Dans le marché mondial fortement concurrentiel, un constructeur automobile doit offrir à ses clients des services innovants, respectueux de l'environnement et sûrs de fonctionnement. Tout cela doit être fait à des coûts très compétitifs tout en respectant des réglementations et des délais de plus en plus stricts. Ces travaux répondent à ces défis et visent à améliorer le processus de conception des systèmes mécatroniques critiques automobile. Ils montrent que l'utilisation de modèles formels et informels peuvent se rapporter à un modèle sémantique commun, i.e., une ontologie système et sécurité, qui permet d'assurer la cohérence du processus de conception tout en respectant la norme ISO 26262. Les concepts de ces travaux ont été appliquées sur un système de freinage régénératif hybride intégré dans un véhicule électrique. L'application a démontré que l'ontologie réalisée permet d'enregistrer l'information produite lors de la conception et que l'utilisation d'ontologies permet effectivement de détecter les incohérences sémantiques ce qui améliore la qualité des informations de conception, favorise la réutilisation et assure la conformité à l'ISO 26262. / In the strongly competitive worldwide market of today, a car manufacturer has to offer to its customersrelevant, innovative, reliable, environment friendly and safe services. All this must be done at verycompetitive costs while complying with more and more stringent regulations and tighter deadlines. Thiswork addresses these challenges and aims at improving the design process for automotive safety criticalmechatronics systems. It shows that the use of formal and informal models can commit to a commonsemantic model, i.e., a system and safety ontology, that enables to ensure the consistency of the wholedesign process and compliance with standard ISO 26262. The concepts in this work have been appliedon a regenerative hybrid braking system integrated into an electrical vehicle. It demonstrated that therealized ontology enables to record the information produced during design and that using ontologieseffectively enables to detect semantic inconsistencies which improves design information quality, promotesreuse and ensures ISO 26262 compliance.

Les développeurs d'applications Web ne sont pas tous des experts. Même s'ils utilisent des méthodes telles que UWE (UML web engineering) et les outils CASE, ils ne sont pas toujours capables de prendre de bonnes décisions concernant le contenu de l'application web, le schéma de navigation et / ou la présentation des informations. La littérature leur fournit de nombreuses lignes directrices (guidelines) pour ces tâches. Cependant, ces connaissances sont disséminées dans de nombreuses sources et non structurées. Dans cette dissertation, nous capitalisons sur les connaissances offertes par ces lignes directrices. Notre contribution est triple: (i) nous proposons un méta-modèle permettant une représentation riche de ces lignes directrices, (ii) nous proposons une grammaire permettant la description des lignes directrices existantes, (iii) sur la base de cette grammaire, nous développons un outil de gestion des lignes directrices . Nous enrichissons la méthode UWE avec cette base de connaissances menant à une approche basée sur la qualité. Ainsi, notre outil enrichit les prototypes existants d'ingénierie logicielle assistée par ordinateur basés sur UWE avec des conseils ad hoc. / Web application developers are not all experts. Even if they use methods such as UWE (UML web engineering) and CASE tools, they are not always able to make good decisions regarding the content of the web application, the navigation schema, and/or the presentation of information. Literature provides them with many guidelines for these tasks. However this knowledge is disseminated in many sources and not structured. In this dissertation, we perform a knowledge capitalization of all these guidelines. The contribution is threefold: (i) we propose a meta-model allowing a rich representation of these guidelines, (ii) we propose a grammar enabling the description of existing guidelines, (iii) based on this grammar, we developed a guideline management tool. We enrich the UWE method with this knowledge base leading to a quality based approach. Thus, our tool enriches existing UWE-based Computer Aided Software Engineering prototypes with ad hoc guidance.

