L'apport de matière particulaire fluviale (MPF) aux eaux naturelles joue un rôle essentiel dans le cycle global des éléments et influence le cycle du carbone organique (Corg) de deux façons: 1°, les MPF comprennent une source importante d'éléments nutritifs qui peuvent augmenter la production primaire dans les océans. Par exemple, le flux global de MPF de nutriments tels que Si, P et Fe dépasse son flux dissous par des facteurs de 50, 100 et 350. 2°, l'apport de MPF des continents aux océans est un contrôle majeur de la séquestration du Corg, un processus essentiel dans la réduction du CO2 à long terme par le cycle de Corg. Pour explorer le lien entre l'apport de MPF et la production primaire dans les eaux naturelles, une série d'expériences de croissance a été réalisée impliquant deux producteurs primaires abondants: la cyanobactérie d'eau douce Synechococcus sp. (SYN), et la diatomée marine Thalassiosira weissflogii (TW). Des expériences ont été réalisées en présence et en l'absence de différentes MPF et à différents niveaux nutritifs initiaux. Les résultats démontrent que les MPF augmentent nettement la croissance de la biomasse en fonction de la concentration du MPF. Dans les expériences menées avec la cyanobactérie SYN, la présence de MPF a 1) déclenché une croissance bactérienne dans des conditions pourtant défavorables, 2) augmenté la concentration totale de biomasse et 3) déclenché une croissance bactérienne même après la consommation des nutriments initiaux. L'effet positif des MPF sur la croissance de la diatomée marine TW a été le plus évident pour les expériences n'impliquant pas de nutriments, où les diatomées se sont multipliées linéairement en présence de MPF alors que ces cultures sont mortes en absence des MPF. De plus, des études MEB ont montré un contact physique direct entre les microbes ou les substances organiques excrétées par les microbes et les MPF. Conformément aux travaux issus de la littérature, nous suggérons que les microbes peuvent acquérir des nutriments directement à partir des minéraux, ce qui augmenterait le potentiel des MPF en tant que source de nutriments. Le contact direct suggère aussi une augmentation de l'efficacité de piégeage du Corg par l'augmentation 1) du contenu de Corg absorbé sur les surfaces minérales, 2) de l'agglomération des particules organiques et inorganiques et donc la formation de neige marine ou 3) des vitesses de chute de Corg par "mineral ballasting". La fixation directe des microbes sur les surfaces minérales a également été observée dans les échantillons naturels obtenus au cours d'une étude de terrain sur la côte sud islandaise. Dans l'ensemble, cette étude fournit des preuves expérimentales de l'importance des MPF dans le cycle de Corg grâce à son impact sur la production primaire. En outre, ces travaux rassemblent des preuves que les MPF peuvent faciliter l'inhumation de Corg grâce à la fixation de microbes sur les surfaces ou à la formation des agglomérats minéraux- microbes qui chutent rapidement dans la colonne d´eau. Des études complémentaires ont été effectuées pour évaluer la qualité des compositions isotopiques du carbone, afin de préserver les estimations des taux de séquestration du Corg à travers une période géologique donnée. Les variations du degré de production primaire et du piégeage du Corg au cours des temps géologiques sont conservées dans la signature isotopique du C des carbonates. L'utilisation de ces signatures pour reconstruire les conditions environnementales passées exige cependant que ces signatures soient conservées pour des vastes échelles de temps. Les résultats expérimentaux démontrent que la composition isotopique du C de la calcite évolue continuellement vers l'équilibre isotopique entre les fluides et les minéraux. Cette observation suggère que les compositions isotopiques de C dans la calcite pourraient changer notablement si la calcite était constamment dans un déséquilibre isotopique avec son fluide coexistant. / The supply of riverine particulate material (RPM) to natural waters plays a vital role in the global cycle of the elements and is considered to influence the organic carbon cycle in two ways. First, RPM comprise a vast source of nutrients which can increase primary production in the oceans. For example, the global RPM flux of nutrients such as Si, P and Fe exceeds its corresponding dissolved flux by factors of 50, 100 and 350. Second, the supply of RPM to the oceans is a major control of organic matter (Corg) burial, an essential process in the long term CO2 drawdown via the organic pathway. To explore the link between RPM supply and primary production in natural waters, a series of microcosm growth experiments was performed with two common primary producing microbes, the freshwater cyanobacteria Synechococcus sp. and the marine diatom Thalassiosira weissflogii. Experiments were performed in the presence and absence of different RPM at different initial nutrient levels. Results demonstrate that RPM significantly increase bacterial biomass growth as a function of RPM concentration. Notably, in experiments conducted with the freshwater cyanobacteria Synechococcus sp., the presence of RPM 1) triggered bacterial growth in otherwise unfavorable conditions, 2) increased total biomass concentration, and 3) induced steady bacterial growth even after consumption of the initial nutrients. The positive effect of RPM on the growth of the marine diatom Thalassiosira weissflogii was most obvious in nutrient free experiments where cultures grew linearly with time in the presence of RPM, whereas these cultures died in RPM free controls. Furthermore, SEM investigations showed direct physical contact between microbes or microbially excreted organic substances and the particulates. In accord with reports in the literature, we suggest that microbes may acquire nutrients directly from the rock, which would again enhance the potential of RPM as source of limiting nutrients. The direct physical contact also suggests an increase in the burial efficiency of Corg through either 1) increasing Corg content absorbed on mineral surfaces, 2) increasing agglomeration and marine snow formation of organic and inorganic particles or 3) increasing organic matter settling velocities through mineral ballasting. The direct attachment of microbes on mineral surfaces was also observed in natural samples obtained from a field study at the Icelandic South coast. The positive effect of RPM on microbial growth and its effect on Corg burial are complimentary. Agglomeration is a function of suspended particle concentration, organic or inorganic. An elevated biomass concentration induced by the presence of RPM results in a high total suspended matter concentration, thus increasing the particle agglomeration rate. Taken together, this study provides experimental evidence for the importance of RPM in the organic C-cycle through its positive impact on primary production. Furthermore, it compiles evidence that particulates may facilitate organic matter burial through direct attachment of microbes on sediment surfaces or the formation of fast settling mineral/microbe agglomerations. Complimentary studies were performed to assess the quality of carbon isotope compositions to preserve estimates of Corg burial rates over geological time. Variations in the degree of primary production and Corg burial during Earths' history are recorded in the C-isotopic signature of marine carbonates. The use of carbon isotopic signatures in carbonates to reconstruct past environmental conditions, however, requires that these signatures are preserved over vast timescales. Experimental results demonstrate, that the carbon isotopic composition of calcite continuously evolves towards mineral-fluid isotopic equilibrium. This observation suggests that calcite C-isotopic compositions might change noticeably if the calcite were continuously in isotopic disequilibria with its co-existing fluid.

