Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Aujourd'hui la sauvegarde des données est une solution indispensable pour éviter de les perdre. Plusieurs méthodes et stratégies de sauvegarde existent et utilisent différents types de support. Les méthodes de sauvegarde les plus efficaces exigent souvent des frais d'abonnement au service liés aux coûts du matériel et de l'administration investis par les fournisseurs. Le grand succès des réseaux P2P et des applications de partage de fichiers a rendu ces réseaux exploitables par un grand nombre d'applications surtout avec la possibilité de partager les ressources des utilisateurs entre eux. Les limites des solutions de sauvegarde classiques qui ne permettent pas le passage à l'échelle ont rendu les réseaux P2P intéressants pour les applications de sauvegarde. L'instabilité dans les réseaux P2P due au taux élevé de mouvement des pairs, rend la communication entre les pairs très difficile. Dans le contexte de la sauvegarde, la communication entre les nœuds est indispensable, ce qui exige une grande organisation dans le réseau. D'autre part, la persistance des données sauvegardées dans le réseau reste un grand défi car la sauvegarde n'a aucun intérêt si les données sauvegardées sont perdues et que la restauration devient impossible. L'objectif de notre thèse est d'améliorer l'organisation des sauvegardes dans les réseaux P2P et de garantir la persistance des données sauvegardées. Nous avons donc élaboré une approche de planification qui permet aux nœuds de s'organiser dans le but de mieux communiquer entre eux. D'autre part, pour garantir la persistance des données sauvegardées, nous avons proposé une approche de calcul probabiliste qui permet de déterminer, selon les variations dans le système, le nombre de répliques nécessaire pour qu'au moins une copie persiste dans le système après un certain temps défini. Nos approches ont été implémentées dans une application de sauvegarde P2P.

On considère qu'un robot est en mesure de franchir un obstacle s'il est capable, pour chaque configuration géométrique des contacts rencontrée durant le franchissement, d'équilibrer les actions extérieures qu'il subit tout en préservant l'adhérence des contacts. Notre approche consiste à optimiser la répartition des efforts de contact afin de maximiser un critère qualifiant la performance du franchissement. Pour cela, nous mettons à profit deux caractéristiques des robots poly-articulés. D'une part, la redondance d'actionnement permet l'application de forces internes modifiant la répartition des efforts entre les différents points de contact. D'autre part, la redondance cinématique permet de changer la position du point d'application des forces de gravité en déplaçant le centre de masse relativement à la position des contacts, modifiant ainsi l'espace des solutions au problème de distribution des forces. Le critère utilisé qualifie la robustesse du franchissement vis-à-vis des incertitudes de la commande en efforts. Elle est choisie à partir d'une analyse comparative des différents critères utilisés dans le domaine de la préhension dextre. L'algorithme de commande que nous développons permet le contrôle simultané des mouvements du robot et des efforts aux contact. Il est d'abord validé par une série de simulations dynamiques puis vérifié sur le prototype de robot hybride HyLoS 2. Ce robot à 4 "roues-pattes" possède 16 ddl et est en mesure de franchir un obstacle représenté par une pente de 60\char6 ayant une hauteur de 19 cm alors que le rayon de ses roues est de 7 cm.

Les robots industriels ont évolué fondamentalement ces dernières années pour répondre aux exigences industrielles de machines et mécanismes toujours plus performants. Ceci se traduit aujourd'hui par de nouveaux robots anthropomorphes plus adaptés laissant entrevoir la réalisation de tâches plus complexes comme la découpe d'objets déformables telle que la découpe de viande ou soumis à de fortes sollicitations comme l'usinage. L'étude du comportement des robots anthropomorphes, à structures parallèles ou hybrides montre une anisotropie aussi bien cinématique, que dynamique, impactant la précision attendue. Ces travaux de thèse étudient l'intégration des redondances cinématiques qui permettent de pallier en partie ce problème en positionnant au mieux la tâche à réaliser dans un espace de travail compatible avec les capacités attendues. Ces travaux ont suivi une démarche en trois étapes : la modélisation analytique de cellules robotiques par équivalent sériel basée sur la méthode TCS, la formalisation des contraintes des processus de découpe de viande et d'usinage et une résolution par optimisation multicritère. Une première originalité de ces travaux réside en le développement d'un modèle à 6 degrés de liberté permettant d'analyser les gestes de l'opérateur qui optimise naturellement le comportement de son bras pour garantir la tâche qu'il réalise. La seconde originalité concerne le placement optimisé des redondances structurales (cellules à 9 ddls) où les paramètres de positionnement sont incorporés comme des variables pilotables (cellule à 11 ddls). Ainsi, ces travaux de thèse apportent des contributions à : - la définition de critères adaptés à la réalisation de tâches complexes et sollicitantes pour la gestion des redondances cinématiques ; - l'identification du comportement des structures sous sollicitations par moyen métrologique (Laser tracker) et l'auto-adaptation des trajectoires par l'utilisation d'une commande en effort industrielle ; - l'optimisation du comportement permettant l'amélioration de la qualité de réalisation des différents processus de coupe (découpe de viande et usinage).

