Les réseaux embarqués, au même titre que les réseaux de distribution, subissent de profondes mutations dues à l'essor de l'électronique de puissance. La tendance est claire : la puissance doit être intégrée au maximum sous forme électrique aux dépens de l'hydraulique et de la mécanique. Cette intégration de puissance est rendue possible par l'utilisation de convertisseurs d'électronique de puissance, fiables, modulaires et garantissant une grande souplesse de fonctionnement. C'est ce qui se passe actuellement pour les avions civils gros porteurs où la puissance électrique à bord est passée de 27kW à 600kW en 50 ans, le taux de charges non-linéaires atteignant 75%. Pour faciliter cette intégration de puissance, on envisage même, à moyen terme, de passer à un réseau haute tension continue au lieu du classique 115V-400Hz.<br />Les conséquences de l'insertion massive de convertisseurs d'électronique de puissance dans les réseaux embarqués posent cependant quelques problèmes. Ils sont dus principalement à la prolifération des harmoniques et à l'introduction de nouvelles dynamiques, qui peuvent être déstabilisantes pour le système. Pour pouvoir quantifier et s'affranchir de ces problèmes, on doit utiliser des méthodes d'analyse et de conception adaptées.<br /><br />Dans ce contexte, le premier chapitre du mémoire fait un tour d'horizon de l'évolution des réseaux embarqués au cours des dernières décennies. Les impacts harmoniques et dynamiques des charges non linéaires sont également montrés sur des exemples simples et concrets. <br />La deuxième partie concerne les méthodes et les outils adaptés à l'analyse et la conception d'un système embarqué. Les méthodes sont issues des domaines de l'électronique de puissance et du réseau. Il est question notamment d'approches :<br />• par Load Flow, pour les aspects statiques,<br />• temporelles et fréquentielles, pour l'étude des harmoniques,<br />• modales, pour l'étude dynamique.<br />A la fin de ce chapitre, une méthodologie de conception des systèmes embarqués est finalement proposée.<br /><br />Les deux chapitres suivants sont les premières applications de la méthode dans le contexte du contrat européen Power Optimized Aircraft. L'un est consacré à l'étude dynamique d'une système embarqué haute tension continue. L'approche modale, couplée au modèle moyen généralisé, est détaillée. L'accent est particulièrement mis sur les facteurs de participation et de sensibilité. L'intérêt d'une telle approche pour l'étude de la stabilité et le prédimensionnement du système est illustré sur cet exemple. <br />Le dernier chapitre concerne la dépollution harmonique optimale. On propose, avec une approche originale, de minimiser le volume des organes de filtrage. Pour conclure l'optimisation, les critères normatifs sont discutés par une confrontation norme harmonique / volume de filtre. On identifie notamment comment les normes devraient évoluer pour permettre de plus grands gains lors de l'optimisation.<br /><br />Compte tenu du vaste champ de recherche qu'est la conception d'un système embarqué, de nombreuses perspectives concluent le mémoire.