L'intérêt de la communauté de la sécurité numérique dans le domaine des Systems on Chip (SoC) s'est essentiellement focalisé sur les menaces logicielles, améliorant sans cesse le niveau de protection. Cependant, l'exploitation de ce vecteur d'attaque devenant de plus en plus difficile, il est fort probable que les attaques matérielles se multiplient. Par conséquent, il est primordial d'étudier ces dernières afin d'anticiper la menace qu'elles représentent. La sophistication de l'architecture et la rapidité d'évolution des technologies embarquées dans les SoC, justifient la mise en place d'une méthodologie adaptée pour évaluer efficacement leur niveau de sécurité. C'est dans ce contexte que cette thèse propose l'étude de cette catégorie d'attaques ainsi qu'un aperçu de leur impact sur la sécurité de ce type de systèmes. Alors que les architectures élaborées accroissent la difficulté de mise en place d'attaques physiques, elles augmentent également la surface d'attaque. Une première étude analyse les chemins d'attaques afin de déterminer les grandeurs physiques exploitables les plus pertinentes. Cette étape conduit, dans un deuxième temps, à l'élaboration de règles génériques pour l'évaluation sécuritaire des SoC présents sur le marché. Celles-ci combinent diverses techniques déjà utilisées dans le domaine de la carte à puce. L'ensemble de ce travail s'appuie sur plusieurs divers modules caractéristiques de la sécurité des SoC actuels. Tous les résultats soulignent que la complexité inhérente aux SoC n'est pas suffisante pour les protéger contre les attaques matérielles et l'implémentation des sécurités dans ces systèmes doit se faire sans se reposer sur cette propriété. / In the field of System on Chip (SoC), the digital security community has mainly focused on software threats; constantly working to improve the level of protection. Since the exploitation of this attack vector is becoming more and more difficult, it is most likely that the number of hardware attacks will increase. Therefore, it is essential to study these attacks in order to anticipate the threat they represent. The sophisticated architecture and the rapidly changing technologies embedded in the SoC justify the implementation of an adapted methodology, to effectively evaluate their level of security.In this context, this thesis examines the feasibility of this type of attacks and their impact on the security of these systems. While rich architectures increase the difficulty of setting up hardware attacks, they also increase the attack surface. Our study starts by analyzing the attack paths in order to determine the most relevant exploitable physical quantities. This has led to the development of a generic procedure for the security evaluation of SoCs on the market. This method combines various techniques that are already applied to smart cards. This entire work is based on several case studies related to various embedded modules characteristic of the security in current systems-on-chips. All the observed results lead to the same observations: the inherent complexity of SoCs is not sufficient to protect them against hardware attacks. The implementation of security in these systems must be done without relying on this property.