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent la génération automatique de postures et mouvements humains sur poste de travail industriel. L'objectif poursuivi est d'animer de façon réaliste un mannequin numérique a n de simuler un opérateur dans l'exécution de sa tâche. Cette animation doit permettre d'aider à l'analyse des facteurs biomécaniques pouvant engendrer des Troubles Musculo-Squelettiques. Dans un premier temps, des choix de modélisation sont proposés en fonction de ce contexte spécifique. Le modèle retenu se base sur une représentation squelettique du haut du corps composé de corps rigides et de liaisons idéales et intègre des données anthropométriques. Ensuite, un schéma général de lois de commande à base de modèle cinématique est développé. Il est décliné en plusieurs stratégies qui sont testées sur des mouvements caractéristiques et sur poste de travail. Ces tests et la comparaison aux mesures effectuées sur sujet humain permettent d'évaluer les performances du schéma de commande et les choix réalisés. Ces travaux ont donné naissance à un outil logiciel, baptisé OLARGE-TMS, de simulation de mouvement humain sur poste de travail.

Les mémoires non-volatiles de type Flash sont présentes dans un grand nombre de circuits visant des applications électroniques portatives. Leur non-volatilité et flexibilité en font des mémoires extrêmement populaires. Néanmoins, la fiabilité devient une caractéristique à améliorer en raison des besoins en surface grandissants et de leur intégration dans des applications sensibles. Des solutions de tolérance aux fautes peu coûteuses et faciles à intégrer doivent être mises en place. Tout d'abord, cette étude s'est portée sur l'analyse et l'étude de la fiabilité des Flash. Il fut l'occasion d'établir un modèle de fiabilité d'une cellule à grille flottante. Ce modèle a été ajusté suivant les paramètres issus d'une technologie Flash 180nm. Dans un second temps, deux techniques de tolérance aux fautes mêlant codes correcteurs d'erreurs et redondance ont été mises au point. La première technique, nommée correction d'erreurs par analyse de VT, fournit des capacités de correction accrues par l'analyse du niveau de programmation des cellules mémoire. Une étude mathématique puis une architecture de fiabilisation ont été proposées. Dans cette étude, on suppose que des ressources de redondance sont disponibles afin de réparer la mémoire lorsqu'une erreur est détectée. La seconde technique, appelée correction d'erreur hiérarchique, utilise des capacités de correction distribuées dans la mémoire Flash afin de réduire significativement le coût associé à une correction d'erreur avancée. Cette technique a été intégrée dans une architecture de fiabilisation disposant de ressources de redondance. Une étude basée sur les Chaines de Markov à Temps Continu a démontré l'efficacité de cette structure. Ces techniques constituent des solutions alternatives aux schémas standards utilisés dans l'industrie. Elles augmentent significativement le temps moyen à la défaillance du système sans faire exploser la surface requise à l'intégration une structure de tolérance<br />aux fautes.

Depuis 2001, le codage réseau a devenu une technique de communication qui permet des meilleures performances réseaux. Au lieu de relayer les paquets séparément, le codage réseau permet aux noeuds réseaux de combiner plusieurs paquets natifs en un seul paquet codé. Le réseau peut réduire le nombre de transmissions, réduire le temps de transfert et augmenter le débit de transmission. Le codage réseau ne suit pas l'hypothèse dans laquelle l'information reste séparée et invariable dans chaque paquet de la source à la destination. Dans le codage réseau, les informations transportées dans les paquets ne doivent pas être endommagées mais elles peuvent être mixées et transformées. Dans le contexte de cette thèse, nous contribuons dans deux directions: l'augmentation de la capacité du réseau et la fiabilité de la transmission contre les erreurs aléatoires. Pour augmenter la capacité du réseau, nous avons défini des nouvelles conditions de codage dans le codage réseau inter-flux. Pour fournir la fiabilité de la transmission, nous avons proposé de nouveaux protocoles de codage réseau. Les résultats de simulations via NS-2 ont montré les améliorations importantes des performances.

