié disposant de la meilleur complexité connue. Le troisième est un algorithme de maillages de surfaces implicites. C'est le premier algorithme certifié et implémenté qui traite le problème du maillage isotopique de surfaces implicites singulières. Enfin dans un travail sur les arrangements de quadriques nous fournissons un algorithme permettant de calculer un tel arrangement.

Ce travail présente quelques contributions en arithmétique des ordinateurs pour le matériel et le logiciel. L'arithmétique des ordinateurs est la branche de l'informatique qui traite des représentations des nombres, des algorithmes pour effectuer les calculs de base en machine, la validation de la qualité des calculs, l'analyse de l'efficacité des calculs et des outils d'aide à la conception de systèmes de calcul arithmétique. Nos travaux comportent des liens avec les domaines de la conception de circuits intégrés numériques, de l'architecture des machines et du développement logiciel de bibliothèques de calcul. Les principaux domaines d'application de nos travaux sont: le calcul numérique dans les systèmes embarqués, la cryptographie et la sécurité numérique, le traitement numérique du signal et des images et de façon plus limitée les dispositifs numériques de contrôle-commande en automatique. Le mémoire résume les travaux de recherche effectués, seul et en collaboration, depuis octobre 1997. Ces travaux portent sur: l'arithmétique en ligne, des architectures reconfigurables, des méthodes d'évaluation de fonctions à base de tables, la division pour circuits asynchrones, des opérateurs arithmétiques spécifiques pour FPGA, des variantes de la multiplication comme la multiplication par des constantes ou tronquée, des bibliothèques flottantes pour processeurs entiers, la division par des constantes, l'évaluation de fonctions par approximation polynomiale, des opérateurs arithmétiques pour la basse consommation d'énergie, la modélisation et l'évaluation de la consommation d'opérateurs arithmétiques, des opérateurs arithmétiques pour la cryptographie (corps finis et sécurisation contre des attaques physiques), la génération de diviseurs matériels, la bibliothèque logicielle PACE pour la cryptographie, la consommation d'énergie dans les processeurs graphiques, la maîtrise des erreurs d'arrondi dans les outils de CAO, la génération de nombres vraiment aléatoires et l'arithmétique par estimation.

Le domaine de l'electronique embarquee est une dimension essentielle des technologies de<br />l'information et de la communication. Le terme systemes enfouis désigne son intégration sous<br />forme de composants d'un système plus complexe issus des domaines de l'avionique, de l'automobile,<br />des objets mobiles communiquants, du multimedia etc. Leur realisation sous la forme<br />de systemes sur silicium (SOC) souligne la complexite et l'heterogeneité qui les caractérisent<br />desormais. La maitrise de la conception des SOC représente un enjeu économique majeur a la<br />hauteur de la place qu'ils occupent dans tous les secteurs d'activites (industriel, loisirs, domestique).<br />Les outils et méthodes pour la conception de SOC constituent un domaine de recherche<br />multi-formes dont le but global est de concevoir rapidement des systemes qui soient fiables,<br />performants et efficaces d'un point de vue energétique.<br />Ce document est une synthese de mes recherches effectues dans le domaine général des<br />outils et methodes de conception de SOC. Plus précisément, les travaux detailles ici traitent des<br />differents aspects d'un domaine unique a savoir l'exploration de l'espace de conception des SOC<br />eventuellement reconfigurables. Ces travaux de recherche s'articulent principalement autour de<br />six projets menes depuis la these de doctorat. Il s'agit de l'exploration de la hierarchie memoire,<br />du projet Design Trotter pour l'exploration des solutions architecturales de la specification<br />algorithmique jusqu'au niveau tache au sens temps réel. Dans le domaine de la gestion des<br />entrees/sortie les projets presentes traitent d'un exemple d'interface reseau / flux multimédia<br />et d'un environnement μSpider de synthese et de dimensionnement de Network On Chip. Enfin,<br />le document présente le projet en cours dans le domaine des architectures auto-reconfigurables.

