La sûreté de fonctionnement des systèmes électroniques est un sujet de plus en plus complexe en raison des avancées technologiques et architecturales. Les structures comportant à la fois un grand nombre de composants et conçues à partir de technologies agressives sont parmi celles dont les problèmes de fiabilité doivent être considérés avec la plus grande attention. Parmi ces structures, les calculateurs parallèles intégrés, puissants accélérateurs de calcul dans un volume réduit, se doivent d'assurer un niveau de fiabilité élevé à ses utilisateurs. Dans cette thèse, nous proposons une méthode d'amélioration de la fiabilité dédiée à ces calculateurs fondée sur des techniques originales de test et de tolérance aux fautes. La méthode de tolérance aux fautes consiste en une reconfiguration du réseau sur 2 niveaux de hiérarchie physique, fondée sur la connaissance permanente de l'état de la structure obtenue par un test périodique ou concurrent. Nous montrons alors comment il est possible, au moyen d'un ajout matériel minimisé et modulaire, d'atteindre des taux de fiabilité équivalents à ceux d'un des composants de la structure d'origine.

Cette thèse est consacrée à la planification et l'exploitation d'expériences numériques à l'aide de modèles de remplacement (métamodèles), et plus particulièrement à la prise en compte des incertitudes induites par l'utilisation de ces métamodèles. Dans un premier temps, différentes méthodes sont proposées pour compenser ces incertitudes en biaisant les modèles afin de limiter le risque d'erreur 'défavorable' (méthodes conservatives). Cette étude s'appuie sur des applications en mécanique des structures, et en particulier, l'optimisation d'un système soumis a des contraintes de fiabilité. Cette thèse propose également deux contributions au domaine de la planification d'expériences numériques. D'une part, une méthode a été développée pour construire des plans permettant de minimiser l'erreur du modèle dans une région cible de l'espace de conception. Enfin, nous avons proposé des résultats pour la planification optimale des calculs dans le cas de simulateurs à réponse bruitées.

La technologie Flash représente aujourd’hui la mémoire non-volatile de référence dans plusieurs applications électroniques. Néanmoins, le « scaling » des cellules Flash conventionnelles fait aujourd’hui face à plusieurs limitations et un effort d’optimisation accru est nécessaire pour atteindre de meilleures performances, notamment en terme de fiabilité (rétention de données et tenue en endurance). La rétention de l’information stockée a ainsi fait l’objet de nombreuses études dans la littérature, aboutissant à une bonne compréhension et une modélisation précise des phénomènes de Stress Induced Leakage Current (SILC). En revanche, une description précise et microscopique des mécanismes de dégradation de cellules Flash en cours d’endurance Programmation/Effacement (P/E) reste manquante. Notamment dans le cas des technologies Flash de type NOR, dont la nature 2D des mécanismes de dégradation complexifie l’analyse, la compréhension et la modélisation de la perte de performances en cours d’endurance.Cette thèse se propose d’investiguer le vieillissement en endurance de la technologie embarquée NOR Flash 40nm produite à STMicroelectronics. Grâce à un ensemble de caractérisations électriques et de simulations TCAD spécifiquement développées, la thèse fourni une compréhension physique des différents mécanismes de vieillissement impliqués durant l’endurance. En particulier, les rôles respectifs des opérations de Programmation (par porteurs chauds) et d’Effacement (par injection Fowler-Nordheim) sont soulignés et leur impact sur les caractéristiques des cellules mémoires établis. Enfin, grâce à la description microscopique et exhaustive précédemment établie, un modèle physique reproduisant la dégradation de la cellule pendant l’endurance est proposé. L’application de ce modèle permet de définir des conditions de programmation optimales conduisant en une amélioration de la durée de vie des cellules NOR Flash considérées. / Flash technology still represents the preferred storage memory in many portable consumers and computer applications. However, the conventional Flash cell is now facing technological barriers and needs to be optimized pushing its working condition to the intrinsic physical limit. Such an optimization has to be done mainly focusing on reliability concerns, i.e. data retention and endurance, since representing the main limiting factors of technology down-scaling. For this reason, several works dealt with data retention concerns analyzing, characterizing and modeling the Stress Induced Leakage Current (SILC) with the final aim of limiting or control such an issue. However, there is no work which accurately explored the overall cell evolution during Program/Erase (P/E) cycling from a microscopic physical standpoint, especially in NOR technology, whose intrinsic 2D degradation nature makes complex the modeling and the analysis of the combined aging mechanisms.In this thesis, an in-depth investigation of P/E degradation mechanisms in 40nm NOR Flash technology issued from STMicroelectronics is conducted. With the help of advanced electrical characterization and proper TCAD simulation, this thesis provides an accurate understanding, evaluation and modeling of the different aging mechanisms involved during P/E cycling. In particular, the respective roles of Hot Carrier Degradation (HCD) and Fowler-Nordheim Stress (FNS) are pointed out, and their impact on memory cell characteristic drifts and on memory lifetime is assessed. The main challenge is to build a physically-based model which reproduces the Flash cell wear out during P/E cycling. This enables to push the memory lifetime towards its maximum intrinsic performance, as for example by correctly managing the P/E electrical operations. In addition, such an approach allows to assess the limiting physical mechanism factors for memory cell degradation and consequently to take action for some specific process step optimizations.

