Du fait de leur complexité croissante, le développement des systèmes embarqués et temps réel nécessitent conjointement l'application de principes de génie logiciel et l'application de techniques formelles. Le travail développé pendant cette thèse propose une approche et des outils basés sur les modèles. Ces modèles, basés sur UML (Unified Modeling Language), permettent de définir un style architectural appelé SAIA (Sensors Actuators Independent Architecture) dont l'objectif est le développement et la mise au point de systèmes temps réel en intégrant l'évolution et la variabilité des plateformes. On entend ici par plateforme les services de communication entre le système et son environnement physique, c'est-à-dire des opérations de lecture et d'écriture via les capteurs et les actionneurs.<br /><br />Pour répondre à cet objectif, l'idée de SAIA est de séparer clairement le modèle de plateforme du modèle de l'application. À cette fin, SAIA propose l'introduction d'une plateforme de communication abstraite avec le processus. Cette plateforme abstraite est composée d'entrées et de sorties utiles pour effectuer le contrôle, mais indépendantes d'une technologie de capteurs/actionneurs particulière. L'application est développée en se basant sur les services fournis par la plateforme abstraite.%Une application temps réel ne peut pas être validée en ne considérant que ses aspects fonctionnels.<br />La stabilité d'une application de contrôle et sa qualité de contrôle sont, entre autres, dépendantes des caractéristiques temporelles de la plateforme abstraite. Cette dernière est donc composée d'un ensemble de services ainsi que d'une description de ses caractéristiques temporelles (notées QoS pour Quality of Service). La description de la QoS de la plateforme abstraite reflète le comportement temporel, sous forme de omega-expression régulière de la plateforme abstraite pour laquelle l'application a le comportement souhaité. Ainsi, nous avons d'un côté un modèle de la plateforme abstraite et de la QoS permettant la correction de l'application et de l'autre un modèle de la plateforme réelle dont la QoS a été analysée. Afin de connecter la plateforme abstraite à la plateforme réelle, SAIA s'appuie sur un connecteur complexe. Ce connecteur complexe est un assemblage de composants, décrit formellement par des automates temporisés réalisant des services de formatage, d'interprétation, de fusion de données et enfin d'adaptation de la QoS.<br />Le connecteur complexe possède un comportement et modifie donc la QoS de la plateforme réelle. Afin d'évaluer l'impact du connecteur complexe sur la QoS de la plateforme réelle, une analyse formelle basée sur la simulation exhaustive du connecteur complexe est réalisée. Il est alors nécessaire de s'assurer que cette QoS nouvellement évaluée satisfait la QoS de la plateforme abstraite et permet ainsi la réalisation d'un système correct. La vérification de cette satisfaction est basée sur l'établissement d'un contrat de QoS. Dans SAIA, l'établissement d'un contrat de QoS est basé sur une relation de satisfaction (équivalence de trace) entre systèmes à transitions étiquetés. Enfin, SAIA a été mis en oeuvre à plusieurs reprises dont, lors de deux concours d'implémentation de robots d'exploration terrestre dans le cadre de workshop satellites de RTSS (Real Time System Symposium).

Ce manuscrit est consacré à la réalisation et à l'étude d'un composant à base d'absorbants saturables (AS) sur InP pour la remise en forme de signaux optiques à très hauts-débits. Le fonctionnement de ce composant tout-optique et passif est basé sur la non-linéarité d'absorption de puits quantiques (PQ) insérés dans une microcavité Fabry-Perot. Outre son insensibilité à la polarisation et son temps de réponse compatible avec les futurs signaux à hauts-débits, le composant AS présente aussi une large bande passante (BP) lui permettant de traiter plusieurs longueurs d'onde simultanément, faisant de lui un bon candidat pour les futurs dispositifs de régénération tout-optique à faible coût pour les liaisons à hauts-débits multiplexés en longueur d'onde (WDM).<br />Grâce à une structure optimisée, nous avons pu obtenir un composant avec un temps de réponse aussi court que la picoseconde et une fluence de saturation de seulement quelques µJ/cm2. Les résultats expérimentaux ont permis de valider le modèle de l'autosaturation des PQ en microcavité développé lors de cette thèse, ainsi que celui décrivant le fonctionnement du composant AS à hauts-débits et tenant compte des effets-thermique.<br />Grâce à son optimisation et à une meilleure gestion des effets thermo-optiques, nous avons pu démontrer pour la 1iére fois l'amélioration du taux d'extinction de signaux à 160 GHz (+6 dB sur une BP de 8 nm) et la remise en forme à 160 Gbits/s par un composant AS. Enfin, des résultats de régénération 2R en boucle de recirculation à 10 Gbits/s et à 43 Gbits/s sont aussi présentés et montrent une amélioration de la distance de propagation de 9,5 (sur 13 nm) et de 6 respectivement.