Academisch proefschrift--Amsterdam. / "Stellingen": [3] p. inserted. "Lijst van verkort geciteerde literatuur": p. 379-380.

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La complexification des produits manufacturés notamment mécatroniques requiert la mise en place d’outils et méthodes pour la gestion de leur processus de conception. Ce processus va du cahier des charges à l’obtention de prototypes satisfaisant les exigences structurelles, fonctionnelles et comportementales. Pour développer des produits performants, sûrs de fonctionnement et à moindre coût tout en respectant les délais ce processus doit être maitrisé. Les travaux menés durant cette thèse ont pour objectif de proposer une démarche générique de conception et de modélisation de produits mécatroniques tout en permettant l’évaluation de leurs performances comportementales. La démarche proposée couvre tout le processus allant de la spécification des besoins à l’identification et l’élaboration de prototypes numériques des produits répondant à ces exigences. Elle est basée essentiellement sur trois étapes successives que sont la conception sémantique conceptuelle (CSC), la modélisation sémantique conceptuelle (MSC) et l’ingénierie de performances comportementales (IPC). Ces contributions théoriques sont ensuite implémentées dans un logiciel nommé Product-BPAS et développé dans cette thèse. / The increasing complexity of manufactured product such mechatronics products requires tools and methods to manage their design process. This process covers the steps going from the requirements specification to the definition of the digital mockup that fulfils the structural, functional and behavioral requirements. To develop high quality products with good performance and low cost while respecting delay this process must be optimized and mastered. The research conducted during this thesis is directed to propose a generic approach for mechatronics products design and behavioural performance assessment. This approach covers the process going from the specification of the requirements to the identification and the design of the digital mockups of the products that meet those requirements. This approach is essentially based on three successive steps that are conceptual semantic design (CSD), conceptual semantic modeling (CSM) and behavioral performance engineering (BPE). These theoretical contributions have been implemented in the Product- BPAS software for test and illustrate purposes.

Maitriser le triptyque coût-qualité-délai lors des différentes phases du Processus de Développement d’un Produit (PDP) dans un environnement de plus en plus concurrentiel est un enjeu majeur pour l’industrie. Le développement de nouvelles méthodes et de nouveaux outils pour adapter une représentation du produit à une activité du PDP est l’une des nombreuses pistes d’amélioration du processus et certainement l’une des plus prometteuses. Cela est particulièrement vrai dans le domaine du transfert de modèles de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) vers des activités de simulations numériques. Actuellement, les méthodes et outils de préparation d’un modèle CAO original vers un modèle dédié à une activité existent. Cependant, ces processus de préparation sont des tâches complexes qui reposent souvent sur les connaissances des experts et sont peu formalisés, en particulier lorsque l’on considère des maquettes numériques riches comprenant plusieurs centaines de milliers de pièces. Pouvoir estimer a priori l’impact de la préparation de la maquette numérique sur le résultat de la simulation permettrait d’identifier dès le début le meilleur processus et assurerait une meilleure maitrise des processus et des coûts de préparation. Cette thèse a pour objectif de relever ce défi en utilisant des techniques d’intelligence artificielles capables d'imiter et de prévoir un comportement à partir d'exemples judicieusement choisis. L’idée principale est d’utiliser des exemples de préparation de maquettes numériques comme entrées d’algorithmes d’apprentissage pour configurer des estimateurs de la performance d’un processus. Lorsqu’un nouveau cas se présente, ces estimateurs pourront alors prédire a priori l’impact de la préparation sur le résultat de l’analyse sans avoir à la réaliser. Afin d'atteindre cet objectif, une méthode a été développée pour construire une base d’exemples