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Les systèmes logiciels existants représentent souvent des investissements importants pour les entreprises qui les développent avec l’intention de les utiliser pendant une longue période de temps. La qualité de ces systèmes peut être dégradée avec le temps en raison des modifications complexes qui leur sont incorporées. Pour faire face à une telle dégradation lorsque elle dépasse un seuil critique, plusieurs stratégies peuvent être utilisées. Ces stratégies peuvent se résumer en: 1) remplaçant le système par un autre développé à partir de zéro, 2) poursuivant la maintenance(massive) du système malgré son coût ou 3) en faisant une réingénierie du système. Le remplacement et la maintenance massive ne sont pas des solutions adaptées lorsque le coût et le temps doivent être pris en compte, car elles nécessitent un effort considérable et du personnel pour assurer la mise en œuvre du système dans un délai raisonnable. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la solution de réingénierie. En général, la réingénierie d’un système logiciel inclut toutes les activités après la livraison à l’utilisateur pour améliorer sa qualité. Cette dernière est souvent caractérisé par un ensemble d’attributs de qualité. Nous proposons trois contributions pour améliorer les attributs de qualité spécifiques, que soient:la maintenabilité, la compréhensibilité et la modularité. Afin d’améliorer la maintenabilité, nous proposons de migrer les systèmes logiciels orientés objets vers des systèmes orientés composants. Contrairement aux approches existantes qui considèrent un descripteur de composant comme un cluster des classes, chaque classe du système existant sera migré en un descripteur de composant. Afin d’améliorer la compréhensibilité, nous proposons une approche pour la reconstruction de modèles d’architecture d’exécution des systèmes orientés objet et de gérer la complexité des modèles résultants. Les modèles, graphes, générés avec notre approche ont les caractéristiques suivantes: les nœuds sont étiquetés avec des durées de vie et des probabilités d’existence permettant 1) une visualisation des modèles avec un niveau de détail. 2) de cacher/montrer la structure interne des nœuds. Afin d’améliorer la modularité des systèmes logiciels orientés objets, nous proposons une approche d’identification des modules et des services dans le code source de ces systèmes.Dans cette approche, nous croyons que la structure composite est la structure principale du système qui doit être conservée lors du processus de modularisation, le composant et ses composites doivent être dans le même module. Les travaux de modularisation existants qui ont cette même vision, supposent que les relations de composition entre les éléments du code source sont déjà disponibles ce qui n’est pas toujours évident. Dans notre approche, l’identification des modules commence par une étape de reconstruction de modèles d’architecture d’exécution du système étudié. Ces modèles sont exploités pour d’identification de relations de composition entre les éléments du code source du système étudié. Une fois ces relations ont été identifiées, un algorithme génétique conservatif aux relations de composition est appliqué sur le système pour identifier des modules. En dernier, les services fournis par les modules sont identifiés à l’aide des modèles de l’architecture d’exécution du système logiciel analysé. Quelques expérimentations et études de cas ont été réalisées pour montrer la faisabilité et le gain en maintenabilité, compréhensibilité et modularité des logiciels traités avec nos propositions. / Legacy software systems often represent significant investmentsfor the companies that develop them with the intention of using themfor a long period of time. The quality of these systems can be degraded over time due to the complex changes incorporated to them.In order to deal with these systems when their quality degradation exceeds a critical threshold, a number of strategies can be used. Thesestrategies can be summarized in: 1) discarding the system and developinganother one from scratch, 2) carrying on the (massive) maintenance of the systemdespite its cost, or 3) reengineering the system. Replacement and massive maintenance are not suitable solutions when the cost and time are to be taken into account, since they require a considerable effort and staff to ensurethe system conclusion in a moderate time. In this thesis, we are interested in the reengineering solution. In general, software reengineering includes all activities following the delivery to the user to improve thesoftware system quality. This latter is often characterized with a set of quality attributes. We propose three contributions to improve specific quality attributes namely: maintainability, understandability and modularity.In order to improve maintainability, we propose to migrateobject oriented legacy software systems into equivalent component based ones.Contrary to exiting approaches that consider a component descriptor as a clusterof classes, each class in the legacy system will be migrated into a componentdescriptor. In order to improve understandability, we propose an approach forrecovering runtime architecture models of object oriented legacy systems and managing the complexity of the resulted models.The models recovered by our approach have the following distinguishing features: Nodes are labeled with lifespans and empirical probabilities of existencethat enable 1) a visualization with a level of detail. 2) the collapsing/expanding of objects to hide/show their internal structure.In order to improve modularity of object-oriented software systems,we propose an approach for identifying modulesand services in the source code.In this approach, we believe that the composite structure is the main structure of the system that must be retained during the modularization process, the component and its composites must be in the same module. Existing modularization works that has this same vision assumes that the composition relationships between the elements of the source code are already available, which is not always obvious. In our approach, module identification starts with a step of runtime architecture models recovery. These models are exploited for the identification of composition relationships between the elements of the source code. Once these relationships have been identified, a composition conservative genetic algorithm is applied on the system to identify modules. Lastly, the services provided by the modules are identified using the runtime architecture models of the software system. Some experimentations and casestudies have been performed to show the feasibility and the gain inmaintainability, understandability and modularity of the software systems studied with our proposals.