Aujourd’hui, les industriels cherchent de nouvelles approches qui permettent aux concepteurs d’adapter efficacement les systèmes de fabrication face à un environnement incertain et perturbant. Le concept de la reconfiguration des systèmes de fabrication est proposé afin de trouver des solutions face à l’occurrence d’aléas au sein d’un système manufacturier complexe. Dans la littérature, l’intégration de la reconfiguration dès la phase de conception dans le cadre de l’ingénierie système en suivant une approche basée sur des normes et paradigmes commence à faire appel à plusieurs nouveaux travaux de recherche. Nous proposons une nouvelle approche basée sur l’ingénierie système pour concevoir les systèmes de production manufacturiers pour qu’ils soient reconfigurables du point de vue partie opérative et commande, en assurant la cohérence entre les modèles et en respectant les exigences de l’industrie nouvelle. Cette approche vise à guider le concepteur pour modéliser les systèmes manufacturiers en intégrant le concept de la reconfiguration dans le cadre de l’ingénierie système.Ensuite, les modèles développés des différents points de vue sont transformés suivant des règles prédéfinies vers des modèles d’architectures holoniques qui permettent de combler l’écart entre le processus de modélisation conceptuelle et le processus de simulation. Ces modèles holoniques sont exécutables par la technologie des systèmes multi-agents afin de faciliter leurs implémentations. Après, le concepteur sera capable de vérifier et valider par simulation les critères et les caractéristiques clés de la reconfiguration dans le but d’atteindre les indicateurs demandés. Les résultats obtenus montrent une réactivité efficace aux aléas internes et externes avec la configuration la plus adéquate. Nous avons choisi un système manufacturier reconfigurable qui est le système de conversion d’acier afin d’illustrer l’utilité et la fiabilité de l’approche proposée dans différents scénarios. / Today, manufacturers are seeking new approaches that allow designers to effectively adapt manufacturing systems to an uncertain and disruptive environment. The concept of the reconfiguration of manufacturing systems is proposed in order to find solutions to the occurrence of disturbances within a complex manufacturing system. In the literature, integrating reconfiguration early in the design phase into system engineering by following an approach based on standards and paradigms is beginning to call for several new research studies. We propose a new approach based on system engineering to design manufacturing production systems so that they are reconfigurable from the point of view of operative and control part, ensuring coherence between models and meeting the requirements of the new industry. This approach is intended to guide the designer in modeling the manufacturing systems by integrating the concept of reconfiguration into system engineering.Then, developed models of different viewpoint are transformed according to predefined rules into holonic architecture models that bridge the gap between the conceptual modeling process and the simulation process. These holonic models are executable by the technology of multi-agent systems to facilitate their implementations. Afterwards, the designer will be able to verify and validate by simulation the criteria and key features of the reconfiguration in order to achieve the requested indicators. The obtained results show an effective reactivity to the internal and external disturbances with the most adequate configuration. We chose a reconfigurable manufacturing system which is the steel converter system to illustrate the utility and reliability of the proposed approach in different scenarios.

L’originalité de notre travail consiste à développer une approche qui intègre l’ingénierie systèmes basée sur les modèles (MBSE) avec les principes de l’approche SBCE afin de réduire les boucles itératives entre les concepteurs inexpérimentés, les fabricants et les experts. D’autres parties prenantes participent également au développement du produit afin d’assurer environnement d’ingénierie simultanée. Cette approche offre un grand potentiel pour gérer les aspects de fabricabilité et de fiabilité, en raison de la capacité à développer des connaissances en parallèle, en particulier pour les technologies avancées et non matures. L’avantage d’utilisation des principes du SBCE est d’offrir des possibilités de communication entre les parties prenantes au début