La surveillance en-ligne d'un système industriel a pour objectifs de détecter tout dysfonctionnement du procédé, de localiser le ou les éléments défaillants et de déterminer la ou les causes de défaillances. Ces informations sur l'état du système peuvent alors être transmises aux opérateurs qui peuvent agir en conséquence et/ou être utilisées pour modifier, reconfigurer la commande voire le système lui-même ou sa mission. Dans ce mémoire, je présente une synthèse scientifique de mes contributions dans ce vaste domaine de recherche. <br />Toutes les méthodes de surveillance reposent sur la redondance d'information disponible sur le système. L'approche dite « à base de modèle » consiste à vérifier la cohérence des mesures effectuées en-ligne sur l'installation avec un modèle comportemental de celle-ci sous certaines hypothèses de fonctionnement. La première étape consiste à générer un ensemble de signaux indicateurs appelés communément « résidus ». Deux catégories de méthodes sont classiquement utilisées pour générer ces résidus : la méthode à base de Relations de Redondance Analytique et les méthodes à base d'observateurs. Ces méthodes, qui ont été récemment étendues au cas des modèles non-linéaires, présentent chacune des avantages et des inconvénients suivant le type de système (de modèle) considéré et les contraintes imposées pour l'implémentation des algorithmes. Ces travaux, initialement destinés à la surveillance des systèmes continus (ou discrétisés) ont été récemment adaptés et complétés pour traiter le problème de la surveillance des Systèmes Dynamiques Hybrides. Lorsque le système considéré est complexe, c'est à dire lorsque les éléments physiques ou composants qui le constituent sont nombreux, un pré-traitement structurel du modèle peut permettre de déterminer les conditions nécessaires de « surveillabilité » du système. L'analyse structurelle est un outil puissant qui ne nécessite pas la connaissance explicite des équations du modèle. Elle permet cependant de déterminer les sous-systèmes sur lesquels des algorithmes plus sophistiqués de surveillance peuvent être implantés.<br />La surveillance n'est qu'un module d'un processus complet permettant à une installation de fonctionner en respectant des critères de sécurité, de productivité et de qualité même en présence de défaillance. La commande du système peut être conçue de manière à utiliser les informations fournies par le module de surveillance. On parle alors de « commande tolérante aux défaillances »<br />Une réflexion sur les perspectives de recherche est exposée tout au long du manuscrit suivant le thème traité. Ces perspectives sont complétées à la fin du document par quelques orientations de recherche plus générales.

Le traitement automatique de textes de spécifications écrits en langage naturel pose au moins deux problèmes : disposer d'outils généraux permettant de reconnaître les constituants de ces textes ; trouver une représentation de leur contenu permettant à l'utilisateur de les modifier et de vérifier leur cohérence. Les textes analysés ici spécifient les logiques d'alarmes d'un avion. On veut en extraire des règles pour un système expert simulant le comportement des processeurs embarqués, chargés de gérer ces alarmes. Le système ACTES offre, d'une part, un formalisme permettant de définir des grammaires et de construire une représentation sémantique intermédiaire des textes, et, d'autre part, un environnement de développement de grammaires et d'analyse de textes. Le formalisme s'inspire des grammaires d'unification et de la Théorie de la Représentation du Discours. L'approche mise en oeuvre ici présente l'avantage d'être unifiée: la syntaxe et la sémantique sont traitées par la même opération d'unification Prolog. Toutefois, Prolog ne prenant pas en compte les mécanismes d'héritage, une opération d'unification étendue gérant les contraintes hiérarchiques de types entre éléments du formalisme a été définie. L'environnement du système comprend, notamment, un module de résolution d'anaphores intégrant des sources de contraintes multiples ayant chacune leur propre stratégie dans une architecture en 'tableau noir'. Quant au modèle de représentation finale du contenu d'un texte, il s'inspire de la logique des défauts. Cette logique reflète bien la construction non-monotone de ces textes. Elle permet d'envisager la modification interactive avec vérification de cohérence.

Ce travail concerne l'étude de cristaux scintillateurs inorganiques découverts récemment : LaCl3:Ce3+ et LaBr3:Ce3+. Une réponse rapide, un rendement lumineux élevé et une excellente résolution énergétique sont quelques-unes des propriétés qui rendent les cristaux de LaCl3:Ce3+ et LaBr3:Ce3+ intéressants pour la détection de rayonnement gamma, tout particulièrement en imagerie médicale. La forte hygroscopie de ces matériaux nécessite l'adaptation des modes opératoires habituels pour la détermination des caractéristiques physico chimiques. Une fois déterminées, ces caractéristiques servent au développement de la synthèse industrielle des cristaux.<br />La bonne compréhension du mécanisme de scintillation et de l'effet des défauts présents dans le matériau permet d'envisager des pistes pour l'optimisation des performances du scintillateur. Dans ce sens, plusieurs techniques sont utilisées (RPE, radioluminescence, excitation laser, thermoluminescence,...). Au côté des ions Ce3+ , des excitons auto-piégés sont impliqués dans le mécanisme de scintillation ; leur nature et leur rôle sont précisés. La connaissance des divers processus impliqués dans le mécanisme de scintillation conduit à prévoir l'effet de la température et du taux de dopage sur les performances du scintillateur. Un mécanisme est proposé pour expliquer les processus de thermoluminescence à l'origine de l'apparition de composantes lentes dans l'émission lumineuse et d'une perte de rendement lumineux. Enfin, l'étude de la luminescence persistante permet de révéler un transfert de charge vers des pièges profonds impliqués dans la thermoluminescence à haute température.