L'écart de vitesse entre le processeur et la mémoire vive est devenu un point faible pour les performances des systèmes. En raison de ces limitations, de nombreuses mémoires émergentes ont été proposées comme solutions alternatives à ces problèmes existant dans la hiérarchie mémoire. Les mémoires résistives (RRAM) sont considérées comme des candidats pour la « storage class memory » (SCM), les mémoires non volatiles embarquées (eNVM), et les systèmes neuromorphique. Cependant, les problèmes de fiabilité tels que la rétention de données sont encore en cours d'amélioration. De plus, pour obtenir des matrices mémoires de grande densité, la RRAM a besoin des sélecteurs qui seront intégrer en série avec elle dans une architecture un-sélecteur une-résistance (1S1R). Le sélecteur est nécessaire avec le point mémoire pour éliminer les problèmes des courants de fuite, qui gênent le bon fonctionnement de la matrice mémoire dans des architectures crossbar et verticales 3D.Dans cette thèse, notre objectif principal est de traiter les défis ci-dessus. Notre travail peut être divisé en deux parties principales : i) l'étude de la fiabilité des cellules RRAM basées sur HfO2 et ii) la caractérisation des opérations de base et des performances des cellules RRAM basées sur HfO2 et qui sont co-intégrées avec deux types différents des sélecteurs. Pour la partie fiabilité, nous avons étudié les effets du dopage aluminium (Al) sur la rétention de données des cellules RRAM à base de HfO2. Des dispositifs à simple et double couche avec différentes concentrations d'aluminium ont été fabriqués et testés. A partir des comportements électriques macroscopiques, comme la dégradation du diélectrique en fonction du temps (TDDB) et l’opération de forming avec des rampes de tension, on a extrait des propriétés microscopiques des matériaux tels que l'énergie d'activation nécessaire pour la rupture d’une liaison chimique à champ nul et le moment dipolaire des liaisons dans les matériaux testés. En utilisant ces paramètres microscopiques nous avons effectué tout au long de ce travail des simulations physiques pour comprendre les dynamiques de l’opération de forming ainsi que les mécanismes physiques impliqués pendant les opérations du dispositif mémoire. Deuxièmement, nous avons étudié l'immunité aux rayonnements de la RRAM à base de HfO2 pour les applications spatiales. Nos dispositifs RRAM ont été exposés à une énergie de 266 MeV d'ions lourds d'iode. Des analyses pré- et post-exposition ont été effectuées sur les états de la mémoire et les tensions de programmation pour étudier les effets de l'irradiation sur les caractéristiques du dispositif mémoire.Dans la partie des dispositifs d’accès, nous avons évalué deux types différents des sélecteurs. Une forte non-linéarité dans les caractéristiques courant / tension est obligatoire pour effectuer une lecture précise et une écriture à faible consommation. Dans le premier dispositif étudié, la sélectivité est introduite en ajoutant une couche d'oxyde dans l’empilement mémoire et qui agit comme une barrière tunnel. Le principal avantage de cette méthode est la facilité d’intégration de la barrière tunnel, par contre elle souffre d'une faible sélectivité (~ 10) et d'un faible courant de programmation qui dégrade la rétention de données. Deuxièmement, on a co-intégré avec l’RRAM un sélecteur OTS et le dispositif 1S1R a été entièrement caractérisé. Le sélecteur OTS offre une plus grande sélectivité par rapport à la barrière tunnel avec les possibilités d'augmenter fortement cette sélectivité par l'ingénierie des matériaux chalcogénures. Plus de 106 cycles de lecture ont été obtenu pour les dispositifs 1S1R en utilisant une stratégie de lecture innovante que nous avons suggérée pour éviter les lectures perturbatrices et réduire la consommation d'énergie. / The performance gaps in nowadays memory hierarchy on the first hand between processor and main memory, on the other hand between main memory and storage have become a bottleneck for system performances. Due to these limitations, many emerging memories have been proposed as alternative solutions to fill out such concerns. The emerging non-volatile resistive random-access memories (RRAM) are considered as strong candidates for storage class memory (SCM), embedded nonvolatile memories (eNVM), enhanced solid-state disks, and neuromorphic computing. However, reliability challenges such as RRAM thermal stability and resistance variability are still under improvement processes. In addition, to achieve high integration densities the RRAM needs two terminal selector devices in one-selector one-resistor (1S1R) serial cell. The BEOL selector device enables suppression of the parasitic leakage paths, which hinder memory array operation in crossbar and vertical 3D architectures.In this PhD, our main focus is to address and treat the above challenges. Here, the work can be divided into two main parts: i) the investigation of the reliability of HfO2 based RRAM cells and ii) the characterization of the