Malgré les avantages de l'intégration 3D, le test, le rendement et la fiabilité des Through-Silicon-Vias (TSVs) restent parmi les plus grands défis pour les systèmes 3D à base de Réseaux-sur-Puce (Network-on-Chip - NoC). Dans cette thèse, une stratégie de test hors-ligne a été proposé pour les interconnections TSV des liens inter-die des NoCs 3D. Pour le TSV Interconnect Built-In Self-Test (TSV-IBIST) on propose une nouvelle stratégie pour générer des vecteurs de test qui permet la détection des fautes structuraux (open et short) et paramétriques (fautes de délaye). Des stratégies de correction des fautes transitoires et permanents sur les TSV sont aussi proposées aux plusieurs niveaux d'abstraction: data link et network. Au niveau data link, des techniques qui utilisent des codes de correction (ECC) et retransmission sont utilisées pour protégé les liens verticales. Des codes de correction sont aussi utilisés pour la protection au niveau network. Les défauts de fabrication ou vieillissement des TSVs sont réparé au niveau data link avec des stratégies à base de redondance et sérialisation. Dans le réseau, les liens inter-die défaillante ne sont pas utilisables et un algorithme de routage tolérant aux fautes est proposé. On peut implémenter des techniques de tolérance aux fautes sur plusieurs niveaux. Les résultats ont montré qu'une stratégie multi-level atteint des très hauts niveaux de fiabilité avec un cout plus bas. Malheureusement, il n'y as pas une solution unique et chaque stratégie a ses avantages et limitations. C'est très difficile d'évaluer tôt dans le design flow les couts et l'impact sur la performance. Donc, une méthodologie d'exploration de la résilience aux fautes est proposée pour les NoC 3D mesh. / 3D technology promises energy-efficient heterogeneous integrated systems, which may open the way to thousands cores chips. Silicon dies containing processing elements are stacked and connected by vertical wires called Through-Silicon-Vias. In 3D chips, interconnecting an increasing number of processing elements requires a scalable high-performance interconnect solution: the 3D Network-on-Chip. Despite the advantages of 3D integration, testing, reliability and yield remain the major challenges for 3D NoC-based systems. In this thesis, the TSV interconnect test issue is addressed by an off-line Interconnect Built-In Self-Test (IBIST) strategy that detects both structural (i.e. opens, shorts) and parametric faults (i.e. delays and delay due to crosstalk). The IBIST circuitry implements a novel algorithm based on the aggressor-victim scenario and alleviates limitations of existing strategies. The proposed Kth-aggressor fault (KAF) model assumes that the aggressors of a victim TSV are neighboring wires within a distance given by the aggressor order K. Using this model, TSV interconnect tests of inter-die 3D NoC links may be performed for different aggressor order, reducing test times and circuitry complexity. In 3D NoCs, TSV permanent and transient faults can be mitigated at different abstraction levels. In this thesis, several error resilience schemes are proposed at data link and network levels. For transient faults, 3D NoC links can be protected using error correction codes (ECC) and retransmission schemes using error detection (Automatic Retransmission Query) and correction codes (i.e. Hybrid error correction and retransmission).For transients along a source-destination path, ECC codes can be implemented at network level (i.e. Network-level Forward Error Correction). Data link solutions also include TSV repair schemes for faults due to fabrication processes (i.e. TSV-Spare-and-Replace and Configurable Serial Links) and aging (i.e. Interconnect Built-In Self-Repair and Adaptive Serialization) defects. At network-level, the faulty inter-die links of 3D mesh NoCs are repaired by implementing a TSV fault-tolerant routing algorithm. Although single-level solutions can achieve the desired yield / reliability targets, error mitigation can be realized by a combination of approaches at several abstraction levels. To this end, multi-level error resilience strategies have been proposed. Experimental results show that there are cases where this multi-layer strategy pays-off both in terms of cost and performance. Unfortunately, one-fits-all solution does not exist, as each strategy has its advantages and limitations. For system designers, it is very difficult to assess early in the design stages the costs and the impact on performance of error resilience. Therefore, an error resilience exploration (ERX) methodology is proposed for 3D NoCs.