La grande capacité de calcul, flexibilité, faible consommation d'énergie, redondance intrinsèque et la haute performance fournie par les processeurs multi/many-cœur les rendent idéaux pour surmonter les nouveaux défis dans les systèmes informatiques. Cependant, le degré d'intégration de ces dispositifs augmente leur sensibilité aux effets des radiations naturelles. Par conséquent, des fabricants, partenaires industriels et universitaires travaillent ensemble pour améliorer les caractéristiques de ces dispositifs ce qui permettrait leur utilisation dans des systèmes embarqués et critiques. Dans ce contexte, le travail effectué dans le cadre de cette thèse vise à évaluer l'impact des SEEs (Single Event Effects) dans des applications parallèles s'exécutant sur des processeurs multi-cœur et many-cœur, et développer et valider une approche logicielle pour améliorer la fiabilité du système appelée N- MoRePar. La méthodologie utilisée pour l'évaluation était fondée sur des études de cas multiples. Les différents scénarios mis en œuvre envisagent une large gamme de configurations de système en termes de mode de multi-processing, modèle de programmation, modèle de mémoire et des ressources utilisées. Pour l'expérimentation, deux dispositifs COTS ont été sélectionnés: le quad-core Freescale PowerPC P2041 en technologie SOI 45nm, et le processeur multi-cœur KALRAY MPPA-256 en CMOS 28nm. Les études de cas ont été évaluées par l'injection de fautes et par des campagnes des tests sur neutron. Les résultats obtenus servent de guide aux développeurs pour choisir la configuration du système la plus fiable en fonction de leurs besoins. En outre, les résultats de l'évaluation de l'approche N-MoRePar basée sur des critères de redondance et de partitionnement augmente l'utilisation des processeurs COTS multi/many-cœur dans des systèmes qui requièrent haute fiabilité. / The large computing capacity, great flexibility, low power consumption, intrinsic redundancy and high performance provided by multi/many-core processors make them ideal to overcome with the new challenges in computing systems. However, the degree of scale integration of these devices increases their sensitivity to the effects of natural radiation. Consequently manufacturers, industrial and university partners are working together to improve their characteristics which allow their usage in critical embedded systems. In this context, the work done throughout this thesis aims at evaluating the impact of SEEs on parallel applications running on multi-core and many-core processors, and proposing a software approach to improve the system reliability. The methodology used for evaluation was based on multiple-case studies. The different scenarios implemented consider a wide range of system configurations in terms of multi-processing mode, programming model, memory model, and resources used. For the experimentation, two COTS devices were selected: the Freescale PowerPC P2041 quad-core built in 45nm SOI technology, and the KALRAY MPPA-256 many-core processor built in 28nm CMOS technology. The case-studies were evaluated through fault-injection and neutron radiation. The obtained results serve as useful guidelines to developers for choosing the most reliable system configuration according to their requirements. Furthermore, the evaluation results of the proposed N-MoRePar fault-tolerant approach based on redundancy and partitioning criteria boost the usage of COTS multi/many-core processors in high level dependability systems.

Aujourd’hui la sauvegarde des données est une solution indispensable pour éviter de les perdre. Plusieurs méthodes et stratégies de sauvegarde existent et utilisent différents types de support. Les méthodes de sauvegarde les plus efficaces exigent souvent des frais d’abonnement au service liés aux coûts du matériel et de l’administration investis par les fournisseurs. Le grand succès des réseaux P2P et des applications de partage de fichiers a rendu ces réseaux exploitables par un grand nombre d’applications surtout avec la possibilité de partager les ressources des utilisateurs entre eux. Les limites des solutions de sauvegarde classiques qui ne permettent pas le passage à l’échelle ont rendu les réseaux P2P intéressants pour les applications de sauvegarde. L’instabilité dans les réseaux P2P due au taux élevé de mouvement des pairs, rend la communication entre les pairs très difficile. Dans le contexte de la sauvegarde, la communication entre les nœuds est indispensable, ce qui exige une grande organisation dans le réseau. D’autre part, la persistance des données sauvegardées dans le réseau reste un grand défi car la sauvegarde n’a aucun intérêt si les données sauvegardées sont perdues et que la restauration devient impossible. L’objectif de notre thèse est d’améliorer l’organisation des sauvegardes dans les réseaux P2P et de garantir la persistance des données sauvegardées. Nous avons donc élaboré une approche de planification qui permet aux nœuds de s’organiser dans le but de mieux communiquer entre eux. D’autre part, pour garantir la persistance des données sauvegardées, nous avons proposé une approche de calcul probabiliste qui permet de déterminer, selon les variations dans le système, le nombre de répliques nécessaire pour qu’au moins une copie persiste dans le système après un certain temps défini. Nos approches ont été implémentées dans une application de sauvegarde P2P. / Nowadays, data backup is an essential solution to avoid losing data. Several backup methods and strategies exist. They use different media types. Most efficient backup methods are not free due to the cost of hardware and administration invested by suppliers. The great success of P2P networks and file sharing applications has encouraged the use of these networks in multiple applications especially with the possibility of sharing resources between network users. The limitations of traditional backup solutions in large scale networks have made P2P networks an interesting solution for backup applications. Instability in P2P networks due to peers’ high movement rate makes communication between these peers very difficult. To achieve data backup, communications between peers is essential and requires a network organization. On the other hand, the persistence of backed up data in the network remains a major challenge. Data backup is useless if backed up copies are lost. The objective of this thesis is to improve the backup organization and ensure backed up data persistence in P2P networks. We have therefore developed a planning approach that allows nodes to organize themselves in order to better communicate with each other. On the other hand, to ensure data persistency, we proposed a probabilistic approach to compute the minimum replicas number needed for a given data so that at least one copy remains in the system after a given time. Our two approaches have been implemented in a P2P backup application.

