Les développeurs des systèmes informatiques, y compris critiques, font souvent appel à des systèmes d'exploitation sur étagère. Cependant, un mauvais fonctionnement d'un système d'exploitation peut avoir un fort impact sur la sûreté de fonctionnement du système global, d'où la nécessité de trouver des moyens efficaces pour caractériser sa sûreté de fonctionnement. Dans cette thèse, nous étudions l'étalonnage de la sûreté de fonctionnement des systèmes d'exploitation par rapport aux comportements défectueux de l'application. Nous spécifions les propriétés qu'un étalon de sûreté de fonctionnement doit satisfaire. Après, nous spécifions les mesures et la mise en oeuvre des trois étalons destinés à comparer la sûreté de fonctionnement de différents systèmes d'exploitation. Ensuite, nous développons les prototypes des trois étalons. Ces prototypes servent à comparer les différents systèmes d'exploitation des familles Windows et Linux, et pour montrer la satisfaction des propriétés identifiées.

Cette thèse propose de généraliser l'utilisation de la transformation de programmes, pour la construction d'un lien efficace entre les parties fonctionnelle et non-fonctionnelle (ou technique) d'un système logiciel. Dans ce cadre, nous avons développé un système de transformation (Jabyce), avec pour objectifs la possibilité d'implanter tous les transformateurs de programmes possibles, leur encapsulation pour systématiser leur réutilisation, et la possibilité de les composer arbitrairement et efficacement. Pour cela, Jabyce a deux caractéristiques : les transformateurs sont conçus sous la forme de composants logiciels dans un modèle de composant général (Fractal), et les programmes transformés sont représentés par des séquences d'interactions au lieu de graphes d'objets (représentation classique). Une extension de la catégorisation classique des systèmes de transformation de programme nous permet une comparaison exhaustive de Jabyce aux autres systèmes existants, qui montre que, grâce à ses caractéristiques, Jabyce facilite significativement la conception de transformateurs complexes, et offre les mécanismes de composition de transformateurs les plus efficaces et les plus flexibles. Jabyce a été validé expérimentalement dans le cadre de la construction d'un environnement de persistance transparente d'objets Java, et celle d'une Machine Virtuelle Java modulaire basée sur la compilation statique. Un autre apport original de ce travail est l'introduction de la problématique du traitement des erreurs dans les systèmes de transformation de programmes, et la conception d'un système de traitement d'erreur adapté à Jabyce.

Nous proposons une méthodologie de conception pour les systèmes de commande tolérants aux fautes en partant d'un modèle de base exhaustif pour le système complexe à superviser. En pratique, la modélisation exhaustive est réalisée grâce à un automate hybride enrichi par des paramètres quantifiant les défaillances possibles. Ceci permet de modéliser les défaillances partielles. Dans la phase hors ligne, ce système complexe est transformé en un système discret abstrait et exploitable selon des techniques dédiées. Un superviseur est alors construit selon les objectifs de fonctionnement.Lors du fonctionnement du système, l'occurrence d'une défaillance se traduit par l'invalidation de plusieurs comportements dans le modèle abstrait et l'introduction d'incertitudes. Par la suite, les modules de diagnostic et d'identification (qui ne rentrent pas dans l'objet de notre thèse) réduisent de façon progressive le modèle hybride au cours du temps. Afin de pouvoir mettre à jour le modèle discret abstrait, on a développé des algorithmes de calcul d'atteignabilité, de vérification et de génération de régions stabilisées.Pour pouvoir superviser un tel système, l'utilisation de méthodologies d'abstraction est nécessaire afin de transformer le modèle bas niveau exhaustif en un modèle discret approprié. Nous réalisons cette abstraction en proposant des algorithmes qui tiennent compte du contexte d'utilisation (objectifs, contraintes...). Lorsqu'une défaillance est détectée, la reconfiguration est déclenchée en essayant, au fur et à mesure de l'enrichissement du modèle abstrait, de réduire le fonctionnement du système défaillant dans un des schémas prédéfinis