Dans l'industrie de la microélectronique, l'étape clé permettant la réduction de la taille des circuits intégrés a toujours été celle de lithographie. C'est elle qui va déterminer la taille du plus petit motif réalisable. A l'heure actuelle, les techniques de lithographie optique commencent à arriver à leur limite et l'on voit émerger de nouvelles techniques qui permettraient de réduire encore ces dimensions. La lithographie Extrême Ultra Violet (EUV) allie des résolutions très agressives tout en conservant un débit élevé de plaquette. Dans la gamme de rayonnement EUV la plupart des matériaux sont absorbants. Ceci impose un fonctionnement dans un environnement sous vide avec des optiques et un masque en réflexion constitués de multicouche de molybdène – silicium. La présence de défauts lors de la réalisation du multicouche peut dégrader les performances du masque et faire que ces défauts s'impriment lors de l'étape de lithographie. <br />L'objet de cette thèse porte sur l'influence des défauts dans les masques. Pour cela nous proposons d'aborder le problème aussi bien par le biais de simulations électromagnétique que par une étude expérimentale, pour laquelle nous avons réalisé un masque à défauts programmés. Ce masque a été insolé sur un outil d'exposition EUV au synchrotron ALS. La croissance au sein des multicouches a également été abordée et a permis de mettre en évidence les phénomènes de lissage des défauts. Nous avons mis au point une technique de microscopie en champ sombre afin de sonder les masques et d'en détecter la présence de défauts de quelques dizaines de nanomètres.

Le contrôle non destructif (CND) par émission acoustique (EA) est utilisé dans un grand nombre de domaines tels l'énergie nucléaire, le secteur pétrolier et gazier, le génie civil ou l'industrie mécanique afin de vérifier l'intégrité des structures sous contrainte. Selon le rapport entre la longueur d'onde et l'épaisseur de la structure, l'énergie libérée par un défaut sous contrainte peut se propager sous forme d'ondes guidées (cas des structures minces) ou sous forme d'onde de Rayleigh (cas des structures épaisses). L'analyse des signaux issus de cette méthode ultrasonore " passive " présente des difficultés liées principalement à la complexité des signaux typiquement mesurés. L'objectif de la thèse est de développer des modèles permettant la simulation d'expériences de CND par EA dans le cas des structures épaisses ou minces. Les modèles développés sont basés sur un couplage entre un modèle de source d'EA, un modèle de propagation des ondes et un modèle de capteur d'EA. Dans le cas des structures épaisses, deux modèles 2D (concernant le contrôle de pièces de surface plane et cylindrique) et un modèle 3D (surface plane) ont été développés afin de prédire le signal correspondant à l'onde de Rayleigh émise par un défaut sous contraintes. Concernant les structures minces, un modèle 2D a été développée permettant de prédire le signal correspondant aux modes guidés émis par une fissure sous contrainte. Plusieurs études paramétriques ont été menées afin de définir l'influence des différentes données d'entrée des modèles sur les signaux d'EA et ainsi aider à l'interprétation des contrôles par EA.