La réparation des revêtements barrières thermiques endommagés par fissuration entraine des coûts de maintenance très élevés. Dans cette étude, qui s’inscrit dans le cadre du projet Européen FP7-SAMBA, il a été proposé d’utiliser des particules de MoSi2(B), revêtues d’une couche d’alumine, comme agent cicatrisant. L’oxydation de celles-ci doit entrainer la formation de silice amorphe qui s’écoule dans la fissure puis réagit avec la barrière thermique en zircone yttriée pour former du zircon. Cette étude traite dans un premier temps de l’élaboration par Spark Plasma Sintering (SPS) de composites modèles composés de zircone yttriée et de particules de MoSi2(B) non revêtues. Les propriétés mécaniques (ténacité, dureté, module d’Young) et thermiques (conductivité thermique, coefficient de dilatation) de ces composites ont été déterminées. Les travaux se sont ensuite orientés vers l’étude du comportement en oxydation cyclique à 1100 °C sous air de ces composites par thermogravimétrie cyclique. La modélisation de l’oxydation de ces composites mais aussi de systèmes multi-couches MoSi2(B)/YPSZ modèles a permis de déterminer les mécanismes et les cinétiques de formation de la silice et du zircon. Une augmentation significative des cinétiques de formation de ces oxydes a été observée lorsque le bore est ajouté dans le MoSi2 ce qui peut être potentiellement très bénéfique pour la cicatrisation des fissures. L'utilisation du procédé SPS a permis de réaliser des systèmes barrières thermiques auto-cicatrisants sur substrats en superalliages à base de nickel revêtus à partir de zircone yttriée et de particules de MoSi2(B) elles-mêmes revêtues d’une couche d’alumine. La pré-oxydation des substrats revêtus favorise la croissance d’une couche d’alumine qui empêche la formation de siliciures par réaction entre les particules et la sous-couche. Ces revêtements présentent une bonne résistance à l’endommagement en cyclage thermique. Les observations post-mortem de ces systèmes mettent en évidence la cicatrisation locale de fissures par formation de silice et de zircon. Bien qu’il ne soit pas possible aujourd’hui de dire si la présence de ces particules augmente ou non la durée de vie de la barrière thermique, par manque de systèmes de référence, ces observations très encourageantes démontrent expérimentalement la validité du concept d’auto-cicatrisation des barrières thermiques proposé dans le cadre de ce projet. / Repair of thermal barrier coatings (TBC) systems damaged by cracking leads to significant maintenance costs. In this project (FP7-SAMBA), it was proposed to use MoSi2(B) particles, coated with an alumina shell, as healing agent for TBCs. Healing particles intercepted by cracks will oxidize preferentially, leading to the formation of amorphous SiO2, which flows into cracks and subsequently reacts with the TBC leading to the formation of a load bearing ZrSiO4 phase. In this study model composite materials were prepared from mixtures of yttria partially stabilized zirconia (YPSZ) and uncoated MoSi2(B) particles by using Spark Plasma Sintering (SPS) technique. Mechanical (toughness, hardness, Young modulus) and thermal (conductivity, coefficient of thermal expansion) properties of these materials were determined. Then, cyclic thermogravimetry analysis (CTGA) was used to study the oxidation behavior of these materials at 1100 °C in air. Kinetics of silica and zircon formations were determined through modelling of the oxidation of composite materials but also the oxidation of multi-layer YPSZ/MoSi2(B) materials. Boron addition was shown to significantly increase silica and zircon formation rates which could be very beneficial for the healing of the cracks. Then, SPS technique was used to sinter self-healing thermal barrier coatings on bond coated Ni-based superalloys from mixtures of YPSZ and Al2O3-coated MoSi2(B) particles. The pre-oxidation of coated substrates was shown to prevent the detrimental formation of silicides by the reaction of MoSi2(B) particles and the bond coat. Good results were obtained upon thermal cycling and post-mortem observations highlight local healing of cracks. At this time, it is too early to quantify the potential effect of the particles on the TBC lifetime due to a lack of reference systems and statistics. However, these observations demonstrate, experimentally, the validity of the self-healing mechanism proposed in the framework of this project.