Dans de nombreux domaines tels que l'avionique, la médecine ou la domotique, les applications logicielles jouent un rôle de plus en plus important, allant jusqu'à être critique pour leur environnement. Afin de pouvoir faire confiance à ces applications, leur développement est contraint par des exigences de sûreté de fonctionnement. En effet il est nécessaire de démontrer que ces exigences de haut-niveau sont prises en compte tout au long du cycle de développement et que des solutions concrètessont mises en œuvre pour parvenir à les respecter. De telles contraintes rendent le développement d'applications sûres de fonctionnement particulièrement complexe et difficile. Faciliter ce processus appelle à la recherche de nouvelles approches dedéveloppement qui intègrent des concepts de sûreté de fonctionnement et guident les développeurs lors de chacune des étapesnécessaires à la production d'une nouvelle application digne de confiance.Cette thèse propose ainsi de s'appuyer sur une approche dirigée par la conception pour guider le développement des applications sûres de fonctionnement. Cette approche est concrétisée à travers une suite d'outils nommée DiaSuite et offre du support dédié à chaque étape du développement. En particulier, un langage de conception permet de décrire à la fois les aspects fonctionnels et non-fonctionnels des applications en se basant sur un paradigme dédié et en intégrant des concepts de sûreté de fonctionnement tels que le traitement des erreurs. A partir de la description d'une application, du support est généré pour guider les phases d'implémentation et de vérification. En effet, la génération d'un framework de programmation dédié permet de guider l'implémentation tandis que la génération d'un modèle formel permet de guider la vérification statique de l'application et qu'un support de simulation permet de faciliter les tests. Cette approche est évaluée grâce à des cas d'études réalisés dans les domaines de l'avionique et de l'informatique ubiquitaire.

Cette thèse traite l'étude de la fiabilité et de la durabilité des systèmes photovoltaïques (PV). Face à l'absence de retour d'expériences, réaliser une telle étude sous-entend, à la fois, de proposer des procédures expérimentales de qualification basées sur des essais accélérés conduits sur les composants critiques des systèmes PV, et de développer des outils de simulation de la fiabilité de l'assemblage de ces composants constituant un système considéré complexe. Ainsi dans un premier temps, nous nous sommes consacrés à l'étude de la fiabilité des modules PV. Une méthodologie originale basée sur les essais de dégradation accélérée nous a permis d'estimer la fiabilité de ces composants sous leurs deux modes prédominants de défaillance que sont la corrosion et la décoloration de l'encapsulant. L'originalité réside dans la prise en compte des variabilités des conditions environnementales et sur le couplage des essais accélérés et de dégradation. Un outil a été développé à cet effet. Dans un second temps, nous nous sommes placés à l'échelle des systèmes PV. Nous avons proposé de simuler certains paramètres caractérisant leur sûreté de fonctionnement en s'appuyant sur une représentation du système avec ces différents modes de fonctionnement et de dysfonctionnement (défaillances et dégradation) à l'aide de plusieurs Réseaux de Petri Stochastiques imbriqués sur plusieurs niveaux afin de se situer, pour chaque composant, aux échelles pour lesquelles les modes de défaillance pouvaient être saisis et formulés. Notre travail de thèse permet finalement de donner les bases méthodologiques et les outils de simulations pour qualifier et garantir la durée de vie de systèmes PV.