de la phase de conception. SysML est utilisé comme langage descriptif pour représenter les différentes phases de cette approche. Pour étudier la robustesse ces système, nous avons développé un modèle intitulé «Model Based for Robustness Analysis» (MBRA) qui a pour objectif de filtrer les solutions faibles ou coûteuses au fil du temps et d’assister l’ingénieur système lors de l'adoption d’une étude de compromis. Pour l’étude de la fabricabilité des systèmes complexes, nous avons développé un autre modèle intitulé « Model Based for Manufacturability analysis » / The originality of our work is to develop an approach that integrates model-based systems engineering (MBSE) with the principles of the SBCE approach to reduce iterative loops between inexperienced designers, manufacturers, and experts. Other stakeholders are also involved in product development to ensure simultaneous engineering environment. This approach offers great potential for managing manufacturability and reliability aspects, due to the ability to develop parallel knowledge, especially for advanced and non-mature technologies. The advantage of using SBCE principles is to provide opportunities for communication between stakeholders early in the design phase. SysML is used as a descriptive language to represent the different phases of this approach. To study the robustness of these systems, we have developed a model called "Model Based for Robustness Analysis" (MBRA) which aims to filter low or expensive solutions over time and to assist the system engineer when adopting a trade-offs study. For the assessment of the manufacturability of complex systems, we have developed another model entitled "Model Based for Manufacturability analysis"

Avec le développement du commerceélectronique, les clients ont publié de nombreuxcommentaires de produit sur Internet. Ces donnéessont précieuses pour les concepteurs de produit, carles informations concernant les besoins de client sontidentifiables. L'objectif de cette étude est dedévelopper une approche d'analyse automatique descommentaires utilisateurs permettant d'obtenir desinformations utiles au concepteur pour guiderl'amélioration et l'innovation des produits.L’approche proposée contient deux étapes :structuration des données et analyse des données.Dans la structuration des données, l’auteur proposed’abord une ontologie pour organiser les mots et lesexpressions concernant les besoins de client décrientdans les commentaires. Ensuite, une méthode detraitement du langage naturelle basée des règleslinguistiques est proposé pour structurerautomatiquement les textes de commentaires dansl’ontologie proposée.Dans l’analyse des données, deux méthodes sontproposées pour obtenir des idées d’innovation et desvisions sur le changement de préférence d’utilisateuravec le temps. Dans ces deux méthodes, les modèleset les méthodes traditionnelles comme affordancebasedesign, l’analyse conjointe, et le Kano modelsont étudié et appliqué d’une façon innovante.Pour évaluer la praticabilité de l’approche proposéedans la réalité, les commentaires de client de liseusenumérique Kindle sont analysés. Des pistesd’innovation et des stratégies pour améliorer leproduit sont identifiés et construites. / With the development of e-commerce,consumers have posted large number of onlinereviews on the internet. These user-generated dataare valuable for product designers, as informationconcerning user requirements and preference can beidentified.The objective of this study is to develop an approachto guide product design by analyzing automaticallyonline reviews. The proposed approach consists oftwo steps: data structuration and data analytics.In data structuration, the author firstly proposes anontological model to organize the words andexpressions concerning user requirements in reviewtext. Then, a rule-based natural language processingmethod is proposed to automatically structure reviewtext into the propose ontology.In data analytics, two methods are proposed based onthe structured review data to provide designers ideason innovation and to draw insights on the changes ofuser preference over time. In these two methods,traditional affordance-based design, conjointanalysis, the Kano model are studied andinnovatively applied in the context of big data.To evaluate the practicability of the proposedapproach, the online reviews of Kindle e-readers aredownloaded and analyzed, based on which theinnovation path and the strategies for productimprovement are identified and constructed.