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2017-09-06T17:43:44Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Ribeiro de Carvalho Vaz - 2017.pdf: 6167014 bytes, checksum: 8f2f0dbd609aac9c2bd59458c6d0c243 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-09-15T15:30:56Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Ribeiro de Carvalho Vaz - 2017.pdf: 6167014 bytes, checksum: 8f2f0dbd609aac9c2bd59458c6d0c243 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T15:30:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Ribeiro de Carvalho Vaz - 2017.pdf: 6167014 bytes, checksum: 8f2f0dbd609aac9c2bd59458c6d0c243 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-08-24 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / This work presents an end-to-end methodology for the deployment of Self-Healing systems in the distribution grid in order to decrease DEC in feeders. The methodology developed consists in choosing feeders to receive Self-Healing systems based on their performance in relation to the DEC. It is determined load transfer units considering power flow by the current injection method and protection coordination for these feeders. Once the units are determined, a feeders rank is set to order the system implementation considering hypothesis testing and binary linear programming. For this rank, besides the DEC, the number of customers as well as critical loads are considered. The communication system is based on optical mesh networks where single and multi objective algorithms are applied to optimize the network in order to design a reliable and low cost communication system. / Este trabalho apresenta uma metodologia fim-a-fim para implantação de sistemas Self-Healing na rede de distribuição com o objetivo de redução da duração equivalente de interrupção por unidade consumidora em alimentadores. A metodologia desenvolvida consiste na definição dos alimentadores candidatos a receberem os sistemas de Self-Healing baseado no desempenho dos mesmos em relação a duração equivalente de interrupção por unidade consumidora. Nesses alimentadores são determinadas as unidades de transferência de carga considerando fluxo de potência pelo método de injeção de correntes e a coordenação da proteção. Uma vez escolhidas essas unidades, é realizada uma classificação dos alimentadores com o intuito de estabelecer uma ordem de prioridade para implantação dos sistemas utilizando teste de hipótese e programação linear binária. Para essa determinação de prioridade, além do DEC, são considerados a quantidade de unidades consumidoras bem como o de cargas críticas. Neste trabalho, o sistema de comunicação considerado para interligar os religadores é baseado em redes de fibra óptica em malha. Com intuito de dimensionar o sistema de comunicação de forma que este seja confiável e de baixo custo, são aplicados algoritmos mono e multiobjetivo para otimização da rede, sendo proposta uma metodologia envolvendo cálculo de confiabilidade da rede.

Dans le but d’une introduction en aéronautique civile, la certification des composites à matrice céramique(CMC) requiert la justification de la tenue du matériau durant toute la durée de vie de l’avion (50000h environ),dans des milieux oxydants à haute température et sous les contraintes élevées rencontrées en application. Lebut de cette thèse est d’identifier comment accélérer les essais de vieillissement pour obtenir sur de pluscourtes périodes de temps des essais représentatifs du comportement du matériau en conditions standard. Lecomposite étudié étant doté d’une matrice auto-cicatrisante dont l’efficacité est liée de manière complexe à latempérature et à l’humidité présente dans le milieu oxydant, une compréhension fine des mécanismes dedégradation est nécessaire afin de choisir des leviers d’accélération pertinents. L’influence de paramètresd’essai sélectionnés (pression partielle d’eau, type de chargement mécanique, fréquence de cyclagemécanique, température) sur les cinétiques d’endommagement est analysée, tout en vérifiant que lesmécanismes de dégradation ne sont pas modifiés. La mise en place de méthodes de suivi d'endommagementnon-destructives est indispensable pour quantifier en temps réel les niveaux de dégradation des matériauxsous différentes conditions expérimentales: le suivi par émission acoustique a été utilisé et une techniqueoriginale de suivi par mesure de résistance électrique durant des essais de longue durée a été développée.Deux modèles électro-mécaniques ont été proposés concernant l’évolution de résistance électrique àtempérature ambiante et sous conditions oxydantes. Des estimations de durées de vie basées sur cestechniques ont permis de proposer une méthodologie vers l’accélération d’essais sur CMC. / With the aim of an introduction in civil aeronautics, the certification of Ceramic Matrix Composites (CMC)requires to demonstrate the correct behavior of the material during the whole lifetime of the aircraft (about50000h), in high-temperature oxidizing environments and under the stress levels required by the applications.The goal of this thesis is to identify a methodology to accelerate ageing tests in order to get, in shorterdurations, results that are representative of the behavior of the material in