représentatifs, identifier les variables d’entrée et de sortie déterminantes et configurer des modèles d’apprentissage. La performance d’un processus de préparation sera évaluée à l’aide de critères tels que des coûts de préparation, des coûts de simulation et des erreurs sur le résultat de l’analyse dues à la simplification des modèles CAO. Ces critères seront les données de sortie des algorithmes d’apprentissage. Le premier challenge de l’approche proposée est d’extraire les données des modèles 3D complétées par des données relatives au cas de simulation qui caractérisent au mieux un processus de préparation , puis d’identifier les variables explicatives les plus déterminantes. Un autre challenge est de configurer des modèles d’apprentissage capables d’évaluer avec une bonne précision la qualité d’un processus malgré un nombre limité d’exemples de processus de préparation et de données disponibles (seules les données relatives aux modèles CAO originaux, aux cas de simulation sont connues pour un nouveau cas). Au final, l’estimateur de la performance d’un processus aidera les analystes dans le choix d'opérations de préparation de modèles CAO. Cela ne les dispensera pas de la simulation mais permettra d'obtenir plus rapidement un modèle préparé de meilleure qualité. Les techniques d’intelligence artificielles utilisées seront des classifieurs de type réseaux de neurones ou arbres de décision. L’approche proposée sera appliquée à la préparation de modèles CAO riches pour l’analyse CFD. / Controlling the well-known triptych costs, quality and time during the different phases of the Product Development Process (PDP) is an everlasting challenge for the industry. Among the numerous issues that are to be addressed, the development of new methods and tools to adapt to the various needs the models used all along the PDP is certainly one of the most challenging and promising improvement area. This is particularly true for the adaptation of CAD (Computer-Aided Design) models to CAE (Computer-Aided Engineering) applications. Today, even if methods and tools exist, such a preparation phase still requires a deep knowledge and a huge amount of time when considering Digital Mock-Up (DMU) composed of several hundreds of thousands of parts. Thus, being able to estimate a priori the impact of DMU preparation process on the simulation results would help identifying the best process right from the beginning, and this will ensure a better control of processes and preparation costs. This thesis addresses such a difficult problem and uses Artificial Intelligence (AI) techniques to learn and accurately predict behaviors from carefully selected examples. The main idea is to identify rules from these examples used as inputs of learning algorithms. Once those rules obtained, they can be used as estimators to be applied a priori on new cases for which the impact of a preparation process can be estimated without having to perform it. To reach this objective, a method to build a representative database of examples has been developed, the right input and output variables have been identified, then the learning model and its associated control parameters have been tuned. The performance of a preparation process is assessed by criteria like preparation costs, analysis costs and the errors induced by the simplifications on the analysis results. The first challenge of the proposed approach is to extract and select most relevant input variables from the original and 3D prepared models, which are completed with data characterizing the preparation processes. Another challenge is to configure learning models able to assess with good accuracy the quality of a process, despite a limited number of examples of preparation processes and data available (the only data known to a new case are the data that characterize the original CAD models and simulation case). In the end, the estimator of the process’ performance will help analysts in the selection of CAD model preparation operations. This does not exempt the analysts to make the numerical simulation. However, this will get faster a simplified model of best quality. The rules linking the output variables to the input ones are obtained using AI techniques such as well-known neural networks and decision trees. The proposed approach is illustrated and validated on industrial examples in the context of CFD simulations.