Le modèle SIMPLE prévoit les levées de différentes cultures. Il comporte un module de prévision des levées sous croûte empirique, basé sur l'observation de levées de betterave sucrière dans un réseau de parcelles pour un type de sol de limons argileux. Ce module est donc assez sommaire bien qu'efficace et l'objectif de ce travail était de pouvoir étendre les prévisions à d'autres conditions de semis et pour d'autres cultures (types de lits de semences, types de sols, différentes caractéristiques des semences) étant donné l'importance des problèmes de levée liés au développement de croûtes à la surface des lits de semences de différentes cultures. Nous avons entrepris de caractériser les types de franchissement des plantules (pénétration, rupture et passage par fissure) au champ face à différents types de croûtes pour des cultures de printemps (betterave, lin et haricot) et d'automne (blé). Nous avons caractérisé sur ces mêmes parcelles la dynamique de formation des croûtes pour les différents états initiaux des lits de semences (granulométrie, humidité au semis) en fonction des pluies cumulées depuis le semis, en complétant les observations de nos deux campagnes d'expérimentation par celles acquises sur un essai de longue durée. Les croûtes ont été caractérisées par leur faciès, leur épaisseur et leur résistance à la pénétration. Des quantités de pluies cumulées, allant de 11 mm pour des lits de semences fins et secs à 27 mm pour des états de surface grossiers ont été mises en évidence pour obtenir la formation de croûtes structurales, qui suffisent déjà à pénaliser les levées si elles se dessèchent. Des expérimentations complémentaires ont été menées au laboratoire pour obtenir sous simulateur de pluie et caractériser des stades plus avancés de croûtes non observés au cours des deux années d'expérimentation au champ. Nous avons quantifié l'évolution du réseau de fissures se formant en fonction du degré de dégradation et des alternances humectation-dessication. Ces données ont permis de paramétrer et tester des modèles géométriques d'apparition de fissures. Les forces exercées par les plantules et leurs variations au cours du temps en fonction de la masse, des variétés et des espèces étudiées ont été mesurées avec des capteurs de force au laboratoire. Les différents éléments acquis par ces expérimentations ont permis d'élaborer un module intégrant des facteurs de variations non pris en compte jusqu'alors pour prévoir la formation d'une croûte et les levées. Ce module intègre des états initiaux de lits de semences variés (structure et teneur en eau), des cumuls de pluie différenciés aboutissant à des stades successifs de formation de la croûte. A chaque type de croûte est associé une distribution de résistances caractéristique. Pour chaque plantule arrivant à la surface, sa force maximum est tirée au sort dans une distribution puis diminue avec l'âge de la plantule. Cette valeur est confrontée jour après jour à la résistance du matériau via un coefficient qui permet d'établir si la plante passe ou reste bloquée. Ce coefficient résulte d'un ajustement aux données observées. Il a été établi sur la betterave, culture pour laquelle les données les plus nombreuses et précises étaient enregistrées. Les premières simulations réalisées à l'aide de ce nouveau module indiquent l'importance des effets des états du lit de semences initiaux sur les taux de levées. L'effet de différences de forces dues aux masses des semences est plus limité mais non négligeable dans certaines situations. On a ensuite testé la possibilité de l'utiliser pour prévoir la levée d'autres cultures, dont la force avait été mesurée. L'extension à d'autres espèces donne des résultats encourageants mais nécessite un travail supplémentaire. La possibilité d'utiliser différents paramètres mesurés au laboratoire sur le sol pour pouvoir adapter le modèle proposé à d'autres types de sol est discutée.

Ce mémoire est dédié à l'étude de la stabilité des systèmes à retards via les méthodes temporelles de Lyapunov. Au-delà des formes usuelles de stabilité, nous étudions quatre autres propriétés : stabilité entrée-sortie, stabilité en temps fini, stabilité entrée-état et stabilité pratique. Après une large introduction, le second chapitre se focalise sur la stabilité entrée-sortie des systèmes linéaires à retards variables par une approche originale se basant sur des fonctionnelles de Lyapunov-Krasovskii. La forme descripteur est utilisée pour obtenir des conditions en termes d'inégalités matricielles. Dans le troisième chapitre, la stabilité en temps fini caractérise un équilibre asymptotiquement stable qui, de plus, est atteint en temps fini. Plusieurs résultats sont proposés concernant la stabilité et la stabilisation sur des systèmes non-linéaires et linéaires respectivement. Les premiers exemples de systèmes stables en temps fini sont donnés. Ensuite, la stabilité entrée-état est analysée dans le cadre des systèmes non linéaires soumis à des perturbations larges. Cette nouvelle notion est étendue au cas des systèmes retardés et plusieurs résultats sont proposés via des fonctionnelles de Krasovskii. Le dernier chapitre se consacre à l'étude de la stabilité pratique appliquée au problème de la réticence dans la commande par modes glissants. En présence de retards, cette technique de type “grands gains” peut provoquer une oscillation importante sur l'état du système — notamment lorsque la dynamique des actionneurs ne peut être négligée. Le phénomène de réticence est analysé formellement et de nombreuses simulations permettent de confirmer les avantages de la méthode proposée.