standard conditions. The studiedcomposite includes a self-healing matrix which efficiency is linked in a complex way to temperature andhumidity. A thorough understanding of degradation mechanisms is therefore required in order to identifyrelevant accelerating levers. The influence of the selected test parameters (water partial pressure, type ofmechanical loading, frequency of cyclic loading, temperature) on the damage kinetics has been analyzed, whilechecking that the damage mechanisms were not modified. Non destructive monitoring techniques are essentialto quantify in real time the damage level of materials under different test conditions: acoustic emissionmonitoring has been used, and an original method of damage monitoring using electrical resistivity has beendeveloped. Two electromechanical models were proposed, describing the evolution of electrical resistance atroom temperature and under oxidizing conditions. Lifetime estimations based on these techniques led topropose a methodology towards accelerated testing on CMCs.

Ces travaux de thèse ont pour but d'obtenir une meilleure connaissance des mécanismes de dégradation, lors de l'exposition à un milieu agressif, de primaires de peinture en phase aqueuse (époxy-polyamino amide) utilisés dans l'industrie aéronautique pour la protection contre la corrosion de l'alliage d'aluminium 2024 à l'aide des techniques d'impédances globale et locale. Deux revêtements formulés soit avec du chromate de strontium soit avec un mélange de pigments non-chromatés ont été comparés. Les diagrammes d'impédance des deux revêtements, mesurés dans des conditions sèches (en contact avec Hg), présentent un comportement proche de celui d'une capacité pure, et ont été analysés à l'aide du modèle en loi de puissance, qui correspond à un comportement CPE (Constant Phase Element). Lors de l'immersion dans une solution chlorurée, le comportement des revêtements s'écarte progressivement de l'idéalité. Les données d'impédance électrochimique obtenues pour différents temps d'immersion ont été analysées avec un modèle qui suppose une variation exponentielle de la résistivité le long de l'épaisseur du revêtement (modèle de Young). Cette analyse a confirmé que la pénétration de l'eau et des ions dans le revêtement ne se fait pas de façon identique. La vitesse de pénétration de l'eau est plus rapide et celle-ci affecte plus fortement la permittivité que la résistivité, alors que la diffusion des ions Na+ et Cl- est plus lente et affecte exclusivement la résistivité du revêtement. L'utilisation de ces modèles permet non seulement d'expliquer les comportements CPE et pseudo CPE observés sur les diagrammes d'impédance mais aussi de déterminer la prise en eau des revêtements durant le test. Celle-ci est en accord avec des mesures gravimétriques. L'effet d'auto-cicatrisation des deux revêtements en présence de blessures artificielles a ensuite été étudié par spectroscopie d'impédance électrochimique locale. Les diagrammes locaux et les cartographies (2D ou 3D) ont permis de suivre les phénomènes d'auto-cicatrisation pour le système chromaté ou bien le développement de la corrosion pour le système non-chromaté. Ce travail de thèse propose une méthodologie qui servira de référence pour développer et caractériser les performances de peintures contenant des inhibiteurs écologiques et en particulier leur processus d'auto-cicatrisation. / The aim of this work is to obtain a better understanding of the degradation mechanisms, as a function of exposition time in an aggressive environment, of commercial coatings (epoxy-polyaminoamide waterborne paint) used in aeronautical industry for corrosion protection of 2024 aluminium alloy by global and local impedance techniques. The coatings formulated with either strontium chromate (SrCrO4) or Cr(VI)-free pigments were compared. The behavior of dry coatings (in contact with Hg) was close to that of an ideal capacitor and could be accurately modelled with the power-law model corresponding to a CPE (Constant Phase Element). Upon immersion in NaCl solution, the behavior of the wet coatings became progressively less ideal, i.e. farther from a capacitive behavior. The impedance data was analyzed with the Young model that take into account the exponential variation of the coating resistivity along its thickness. This analysis confirmed that penetration of water and ions occurs on different time scales. The former process is faster and affects permittivity more strongly than resistivity; the latter is slower and affects almost exclusively resistivity. The models allows to explain not only the CPE or pseudo-CPE behaviors observed on impedance diagrams but also to determine the coatings water uptake during the test which is in good agreement with gravimetric measurements. Then, the self-healing properties of artificially damaged coatings were studied by local electrochemical impedance spectroscopy (LEIS). The local diagrams and the mappings (2D or 3D) allowed self-healing processes for the chromated system or corrosion developments for the unchromated system to be observed. The present work proposed a methodology to develop and to characterize coatings containing environmentally friendly inhibitors, and particularly the self-healing process.