Thèse en cotutelle présentée à la Faculté des études supérieures de l'Université Laval dans le cadre du programme de doctorat en génie mécanique et l'École Doctorale Mathématiques, Sciences de l'information et de l'Ingénieur de l'Université de Strasbourg. / La problématique abordée dans cette thèse concerne la prise en compte et la validation, au stade de la conception, de la maintenabilité et de la disponibilité des systèmes multi composants. Chaque composant est assujetti à des défaillances aléatoires. La défaillance d'un composant entraine la défaillance du système. À chaque composant i on associe un taux de défaillance [Lambda] et une moyenne des temps techniques de réparation MTTR, . Le taux de panne est généralement obtenu à partir de bases de données disponibles ou à partir d'essais accélérés sur des prototypes physiques ou virtuels. Le MTTR, dépend de la structure du système, des types de liaisons utilisés, de l'accessibilité, de l'outillage, de la compétence du réparateur, de l'environnement, des procédures de diagnostic et de localisation des défaillances et des procédures utilisées pour effectuer les tests de bon fonctionnement. La maintenabilité et la disponibilité sont généralement validées a posteriori. Cette thèse propose des outils permettant au concepteur de prendre en compte les exigences de maintenabilité (accessibilité, modularité, testabilité...), d'estimer les M777i, , d'évaluer le MTTR du système et enfin de déterminer les MTTRi qui minimisent le MTTRi du système et qui maximisent, par le fait même, sa disponibilité. Ces outils font appel aux concepts de fiabilité, d'analyse probabiliste des systèmes, de logistique, à la conception assistée par ordinateur, aux approches de conception pour assemblage et désassemblage et aux outils de la programmation mathématique. Cette thèse aborde aussi la prise en compte du contexte d'exploitation pour atteindre le niveau de disponibilité requis. De plus en plus de constructeurs offrent des services de maintenance à leurs clients. Les contrats de services comportent généralement des articles qui spécifient le niveau de disponibilité désiré. Les conditions d'exploitation et de maintenance ont un impacte significatif sur les coûts et la disponibilité des systèmes. Cette thèse propose des modèles mathématiques pour définir la taille et la composition de l'équipe de maintenance qui permet de garantir un seuil de disponibilité du système tout en respectant des contraintes budgétaires. Ces réalisations ont fait l'objet de trois publications et plus de huit communications. Plusieurs extensions de ces travaux sont en cours de réalisation.

Dans le transport ferroviaire, le coût et la disponibilité du matériel roulant sont des questions majeures. Pour optimiser le coût de maintenance du système de transport ferroviaire, une solution consiste à mieux détecter et diagnostiquer les défaillances. Actuellement, les architectures de surveillance/diagnostic centralisées atteignent leurs limites et imposent d'innover. Cette innovation technologique peut se matérialiser par la mise en oeuvre d'architectures embarquées de surveillance/diagnostic distribuées et communicantes afin de détecter et localiser plus rapidement les défaillances et de les valider dans le contexte opérationnel du train. Les présents travaux de doctorat, menés dans le cadre du FUI SURFER (SURveillance active Ferroviaire) coordonné par Bombardier, visent à proposer une démarche méthodologique d'évaluation de la sûreté de fonctionnement d'architectures de surveillance/diagnostic. Pour ce faire, une caractérisation et une modélisation génériques des architectures de surveillance/diagnostic basée sur le formalisme des Réseaux de Petri stochastiques ont été proposées. Ces modèles génériques intègrent les réseaux de communication (et les modes de défaillances associés) qui constituent un point dur des architectures de surveillance/diagnostic retenues. Les modèles proposés ont été implantés et validés théoriquement par simulation et une étude de sensibilité de ces architectures de surveillance/diagnostic à certains paramètres influents a été menée. Enfin, ces modèles génériques sont appliqués sur un cas réel du domaine ferroviaire, les systèmes accès voyageurs des trains, qui sont critiques en matière de disponibilité et diagnosticabilité.