Dans les réseaux mobiles spontanés (en anglais, Mobile Ad hoc NETworks ou MANETs), la gestion de groupe partitionnable est un service de base permettant la construction d'applications réparties tolérantes au partitionnement. Aucune des spécifications existantes ne satisfait les deux exigences antagonistes suivantes : 1) elle doit être assez forte pour fournir des garanties utiles aux applications réparties dans les systèmes partitionnables ; 2) elle doit être assez faible pour être résoluble. Dans cette thèse, nous proposons une solution à la gestion de groupe partitionnable en environnements réseaux très dynamiques tels que les MANETs. Pour mettre en œuvre notre solution, nous procédons en trois étapes. Tout d'abord, nous proposons un modèle de système réparti dynamique qui caractérise la stabilité dans les MANETs. Ensuite, nous adaptons pour les systèmes partitionnables l'approche Paxos à base de consensus Synod. Cette adaptation résulte en la spécification d'un consensus abandonnable AC construit au-dessus d'un détecteur ultime des α participants d'une partition ♢PPD et d'un registre ultime par partition ♢RPP. ♢PPD garantit la vivacité dans une partition même si la partition n'est pas complètement stable tandis que ♢RPP préserve la sûreté dans la même partition. Enfin, la gestion de groupe partitionnable est résolue en la transformant en une séquence d'instances de AC. Chacun des modules ♢PPD, ♢RPP, AC et gestion de groupe partitionnable est implanté et prouvé. Par ailleurs, nous analysons les performances de ♢PPD par simulation

La complexité des nouveaux systèmes ne cesse de grandir, en terme d'intégration de multiples technologies, de nombre de composants, ainsi qu'en terme de performances attendues. De plus, leur phase de conception doit également garantir la tenue de délais stricts pour un coût maîtrisé. Beaucoup de ces systèmes doivent notamment fournir des performances élevées en terme de Sûreté de Fonctionnement (SdF). Les analyses de SdF à mener dans ces cas doivent concilier temps et qualité d'étude, être réalisées à des niveaux de description parfois peu élevés et être capables de traiter de multiples technologies. C'est pourquoi nous avons cherché durant cette thèse à décrire une méthode d'analyse de la SdF des systèmes complexes, intégrée aux méthodes d'Ingénierie Système (IS) utilisées, que nous avons nommé MéDISIS. Les travaux de cette thèse s'attachent donc à rendre plus efficaces les analyses de SdF au cours du processus d'IS, en créant des outils et méthodes intégrés aux outils actuels de conception et proposant un support efficace pour les études SdF. Les méthodes d'Ingénierie Système Basée sur les Modèles sont les plus efficaces pour la création de tels systèmes. Nous plaçons donc ces travaux dans un référentiel utilisant un modèle central, que nous supposons écrit en SysML. Nous avons alors approfondi 3 axes de recherches : Utiliser le langage SysML comme point d'ancrage du processus d'IS intégrant les analyses de SdF, Extraire des diagrammes SysML fonctionnels les informations nécessaires aux études de risques et Exploiter les représentations SysML pour les études formelles de SdF. Dans ce contexte, nous illustrons l'emploi de MéDISIS sur la problématique du projet CAPTHOM, dont l'objectif est de bâtir une solution innovante pour la détection de présence humaine. Cette recherche nous conduit à la réalisation d'un simulateur de réseau de capteurs capable d'évaluer la réponse à des scénarios de stimulation et d'optimiser le placement des capteurs.

Cette thèse porte sur le développement de méthodes et de modèles permettant de quantifier la sûreté de fonctionnement d'applications embarquées sur des systèmes mobiles. L'objectif est de fournir des indicateurs pour l'analyse et la sélection des architectures les plus adaptées pour satisfaire les exigences de sûreté de fonctionnement. Nous considérons le cas des applications véhiculaires utilisant des communications inter-véhicules basées sur des réseaux ad-hoc et pouvant avoir accès à des services situés sur des infrastructures fixes. Nous proposons une approche combinant: 1) des modèles de sûreté de fonctionnement utilisant des réseaux d'activités stochastiques permettant de décrire les modes défaillances et de restauration des systèmes considérés et 2) des simulations et des modèles analytiques de scénarios de mobilité permettant d'estimer des caractéristiques de connectivité de ces systèmes. Cette approche est illustrée sur trois cas d'études dont un système d'autoroute automatisée, et une boîte noire virtuelle basée sur la réplication et la sauvegarde coopérative des données.