L'objectif de ce travail est la caractérisation de l’endommagement thermique et mécanique dans le mortier par les ondes acoustiques non linéaires. La corrélation entre les paramètres acoustiques linéaires et non-linéaires étudiée est basée sur les essais expérimentaux et la modélisation. Pour l’endommagement thermique, des éprouvettes cylindriques ont été préparées et caractérisées par l'étude de la porosité et la saturation. Ensuite, l'acoustique linéaire et l’acoustique non linéaire (génération d'harmoniques) ont été appliquées afin de quantifier l’endommagement. Les essais acoustiques linéaires ont prouvé que les vitesses transversales, longitudinales et le module d'Young du mortier diminue en fonction de la température. Les essais acoustiques non linéaires ont montré l'augmentation du bêta fonction de la température. Pour l’endommagement mécanique, le phénomène d'autocicatrisation est suivi par la perméabilité et les essais acoustiques. Les essais de perméabilité ont montré que le débit d'air et la taille de la fissure diminue rapidement au cours du premier mois, puis lentement durant le reste du processus d'autocicatrisation. D'autre part, les tests acoustiques non linéaires ont montré que « alpha » et « bêta » diminuent durant le processus de l’autocicatrisation qui signifie que les paramètres non linéaires sont un bon indicateur pour caractériser ce phénomène. A partir des résultats expérimentaux, une corrélation polynomiale de 2ème degré a été établie entre les paramètres non linéaires et l’index d’endommagement. Les résultats de ce travail représentent un bon départ pour étudier le phénomène de l'autocicatrisation par les ondes acoustiques non linéaires / The objective of this work is the characterization of heat and mechanical damage in the mortar by the nonlinear acoustic waves. The correlation between non-linear/linear acoustic parameters and damage in mortar is studied based on experiments and modelling. For the heat damage, cylindrical specimens were prepared and were characterized by studying the porosity and saturation. Indeed, the linear acoustic (UPV) and non-linear acoustic (Higher harmonic generation) were applied to characterize the damage. The linear acoustic tests have shown that velocities and modulus of Young of the mortar decreases in function of the temperature. The non-linear acoustic tests have shown that beta increases in function of the temperature.For the mechanical damage. The self-healing phenomenon was characterized by the permeability and the acoustic tests. Indeed, the permeability tests have shown that the airflow and the crack size decreases quickly in the first month then slowly for the rest of the self-healing process. On the other hand, the non-linear acoustic tests shown that the alpha and beta decreases according to the self healing process which means that the nonlinear parameters are a good indicators to characterize the self-healing. Moreover, the analysis of the experimental results indicates that the frequency resonant technique is more efficient to characterize the defects in the mortar than the higher harmonic generation. A polynomial correlations of a 2nd degree was established between the nonlinear parameters and the index damage. The findings of this work should be most appropriate as a foundation for the study of the self healing by the nonlinear acoustic waves

Les alginates, des polysaccharides produits par les algues brunes, sont des copolymères à blocs linéaires, formés d’unités mannuronate (M) et guluronate (G). En raison de leur abondance naturelle, prix et propriétés physicochimiques avantageuses, les alginates représentent une classe de biopolymères très intéressante et relativement inexplorée pour des applications dans le domaine des matériaux avancés. Dans ce contexte, le présent travail vise à enrichir la gamme des applications des matériaux dérivés d’alginates, en exploitant les propriétés de cette classe de polysaccharides naturels. En particulier, la préparation de matériaux à base d'alginate pour la catalyse, l'adsorption et le domaine biomédical a été étudiée, avec des résultats encourageants dans toutes les applications testées. L'utilisation bénéfique de l'acide alginique en catalyse hétérogène a été démontrée, en