Dans le transport ferroviaire, le coût et la disponibilité du matériel roulant sont des questions majeures. Pour optimiser le coût de maintenance du système de transport ferroviaire, une solution consiste à mieux détecter et diagnostiquer les défaillances. Actuellement, les architectures de surveillance/diagnostic centralisées atteignent leurs limites et imposent d'innover. Cette innovation technologique peut se matérialiser par la mise en oeuvre d’architectures embarquées de surveillance/diagnostic distribuées et communicantes afin de détecter et localiser plus rapidement les défaillances et de les valider dans le contexte opérationnel du train. Les présents travaux de doctorat, menés dans le cadre du FUI SURFER (SURveillance active Ferroviaire) coordonné par Bombardier, visent à proposer une démarche méthodologique d’évaluation de la sûreté de fonctionnement d’architectures de surveillance/diagnostic. Pour ce faire, une caractérisation et une modélisation génériques des architectures de surveillance/diagnostic basée sur le formalisme des Réseaux de Petri stochastiques ont été proposées. Ces modèles génériques intègrent les réseaux de communication (et les modes de défaillances associés) qui constituent un point dur des architectures de surveillance/diagnostic retenues. Les modèles proposés ont été implantés et validés théoriquement par simulation et une étude de sensibilité de ces architectures de surveillance/diagnostic à certains paramètres influents a été menée. Enfin, ces modèles génériques sont appliqués sur un cas réel du domaine ferroviaire, les systèmes accès voyageurs des trains, qui sont critiques en matière de disponibilité et diagnosticabilité. / In the railway transport, rolling stock cost and availability are major concern. To optimise the maintenance cost of the railway transport system, one solution consists in better detecting and diagnosing failures. Today, centralized monitoring/diagnosis architectures reach their limits. Innovation is therefore necessary. This technological innovation may be implemented with embedded distributed and communicating monitoring/diagnosis architectures in order to faster detect and localize failures and to make a validation with respect to the train operational context.The present research work, carried out as part of the SURFER FUI project (french acronym standing for railway active monitoring) lead by Bombardier, aim to propose a methodology to assess dependability of monitoring/diagnosis architectures. To this end, a caracterisation et une modélisation génériques des monitoring/diagnosis architectures based on the stochastic Petri Nets have been proposed. These generic models take into account communication networks (and the associated failure modes), which constitutes a central point of the studied monitoring/diagnosis architectures. The proposed models have been edited and theoretically validated by simulation. A sensitiveness of the monitoring/diagnosis architectures to parameters has been studied. Finally, these generic models have applied to a real case of the railway transport, train passenger access systems, which are critical in term of availability and diagnosability.

Dans le cas des sols et plus généralement des milieux granulaires, qui sont des matériaux<br />non-associés, des ruptures diffuses existent pour des états de contrainte strictement inclus à<br />l'intérieur de la condition limite de plasticité. Nous proposons d'analyser ces ruptures comme<br />un phénomène de bifurcation : la rupture diffuse est un mode de déformation qui correspond<br />à une branche bifurquée avec perte d'unicité constitutive au point de bifurcation. Les points<br />de bifurcation sont détectés à l'aide du signe du travail du second ordre, soit la forme locale<br />du critère de stabilité de Hill. Les analyses présentées portent principalement sur des<br />simulations directes par la Méthode des Eléments Discrets. Pour des assemblages<br />granulaires numériques de différentes densités, un domaine de bifurcation est mis en<br />évidence à l'intérieur du critère de Mohr-Coulomb. Des conditions de sollicitation<br />conduisant à la rupture du matériau à partir d'un point de bifurcation sont données et des cas<br />de rupture diffuse sont modélisés. On parvient ainsi à reproduire et prévoir des ruptures non<br />décrites dans le cadre de l'élasto-plasticité classique. Finalement les origines microscopiques<br />(à l'échelle des contacts) du travail du second ordre sont analysées.