basis memory operations and performances of HfO2 based RRAM cells co-integrated with two different back end of line (BEOL) selector technologies.For the reliability part, we have investigated the effects of aluminum (Al) doping on data retention of HfO2 based RRAM cells. Single and double layer devices with different aluminum concentration were fabricated and tested. From macroscopic electrical characteristics, like time dependent dielectric breakdown (TDDB) and ramped voltage forming, microscopic properties of the materials such as the activation energy to break a bond at zero field and the dipole moment of the bond were extracted. These parameters have been used to shed new light on the mechanisms governing the forming process by means of device level simulations. Second, we have addressed the radiation immunity of HfO2 based RRAM for possible space applications as well. Our RRAM devices were exposed to 266 MeV Iodine heavy ions energy. Pre- and post-exposure analysis were carried out on the memory states and the programming voltages to study the effects of the irradiation on the memory characteristics. Throughout this work, we have performed physics based simulations to understand the dynamics of the forming process as well as the physical mechanisms involved during the memory operations.For the access devices part, we have evaluated two different types of selectors. For accurate reading and low power writing a strong selectivity in the current/voltage characteristics is required. In the first studied device, the selectivity is introduced by adding an oxide tunnel barrier. The main advantage of this strategy is that it is easy to integrate, however it suffers of low selectivity (~10) and low programming current. Second, an OTS based selector co-integrated with HfO2 based RRAM was fully characterized. OTS selector provides higher selectivity compared to the oxide tunnel barrier with the possibilities to strongly increase this selectivity by material engineering. Over 106 read cycles have been achieved on our 1S1R devices using an innovative read strategy that we have suggested to prevent disruptive read and to reduce the power consumption.

Une des conséquences les plus marquantes de l'évolution actuelle de l’industrie ferroviaire est l'augmentation des contraintes exercées aussi bien sur les voies que sur les matériels roulants ; tant en termes de sollicitations, de charges, de fréquences, qu'en termes d'exigences de disponibilité et de sécurité. De ce fait, la recherche de politiques de maintenance optimales répondant aux objectifs de disponibilité, de coûts, de sécurité est devenue un sujet particulièrement d'actualité. Pour répondre à cette demande d’ajustement des stratégies de maintenance, le formalisme des réseaux bayésiens est une approche de plus en plus utilisée pour développer des outils d'aide à la décision. Afin de s’affranchir de l’hypothèse markovienne restrictive imposée par l’utilisation « standard » des réseaux bayésiens, une structure originale a été proposée pour modéliser finement un processus de dégradation dans le cadre discret à partir de distributions de temps de séjour quelconques. Cette approche, dénommée Modèles Graphiques de Durée, autorise une finesse de modélisation du processus de dégradation qui permet de reproduire le comportement de systèmes multi-composants et multi-états, tout en tenant compte de variables exogènes. Cette modélisation semi-markovienne de la dégradation a, jusqu'à présent, été utilisée surtout pour évaluer ou comparer des stratégies de maintenance pouvant mêler des approches correctives, systématiques ou conditionnelles. Cette thèse vise à étendre les travaux précédents aux actions de maintenance prévisionnelle. Cette approche, qualifiée également de pronostic, offre en effet l’avantage d’une prédiction de l’instant optimal d’intervention maximisant la durée de fonctionnement du système avant intervention, tout en satisfaisant les contraintes d’exploitation et d’entretien. Les systèmes considérés sont à espaces d’états discrets et finis, périodiquement observables, situation fréquente pour de nombreuses applications industrielles, notamment dans le domaine des transports. Ces travaux de thèse proposent, à partir du formalisme des réseaux bayésiens dynamiques et des modèles graphiques de durée, des outils de pronostic dans le but de permettre la modélisation de politiques de maintenance préventives prévisionnelle. Pour répondre à cet objectif, un algorithme de pronostic basé sur des distributions de temps de séjour a tout d’abord été introduit, dans le but de calculer une estimation de la durée de vie résiduelle (RUL) d'un système et de la mettre à jour à chaque fois qu’un nouveau diagnostic est disponible. Pour améliorer la précision des calculs de pronostic, un nouveau modèle de dégradation a ensuite été proposé pour tenir compte de l'existence éventuelle de plusieurs dynamiques de dégradation coexistantes. Son principe consiste à identifier à chaque instant un mode de dégradation actif, puis