Cette thèse traite d'une méthodologie de Reverse Engineering (RE) d'assemblages mécaniques à partir de données hétérogènes dans un contexte routinier. Cette activité consiste à partir d'un produit ou d'un assemblage, à récupérer la donnée numérique en partant de la donnée physique dans le but de reconstruire sa ma­quette numérique. Plusieurs techniques de numérisation peuvent être employées et permettent de générer des données de différents types (ex : nuage de points, photographies). Ces dernières sont utilisées comme données d'entrée à notre pro­cessus de RE et peuvent aussi être associées à des données liées au produit, exis­tantes au préalable, telles que des mises en plan ou encore une version antérieure de la maquette numérique du produit. Le traitement de l'ensemble de ces don­nées, dites "hétérogènes", requiert une solution qui soit capable de gérer d'une part, l'hétérogénéité des données et des informations qu'elles contiennent et d'autre part, l'incomplétude de certaines données qui est liée au bruit ou à la technologie utilisée pour numériser l'assemblage (ex : scanner ou photographie). Enfin la pertinence des informations extraites lors de la phase de traitement doit permettre, dans cer­tains cas, de générer des modèles CAO paramétrés, propres à l'activité de RE de l'entreprise ou du domaine d'application. L'état de l'art sur la reconnaissance de formes dans des données hétérogènes ainsi que sur la gestion de connaissances dans le cadre d'activités routinières, pro­pose des approches qui traitent soit d'un seul type de données, soit du RE de pièce unique ou soit elles ne permettent pas d'obtenir un modèle CAO qui soit exploitable (paramétrage géométrique des entités) pour une activité de RE. Cette thèse propose une méthodologie nommée Heterogeneous Data Integration for Reverse Engineering (HDI-RE) et qui se décompose en trois étapes : la seg­mentation, la signature et la comparaison avec une base de connaissances. Le but de cette méthode est d'automatiser le processus de RE et notamment en ce qui concerne les étapes de reconnaissance de composants dans les données d'entrée et d'aide à la reconstruction de modèles CAO (paramétrés ou non) en récupérant des informations géométriques et topologiques dans des données d'entrée. Pour cela, ces dernières sont segmentées afin d'en extraire des informations qui sont en­ suite formalisées sous la forme de signatures. Les signatures générées sont ensuite comparées à une base de connaissances comportant un ensemble de signatures de différents types et appartenant à des produits ou objets déjà connus. Le calcul des similarités issu de la comparaison permet d'identifier les composants présents dans les données en entrée. L'apport scientifique de ces travaux repose principalement sur l'utilisation de sig­natures qui, en fonction du souhait de l'utilisateur, permettent de reconstruire une maquette numérique en sortie du processus de RE avec trois niveaux d'information : un niveau global, un niveau géométrique et topologique ou un niveau fonctionnel. Par rapport à chaque niveau et du type de données traité, un mécanisme de signa­ture dédié est proposé. / This thesis deals with a methodology of Reverse Engineering (RE) of mechanical assemblies from heterogeneous data in a routine context. This activity consists, from the existing data of a part or an assembly, in rebuilding their digital mock-up. The data used in entrance of our process of RE can be drawings, photos, points clouds or another existing version of the digital mock-up. The proposed approach, called Heterogeneous Data Integration for Reverse Engineering (HDI-RE), is divided into three steps : the segmentation, the signature and the comparison of the initial data with a knowledge database. The signatures of the studied object are compared with the signatures of the same type existing in the database in order to extract components ordered by similarity (distance with the object). The parameterized digital mock-up which is the most similar to the object is then extracted and its parameters identified from the initial data. Data set processing, called "heterogeneous" data, requires a solution which is able to manage on one hand, the heterogeneousness of the data and the information which they contain and on the other hand, the incompleteness of some data which are in link with the noise (into points cloud) or with the technology used to digitize the assembly (ex: scanner or photography).