Ces travaux de thèse traitent des problèmes de maintenance associés aux véhicules industriels. Ils se concentrent sur la planification des opérations de maintenance et sur le développement d'une méthodologie de conception pour la maintenance. Le but est de proposer une offre de maintenance personnalisée en fonction de chaque véhicule et capable de s'adapter aux contraintes des utilisateurs. Dans l'industrie du transport, ces contraintes se caractérisent par un nombre d'opportunités de maintenance limité et des immobilisations à fortes conséquences financières. Cette offre a vocation à garantir un niveau de disponibilité élevé tout en réduisant l'impact de la maintenance sur les coûts globaux d'exploitation. Dans ce cadre, la politique de maintenance développée vise à assurer, moyennant un certain risque, l'autonomie d'un système multi-composant sur des périodes d'opérations données. Pendant ces périodes, aucune opération de maintenance et aucune défaillance du système ne doivent venir perturber la réalisation des missions. A la fin de chaque période, la politique considérée évalue la nécessité d'une intervention de maintenance pour assurer la prochaine période avec un niveau de confiance spécifié. Lorsque la maintenance est jugée indispensable, des critères intégrant les coûts et l'efficacité de la maintenance sont introduits pour sélectionner les opérations à réaliser. Cette forme originale de regroupement dynamique s'appuie à la fois sur les modèles de fiabilité des composants, sur la structure fiabiliste du système et sur les informations de surveillance disponibles en ligne. Celles-ci se composent d'informations liées à l'état de santé des composants mais également à leurs conditions d'utilisation. La flexibilité du processus permet d'intégrer, dans la décision, des niveaux d'informations différents suivant les composants. Les paramètres de cette politique, à savoir la longueur de la période et le niveau de confiance, sont optimisés en fonction du coût total de maintenance. Ce coût, évalué sur un horizon fini, intègre les coûts directs associés aux opérations de maintenance et les coûts indirects engendrés par les immobilisations. Pour envisager une réduction significative des coûts d'exploitation du système, l'optimisation de la politique de maintenance seule ne suffit pas. Il est primordial de mener une réflexion plus large associant le système et sa maintenance dès la conception. Pour diriger cette réflexion, la méthodologie de conception proposée hiérarchise, à l'aide d'un facteur d'importance original, l'impact des composants sur les coûts d'exploitation. Différentes options de conceptions sont ensuite évaluées, par simulation, sur les composants jugés prioritaires. Les options retenues conduisent à réduire les coûts globaux d'exploitation. Des résultats de simulation permettent d'illustrer les méthodes développées. Une application sur un sous-système du véhicule industriel est également réalisée. / This thesis research work focuses on the maintenance operations scheduling and the development of a design methodology for maintenance. The aim is to suggest a customized maintenance service offer for each vehicle and able to adapt to user constraints. In the transport industry, these constraints are defined by a limited number of maintenance opportunities and vehicle unplanned stops with significant financial consequences. This service offer should enable both to improve the vehicle uptime and to reduce the maintenance impact on operating costs. In this framework, the developed maintenance policy ensures, with a given risk probability, maintenance free operating periods for a multi-component system. During these periods, the system should be able to carry out all its assigned missions without maintenance actions and system fault. And the end of each period, the considered policy evaluates if a maintenance action is required to ensure maintenance-free and fault-free operation on the next period with a specified confidence level. When a maintenance action is mandatory, decision criteria considering the maintenance costs and the maintenance efficiency are used to select the operations to be performed. This form of dynamic clustering, called time-driven clustering, integrates both the component reliability models, the system structure and the available monitoring information. In our case, the monitoring information refers to the component state information and information on the component operating conditions. The process flexibility makes possible to make a maintenance decision in using different information levels for system components. The policy parameters, namely the period length and the confidence level value, are optimized based on the total maintenance cost. This cost, evaluated on a finite horizon, is composed of directs costs related to maintenance operations and indirect costs generated by system immobilizations. In order to reach a significant operating costs reduction, the maintenance policy optimization alone is not sufficient. It is essential to have a broader approach to involve the system and its maintenance since the conception. In this context, the developed design methodology suggests to prioritize the components impact on the operating costs. This prioritization is performed thanks to a defined importance factor. Then, multiple design options are evaluated by simulation in priority component. The selected options lead to reduce the operating costs. This work contains simulation results that illustrate the methods mentioned above. Moreover, a heavy vehicle sub-system is used as a test-case.