Dans de nombreux domaines tels que l'avionique, la médecine ou la domotique, les applications logicielles jouent un rôle de plus en plus important, allant jusqu'à être critique pour leur environnement. Afin de pouvoir faire confiance à ces applications, leur développement est contraint par des exigences de sûreté de fonctionnement. En effet il est nécessaire de démontrer que ces exigences de haut-niveau sont prises en compte tout au long du cycle de développement et que des solutions concrètes sont mises en oeuvre pour parvenir à les respecter. De telles contraintes rendent le développement d'applications sûres de fonctionnement particulièrement complexe et difficile. Faciliter ce processus appelle à la recherche de nouvelles approches de développement qui intègrent des concepts de sûreté de fonctionnement et guident les développeurs lors de chacune des étapes nécessaires à la production d'une nouvelle application digne de confiance. Cette thèse propose ainsi de s'appuyer sur une approche dirigée par la conception pour guider le développement des applications sûres de fonctionnement. Cette approche est concrétisée à travers une suite d'outils nommée DiaSuite et offre du support dédié à chaque étape du développement. En particulier, un langage de conception permet de décrire à la fois les aspects fonctionnels et non-fonctionnels des applications en se basant sur un paradigme dédié et en intégrant des concepts de sûreté de fonctionnement tels que le traitement des erreurs. A partir de la description d'une application, du support est généré pour guider les phases d'implémentation et de vérification. En effet, la génération d'un framework de programmation dédié permet de guider l'implémentation tandis que la génération d'un modèle formel permet de guider la vérification statique de l'application et qu'un support de simulation permet de faciliter les tests. Cette approche est évaluée grâce à des cas d'études réalisés dans les domaines de l'avionique et de l'informatique ubiquitaire.

Nous proposons une méthodologie de conception pour les systèmes de commande tolérants aux fautes en partant d’un modèle de base exhaustif pour le système complexe à superviser. En pratique, la modélisation exhaustive est réalisée grâce à un automate hybride enrichi par des paramètres quantifiant les défaillances possibles. Ceci permet de modéliser les défaillances partielles. Dans la phase hors ligne, ce système complexe est transformé en un système discret abstrait et exploitable selon des techniques dédiées. Un superviseur est alors construit selon les objectifs de fonctionnement.Lors du fonctionnement du système, l’occurrence d’une défaillance se traduit par l’invalidation de plusieurs comportements dans le modèle abstrait et l’introduction d’incertitudes. Par la suite, les modules de diagnostic et d’identification (qui ne rentrent pas dans l’objet de notre thèse) réduisent de façon progressive le modèle hybride au cours du temps. Afin de pouvoir mettre à jour le modèle discret abstrait, on a développé des algorithmes de calcul d’atteignabilité, de vérification et de génération de régions stabilisées.Pour pouvoir superviser un tel système, l’utilisation de méthodologies d’abstraction est nécessaire afin de transformer le modèle bas niveau exhaustif en un modèle discret approprié. Nous réalisons cette abstraction en proposant des algorithmes qui tiennent compte du contexte d’utilisation (objectifs, contraintes…). Lorsqu’une défaillance est détectée, la reconfiguration est déclenchée en essayant, au fur et à mesure de l’enrichissement du modèle abstrait, de réduire le fonctionnement du système défaillant dans un des schémas prédéfinis / We propose a methodology for the design of fault tolerant control systems for the supervision of complex systems. First, the system is exhaustively described through a hybrid automaton which is enriched with parameters that quantifies the possible complete or partial faults. In the offline stage, the complex system is abstracted into a useful discrete event system with dedicated approaches. After, a supervisor is designed according to the standard objectives.In the online stage, fault detection can be interpreted by prohibiting some behaviours and introducing uncertainties. Thereafter, the diagnosis and identification modules (that are not treated in this work) reduce progressively the hybrid system. In order to update the abstract model, we developed some algorithms for reachability calculus, verification and generation of stabilized regions.In order to supervise the faulty system, the use of abstraction methodologies is necessary in order to transform the low level exhaustive model into an abstract and appropriate model. This abstraction is realized through algorithms that takes into account the abstraction context (objectives, constraints…). When a fault is detected, the reconfiguration is triggered by trying, as the abstract model is enriched, to reduce the behaviour of the faulty system into a preconceived model