Les transistors rapides actuels présentent un retard lorsqu’ils fonctionnent à très hautes fréquences ou en régime transitoire rapide. Cet effet est appelé effet non quasi-statique (NQS). Dans cette thèse, l’effet NQS est analysé de manière concise de façon à être directement implanté dans les modèles de composant pour les bibliothèques de circuit en utilisant le langage standard VerilogA. Les mécanismes physiques à la base de l’effet NQS sont évalués dans le domaine de fonctionnement petit signal et les résultats sont comparés aux travaux déjà publiés. S’agissant du modèle standard bipolaire HICUM, les effets NQS latéraux et verticaux sont examinés séparément à partir du même modèle, en régime de fonctionnement transitoire et fréquentiel grâce à un sous-circuit dédié au calcul de la phase du signal. A partir de ce sous-circuit, la modélisation compacte avec HICUM est comparée aux données issues de mesures et issues de simulation amont. Enfin, un nouveau sous-circuit calculant l’excès de phase est proposé pour prendre mieux en compte les effets non quasi-statiques dans les transistors bipolaires. / Modern high speed (RF) transistors encounter certain delay while operated at high frequency or under fast transient condition. This effect is named as Non Quasi Static (NQS) effect. In the current work, NQS effect is analyzed in a concise manner so that it can be readily implemented in a compact model using the VerilogA description language. The basic physics behind this effect is investigated in small signal domain and the results are compared with the published work. In popular bipolar model HICUM lateral and vertical NQS are examined separately and uses the same model for both transient and AC operation which requires an additional minimum phase type sub circuit. Compact modeling with HICUM model is performed in both measurement and device simulated data. At last, an improved excess phase circuit is proposed to model the NQS effect.

Les environnements CAO fournissent des outils puissants pour la programmation graphique et la manipulation d’entités géométriques complexes. Dans cette thèse, nous proposons d’exploiter ce potentiel dans le domaine de la conception de robots parallèles. Ces robots sont considérés comme une alternative intéressante vis-à-vis de leurs homologues sériels dans différentes applications comme le « pick and place » et l’usinage. Cependant, leur utilisation industrielle est encore restreinte en raison d’un espace de travail limité, de modèles géométriques difficiles à résoudre et l’existence de configurations singulières délimitant leur domaine d’exploitation. L’analyse et la caractérisation de l’espace de travail jouent alors un rôle fondamental dans la phase de conception de robots manipulateurs parallèles. Dans ce travail de thèse, nous proposons des approches géométriques originales donnant lieu à un ensemble de méthodes et techniques basées CAO pour l’analyse et la caractérisation de l’espace de travail de robots parallèles plans et spatiaux. L’espace de travail est généré comme un solide dans l’environnement CAO à partir d’un paramétrage géométrique, d’esquisses et d’opérations élémentaires telles que le balayage hélicoïdal et l’intersection. Nous avons montré que ces méthodes constituent des outils pertinents et efficaces d’aide à la conception des mécanismes parallèles. Ils permettent également la résolution du problème géométrique direct et la génération de trajectoires libres de singularités. Plusieurs types de manipulateurs ont été considérés dans ce travail pour mettre en avant et illustrer les techniques CAO / Géométriques proposées : robots parallèles plans à 3 degrés de mobilité de type 3-RPR, 3-RRR, 3-PPR et 3-PRR, robots parallèles spatiaux à 6 degrés de mobilité de type ou 3-CRS ou 3-PRRS. / CAD environments provide very powerful tools for graphical programming and manipulation of complex geometric entities. In this thesis, we propose to exploit such potential in the design of parallel robots. These robots are considered an attractive and important alternative towards their serials counterparts in various applications, like “pick and place” and machining. However, their industrial applications are restricted due to limited workspace, complexity related to resolution of the direct geometric model, and in addition the existence of the singular configurations which bound their application field. The analysis and the characterization of the workspace therefore play an essential role in the design phase of parallel robotic manipulators. In this thesis, we suggest original geometric approaches giving rise to a set of methodologies and techniques based on the use of CAD in order to analyze and characterize the workspace of planar and spatial parallel robotic manipulators. Workspace is generated as a solid in CAD environment by using a parametric geometric model, sketches, and elementary operations such as helical scanning and performing then Boolean intersection operation. We have shown in this thesis, that the proposed methodologies represent relevant and efficient tools which assist designers of parallel mechanisms. Moreover, they allow us to solve the direct geometric problem and to plan singularity-free trajectories. Several types of robotic manipulators have been considered in this work to highlight and illustrate the proposed CAD / Geometric techniques : planar parallel manipulators having three degree of freedom such as 3-RPR, 3-RRR, 3-PPR, and 3-PRR, and spatial parallel robotic manipulators having six degree of freedom 3-CRS-type.