à répercuter cette information sur les temps de séjour considérés dans les états suivants par l'utilisation de lois de temps de séjour conditionnelles. Enfin, des solutions pour diminuer la complexité des calculs d'inférence exacte sont proposées / One of the most important consequences due to current developments in the rail industry is the increase of stresses on tracks and rolling stock; in terms of loads, frequencies, and both in terms of availability and security requirements. Therefore, looking for optimal maintenance policies to meet the availability, cost and security objectives has become a particularly topical subject. To address this need of maintenance strategy adjustment, approaches using bayesian networks have increasingly been used for the development of decision support tools. To overcome the restrictive Markovian assumption induced by the use of standard bayesian networks, a specific structure has been proposed to accurately model a degradation process in discrete case using any kind of sojourn time distributions. This approach called "Graphical duration model" make possible to describe multicomponent and multi state system behaviours by taking into account many exogenous variables. This semi-markovian modelling of the degradation has mainly been used to evaluate and compare different maintenance strategies based on corrective, systematic and conditional approaches. This PhD thesis aims to extend previous works to predictive maintenance policies. This approach, based on prognosis computations, has the advantage to predict the optimal intervention time maximizing the remaining useful life of the system and both satisfying operating and maintaining constraints. Considered systems have finite discrete state spaces and are periodically observable as many existing ones in the industry and particularly in the field of transport systems. The presented works, based on the dynamic bayesian network formalism and the graphical duration model, propose prognostic tools in order to model the set of predictive maintenance policies. A prognosis algorithm is first introduced to compute the remaining useful life (RUL) of the system and update this estimation each time a new diagnosis is available. To improve the prognosis estimation accuracy, a new degradation model is proposed to take into account the possible existence of many coexisting degradation modes. The principle is to identify at each time the active degradation mode and then to use this information to choose sojourn times considered in next states using conditional sojourn times distributions. At last, some solutions to reduce the complexity of inference computations are proposed

L’application des approches probabilistes pour tenir compte des incertitudes dans le domaine des barrages est un sujet en développement. Cependant, la plupart des études ont été réalisées sur l’évaluation de la sécurité des barrages pendant leur service. Ce travail de thèse vise à appliquer ce type d’approches et à faire une contribution à l’analyse de risque des barrages en béton compacté au rouleau (BCR) d`es sa construction, à l’aide d’une simulation numérique. Les travaux présentés dans ce manuscrit proposent l’application d’une méthodologie qui vise à quantifier la vulnérabilité vis-à-vis de l’apparition de la fissuration pendant la construction du barrage, ce qui peut affecter `a long-terme la perméabilité et par conséquent, compromettre son comportement structurel. Pour ce faire, l’accent est mis sur les incertitudes liées à quelques caractéristiques des matériaux (e.g., résistance, rapport eau-ciment, entre autres) et aux conditions environnementales pendant la phase de construction. Un modèle thermo-chemo-mécanique est utilisé pour décrire le comportement du BCR. En ce qui concerne le modèle probabiliste, deux aspects sont étudiés: i) comment les incertitudes liées aux variables d’entrée sont propagées dans le modèle, et ii) quelle est l’influence de leur dispersion par rapport à la dispersion totale de la sortie. Ce dernier est évalué par l’intermédiaire d’une analyse de sensibilité globale effectuée avec la méthode RBD-FAST. En outre, la variabilité spatiale des paramètres d’entrée est aussi prise en compte à travers des champs aléatoires bidimensionnels. Par ailleurs, un couplage entre des méthodes de fiabilité et la méthode d’éléments finis est effectué de façon à évaluer le potentiel de fissuration dans chaque couche de BCR lors de sa construction en utilisant un concept de densité de fissuration. Comme résultat important issu de ce travail de recherche, des courbes de probabilité pour la densité de fissuration sont obtenues au niveau de chaque couche en fonction de leur âge et des conditions aux limites, ce qui est considérée comme étant une contribution originale de cette thèse.La méthodologie proposée peut être utilisé pour aider à comprendre comment les incertitudes vont affecter le comportement du barrage pendant sa construction et servir d’appui dans le futur pour améliorer et soutenir