Cette thèse, composée de quatre articles scientifiques, porte sur les méthodes numériques atomistiques et leur application à des systèmes semi-conducteurs nanostructurés. Nous introduisons les méthodes accélérées conçues pour traiter les événements activés, faisant un survol des développements du domaine. Suit notre premier article, qui traite en détail de la technique d'activation-relaxation cinétique (ART-cinétique), un algorithme Monte Carlo cinétique hors-réseau autodidacte basé sur la technique de l'activation-relaxation nouveau (ARTn), dont le développement ouvre la voie au traitement exact des interactions élastiques tout en permettant la simulation de matériaux sur des plages de temps pouvant atteindre la seconde. Ce développement algorithmique, combiné à des données expérimentales récentes, ouvre la voie au second article. On y explique le relâchement de chaleur par le silicium cristallin suite à son implantation ionique avec des ions de Si à 3 keV. Grâce à nos simulations par ART-cinétique et l'analyse de données obtenues par nanocalorimétrie, nous montrons que la relaxation est décrite par un nouveau modèle en deux temps: "réinitialiser et relaxer" ("Replenish-and-Relax"). Ce modèle, assez général, peut potentiellement expliquer la relaxation dans d'autres matériaux désordonnés. Par la suite, nous poussons l'analyse plus loin. Le troisième article offre une analyse poussée des mécanismes atomistiques responsables de la relaxation lors du recuit. Nous montrons que les interactions élastiques entre des défauts ponctuels et des petits complexes de défauts contrôlent la relaxation, en net contraste avec la littérature qui postule que des "poches amorphes" jouent ce rôle. Nous étudions aussi certains sous-aspects de la croissance de boîtes quantiques de Ge sur Si (001). En effet, après une courte mise en contexte et une introduction méthodologique supplémentaire, le quatrième article décrit la structure de la couche de mouillage lors du dépôt de Ge sur Si (001) à l'aide d'une implémentation QM/MM du code BigDFT-ART. Nous caractérisons la structure de la reconstruction 2xN de la surface et abaissons le seuil de la température nécessaire pour la diffusion du Ge en sous-couche prédit théoriquement par plus de 100 K. / This thesis consists of four scientific articles concerning atomistic numerical methods and their use to simulate semi-conducting systems where nanometer-scale structures play a crucial role. We introduce accelerated methods designed to study systems driven by activated events. Afterwards, our first article presents, in depth, the kinetic Activation-Relaxation Technique (kART), an off-lattice, self-learning kinetic Monte Carlo algorithm based on the Activation-Relaxation Technique nouveau (ARTn). This method permits the exact treatment of elastic effects in materials over time-scales reaching one second. This algorithmic development, combined to recent empirical data, forms the basis of our second article. We explain the origin of heat release by self-implanted crystalline silicon in nanocalorimetry experiments after 3 keV ion bombardment, with the help of kART simulations. We show that the structural relaxation is described by a two-step "Replenish-and-Relax" model. This model is quite general and can potentially explain relaxation in other disordered materials. In the next chapter, i.e. the third article, we push the analysis further and give a complete atomistic description of the mechanisms responsible for structural relaxation during the anneal. We show that punctual defects and small defects complexes control the relaxation, in net contrast with the literature that identify "amorphous pockets" as the drivers of relaxation. Finally, we study some aspects related to the growth of Ge quantum dots on Si (001). After short chapters explaining the scientific context of this work and methodological details, our fourth article concerns the wetting layer formed by Ge deposition on Si (001), using a QM/MM implementation of the bigDFT-ART code. We characterize the 2xN surface reconstruction atomistic structure and decrease the minimum temperature at which deep Ge intermixing is predicted by ab initio calculations by more than 100 K.

Ces travaux proposent des améliorations de méthodes de localisation desdéfauts électriques sur les réseaux électriques de distribution. Les réseaux de transportont rapidement été instrumenté en élément de protection. En effet, un incident survenantsur le réseau de transport peut entrainer de graves conséquences s’il n’est pas traité rapidement.Les réseaux de distribution quand à eux possèdent un schéma de protectionminimal. Cependant le développement des smart grids (ou réseaux intelligents) amène denouvelles possibilités avec l’ajout d’équipements de mesures sur le réseau de distribution.Les travaux présentés dans cette thèse développent deux méthodes de localisation de défaut.La première permet de mieux utiliser l’équipement déjà en place (indicateurs depassage de défaut) afin d’isoler de manière rapide et fiable la zone concernée par le défaut.La deuxième permet une localisation précise (en distance) des différents lieux de défautspossibles à partir de mesures électriques. / This thesis proposes to improve fault localization methods for electricalpower distribution networks. Transmission networks were quickly equipped with protectionand fault localization equipments. Indeed, faults on the transmission network need tobe dealt with quickly in order to avoid serious consequences. Unlike transmission networks,distribution networks have a minimal protection scheme. The smart grid developmentsbring new possibilities with the installation of new equipments giving access to many newvariables. The work presented in this thesis develop two fault localization method. Thefirst aims in using the equipment already installed (fault indicators) in order to isolatequickly and efficiently the zone concerned by the fault. The second method performs aprecise localization (in distance) of the different possible fault locations from the electricalmeasurements made on the network.