Les travaux présentés dans ce manuscrit sont dédiés à l'étude des composants passifs pour l'électronique de puissance à haute température. Des condensateurs et des matériaux magnétiques sont sélectionnés et caractérisés jusqu'à environ 250°C. Les caractéristiques électriques et électromagnétiques montrent, pour certains de ces composants et matériaux, des dépendances significatives en fonction de la température, mais également des non-linéarités et des phénomènes d'hystérésis. Les caractérisations sont ensuite exploitées pour la conception d'un filtre CEM d'entrée d'un onduleur de tension de 2kW. Une démarche et des considérations liées au dimensionnement d'un filtre sont détaillées. Un démonstrateur de filtre CEM est testé en charge et à haute température (200°C). Les résultats montrent une dépendance relativement faible des perturbations conduites entre 150kHz et 30MHz en fonction de la température (environ +6dBµA entre 25°C et 200°C selon la norme DO-160F). Le fonctionnement à haute température de composants passifs au sein d'un filtre CEM pour l'électronique de puissance a été démontré. En complément du filtre à composant discret et pour répondre aux besoins d'atténuation à haute fréquence qui seront accrus pour les convertisseurs à base de semi-conducteurs à grand gap (SiC et GaN) qui commutent plus rapidement que des interrupteurs de type IGBT en Si, nous avons proposé l'intégration de condensateurs de mode commun au sein d'un module de puissance. Les résultats simulés et expérimentaux ont montré une réduction des perturbations conduites grâce à l'intégration de ces condensateurs. Cette solution, compatible avec un fonctionnement à haute température, est positionnée comme une solution alternative à un filtre d'entrée complexe (multi-niveaux) et s'inscrit dans la tendance actuelle des IPEM (Intelligent/Integrated Power Electronics Module) qui recherche l'intégration de fonctions dans le module de puissance. L'ensemble de ces travaux souligne par ailleurs l'importance du packaging pour l'électronique de puissance à haute température.

De nombreux travaux de recherche actuels s'intéressent aux réseaux de capteurs sans fil (RCSF) et à leurs différentes problématiques. L'une d'entre elles est la gestion des données présentes au sein du RCSF. Généralement, les deux grands types de données manipulées sont soit celles collectées à l'aide d'un dispositif de mesure, soit celles gérées par le système d'exploitation. L'objectif de cette thèse est de proposer des solutions à cette problématique. Un microsystème de fichier a ainsi été conçu en prenant comme support un noyau temps réel au fonctionnement hybride à la fois multitâche et basé sur les événements. Ce noyau utilise un concept permettant d'offrir un niveau d'abstraction pour la gestion des processus ou des événements. Ce concept a été repris, au niveau du microsystème de fichiers, dans le cadre de l'accès aux données. L'autre caractéristique principale de ce microsystème de fichiers, par rapport aux systèmes existants, est de réunir, au sein d'un même système, des fonctionnalités de gestion de mémoire et d'interrogation de données. Ces deux éléments, que sont le microsystème de fichiers et le noyau temps réel, associés à un capteur sans fil multi-composant constituent une plateforme adaptative permettant la mise en place d'applications d'acquisition de données environnementales.

L'archipel volcanique actif du Vanuatu s'édifie au coeur du pacifique sud-ouest au niveau de la frontière convergente des plaques australienne et pacifique. Je présente ici une nouvelle étude géochimique des laves du Vanuatu à partir de la détermination des compositions en éléments majeurs et traces, et des compositions isotopiques (Sr-Nd-Hf-Pb) d'une centaine d'échantillons de laves (< 2 Ma).L'étude des magmas les plus primitifs a permis de mettre en évidence la variation de composition des sources mantelliques le long de l'arc et d'individualiser 3 segments : "central", dans la zone de collision de la ride D'Entrecasteaux, "sud" en face du bassin Nord Fidjien, et "extrême sud" en face du bassin Sud Fidjien. La composition des roches des différentes structures subductées influence celles des laves des volcans adjacents via le composant de subduction, sous forme de fluides et de produits de fusion. Les laves des îles situées en face de la ride D'Entrecasteaux sont issues d'un manteau enrichi ("type-MORB indien"), différent de celui échantillonné par les autres laves ("type-MORB pacifique"). Cette ride apporte probablement en subduction un composant ancien, pouvant être assimilé à un fragment de croûte inférieure.L'étude locale de certaines îles a permis de caractériser la différenciation des laves par cristallisation fractionnée, d'identifier des processus d'assimilation crustale, et de révéler la présence de magma provenant de portions de manteau distinctes, ayant subi un métasomatisme différent.Ces travaux révèlent une extrême hétérogénéité du manteau sous l'arc du Vanuatu, témoignant de la complexité des processus géologiques impliqués au niveau de cette zone de subduction.