tant que promoteur de réaction et support pour l’hétérogénéisation d'un organocatalyseur. L'activité du catalyseur a été trouvée très dépendante de l'accessibilité des groupes fonctionnels, mettant en évidence l’avantage de l’emploi de formulations plus accessibles. La texturation des alginates a été aussi avantageuse dans la préparation de matériaux pour applications en flux. Des mousses d'acide alginique, avec une structure hiérarchique macro-mésoporeuse, ont été développées à cet effet. Une caractérisation précise des matériaux a été réalisée, afin d'optimiser la procédure de préparation et de corréler les propriétés texturales obtenues avec les paramètres utilisés. L'intérêt dans l’utilisation de mousses à base d'acide alginique a été démontré dans une application modèle, l'adsorption de bleu de méthylène à partir de solutions aqueuses, à la fois en batch et en flux. La possibilité de modifier facilement les groupes fonctionnels de l’alginate, couplée avec la nature biocompatible et biodégradable de ces biopolymères, a finalement été exploitée pour le développement de gels auto-réparants, obtenus grâce à la formation de deux types d'interactions covalentes dynamiques : base de Schiff et ester de boronate. Les deux systèmes examinés ont présenté une remarquable habilité à se reconstruire après un dégât, même si l'ampleur de la reconstruction et la stabilité des gels étaient fortement dépendantes des paramètres de préparation des gels et des conditions environnementales utilisées. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude démontrent clairement comment la compréhension et un emploi conscient des propriétés physico-chimiques des alginates peuvent maximiser le potentiel que cette ressource durable dans le domaine de la chimie des matériaux. / Alginates, polysaccharides produced by brown algae, are linear block-copolymers formed by mannuronate (M) and guluronate (G) units. Because of their huge natural abundance, cheapness and physicochemical properties, alginates represent a highly attractive and still relatively unexplored class of biopolymers for applications in the field of advanced materials. In this context, the present work aimed to enrich the range of possible applications of alginate-derived materials, making the most of the peculiar features of this class of natural polysaccharides. In particular, the preparation of alginate-based active materials to be employed in the catalysis, adsorption and biomedical field was studied, achieving encouraging results in all the tested applications. The beneficial use of alginic acid in heterogeneous catalysis, both as reaction promoter and as support for the heterogeneization of an organocatalyst, was demonstrated. The activity of the material was found highly dependent on the accessibility of the active functions, highlighting the advantage of employing more accessible alginate formulations. The texturation of alginates was further advantageous for the preparation of materials with improved flowability. Alginic acid foams, bearing a hierarchical macro-mesoporous structure were developed by means of a simple procedure. Accurate characterization was performed to optimize the preparation procedure and to correlate the textural properties of the obtained materials with the parameters used. The interest of the prepared alginic acid foams was demonstrated in a model application, the adsorption of methylene blue from aqueous solutions, both in batch and in flow conditions. The possibility to easily modify alginate functional groups, coupled with the biocompatible and biodegradable nature of alginates, was finally employed for the development of self-healing gels, thanks to the formation of two types of dynamic covalent interactions: Schiff base and boronate ester bonds. Both the examined systems presented a marked ability to recover after damage, even if the extent of the recovery and the stability of the gels was highly dependent on the preparation parameters and environmental conditions used. The results obtained in the course of this study clearly demonstrate how a full comprehension and conscious employment of alginate physicochemical properties can maximize the potential of this sustainable resource in the field of material chemistry.