L'arithmétique des ordinateurs est une branche de l'informatique qui traite des systèmes de représentation des nombres, des algorithmes arithmétiques et de leurs implantations matérielles ou logicielles. Cette thèse porte sur l'étude et l'implantation matérielle d'opérateurs pour l'évaluation de fonctions pour des applications spécifiques en traitement du signal et des images et en cryptographie. La première partie présente des opérateurs d'évaluation de fonctions basés sur des approximations polynomiales qui demandent peu de matériel. La seconde partie étudie la génération automatique d'opérateurs à base d'additions et décalages (type SRT) pour l'évaluation de certaines fonctions algébriques. Enfin, la dernière partie présente une implantation efficace et compacte des fonctions de hachage cryptographique de la famille SHA-2. Les différents opérateurs proposés dans cette thèse ont tous été validés sur des circuits FPGA.

Les applications de télécommunications mobiles et de multimédia, notamment dans le domaine de l'embarqué, deviennent de plus en plus complexes au niveau calculatoire et consomment de plus en plus d'énergie. Afin de palier aux besoins calculatoires et énergétiques de ces applications, les concepteurs se sont orientés vers les architectures hybrides, associant des systèmes de nature et paradigme différents. Ces architectures ont retenu l'attention des concepteurs parce qu'elles présentent un bon compromis coût/performances calculatoires d'autant plus qu'elles possèdent des propriétés énergétiques intéressantes. En outre, l'émergence dans la dernière décade des architectures reconfigurables dynamiquement associant haute performance et encore plus de flexibilité, a fait que les dernières générations des architectures hybrides associent un ou plusieurs processeurs à une ou plusieurs architectures reconfigurables dynamiquement (ARD). Cette thèse s'inscrit dans cette thématique et a ainsi pour objectif d'apporter une modélisation précise de ces architectures ainsi que des méthodologies permettant d'exploiter leurs potentiels de performances. Une modélisation des mécanismes d'échange d'informations entre un processeur couplé à une ressource reconfigurable est d'abord proposée ce qui a permis une identification précise de modèles de performances. En utilisant ces modèles de performances, une méthodologie d'adéquation algorithme architecture permettant suivant les paramètres de l'application de déterminer le couplage CPU/ARD adéquat est présentée. Nous introduisons ces modèles de performances dans le flot de développement logiciel de ces architectures afin de permettre un partitionnement temporel automatique basé sur la détermination de la surface (en nombre d'unités fonctionnelles) de l'ARD nécessaire pour avoir des performances optimales et ce en trouvant le facteur de déroulage de boucle qui assure le maximum de performances pour l'architecture hybride. Le dernier aspect de ce travail concerne la validation de ces méthodologies et leur mise en oeuvre. Nous présentons pour cela les mécanismes d'implémentation d'un démodulateur multimode DVB-T/H et d'un récepteur WCDMA dynamique sur une architecture hybride reconfigurable dynamiquement.