Aujourd’hui, les organisations s'appuient de plus en plus sur les systèmes d'information pour collecter, manipuler et échanger leurs données. Dans ces systèmes, la sécurité joue un rôle essentiel. En effet, toute atteinte à la sécurité peut entraîner de graves conséquences, voire détruire la réputation d'une organisation. Par conséquent, des précautions suffisantes doivent être prises en compte. De plus, il est bien connu que plus tôt un problème est détecté, moins cher et plus facile il sera à corriger. L'objectif de cette thèse est de définir les politiques de sécurité depuis les premières phases de développement et d’assurer leur déploiement correct sur une infrastructure technologique donnée.Notre approche commence par spécifier un ensemble d'exigences de sécurité, i.e. des règles statiques et dynamiques, accompagnées de l'aspect fonctionnel d'un système basé sur UML (Unified Modeling Language). L'aspect fonctionnel est exprimé par un diagramme de classes UML, les exigences de sécurité statiques sont modélisées à l'aide de diagrammes de SecureUML, et les règles dynamiques sont représentées en utilisant des diagrammes d'activités sécurisées.Ensuite, nous définissons des règles de traduction pour obtenir des spécifications B à partir de ces modèles graphiques. La traduction vise à donner une sémantique précise à ces schémas permettant ainsi de prouver l'exactitude de ces modèles et de vérifier les politiques de sécurité par rapport au modèle fonctionnel correspondant en utilisant les outils AtelierB prover et ProB animator. La spécification B obtenue est affinée successivement à une implémentation de type base de données, qui est basée sur le paradigme AOP. Les affinements B sont également prouvés pour s'assurer que l’implémentation est correcte par rapport à la spécification abstraite initiale. Le programme d’AspectJ traduit permet la séparation du code lié à la sécurité sécurité du reste de l'application. Cette approche permet d’éviter la diffusion du code de l'application, et facilite ainsi le traçage et le maintien.Enfin, nous développons un outil qui génère automatiquement la spécification B à partir des modèles UML, et la dérivation d'une implémentation d'AspectJ à partir de la spécification B affinée. L'outil aide à décharger les développeurs des tâches difficiles et à améliorer la productivité du processus de développement / Nowadays, organizations rely more and more on information systems to collect, manipulate, and exchange their relevant and sensitive data. In these systems, security plays a vital role. Indeed, any security breach may cause serious consequences, even destroy an organization's reputation. Hence, sufficient precautions should be taken into account. Moreover, it is well recognized that the earlier an error is discovered, the easier and cheaper it is debugged. The objective of this thesis is to define adequate security policies since the early development phases and ensure their correct deployment on a given technological infrastructure. Our approach starts by specifying a set of security requirements, i.e. static and dynamic rules, along with the functional aspect of a system based on the Unified Modeling Language (UML). Fundamentally, the functional aspect is expressed using a UML class diagram, the static security requirements are modeled using SecureUML diagrams, and the dynamic rules are represented using secure activity diagrams. We then define translation rules to obtain B specifications from these graphical models. The translation aims at giving a precise semantics to these diagrams, thus proving the correctness of these models and verifying security policies with respect to the related functional model using the AtelierB prover and the ProB animator. The obtained B specification is successively refined to a database-like implementation based on the AOP paradigm. The B refinements are also proved to make sure that the implementation is correct with respect to the initial abstract specification. Our translated AspectJ-based program allows separating the security enforcement code from the rest of the application. This approach avoids scattering and tangling the application's code, thus it is easier to track and maintain. Finally, we develop a tool that automates the generation of the B specification from UML-based models and of the AspectJ program connected to a relational database management system from the B implementation. The tool helps disburden developers of the difficult and error-prone task and improve the productivity of the development process