la phase de conception du projet de barrage. / The use of fully probabilistic approaches to account for uncertainties within dam engineering is a recently emerging field on which studies have been mostly done concerning the safety evaluation of dams under service. This thesis arises within this framework as a contribution on moving the process of risk analysis of dams beyond empirical knowledge, applying probabilistic tools on the numerical modelling of a roller compacted concrete (RCC) dam during its construction phase.The work developed here aims to propose a methodology so as to account for risks related to cracking during construction which may compromise the dam’s functional and structural behaviour.In order to do so, emphasis is given to uncertainties related to the material itself (i.e.strength, water-to-cement ratio, among others) as well as to ambient conditions during the construction phase of RCC dams. A thermo-chemo-mechanical model is used to describe theRCC behaviour. Concerning the probabilistic model, two aspects are studied : how the uncertainties related to the input variables are propagated through the model, and what is the influence of their dispersion on the dispersion of the output, assessed by performing a global sensitivity analysis by means of the RBD-FAST method. Also, spatial variability of some input parameters is accounted for through bi-dimensional random fields. Furthermore, a coupling between reliability methods and finite element methods is performed in order to evaluate the cracking potential of each casted RCC layer during construction by means of a cracking density concept. As an important outcome of this applied research,probability curves for cracking density within each casted layer as functions of both age and boundary conditions are predicted, which is believed to be an original contribution of this thesis. The proposed methodology may therefore be seen as a contribution to help engineers understand how uncertainties will affect the dam behaviour during construction and rely on it inthe future to improve and support the design phase of the dam project.

Cette étude adresse une technologie de diodes laser à semi-conducteur InGaAs/AlGaAs/GaAs émettant à 980 nm en configuration puce nue (CSE-Composant Sur Embase) utilisées pour le pompage optique dans les amplificateurs à fibre dopée Er3+. Il s'agit de composants possédant un tel niveau de maturité technologique que l’évolution des paramètres observés au cours du temps ne présente plus de variations suffisamment significatives pour pouvoir dégager des conclusions exhaustives en termes de fiabilité. La recherche de méthodes alternatives et/ou complémentaires aux méthodes dites « classiques » visant à la compréhension des mécanismes de défaillance et l’identification des signatures indiquant une possible dégradation future des diodes laser, relève aujourd’hui un défi stratégique pour les composants actuels. Dans ce contexte, cette étude propose un ensemble de techniques basées sur la discrimination du fonctionnement des diodes en régime direct et en particulier en régime inverse par spectroscopie électrique. La corrélation des différentes mesures en régime inverse, très peu étudié dans la caractérisation des diodes laser, peut mettre en évidence des comportements atypiques qui révèlent la présence de défauts ponctuels résiduels dans le volume d’une diode car les courants observés sont très faibles. Le régime inverse permet d'offrir des perspectives intéressantes en considérant que ce régime reste de nos jours quasiment inexploré pour les composants optoélectroniques émissifs tels que les diodes laser. / This study addresses InGaAs / AlGaAs / GaAs laser diode emitting at 980 nm in bare chip configuration (COS-Component on Submount) for optical pumping in Er3+ doped fiber amplifiers. These devices have a level of technological maturity that the changes in the parameters observed during aging do not present sufficiently significant variations in order to obtain exhaustive conclusions in terms of reliability. Searching for alternative and/or complementary methods to the so-called « classical » methods aimed to understanding the failure mechanisms and the identification of signatures indicating possible future degradation of the laser diodes, represents today a strategic challenge for the current components. In this context, this study suggests a set of techniques based on the discrimination of the operation mode of the diodes in direct bias and in particular in reverse bias by electrical spectroscopy. The correlation of the different measurements in reverse bias, not more studied in the characterization of laser diodes, can reveal atypical behaviors highlighting presence of residual point defects in the volume of a diode because the currents observed are very weak. The reverse bias makes it possible to offer interesting perspectives considering that, this operation mode remains today almost unexplored for optoelectronic emitting devices such as laser diodes.

