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On s'intéresse à l'impact de l'utilisation de nouvelles technologies d'identification et de capture de données et en particulier de la technologie RFID sur les performances des chaînes logistiques.

La navigation autonome d'un robot requiert l'intégration des trois grandes familles de processus de perception, de décision et d'action, intégration qui caractérise les machines intelligentes. Les représentations de l'environnement que le robot doit construire par ses propres moyens sont au coeur de cette intégration : elles sont produites par les fonctions de perception, mais sont surtout exploitées pour la décision et l'action. Dans le contexte de robots en environnements extérieurs, structurés ou non, la construction autonome de telles représentations constitue encore un vaste domaine de recherches, qui requiert l'intégration à bord des robots de processus de traitement du signal et des images, de modélisation géométrique, et d'estimation stochatisques. Le problème de la localisation du robot dans son environnement y joue bien sûr un rôle majeur, car il est indissociable de la construction des modèles de l'environnement. L'exposé présentera différentes avancées qui ont été réalisées dans ce domaine, supportées par des démonstrations réalisées avec des robots terrestres et un ballon dirigeable.

La technologie facilite l'intégration de nombreux composants sur une puce pour atteindre les performances et les besoins exigés par les applications. La tendance est à l'augmentation de la complexité de tels systèmes, appelés systèmes monopuces. <br />Les systèmes monopuces sont sur un marché très concurrentiel, et l'arrivée rapide du produit sur le marché est très importante. De plus, le coût lié à la conception des parties matérielles et logicielles est très élevé. Détecter une erreur après fabrication entraîne un surcoût financier et de temps non acceptable. Ceci nous entraîne vers les deux problèmes traités dans ce travail de thèse : s'assurer que la système est correct avant sa fabrication et accélérer le processus de conception.<br />Après avoir évalué plusieurs techniques de vérification, nous pensons que le prototypage sur plateforme reconfigurable est une solution adaptée pour les problèmes mentionnés. Ce prototypage permet de vérifier rigoureusement les systèmes grâce à une vitesse élevée, et de tester le système dans son environnement d'utilisation. Il accélère aussi la conception en permettent le développement de certaines couches logicielles avant que le système soit fini.<br />Pour obtenir rapidement un prototype à partir d'une description RTL d'une application, nous proposons un flot de prototypage basé sur une plateforme reconfigurable. Ce flot est composé de quatre étapes : allocation, configuration de la plateforme, adaptation de l'application, et génération du code.<br />Dans l'allocation, les concepteurs associent chaque partie de l'architecture à un nœud de prototypage de la plateforme. Ces associations indiquent sur quelles parties de la plateforme reconfigurable sont réalisées les parties de l'architecture de l'application. La configuration est la réorganisation de la plateforme reconfigurable. L'adaptation consiste à modifier l'application pour satisfaire aux caractéristiques de la plateforme reconfigurable. Cette étape est effectuée si la plateforme ne peut pas être configurée pour s'adapter aux besoins de l'application. Enfin, la génération du code est un processus standard tel que la compilation et l'édition de lien des logiciels, la synthèse logique, le placement sur FPGA, et le routage.<br />Ce flot a été validé en réalisant le prototypage des applications VDSL et DivX. La plateforme utilisée est une plateforme ARM Integrator avec une carte mère, quatre modules processeurs ARM, et d'un module FPGA communiquant à travers un bus AMBA AHB. Une expérience de co-émulation a également été réalisée pour explorer les difficultés et les avantages de cette technique. L'avantage principal est qu'on peut profiter de l'observabilité de la simulation et de la vitesse de l'émulation. <br />Ce travail de thèse montre que l'on peut obtenir rapidement un prototype en utilisant le flot propose sur une plateforme reconfigurable et aussi faciliter le développement des parties logicielles pour accélérer la conception. La configurabilité de plateforme de prototypage et l'intégration du flot de prototypage sur un flot de conception des systèmes restent des problématiques à approfondir.

Pour accroître l'autonomie des systèmes embarqués tels que les téléphones ou les ordinateurs portables, de nombreuses recherches sur la conception de circuits intégrés ont été réalisées en vue de réduire la consommation d'énergie. Ces travaux de thèse ont pour but de proposer au concepteur des moyens de concevoir des circuits intégrés numériques à faible consommation d'énergie. Trois étapes importantes vers la réduction de la consommation d'énergie ont été proposées. L'utilisation de la logique asynchrone représente le premier pas vers la réduction de la consommation d'énergie. En effet, de nombreux travaux réalisés ces dernières années ont montré que les circuits asynchrones présentent la propriété intrinsèque de consommer moins d'énergie que les circuits implémentés en logique synchrone. Le second pas important est d'offrir au concepteur des outils lui permettant d'obtenir des informations sur l'activité et la consommation d'énergie du circuit lors de la conception de celui-ci. Nous avons spécifié un estimateur d'activité et un estimateur de la consommation d'énergie qui permettent au concepteur de collecter des informations pertinentes sur la répartition de l'activité et de la consommation d'énergie d'un circuit lors d'une simulation donnée. Enfin, des techniques d'optimisation sont proposées pour réduire la consommation d'énergie des circuits. La méthodologie d'estimation et les techniques d'optimisation de la consommation d'énergie ont été appliquées à la réalisation d'un processeur, les résultats ont montré une réduction de la consommation d'énergie de 24%.