Ces dernières années la diffusion vidéo "de salon" a connu trois transitions majeures : la compression vidéo aévolué de la norme MPEG2 à la norme h.264, les écrans à tube cathodique ont disparu du marché des téléviseurs quiest actuellement dominé par les écrans à cristaux liquides (LCD) et pour nir le format haute-définition (1280x720pixels ou 1920x1080) supplante de plus en plus le format SD (576x720). Ces évolutions ont modifié l'importancedes différents types de défauts de compression pour la perception de la qualité d'une vidéo. Les défauts majeursde compression vidéo sont désormais le ou et les défauts temporels. Le terme défaut temporel regroupe ici lavariation temporelle de défauts spatiaux comme l'effet de bloc et des défauts spécifiquement temporels comme lebruit de moustique.Nous nous sommes tout d'abord focalisés sur la correction du bruit de moustique. Le correcteur que nousproposons, le TVIF, est adapté aux trois caractéristiques de ce défaut : faible amplitude par rapport au contenulocal, proximité des contours et variation temporelle. Nous avons évalué l'efficacité de notre correcteur avec desmétriques objectives mais, celles-ci ne permettant pas de conclure sur les performances de notre ltre, nousavons organisé une expérience subjective de qualité. Les données recueillies lors de cette expérience indiquentque les observateurs perçoivent notre filtre comme une amélioration et que la version spatio-temporelle de notrecorrecteur est préférée à sa version spatiale. Reboucler sur les évaluations objectives nous permet de conclure queles métriques objectives ne mesurent pas adéquatement la correction du bruit de moustique, ni l'apport de lacorrection spatio-temporelle par rapport à la correction spatiale.Nous avons ensuite organisé une expérience couplant évaluation de qualité (globale et temporelle) et enregistrementsdes positions oculaires des observateurs. Cette expérience nous permet de spécifier plusieurs pointsutiles pour réaliser une métrique objective de qualité temporelle. Par exemple, le défaut le plus gênant pour laperception de la qualité globale est la variation d'effet de bloc, qui doit donc être la priorité d'une métrique dequalité temporelle. L'analyse des mouvements oculaires des observateurs en tâche libre, tâche de qualité globaleet tâche de qualité temporelle montre, entre autres, que la qualité de la vidéo diffusée n'a pas d'influence visiblesur les endroits regardés par les participants mais influence fortement la durée des fixations.

Dans cette thèse nous proposons une nouvelle formulation de la procédure de détection et d'isolation de défauts provenant des actionneurs pour les systèmes dynamiques. Habituellement, un système de commande se compose de trois parties : les capteurs, le procédé et les actionneurs. L'actionneur est un dispositif interne avec sa propre structure et ses caractéristiques dynamiques. Dans la majorité des études, il est considéré tout simplement et d'une manière approximative comme des coefficients constants, mais ce type de formulation d'actionneur n'est pas efficace pour l'identification exacte des défauts issus des organes de commande pour les systèmes réels. Dans le but de s'approcher de la réalité et aussi pour améliorer l'efficacité du diagnostic, nous allons considérer l'actionneur comme un sous-système connecté en cascade avec le procédé. En utilisant cette nouvelle formulation, les défauts actionneurs peuvent être modélisés en les considérant comme étant un changement au niveau des paramètres internes de ce sous-système actionneur. Nous supposons que la sortie de l'actionneur qui représente aussi l'entrée du système dynamique est non mesurable, donc nous allons obtenir l'information sur les défauts actionneurs seulement à partir de la variable de sortie du procédé. Une question intéressante peut se poser lors de l'implantation de la procédure de diagnostic des défauts actionneurs: est ce que l'information sur les défauts actionneurs peut être complètement vue à la sortie du système dynamique ? Cet apport informationnel constitue le problème primordial pour concevoir la procédure de diagnostic désirée. Pour décrire cette nouvelle reformulation, nous avons introduit quelques notions sur les systèmes inverses et nous avons donné également une condition de rang pour l'inversibilté à gauche des systèmes linéaires. Le but de l'étude de ces notions est de trouver les conditions satisfaisantes qui vont permettre la détection de défauts provenant de l'actionneur. Pour l'isolation des défauts, nous avons utilisé une approche basée sur les observateurs par intervalles. En effet, cette méthode nous a permis d'isoler les défauts d'une manière très rapide. L'ensemble des résultats présentés ont été illustrés par un exemple de simulation sur un réacteur nucléaire montrant l'efficacité de la méthode pour l'isolation de défaut.

Les véhicules modernes sont de plus en plus équipés de nouveaux organes visant à améliorer la sécurité des occupants. Ces nouveaux systèmes sont souvent des organes actifs utilisant des données de capteurs sur le véhicule. Cependant, en cas de mauvais fonctionnement d'un capteur, les conséquences pour le véhicule peuvent être dramatiques. Afin de garantir la sécurité dans le véhicule, des nouvelles méthodologies de détections de défauts adaptées pour les véhicules sont proposées. Les méthodologies présentées sont étendues de la méthode de l'espace de parité pour les systèmes à paramètres variant (LPV). En outre, la transformation du problème de détection de défauts pour la détection de situations critiques est également proposée. Des résultats applicatifs réalisés sur un véhicule réel dans le cadre du projet INOVE illustrent les performances des détections de défauts et la détection de perte de stabilité du véhicule.