Le travail concerne la commande robuste de systèmes linéaires à modèle incertain et incertitude paramétrique. L'approche développée est l'approche quadratique se basant sur la recherche et l'exploitation de fonctions de Lyapunov quadratiques en l'état. La partie la plus originale des travaux est relative à la commande par retour de sortie, c'est à dire celle basée sur un traitement de l'information contenue dans les mesures disponibles effectivement sur l'état du système et pour le cas d'incertitudes paramétriques polyédriques (cas de matrices intervalle). Une synthèse portant sur la commande robuste par retour d'état dans l'approche quadratique fournit les éléments essentiels pour la formalisation du problème de commande par retour de sortie : incertitudes non structurées et structurées. Le cas des systèmes à incertitude structurée (cas pour lequel demeure encore un besoin de résultats ¿forts¿) est abordé, après un rappel de quelques résultats concernant les cas d'incertitude ¿bornée en norme¿ non structurée pour laquelle existent des conditions nécessaires et suffisantes de stabilité, de nouveaux résultats sont énoncés pour le cas d'incertitude bornée en norme structurée sous la forme de conditions nécessaires et de conditions suffisantes. Il est montré que le cas de l'incertitude polyédrique est un cas extrême d'incertitude bornée en norme structurée. Ce dernier cas présente un degré de complexité important et, pour ce cas, un algorithme itératif pour le calcul d'un retour de sortie dynamique du type observateur de Luenberger est présenté. Le résultat obtenu permet également d'aborder le problème de la détermination du domaine d'incertitude (maximal). Ayant été développés pour les systèmes dynamiques en temps continu, les résultats obtenus sont étendus au cas des systèmes dynamiques en temps discret, résolvant par là même, le problème de la commande robuste avec placement des modes dans une régio n circulaire (problème d'intérêt pratique car permettant la maîtrise de la dynamique du système commandé). Enfin, dans la thèse le problème de la synthèse de commandes robustes avec critères de performance de type H2 (critère quadratique) ou H¿ (cas le plus défavorable) permettant (entre autres) de traiter le problème de rejet de perturbations est abordée.

Dans les premières parties, le flambage du nanotube de carbone sous ses poids propres a été analysé sous hypothèse de mécanique des milieux continus. Cela montre que le rapport critique de longueur/diamètre peut aller jusqu'à 106. On utilise aussi un modèle de poutre pour étudier la valeur critique de longueur pour que les deux nanotubes se collent sous action des forces de van der Waals. Ceci dans le but d'une guide de conception de nano interrupteur. La suite de la thèse est consacrée à la fabrication des composites à base de résine avec les renforts des particules de sic mais avec les nanotubes poussées dessus. Différents tests sous chargement statique et dynamique ont été utilisés pour étudier l'effet de ces renforts. L'observations microscopiques montrent par ailleurs que ces charges ont été dispersées de façon homogène.

Cette thèse se focalise sur une classe particulière de modèles non linéaires appelés<br />modèles Takagi-Sugeno. Même s'ils sont issus de l'approche historique de la logique<br />floue, ils peuvent s'interpréter comme une collection de modèles linéaires interconnectés<br />par des fonctions non linéaires.<br />L'étude de la stabilité de ces types de modèles fait appel, dans la grande majorité des cas,<br />à la méthode directe de Lyapunov avec une fonction de type quadratique. Celle-ci<br />permettant écrire facilement des conditions sous la forme de contraintes LMI. Les<br />conditions obtenues ne sont que suffisantes.<br />De nombreux résultats sont disponibles aujourd'hui pour ce type de modèles. Les<br />premiers travaux ne traitaient que de la stabilité et de stabilisation sans critères de<br />robustesse ou notions de performances. Depuis des extensions à des retours d'état avec<br />observateur, à des modèles sous forme descripteur, à des modèles incertains, à des<br />modèles à retard à des modèles incertains à retard, à des retours de sortie dynamiques,...<br />existent. Des critères de performances ont aussi été considérés comme la minimisation<br />d'un critère quadratique, D-stabilité, Hinf,...<br />En dépit de cette multitude de résultats, il reste un certain nombre de problèmes à<br />résoudre. L'approche par fonction de Lyapunov quadratique semble avoir atteint ces<br />limites. Les conditions obtenues étant seulement suffisantes le principal problème est de<br />savoir que faire si elles sont trop restrictives ? Comment relâcher un problème LMI qui<br />n'a pas de solution ? Le but de ce mémoire est de sortir du cadre des fonctions de<br />Lyapunov quadratiques en proposant des résultats moins conservatifs que ceux rencontrés<br />dans la littérature..