Dans ce rapport nous décrivons les nouvelles possibilités offertes par les algorithmes d'optimisation génétiques dans le domaine de l'électrotechnique. Après avoir analysé les différentes méthodes d'optimisation existantes, nous mettons en évidence leur points forts et leurs points faibles en les comparant sur différents cas tests. Les conclusions et les constations issues de ces confrontations nous ont guidé pour développer un algorithme d'optimisation perfonnant c'est-à-dire à la fois capable de localiser l'optimum global et peu coûteux en nombre d'évaluations de la fonction à optimiser. L'introduction d'infonnations supplémentaires concernant la "nature" des paramètres du problème traité s'est avérée fondamentale pour les algorithmes génétiques et ce point a été abordé car nous n'avons pas voulu limiter nos optimisations à un domaine bien particulier de l'électrotechnique. Les algorithmes d'optimisation mis au point ont été validés sur trois applications distinctes: - Optimisation de la forme d'un refroidisseur pour composant de puissance. - Optimisation de maillages tridimensionnels pour des logiciels éléments fInis . - Optimisation de la forme d'un dispositif électromagnétique composé de bobines supraconductrices.

La modélisation des composants à semiconducteur est un grand classique. Dans ce travail, outre un rappel de l'état de l'art, la modélisation des composants à semiconducteur de puissance est abordée par l'approche des graphes de liens. Les graphes de liens fournissent une représentation unifiée de la dynamique des systèmes. Cette approche multiphysique impose une représentation explicite des transferts d'énergie qui confère à cette méthode une grande généricité. De plus l'analyse de causalité associée, permet de retrouver par exemple les règles d'association des composants de puissance, bien connue en électronique de puissance. La modélisation par graphe de liens des composants à semiconducteur repose ici sur l'analyse régionale très classique des composants à semiconducteur : les zones de charge d'espace et les zones neutres (en forte injection, en faible injection à dopage uniforme et en faible injection à gradient de dopage). Le mémoire se poursuit par la description succincte du simulateur PACTE (http://pacte.ampereforge.org ) qui a permis de simuler la diode PIN de puissance et le transistor bipolaire de puissance en réutilisant les mêmes modèles de région semiconductrice. Le mémoire se termine par quelques conclusions et prospective.

L'Institut franco-allemand de recherche de Saint-Louis (ISL) développe des alimentations de forte puissance pour des applications d'électronique impulsionnelle. En vue de réduire les pertes, l'encombrement et le poids de ces systèmes, des thyristors en carbure de silicium pourraient à l'avenir remplacer les interrupteurs en silicium actuels. C'est dans le cadre de la collaboration entre le laboratoire Ampère et l'ISL que s'inscrit cette thèse sur ce thème de recherche. Les propriétés physiques du carbure de silicium et les composants réalisés par différents laboratoires universitaires et industriels ont démontré les aptitudes de ce matériau pour les fortes puissances. Le travail réalisé au cours de cette thèse a permis de concevoir de réaliser et de caractériser des thyristors optiques en carbure de silicium. Dans un premier temps, le travail de conception, basé sur des simulations éléments finis, a permis d'optimiser deux protections périphériques, la JTE multiple gravée et la JTE assistée par anneaux gravée, toutes deux robustes vis à vis des incertitudes technologiques sur la gravure, et ayant la particularité de ne pas recourir à l'implantation ionique. Deux séries de thyristors optiques ont ainsi été fabriquées. Le premier lot avait pour but de valider la faisabilité du déclenchement optique de thyristor avec des diodes électroluminescentes UV. Le deuxième lot a permis de mettre en œuvre la JTE assistée par anneaux. Une tenue en tension maximale de 6,3 kV a été mesurée sur ces thyristors. Ces composants sont aussi destinés à évaluer les possibilités en termes d'impulsion de courant des thyristors SiC. A ce titre, deux premières caractérisations ont été effectuées et les dispositifs ont été capables de passer un courant crête de 156 A (soit une densité de courant de 15,6 kA.cm-2) sur une impulsion de 10 μs de large et 40 A (4 kA.cm-2) sur une impulsion de 650 microsecondes de large. Ces résultats montrent une progression significative par rapport aux précédents travaux réalisés sur le thyristor SiC au laboratoire. Ils valident également la bonne stabilité de la technologie de fabrication de l'ISL (gravure, contact ohmique). Cependant, le rendement de fabrication devra être amélioré par le travail mené actuellement par l'ISL, sur la passivation des composants.