Les systèmes embarqués représentent une part de plus en plus importante du marché semiconducteurs. Les systèmes embarqués visent des applications plus gourmandes en capacité de calcul, augmentant du même coup la surface de silicium et l'énergie dissipée. Un des problèmes de la conception système est le patitionnement d'applications qui requiert l'utilisation de méthodes complexes. En effet, le partitionnement sous contraintes de temps, basé sur un algorithme d'ordonnancement avec un objectif de minimisation de la surface de silicium ou de la consommation est un problème NP-difficile. Ce travail de thèse étudie la prise en compte de la consommation (énergie et pic de puissance) lors de la conception globale de systèmes autonomes.<br />Une première étude consiste à estimer la consommation des divers composants d'une architecture SoC. Puis, nous nous sommes intéressés aux deux étapes principales des méthodes de partitionnement : l'allocation et l'ordonnancement. En particulier,<br />la technique d'ajustement conjoint de la tension et de la fréquence est considérée dans l'ordonnancement pour minimiser l'énergie. A la suite de ces optimisations, une gestion des modes basse consommation est réalisée, ayant pour objectif de mettre les processeurs en état de repos ou repos profond dès que la possibilité se présente, ce changement de mode permettant de gagner en consommation. Ce travail a été testé sur divers exemples, comme une application de détection de mouvement sur fond d'images<br />fixes pour caméra embarquée.

Les outils informatiques prennent une place de plus en plus importante dans la conception de circuits VLSI. Les langages de description de matériel constituent l'interface entre ces outils et les utilisateurs. Parmi ceux-ci, il existe un standard qui est VHDL, destiné à la description de systèmes numériques. Actuellement une extension analogique est en cours de normalisation. Les deux premiers chapitres de cette thèse sont consacrés l'un aux langages de description de matériel et à une présentation de VHDL, ainsi que des remarques et analyses à propos de son extension analogique. Le second thème de cette thèse est la mise en évidence de l'importance de la simulation en mode mixte numérique-analogique. Le troisième chapitre présente les principes généraux de la simulation mixte; différentes implémentations de simulateurs mixtes sont présentés. Enfin, le dernier chapitre est consacré à la réalisation d'un simulateur mixte dont la partie numérique est un simulateur VHDL. Cette réalisation repose sur une approche de description qui permet d'utiliser la souplesse de description structurelle de VHDL pour des systèmes analogiques et mixtes

Dans cette thèse, nous proposons un flot de conception pour le développement d'applications de traitement du signal systématique implémentées sur FPGA. Nous utilisons une approche Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) pour la mise en oeuvre de ce flot de conception, dont la spécification des applications est décrite en UML. La première contribution de cette thèse réside dans la création d'un métamodèle isolant les concepts utilisés au niveau RTL. Ces concepts sont extraits d'implémentations matérielles dédiées de tâches à fort parallélisme de données. Par ailleurs, ce métamodèle considère la technologie d'implémentation FPGA et propose différents niveaux d'abstractions d'un même FPGA. Ces multiples niveaux d'abstractions permettent un raffinement des implémentations matérielles.<br /><br />La seconde contribution est le développement d'un flot de compilation permettant la transformation d'une application modélisée à haut niveau d'abstraction (UML) vers un modèle RTL. En fonction des contraintes de surfaces disponibles (technologie FPGA), le flot de conception optimise le déroulement des boucles et le placement des tâches. Le code VHDL produit est directement simulable et synthétisable sur FPGA. À partir d'applications modélisées en UML, nous produisons automatiquement un code VHDL.<br /><br />Le flot de conception proposé a été utilisé avec succès dans le cadre de sécurité automobile ; un algorithme de détection d'obstacles a été automatiquement généré depuis sa spécification UML.