L'utilisation de plus en plus massive des outils de simulation numérique dans les domaines de l'ingénierie ont permis de développer la méthode des éléments finis bien au delà du cadre de la mécanique linéaire. Néanmoins, certaines situations comme des problèmes présentant des discontinuités mobiles restent difficilement accessibles. C'est pourquoi on a vu, ces dernières années, se développer la méthode des éléments finis étendus qui permet de rendre de compte de la présence d'une discontinuité grâce à des fonctions d'interpolation enrichies. On propose d'utiliser cette méthode pour simuler numériquement la propagation dynamique des fissures. Pour pouvoir faire évoluer la fissure, on présente une étude de la stabilité et de la conservation de l'énergie des schémas de la famille de Newmark dans le cas où la discrétisation spatiale du problème varie. On met alors en évidence un avantage essentiel de la méthode des éléments finis étendus qui, grâce à une stratégie d'enrichissement appropriée permet d'assurer la stabilité du calcul et la conservation de l'énergie. Les divers exemples présentés permettent de juger de la qualité des résultats obtenus. On propose aussi d'utiliser les techniques de partition de l'unité pour la dimension temps ainsi qu'une utilisation expérimentale des intégrales d'interaction pour l'estimation des facteurs d'intensité des contraintes à partir d'une mesure de champs de déplacement par corrélation d'images numériques.

Depuis de nombreuses années, on promet à la pile à combustible un avenir radieux. Cependant, le développement de cette technologie se heurte toujours à des verrous technologiques. Parmi ceux-ci se trouve la membrane polymère conductrice protonique Nafion®, élément central de la pile. Ainsi, nous nous sommes attachés dans ce travail à étudier des polymères alternatifs, les polybenzimidazoles sulfonés (sPBI).<br /> Si les polybenzimidazoles (PBI) sont bien connus pour leur remarquable stabilité thermique et chimique, leur utilisation en pile à combustible nécessite leur fonctionnalisation par des groupements acide sulfoniques SO3H, afin de leur conférer une bonne conduction protonique. Ainsi, la synthèse de sPBI a été réalisée par polycondensation de monomères fonctionnalisés spécialement mis au point. Nous avons ainsi pu obtenir trois séries distinctes de sPBI, présentant des Capacités d'Echange Ionique allant de 0 à 4.3 meq/g. Toutes les structures de ces polymères ont été vérifiées par différentes techniques analytiques, et il a été montré que le protocole de synthèse retenu permettait d'obtenir des masses molaires supérieures à celle reportées jusque là dans la littérature.<br /> A partir de ces polymères, des membranes ont été préparées. Leurs propriétés relatives à une utilisation en pile à combustible ont été étudiées : stabilité thermique, stabilité en milieu aqueux oxydant, gonflement à l'eau et conductivité protonique. Ces études ont mis en lumière l'existence d'interactions entre les SO3H acides et les groupements benzimidazoles basiques de ces polymères, qui influencent fortement les propriétés des ces membranes. Par rapport à d'autres polymères contenant la même quantité de SO3H, les sPBI présentent ainsi une meilleure stabilité mais des gonflements à l'eau et des conductivités plus faibles. Il a fallu atteindre des taux de sulfonation extrêmement élevés pour pouvoir s'affranchir de ce problème et obtenir des membranes ayant les qualités requises.