Les composants magnétiques en technologie planar répondent aux exigences actuelles de l'Electronique de Puissance (EP), à savoir la montée en fréquence de commutation des structures d'EP et la réduction du volume des convertisseurs. La première tendance impose des contraintes fortes en termes de compatibilité électromagnétique (CEM) des équipements. Ces dernières doivent être prises en compte par les ingénieurs dès la phase conception des convertisseurs en se basant sur des modèles fiables, peu développés pour les composants planar dans la littérature scientifique. Ce travail de thèse porte ainsi sur la modélisation des composants planar pour applications aux filtres CEM. Différentes méthodes sont développées au cours de cette thèse pour arriver à évaluer de manière fine les éléments parasites des inductances planar de mode commun : capacités parasites et inductances de fuite. Une partie du travail a porté sur la modélisation par circuits équivalents du comportement fréquentiel des inductances de MC. Une approche automatisée, basée sur un algorithme de fitting a ainsi été développée pour élaborer des circuits équivalents fiables et robustes. Des approches analytiques (Décomposition du Champ Electrique) et semi-analytiques (Fonctions de Green) ont aussi été proposées pour évaluer les valeurs des éléments parasites. La dernière partie de la thèse est plus orientée conception, avec la réalisation de deux structures de composants innovantes, la première se basant sur une technique de compensation des capacités parasites à l'aide d'éléments parasites structuraux et la seconde sur l'association de deux noyaux magnétiques, possédant matériaux et géométries différentes

L'informatique pervasive promeut une vision d'un cadre dans lequel un patchwork de ressources hétérogènes et volatiles est intégré dans les environnements du quotidien. Ces ressources, matérielles ou logicielles, coopèrent de manière transparente, souvent aux travers d'applications, pour fournir des services à haute valeur ajoutée adaptés à chaque utilisateur et son environnement, grâce à la notion de contexte. Ces applications sont déployées dans un large spectre d'environnements d'exécution, allant d'infrastructures distantes de Cloud Computing jusqu'au plus près de l'utilisateur dans des passerelles Fog Computing ou directement dans les capteurs du réseau. Dans ces travaux, nous nous intéressons spécifiquement au module de contexte d'une plateforme Fog Computing. Pour faciliter la conception et l'exécution des applications Fog Computing, une approche populaire est de les bâtir au dessus d'une plateforme adoptant l'architecture à service, ce qui permet de réduire leur complexité et simplifie la gestion du dynamisme. Dans nos travaux, nous proposons d'étendre cette approche en modélisant le contexte comme un ensemble de descriptions de services, disponible à la conception, et exposé dynamiquement par le module de contexte à l'exécution, selon les besoins des applications et l'état de l'environnement. Ce module est programmé à l'aide d'un modèle à composant spécifique. L'unité de base de notre modèle à composant est l'entité de contexte, qui est composé de modules hautement cohérents implémentant distinctement les spécifications des services proposées par l'entité de contexte. Ces modules peuvent décrire de manière simple leur logique de synchronisation avec les sources de contexte distantes grâce à un langage dédié à ce domaine. A l'exécution, les instances d'entitées de contexte sont rendues introspectables et reconfigurables dynamiquement, ce qui permet, grâce à un manager autonomique externe, de veiller à la satisfaction des besoins des applications. Nous avons développé une implémentation de référence de ce modèle à composant, nommée CReAM, qui a pu être utilisée dans la passerelle domotique iCASA, développée en partenariat avec Orange Labs. / Pervasive computing promotes environments where a patchwork of heterogeneous and volatile resources are integrated in places of daily life. These hardware and software resources cooperate in a transparent way, through applications, in order to provide high valueadded services. These services are adapted to each user and its environment, via the notion of context. Pervasive applications are now widely distributed, from distant cloud facilities down to Fog Computing gateway or even in sensors, near the user. Depending on the localization, various forms of context are needed by the applications. In this thesis, we focus on the context module at Fog Level. In order to simplify the design and execution, Fog applications are built on top of a service-oriented platform, freeing the developer of technical complexity and providing a support to handle the dynamism. We propose to extend this approach by providing the context as a set of service descriptions, available at design to the application developer. At runtime, depending on the context sources availability and on application current needs, context services are published or withdrawn inside the platform by the context module. We tailor a specific component model to program this context module. The base unit of our component model is called context entity. It is composed of highly coherent modules, implementing distinctly each service description proposed by the underlying context entity. These modules can simply describe their synchronization logic with context sources thanks to a domain specific language. At runtime, context entity instances can be introspected and reconfigured. An external autonomic manager uses these properties to match dynamically the context services exposed by the context module to the application needs. We have developed a reference implementation of our work, called CReAM, which can be used in a smart home gateway called iCASA, developed in a partnership with Orange Labs.