Les systèmes embarqués multiprocesseur monopuces (Multi-Processor System-on-Chip, MPSoC) visent l'intégration des sous-systèmes variés, matériels et logiciels, sur une seule puce. Ainsi, l'hétérogénéité et les contraintes imposées pour la mise sur le marché rendent l'analyse en vue de l'évaluation des performances et de l'optimisation de ces systèmes très complexes. L'évaluation des performances est une étape clef dans n'importe quel flot de conception. En se basant sur les résultats de l'évaluation des performances, il est possible de prendre des décisions et de réaliser des compromis pour l'optimisation du système global. La littérature prouve qu'une grande partie du temps de conception est passée dans l'évaluation des performances. De plus, les itérations dans le flot de conception deviennent prohibitives pour des systèmes complexes. Par conséquent, la réalisation des MPSoCs à rendement élevé est un défi. La solution est fortement liée à la disponibilité des méthodes rapides et précises pour l'évaluation des performances. Dans cette thèse, le terme « performances » est limité aux performances des temps d'exécution pour la réalisation finale du système. L'aspect temporel est intensivement analysé pour la validation des systèmes temps-réel et l'optimisation des sous-ensembles d'interconnexion. Nous avons également considéré la vitesse de la méthode proposée d'évaluation des performances, car les temps d'évaluation peuvent devenir prohibitifs pour des systèmes MPSoC complexes. Notre principale contribution est de définir une méthodologie globale d'évaluation des performances pour les systèmes MPSoC. Nous avons également orienté notre recherche vers les performances de l'exécution du logiciel. On a considéré l'évaluation des performances pour un modèle de haut niveau d'abstraction, afin d'avoir une vitesse élevée d'évaluation. De plus, on a inclus des annotations des temps d'exécution, afin d'avoir une bonne précision d'évaluation.

Le traitement thermique du bois est un procédé connu et étudié depuis plusieurs décennies. Il confère au matériau une meilleure stabilité dimensionnelle et une meilleure durabilité au détriment de ses propriétés mécaniques, notamment de sa résilience. En dépit de plusieurs travaux disponibles, il reste difficile d'optimiser le gain sur les propriétés recherchées et de mettre en vis-à-vis les pertes sur les qualités que l'on voudrait préserver. Ce constat nous a conduit à mener des études fondamentales pour comprendre les mécanismes mis en jeux lors du traitement thermique. Les possibilités offertes en matière de simulation numérique nous permettent de proposer une contribution innovante au problème d'homogénéité du traitement d'une pièce de bois. Elle s'appuiera d'une part sur l'adaptation d'un code de simulation développé pour le séchage du bois en y intégrant les cinétiques chimiques, d'autre part sur l'étude expérimentale du traitement thermique. Parallèlement, nous avons cherché à caractériser ces échantillons de bois massifs soumis à différents traitements thermiques par spectrométrie en réflexion diffuse dans le proche infrarouge (SPIR). <br />Les résultats montrent que le modèle de pyrolyse couplé au modèle de transport rend compte des différents événements caractéristiques se déroulant durant le traitement thermique, c'est-à-dire la présence de réactions exothermiques et les surpressions internes générées par les gaz produits. La méthode par analyse spectrale a révélé qu'il est possible d'une part de discriminer des échantillons de bois ayant subis différents traitements et d'autre part de retracer l'historique thermique d'une pièce de bois dans son épaisseur. La SPIR semble ainsi une technique prometteuse qui devrait permettre de valider les profils de dégradation simulés par le code de calcul. Elle devait offrir également des perspectives intéressantes en matière de contrôle qualité des bois traités à haute température pour le couplage des propriétés physiques et mécaniques du nouveau matériau à sa composition chimique.

Une étude bibliographique sur les supercondensateurs a permis de faire le bilan des technologies développées et des applications potentielles, d'expliquer le principe de fonctionnement et la physique assez particulière de ces dispositifs et surtout de dégager un modèle théorique équivalent, tenant compte des différents phénomènes liés aux caractéristiques de la couche double électrique et aux procédés et matériaux entrant dans la fabrication de ces composants. En se basant sur cette théorie, nous avons pu élaboré un modèle équivalent de supercondensateurs, avec pour objectif un degré de complexité ne pénalisant ni la fidélité (précision du modèle), ni l'accessibilité (détermination et mesure des paramètres du modèle), ni l'exploitation (utilisation et intégration du modèle dans les outils et supports de simulation). Une procédure expérimentale bien déterminée a été établie pour l'identification des paramètres du modèle et un travail expérimental et de simulation conséquent a permis de valider le modèle proposé.