Les langages synchrones ont été fondés pour modéliser et implémenter les systèmes réactifs temps-réels critiques. Avec la complexité toujours croissante des systèmes contrôlés, la vitesse d'exécution devient un critère important. Nous sommes donc à la recherche d'une exécution parallèle, combinant efficacité et sûreté.Les langages synchrones ont toujours intégré la notion de parallélisme, mais ce, pour l'expressivité de la modélisation. Leurs compilations visent principalement les circuits ou la génération de code séquentiel. Tous ont une sémantique formelle, qui rend possible la distribution correcte du code. Mais la préservation de cette sémantique peut être un obstacle à l'efficacité du code généré, particulièrement s'il est nécessaire de préserver une notion d'instant global au système.Le modèle sémantique qui nous intéresse est celui des réseaux de Kahn. Ces réseaux modélisent des calculateurs distribués, communiquant au travers de files de taille non bornée. Dans ce cadre, la distribution ne demande aucune communication ni synchronisation supplémentaire. En considérant l'histoire des files de communication, la sémantique de Kahn permet de s'abstraire de l'exécution effective, tout en garantissant le déterminisme du calcul. Pour cela, chaque nœud du réseau doit avoir une sémantique fonctionnelle continue.Le langage que nous développons est Heptagon, un langage synchrone fonctionnel du premier ordre, déscendant de Lustre. Son compilateur est un prototype universitaire, apparenté à l'outil industriel Scade. Grâce à sa sémantique de Kahn, la distribution d'un programme Heptagon ne pose pas de question, son efficacité beaucoup plus.L'efficacité requiert de minimiser les synchronisations. Cela revêt deux aspects non indépendants. Avoir un découplage suffisant des calculs : il y a des délais dans les dépendances entre calculs. Avoir une granularité importante des calculs : un fort ratio temps de calcul sur fréquence de communication. Or la sémantique synchrone et les horloges d'un programme Heptagon reflètent exactement l'inverse. Elles permettent au programmeur de se contenter d'un découplage d'un instant et à chaque instant, au maximum une valeur est calculée. De plus, les instants sont typiquement courts, pour assurer que le système réagit rapidement.Des précédents travaux sur le sujet, nous tirons deux constats.Le premier est que nous souhaitons le contrôle du parallélisme par le programmeur, directement dans le code source. Il doit pouvoir maîtriser à quels instants il y a communication ou synchronisation. La solution que nous proposons dans ce manuscrit est l'utilisation des futures dans Heptagon. Ils fournissent ce pouvoir au programmeur, tout en restant des annotations qui peuvent être supprimées sans changer la sémantique dénotationnelle du programme.Le deuxième constat est que la question de la granularité des calculs est une question profonde, touchant en particulier aux questions de dépendance de données, de choix des horloges et de compilation modulaire. Heptagon, comme ses parents, restreint les réseaux de Kahn qui peuvent être écrits, de telle sorte que ces trois questions se traitent séparément. Pour mieux comprendre le lien entre ces éléments, nous revenons aux réseaux de Kahn. Notre principal résultat est la définition de la sous-classe des réseaux ordonnés réactifs. Ceux-ci sont les seuls pour lesquels nous pouvons décrire modulairement le comportement avec des horloges, sans restreindre les contextes d'appels. Ces réseaux ont une signature d'horloge en forme normale, qui maximise la granularité. Pour l'exprimer, nous introduisons les horloges entières, décrivant la communication de plusieurs valeurs en un seul instant. Nous appliquons ensuite nos résultats pour voir sous un nouveau jour Heptagon, Signal, les politiques des objets de Lucid Synchrone, mais aussi proposer une analyse pleinement modulaire de Lucy-n langage synchrone le plus fidèle aux réseaux de Kahn.

En août 2005, British Airways mit quatre jours à rétablir ses vols après une grève d'une journée d'un de ses sous-traitants. En interconnectant et intégrant leurs systèmes d'aide à la décision, les entreprises deviennent de plus en plus soumises aux changements. Parallèlement, avec le développement de technologies comme les puces RFID et la localisation par GPS les entreprises sont capables de suivre en temps réel le déroulement des opérations sur le terrain. Dans cette thèse nous nous intéressons au cas des problèmes de satisfaction de contraintes dans un cadre dynamique. En effet, depuis de nombreuses années la programmation par contraintes a fait la preuve de son efficacité pour résoudre des problèmes d'optimisation (tournées de véhicules, ordonnancements, etc) dans le cadre statique. Cependant le contexte dynamique soulève encore de nombreuses difficultés. Nous proposons donc un ensemble d'outils permettant la gestion et la prise en compte des événements, survenant de manière inattendue, dans le cadre de la programmation par contraintes. Chaque outil repose sur une approche particulière des problèmes dynamiques (tuples interdits, recherche locale, explications) et offre ainsi un éclairage différent et complémentaire.