L'essor de l'internet des objets (IoT) et des capteurs autonomes et communicants semble être retardé en raison du manque de source d’énergie fiable, sûre et à faible coût. Les récupérateurs d’énergies thermoélectriques présentent ces avantages clés. Le silicium présente les avantages d'être très abondant, moins polluant et de bénéficier d'installations et de procédés technologiques permettant la production en série de récupérateurs d’énergies thermoélectriques à faible coût par rapport aux matériaux conventionnel (alliages de tellure de bismuth). Toutefois, le silicium est un matériau thermoélectrique médiocre en raison de sa conductivité thermique élevée ( ). La possibilité de réduire la conductivité thermique tout en préservant la conductivité électrique et le coefficient Seebeck est la clé pour améliorer le silicium en tant que matériau thermoélectrique efficace. À cette fin, les efforts sont orientés vers la partie phononique du transport de chaleur, qui constitue la contribution dominante dans les semi-conducteurs. Les recherches menées au cours de cette thèse ont porté sur l'intégration des membranes de silicium nanostructurées de réseaux phononiques dans des démonstrateurs de récupérateurs d’énergies thermoélectriques et leur caractérisation au regard de l'état de l’art. Les résultats de ces études ont démontré la faisabilité d’un récupérateur d’énergie thermoélectrique à base de silicium présentant des performances (De quelques µW/cm2 pour ΔT~5-10K à quelques mW/cm2 pour ΔT>100K) suffisantes pour l’alimentation en énergie de nœuds de capteurs autonomes et des performances comparables à celles d’un récupérateur (état de l’art) à base de tellure de bismuth en fonction des conditions de refroidissement de ces derniers. De plus, cette thèse a démontré, outre la récupération d'énergie, la possibilité de développer des refroidisseurs thermoélectriques à base de silicium, ouvrant la voie à une possible intégration de refroidisseurs thermoélectriques dans des dispositifs micro-électroniques à base de silicium. / The lack of reliable, safe and low-cost energy source seems to delay the blooming of the internet of things (IoT) and wireless sensors nodes. Thermoelectric harvesters feature those key advantages. Silicon presents the advantages to be most abundant, less environmental harmful and to benefit from facilities and technological processes for low cost thermoelectric harvesters mass production compared to the conventional materials (bismuth telluride alloys). However, silicon is a poor thermoelectric material due to its high thermal conductivity ( ). The possibility to reduce the thermal conductivity while preserving electrical conductivity and Seebeck coefficient is the key to upgrade silicon as an efficient thermoelectric material. To that end, efforts are oriented towards the phononic part of heat transport, which is the dominant contribution in semiconductors. The researches carried out during this thesis dealt with the integration of phonon engineered silicon membranes into thermoelectric harvester demonstrators and their characterizations with respect to the state of the art. The results demonstrated the feasibility of a silicon based thermoelectric harvester exhibiting performance (from few µW/cm2 for ΔT~5-10K to few mW/cm2 for ΔT>100K) sufficient for autonomous sensor nodes’ power supplying and comparable performance with the bismuth telluride state of the art harvester according to the harvesters’ cooling conditions. Moreover, this thesis demonstrated, in addition to the energy harvesting, the possibility of developing silicon based thermoelectric coolers, opening the way to possible integration of thermoelectric coolers in silicon based micro-electronic devices.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La cécité cornéenne touche 12,7 millions personnes globalement. Il y a une pénurie des cornées de donneurs humains (CDH), et donc les tissues disponibles sont implanté préférentiellement dans les patients avec des troubles cornéens à faible risque comme le kératocône et la dystrophie endothéliale de Fuchs. Les patients qui ont un risque élevé d’inflammation, comme ceux avec des brûlures acides, alcalines et thermiques, des infections et des ulcères, ne reçoivent pas de greffes pour leurs maladies cornéennes. Les biomatériaux offrent une alternative aux CDH en permettant le développement de solutions de régénération cornéenne avec une longue durée de conservation, une thermostabilité pour un déploiement en zone rurale, et biocompatibilité chez les patients à haut risque. Les biomatériaux peuvent être développés sous forme d’implants cornéens solides à greffer dans des opacités cornéennes ou sous forme de liquides gélifiants injectables qui peuvent sceller des petites perforations cornéennes. Les implants cornéens solides conviennent aux chirurgiens ophtalmologiques, mais les produits de comblement liquides peuvent être utilisés par les prestataires de médecine d’urgence ou le personnel médical non spécialisé dans les zones où les chirurgiens ophtalmologistes ne sont pas disponibles. Cette thèse explore les formulations de biomatériaux pour les cornéens solides et gélifiants in situ, leurs performances en tant que dispositifs composites, l’ajout de la stérilisation terminale à la fabrication d’implants cornéens solides et le développement de futures protéines mimétiques du collagène pour la formulation d’hydrogel. Le premier objectif de cette thèse était de développer un implant cornéen solide adapté à l’implantation chez les patients