Analyse et conception de la fiabilité sont indispensables pour le processus de développement des systèmes mécatroniques. Toutefois, des outils puissants sont nécessaires en raison de la complexité croissante et de la cherté d'essai des systèmes mécatroniques. Cette complexité nous amène des difficultés de l'incertitude de modélisation et de la dépendance inconnus, tels que la dépendance fonctionnelle et temporelle. Pour faire face à une telle complexité, la fiabilité des outils d'analyse doivent être mathématiquement puissant, facile à utiliser et efficace de calcul.Les outils classiques ont une certaine quantité d'inconvénients lors de l'évaluation de la fiabilité au niveau du système. Par exemple, les méthodes basées sur la chaîne de Markov ont un problème infime d'explosion combinatoire et le formalisme de l'arbre de défaillance ne fonctionne que quand les composants sont indépendants les uns des autres. Bien que certaines extensions, comme les arbres de défaillance dynamiques, aient été faites pour pallier les lacunes, tous ne peuvent être traitées dans un cadre unique. Le formalisme des réseaux Bayésiens a été récemment considéré comme un outil prometteur de l'inférence statistique pour l'évaluation de fiabilité du système grâce à de nombreux avantages, tels que la capacité de modélisation de la dépendance incertaine, l'intégration de données provenant de diverses sources et les outils de raisonnement bien étudiés. D'autre part, la plus grande valeur ajoutée en mécatronique est en sous-système du contrôle et du traitement de l'information. Les ingénieurs se rendent compte que la conception de contrôleur d'un système dynamique ne peut pas négliger l'exigence de la fiabilité dynamique. Diverses incertitudes influencent non seulement les performances des contrôleurs, mais aussi la fiabilité. Cependant, peu de recherches ont examiné la fiabilité dynamique des contrôleurs.Dans cette recherche, nous avons étudié le formalisme des réseaux bayésiens et développé une méthode de l'évaluation de la fiabilité des systèmes mécatroniques complexes. Cette méthode étend l'analyse bayésienne sur les composants à celle sur les systèmes complexes et permet de considérer des incertitudes des paramètres des modèles asymétriques de temps à l'échec dans les systèmes complexes. Pour effectuer l'inférence dans notre modèle de réseau bayésien, nous avons développé un algorithme modifié de la propagation de croyances non-paramétrique qui est plus efficace dans le cas complexe par rapport à d'autres outils de raisonnement. Nous avons montré également comment effectuer l'analyse de sensibilité dans notre modèle de réseau bayésien qui a une structure non-déterministe.Un contrôleur linéaire dynamique-fiable a été conu pour le module de contrôle des systèmes mécatroniques. Nous avons établi un nouveau lien entre le probabilité de la défaillance du premier passage et les gains de rétroaction des contrôleurs, et obtenu une nouvelle contrainte dynamique de fiabilité pour les objectifs classiques. Le contrôleur linéaire dynamique-fiable est également étendu au formalisme de multiple-modèle pour que la réalisation d'un contrôleur dynamique-fiable soit applicable dans le cas nonlinéaire/non-gaussien. La performance du système peut encore être améliorée dans ce cadre en utilisant les méthodes de multiple-modèle plus avancées.Une grande quantité de résultats de simulation ont démontré que les méthodes développées ont été appliquées avec succès pour analyser et concevoir des systèmes de suspension active du véhicule et peuvent être appliquée à d'autres applications, telles que d'autres systèmes mécatroniques et systèmes de contrôle actif de construction. / Reliability analysis and design become indispensable for the development process of mechatronic systems. However, versatile tools are called for because of the increas•ing complexity and the testing expensiveness of mechatronic systems. Such complexity brings the difficulties of modeling uncertainty and unknown dependency, such as functional and temporal dependency. To deal with such complexity, reliability analysis tools need to be mathematically powerful, be easy to use and be computationally efficient.Conventional tools have a number of drawbacks when evaluating the reliability at system level. For instance, Markov chain based methods have a problem of infamous combinatorial explosion and fault trees formalism works under the assumption of component independency. Although sorne extensions, such as dynamic fault trees, have been made to make up for shortcomings, not all of them can be handled in one framework. Bayesian networks formalism is recently believed to be a promising statistical inference tool for system reliability assessment thanks to many advantages, such as the ability of modeling uncertain dependency, integrating data from diverse sources and the well-studied reasoning tools. On the other hand, the biggest value-added in mechatronics is in control/information processing subsystem. Engineers realize that the controller design of a dynamic system cannot neglect the dynamic reliability requirement. Various uncertainties influence not only the controller performance but also the reliability. However, little research has considered the dynamic reliability of controllers.In this research, we have investigated the Bayesian networks formalism and developed a new system reliability assessment method for complex mechatronic systems. This method extends Bayesian analysis on components to that on complex systems and allows to consider parameter uncertainties of various skewed time-to-failure models in complex systems. To perform the inference in our Bayesian network model, we developed a modified nonparametric beHef propagation which is more efficient in the complex case compared with other reasoning tools. We showed also how to perform the sensitivity analysis in our Bayesian network model that has a non-deterministic structure. A dynamic-reliable linear controller has been designed for the control module of mechatronic systems. We established a new link between the first-passage failure probability and controllers' feedback gains, and obtained a new dynamic-reliability constraint for classical objectives. The dynamic-reliable linear controller is also extended to the multiple model formalism for achieving a dynamic-reliable controller applicable to nonlinearjnon-Gaussian cases. The system performance can be further improved in this framework by using more advanced multiple model methods.A number of simulation results demonstrated that the developed methods have been successfully applied to analyze and design active vehicle suspension systems and can be applied to other applications, such as other mechatronic systems and active building control systems.