L'arithmétique des ordinateurs est une branche de l'informatique qui traite des systèmes de représentation des nombres, des algorithmes arithmétiques et de leurs implantations matérielles ou logicielles. Cette thèse porte sur l'étude et l'implantation matérielle d'opérateurs pour l'évaluation de fonctions en traitement du signal et des images. Sont présentés successivement un générateur d'opérateurs optimisés pour la division, des études portant sur un algorithme d'évaluation de fonctions au moyen d'approximations par fractions rationnelles, et des opérateurs d'évaluation de fonctions basés sur des approximations polynomiales qui demandent peu de matériel. Les différents opérateurs proposés dans cette thèse ont tous été validés sur des circuits FPGA.

L'objectif de ce travail de thèse est le développement d'une méthodologie pour la génération rapide <br />d'architectures flexibles et modulaires pour les systèmes distribués. Cette approche, appelé aussi <br />"prototypage virtuel", est une étape essentielle dans le processus de conception conjointe des systèmes mixtes logiciel/matériel. Les approches de recherche dans ce domaine sont motivées par le besoin urgent de prototypes pour valider la spécification, par la disponibilité des outils et des environnements de synthèse pour les parties logicielles et matérielles. <br />Le prototypage virtuel permet à la fois la manipulation du domaine logiciel ainsi que du domaine matériel. Il prend en entrée une architecture hétérogène composée d'un ensemble de modules distribués issu du découpage matériel/logiciel et génère des descriptions exécutables pour des éléments matériels et logiciels. Ce travail décrit une stratégie de prototypage virtuel pour la co­synthèse (génération des modules matériels et logiciels sur une plate­forme architecturale) et la co­simulation (c'est­à­dire la simulation conjointe de ces deux composants) dans un environnement unifié. Ces travaux définissent également le développement d'un environnement de co­simulation distribué et flexible permettant l'utilisation de différents outils de simulation, de langages, la génération de modèles matériels et logiciels synthésisables et l'ordonnancement des modèles multiprocesseurs sur une architecture <br />monoprocesseur. Cette approche, présentée dans la conférence ED&TC, a obtenu le prix de l'année 1995. Des outils ont été mis en pratique dans l'environnement de conception conjointe Cosmos. Ce travail a aussi fait <br />l'objet d'un transfert de technologie au profit de SGS­Thomson Microelectronics. Les outils développés au cours de cette thèse ont été utilisés pour les projets Européens COMITY (particulièrement utilisé par l'Aérospatiale Missiles à Toulouse et Intracom en Grèce) et CODAC, et par d'autres groupes comme le FZI de l'université de Tübingen et PSA à Paris.

On parle de plus en plus de systèmes (ou plateformes) reconfigurables qui intègrent sur un même substrat un ou plusieurs cœurs de processeurs et une matrice programmable (ex: Excalibur d'Altera, Virtex 2-Pro et Virtex 4-Fx de Xilinx). Par ailleurs, tout un champ technologique émerge actuellement dans le domaine de la reconfiguration dynamique. Le concepteur se retrouve face à des choix d'implantations logicielles (spécifiques ou génériques) et matérielles (figées ou reconfigurables) pour les différentes parties de l'application. Pour les prochaines générations de systèmes, la complexité croissante nécessite de faire appel à des méthodes et outils d'aide à la prise de décisions. Il est donc nécessaire d'étendre ou de repenser les approches de conception actuelles afin de les adapter aux possibilités offertes par les technologies reconfigurables.<br />Cette thèse propose une méthode automatique de partitionnement logiciel/matériel qui cible des systèmes mixtes logiciel et matériel reconfigurable dynamiquement et a pour objectif de minimiser le temps d'exécution global sous contrainte de surface maximale. Elle offre un flot complet à partir de la spécification au niveau système de l'application (écrite en SSM : formalisme graphique du langage synchrone Esterel) jusqu'à son raffinement vers les outils de niveau RTL. La méthode, basée sur un algorithme génétique, prend en compte les spécificités de l'architecture reconfigurable en ajoutant au partitionnement spatial (ou affectation) classique une étape de partitionnement temporel afin de distribuer dans le temps les configurations successivement implantées sur le reconfigurable. Les performances sont évaluées par une étape d'ordonnancement qui prend en compte les temps de communication et ceux dus aux changements de configurations.