cornéens à haut risque. Les implants cornéens peptide-mimant-le-collagène-polyéthylène glycol-phosphorylcholine (PMC-PEG-MPC) et les implants recombinants de collagène humain de type III-phosphorylcholine (RCHIII-MPC) ont réussi à régénérer les cornées de mini-porcs et de lapins, respectivement. La phosphorylcholine présente dans la formulation PMC-PEG-MPC a diminué l’inflammation et fourni une alternative cornéenne viable dans les brûlures alcalines à haut risque. Des nanoparticules d’argent coiffées de peptides étaient fabriquées avec succès à la surface d’un implant cornéen solide de collagène porcin de type I. Ces implants ont inhibé P. aeruginosa, S. aureus et S. epidermidis in vitro et empêché la formation de biofilm à l’interface air-liquide. Ces implants cornéens solides élargissent la gamme d’efficacité pour inclure les personnes souffrant de brûlures alcalines et d’infections. Finalement, on a validé une méthode de stérilisation terminale des implants cornéens solides. Le RCHIII-MPC a été stérilisé en phase terminale avec succès à l’aide d’une irradiation par faisceau d’électrons, offrant une future voie pour la stérilisation terminale des implants cornéens solides à base de biomatériaux. Le deuxième objectif était de concevoir un hydrogel qui se solidifierait in situ pour sceller les perforations cornéennes. Le PMC-PEG était combiné avec du fibrinogène pour former “LiQD Cornea”, le premier produit de comblement cornéen liquide à être chimiquement réticulé avec succès in situ pour sceller les perforations cornéennes et les plaies chirurgicales chez le lapin et les mini-porcs. Pour le troisième objectif, ce projet fournit également une méthodologie future pour la production de protéines mimétiques de collagène personnalisées pour les futures formulations d’hydrogel. Dans l’ensemble, le collagène et les biomatériaux inspirés du collagène se sont révélés être des greffes et des scellants cornéens prometteurs avec des voies viables de fabrication commerciale. / Corneal blindness and opacities affect 12.7 million people globally. There is a shortage of human donor corneas (HDCs), which are prioritized for patients with low risk corneal disorders like keratoconus and Fuch’s endothelial dystrophy. Patients with high-risk inflammatory conditions like acid, alklai and thermal burns, infections and ulcers are often unable to receive transplants to treat their corneal disorders. Biomaterials provide an alternative to HDCs by allowing the development of corneal regenerative solutions with a long-shelf life, thermostability for deployment in rural areas and biocompatibility in high-risk patients. Biomaterials can be developed as solid corneal implants to graft into large corneal opacities or as injectable in situ gelling liquids that can seal small corneal perforations. Solid corneal implants are suited for use by ophthalmic surgeons, but liquid fillers can be used by emergency medicine providers or non-specialized medical personnel in areas where ophthalmic surgeons are not available. This thesis explores biomaterials formulations for solid and in situ gelling corneal biomaterials, their performance as composite devices, the addition of terminal sterilization to the manufacture of solid corneal implants, and the development of future collagen mimetic proteins for hydrogel formulations. The first objective of this thesis was to develop a solid corneal implant suitable for implantation in high-risk corneal patients. Collagen-like-peptide-polyethylene glycolphosphorylcholine (CLP-PEG-MPC) corneal implants and recombinant human collagen type III-phosphorylcholine implants were successful in regenerating the corneas of mini-pigs and rabbits, respectively. The phosphorylcholine present in the CLP-PEG-MPC formulation decreased inflammation and provided a viable corneal alternative in high-risk alkali burns. Peptide-capped nanoparticles were successfully fabricated on the surface of a porcine and S. epidermidis in vitro and prevented biofilm formation at the air-liquid interface. These solid corneal implants expand the range of efficacy to include individuals with alkali burns and infections. This thesis validated a method of terminal sterilization for solid corneal implants. RHCIII-MPC was successfully terminally sterilized using electron-beam irradiation, providing a future avenue for terminal sterilization of biomaterials-based solid corneal implants. The second objective was to design a hydrogel that will solidify in situ to seal corneal perforations. CLP-PEG was combined with fibrinogen to form LiQD Cornea, the first liquid corneal filler to be successfully chemically crosslinked in situ to seal corneal perforations and surgical wounds in rabbit and mini-pigs. For the third objective, this project also provides future methodology for the production of custom collagen mimetic proteins for future hydrogel formulations. Overall, collagen and collagen-inspired biomaterials were demonstrated to be promising corneal grafts and sealants with viable pathways to commercial manufacture.