La gestion de la distribution de l'énergie électrique produite à partir de sources renouvelables comme l'énergie solaire et l'énergie éolienne est un verrou technologique pour améliorer les performances et la stabilité de l'ensemble des processus de transfert d'énergie. Ainsi, les recherches sur les lignes électriques utilisées comme supports de communication sont très prometteuses pour la gestion d’installation de petites et moyennes puissances comprenant de nombreux générateurs, pas forcément conçus initialement dans une démarche de fiabilité. En outre, cette nouvelle possibilité de gestion permet d'améliorer les performances et la stabilité dans le processus de transfert global d'énergie. Cette étude est particulièrement orientée vers une architecture distribuée pour la gestion photovoltaïque parallèle et/ou multi-générateurs incluant d’autres technologies telles que l’éolien par exemple connectés sur un réseau à courant continu servant également de support de communication tel que le système CPL. Le CPL, en utilisant la technique de modulation, permet le transfert de l'information telles que la température, la puissance instantanée, l’auto-test etc… nécessaires pour optimiser la production d'énergie. Le but de ce travail consiste en l'étude d’une solution CPL conçue pour travailler sur bus HVDC reliant des systèmes de production d’énergie renouvelable. Les circuits développés pour le CPL seront donc considérés comme des interfaces entre le convertisseur intelligent DC-DC et le bus HVDC. Ils seront basés sur une partie matérielle constituée d’un émetteur-récepteur intégrant une interface de modulation-démodulation sur le bus HVDC et un processeur de signal assurant le traitement des diverses informations échangées entre les capteurs d'entrées et le monitoring / Managing the distribution of electrical energy from renewable sources such as solar and wind energy is a technological barrier to improve performance and stability of the whole process of transfer of energy sources. Thus, research on power lines used as communication media are very promising for the facility management of small and middle powers with many generators, not necessarily initially designed in a process reliability. In addition, this new option allows management to improve performance and stability in the overall process of energy transfer. This study is particularly directed to a distributed parallel management for photovoltaic and / or multi-generators including other technologies such as wind, for example connected to a DC network also serves as a communication such as PLC system architecture. The PLC, using the modulation technique, allows the transfer of information such as temperature, the instantaneous power, the self-test etc. ... needed to optimize the energy production. The aim of this work is the study of a CPL solution designed to work on HVDC bus connecting renewable energy production systems. Circuits developed for the CPL will be considered as interfaces between the DC-DC converter and smart HVDC bus. They will be based on a hardware part consists of a transceiver interface incorporating a modulation-demodulation on the HVDC bus and a signal processor which processes the information exchanged between the various input sensors and monitoring

La société moderne est de plus en plus dépendante de l'informatique dont le rôle est devenu tellement vital au point que tout dysfonctionnement peut engendrer des pertes considérables voire des conséquences irréversibles telles que la perte de vies humaines. Pour minimiser les dégâts, plusieurs techniques et outils ont été mis en place au cours des dernières années. Leur objectif est de faire en sorte que nos systèmes informatiques fonctionnent < < ~tout le temps~> > , et ce, tout en produisant les résultats escomptés. La duplication du matériel et les tests de logiciels sont parmi les techniques les plus utilisées. Cependant, sans méthodes formelles, rien n'est garanti et des problèmes peuvent surgir à tout moment. En contrepartie, l'utilisation de méthodes formelles n'est pas à la portée de tout le monde y compris les programmeurs chevronnés et la tâche reste subtile et complexe même pour les spécialistes. Quelques lignes de code nécessitent parfois des centaines de lignes de preuve difficiles à lire et à comprendre. Malgré tout, leur utilisation n'est plus un luxe, mais plutôt nécessaire afin d'éviter les dégâts engendrés par les mauvais fonctionnements de nos systèmes critiques. Le principal objectif de notre recherche est de développer un cadre formel et automatique pour le renforcement de politique de sécurité sur des systèmes concurrents. Plus précisément, l'idée consiste à ajouter dans un programme des tests à des endroits soigneusement calculés pour qu'une politique de sécurité soit respectée. La nouvelle version du programme préserve toutes les traces de la version originale respectant la politique de sécurité et bloque les traces qui ne peuvent plus respecter la politique de sécurité même si elles sont complétées par certains suffixes. Les principaux résultats ayant contribué à l'atteinte de cet objectif sont : 1. La définition d'une algèbre de processus [symbol] offrant un cadre purement algébrique pour le renforcement de politique de sécurité sur des systèmes concurrents. Plus précisément, nous avons défini un nouvel opérateur qui permet de renforcer, d'une manière intuitive, une politique de sécurité sur un système concurrent. 