L’Adrénoleucodystrophie liée à l’X est une maladie neurodégénérative rare due à des mutations dans le gène ABCD1. Ce gène code un demi-transporteur ABC peroxysomal, impliqué dans l’importation d’acides gras à très longue chaîne. Deux autres demi-transporteurs sont localisés dans la membrane peroxysomale : ABCD2 et ABCD3. La surexpression d’ABCD2 permet de compenser la déficience en ABCD1, ouvrant ainsi des perspectives thérapeutiques. Dans cette optique, l’objectif principal de ma thèse était d’étudier la fonction et la structure d’ABCD2, et plus largement des transporteurs ABC peroxysomaux.Les demi-transporteurs doivent au minimum se dimériser pour constituer un transporteur fonctionnel. Leur dimérisation alternative pourrait moduler leur spécificité de substrat. Afin de tester cette hypothèse, nous avons réalisé des constructions plasmidiques codant différents dimères chimériques, dont la fonctionnalité a été vérifiée par transfection transitoire dans deux modèles cellulaires (fibroblastes humains et levures). D’après nos résultats, ABCD1 et ABCD2 seraient fonctionnels quel que soit leur agencement dimérique. De plus, comme d’autres transporteurs ABC, les transporteurs ABC peroxysomaux pourraient s’oligomériser. En utilisant différentes techniques biochimiques (co-immunoprécipitation, sédimentation sur gradient de sucrose et électrophorèse en conditions natives), sur un modèle cellulaire surexprimant ABCD2-EGFP, nous démontrons qu’ABCD2-EGFP interagit avec ABCD1 et ABCD3, et que les transporteurs ABC peroxysomaux sont capables de s’oligomériser. Il reste désormais à déterminer les facteurs qui contrôlent cette oligomérisation et comprendre la valeur fonctionnelle de ces interactions. / X-linked Adrenoleukodystrophy (X-ALD) is a rare neurodegenerative disease caused by deficiency of the peroxisomal half-transporter ABCD1, implicated in very long chain fatty acids import. Two additional half-transporters are located in the peroxisomal membrane: ABCD2 and ABCD3. Over-expression of ABCD2 is known to compensate for ABCD1 deficiency, making ABCD2 a therapeutic target for X-ALD treatment. In this context, the main objective of my thesis was to investigate the function and the structure of ABCD2, and more broadly, of peroxisomal ABC transporters.Half-transporters must at least dimerize to form a functional transporter. Alternative dimerization could modulate substrate specificity. In order to test this hypothesis, we engineered plasmidic constructs encoding chimeric ABCD dimers, whose functionality has been evaluated by transient transfection in two cell models (human fibroblasts and yeasts). Our results show that, ABCD1 and ABCD2 are functional whatever their dimeric organization. Besides, like other ABC transporters, peroxisomal ABC transporters could oligomerize. By using a multi-technical approach (co-immunoprecipitation, velocity sucrose gradient and native polyacrylamide gel electrophoresis experiments) on stably transfected hepatoma cells expressing ABCD2-EGFP, we demonstrate that ABCD2-EGFP interacts with ABCD1 and ABCD3, and that peroxisomal ABC transporters oligomerize. The perspectives will consist in determining which factors control the oligomerization process and understanding the functional value of these interactions.