L'identification des systèmes dynamiques non linéaires à partir d'un ensemble de données entrée/sortie est d'une importance fondamentale pour les applications pratiques puisque beaucoup de systèmes physiques possèdent des caractéristiques non linéaires. La structure du modèle de Volterra peut être utilisée pour représenter une classe générale de systèmes non linéaires. Cependant, l'usage pratique d'une telle représentation est souvent limité à cause du grand nombre de paramètres associé à une telle structure. Pour pallier à cet inconvénient, plusieurs solutions sont proposées dans cette thèse. La première utilise des développements en série des différents noyaux sur des bases de fonctions orthogonales. La deuxième est basée sur l'utilisation de techniques faisant appel à des décompositions d'ordre réduit des tenseurs relatifs aux noyaux d'ordre supérieur ou égal à trois. Diverses bases de fonctions (Laguerre, Kautz et Bases Orthogonales Généralisées (BOG)) sont tout d'abord étudiées en vue de leur utilisation pour la modélisation des systèmes linéaires puis pour la représentation des noyaux de modèle de Volterra. Le problème d'identification comporte plusieurs volets : détermination des pôles caractéristiques des bases de fonctions orthogonales, de l'ordre des développements des différents noyaux, des coefficients de Fourier du développement et de l'incertitude relative à ces coefficients. Une représentation d'état associée à un développement sur une base de fonctions orthogonales généralisées est développée puis utilisée pour la construction de prédicteurs de la sortie du système ainsi modélisé. Ensuite, plusieurs décompositions tensorielles sont étudiées. La décomposition PARAFAC est plus particulièrement considérée. Des modèles de Volterra à complexité réduite inspirés de cette technique sont proposés. En considérant le noyau quadratique de Volterra comme une matrice et les autres noyaux comme des tenseurs d'ordres supérieurs à deux, nous utilisons une décomposition à l'aide des valeurs singulières (SVD) pour le noyau quadratique et la décomposition PARAFAC pour les noyaux d'ordres supérieurs à deux afin de construire le modèle réduit de Volterra appelé SVD-PARAFAC-Volterra. Un nouvel algorithme appelé ARLS (Alternating Recursive Least Squares) est présenté. Cet algorithme essentiellement basé sur la technique RLS appliquée d'une manière alternée estime les paramètres de tels modèles de Volterra. Enfin, de nouvelles méthodes d'identification robuste dites à erreur bornée sont présentées. Elles sont utilisées pour l'identification de modèles linéaires issus des BOG, travail qui vise à étendre au cas des systèmes non linéaires incertains des résultats obtenus récemment pour des systèmes linéaires incertains. Parmi les techniques d'identification à erreur bornée présentées, l'approche polytopique est plus particulièrement considérée. Cette approche nous permet d'estimer les intervalles d'incertitude des coefficients de Fourier du développement sur les différentes bases orthogonales étudiées. Ces mêmes méthodes d'identification sont utilisées aussi afin d'identifier les intervalles d'incertitude des paramètres du modèle SVD-PARAFAC-Volterra. Les méthodes proposées permettent de réaliser une importante réduction de complexité numérique et un gain en temps de calcul considérables.

À seulement quinze ans après leur découverte par Sumio Iijima, les nanotubes de carbone sont devenus un des piliers de la nanotechnologie. La géométrie parfaite et la nature unidimensionnelle confère aux nanotubes des propriétés structurelles, mécaniques, électroniques et optiques exceptionnelles. En conséquence, on s'attend à ce que les nanotubes envahissent des applications clef telles que les écrans à émission de champ, le stockage d'énergie, les composites structuraux, la nanoélectronique, les capteurs et les actuateurs, etc. <br />Cette thèse porte sur l'application de nanotubes de carbone dans le captage biochimique. Son but principal est d'utiliser et d'étendre les outils théoriques des nanotubes pour la conception des dispositifs de captage. Dans cette thèse nous proposons deux architectures différentes de captage. Le premier implique un principe électromécanique et peut être employé dans la mesure des forces faibles (~piconewtons) ou la détection des supramolécules (~zeptogrammes). Le deuxième capteur est basé sur le changement de conductance d'un nanotube de carbone exposé aux acides aminés aromatiques. La validation de ces deux architectures différentes est réalisée à l'aide de la modélisation et de la simulation.<br />L'effort principal de cette thèse a été concentré sur le développement de méthodes de simulation très efficaces par rapport au grand nombre d'atomes employés. Un problème récurrent que nous avons rencontré est le scaling cubique dans le nombre d'atomes, du calcul de la conductance quantique. Nous sommes parvenus à rendre le calcul de la conductance linéaire par des techniques d'espace réel.