2. La définition d'une logique, dénotée par [symbol], inspirée des expressions régulières étendues. En effet, [symbol] est une logique linéaire qui exprime la classe de langage régulier, mais avec la possibilité d'exprimer des propriétés infinies. 3. La définition d'une algèbre [symbol] basée sur l'algèbre [symbol]. [symbol] définit un nouvel opérateur de renforcement qui tient compte de l'introduction de la logique. 4. Le développement d'une technique d'optimisation qui, pour une certaine classe de propriétés de sécurité, permet de réduire le nombre de tests insérés dans le programme renforcé. / One of the important goals of the software development process is proving that the produced systems always meet their requirements. However, establishing this goal is not only subtle and complex, but also requires high qualified persons. In addition, this operation is mostly omitted due to its high cost and the system is tested while trying to reduce the risk of errors as much as possible. The cost is, nevertheless, paid when this operation is required in order to avoid catastrophic consequences and major errors. In these cases, tools like theorem prover and those used for automatic generation of software are helpful to significantly reduce the cost of proof. Our aim is that this tool proves to be powerful and simple enough to generate benefits even to small companies and individuals with scarce budgets and limited theoretical skills . Many promising formal frameworks for automatic enforcement of security policies in programs have been proposed during the last years. Their goal is to ensure that a program respects a given security policy which generally specifies acceptable executions of the program and can be expressed in terms of access control problems, information flow, availability of resources, confidentiality, etc. The literature records various techniques for enforcing security policies belonging to mainly two principal classes: static approaches including typing theory, Proof Carrying Code, and dynamic approaches including reference monitors, Java stack inspection. Static analysis aims at enforcing properties before program execution. In dynamic analysis, however, the enforcement takes place at runtime by intercepting critical events during the program execution and halting the latter whenever an action is attempting to violate the property being enforced. Recently, several researchers have explored rewriting techniques in order to gather advantages of both static and dynamic methods. The idea consists in modifying a program statically, so that the produced version respects the requested requirements. The rewritten program is generated from the original one by adding, when necessary, some tests at some critical points to obtain the desired behaviors. This thesis aims to propose an algebraic and automatic approach that could generate from a given program, and a security policy, a new version of this program that respects the requested security policy. More precisely, we define an operator [symbol] that takes as input a process [symbol] and a security policy [symbol] and generates [symbol], a new process that respects the following conditions: [symbol] "satisfies" the security policy [symbol]. [symbol], behaviours of [symbol] are also behaviours of [symbol]. [symbol], all good behaviours of [symbol] are also behaviours [symbol]. The main results of our research are the following~: 1. The definition of a process algebra [symbol] offering an algebraic framework for the enforcement of security policies on concurrent systems. 2. The definition of a logic, denoted by [symbol], inspired from Kleene algebras and regular expressions. Basically, it allows to specify properties that can be checked on a trace-based model and properties related to infinite behavior (e.g. a server should not send the password of users). The choice of this logic is motivated by its syntax that is close to the one chosen for processes. In fact, this similarity is helpful to simplify the definition of our formal monitor. 3. The development of an optimization technique which, for a certain class of security properties, reduces the number of tests added in the target.