Dans ce mémoire de thèse, nous présentons une approche d’exécution auto-corrective (self-healing) de services composites, basée sur des agents capables de prendre, de manière autonome, des décisions pendant l’exécution des services, à partir de leurs connaissances. Dans un premier temps, nous définissons, de manière formelle, en utilisant des réseaux de Petri colorés, les services composites, leur processus d’exécution, et leurs mécanismes de tolérance aux pannes. Notre approche offre plusieurs mécanismes de reprise sur panne alternatifs : la récupération en arrière avec compensation ; la récupération en avant avec ré-exécution et/ou remplacement de service ; et le point de contrôle (checkpointing), à partir duquel il est possible de reprendre l’exécution du service ultérieurement. Dans notre approche, les services sont contrôlés par des agents, i.e. des composants dont le rôle est de s’assurer que l’exécution des services soit tolérante aux pannes. Notre approche est également étendue afin de permettre un auto-recouvrement. Dans cette extension, les agents disposent d’une base de connaissances contenant à la fois des informations sur eux-mêmes et sur le contexte d’exécution. Pour prendre des décisions concernant la sélection des stratégies de récupération, les agents font des déductions en fonction des informations qu’ils ont sur l’ensemble du service composite, sur eux-mêmes, tout en prenant en compte également ce qui est attendu et ce qui se passe réellement lors de l’exécution. Finalement, nous illustrons notre approche par une évaluation expérimentale en utilisant un cas d’étude. / In this thesis, we present a self-healing approach for composite services supported by knowledge-based agents capable of making decisions at runtime. First, we introduce our formal definition of composite services, their execution processes, and their fault tolerance mechanisms using Colored Petri nets. We implement the following recovery mechanisms: backward recovery through compensation; forward recovery through service retry and service replacement; and checkpointing as an alternative strategy. We introduce the concept of Service Agents, which are software components in charge of component services and their fault tolerance execution control. We then extend our approach with self-healing capabilities. In this self-healing extension, Service Agents are knowledge-based agents; that is, they are self- and context-aware. To make decisions about the selection of recovery and proactive fault tolerance strategies, Service Agents make deductions based on the information they have about the whole composite service, about themselves, and about what is expected and what it is really happening at runtime. Finally, we illustrate our approach and evaluate it experimentally using a case study.

Concrete is a brittle material prone to cracking due to its low tensile strength. Crack repairs are not only expensive and time-consuming but also increase the carbon footprint. Designing a novel concrete material possessing the ability to self-repair cracks would enhance its sustainability. Self-healing can be defined as a material’s ability to repair inner damage without any external intervention. In the case of concrete, the process can be autogenous, based on an optimized mix composition, or autonomous, when additional capsules containing some healing agent and/or bacteria spores are incorporated into the binder matrix. The first process uses unhydrated cement particles as the healing material while the other utilizes a synthetic material or bacteria precipitating calcite which are released into the crack from a broken capsule or activated by access to water and oxygen. The main disadvantages of the autonomous method are the loss of the fresh concrete workability, worsened mechanical properties, low efficiency, low survivability of the capsules and bacteria during mixing and the very high price. On the other hand, the autogenous self-healing was found to be more efficient, more cost effective, safer, and easier to implement in full-scale applications. Knowledge related to mechanisms and key factors controlling the autogenous self-healing is rather limited. Therefore, the aim of this research work was to better understand the autogenous self-healing process of concrete and to optimize the mix design and exposure conditions to maximize its efficiency. This licentiate thesis summarizes the main findings of the first 2.5 years of the PhD project. Several factors affecting autogenous self-healing were studied, including the amount of unhydrated cement, mix composition, age of material, self-healing duration and exposure conditions. The process was investigated both externally, at the surface, and deeper inside of the crack, by evaluating the crack closure and chemical composition of formed self-healing products. In addition, the flexural strength recovery was also studied. It was observed that a large amount of cement in the concrete mix does not ensure an efficient autogenous self-healing of cracks. A very dense and impermeable binder microstructure limited the transport of calcium and silicone ions to the crack and diminished the precipitation of the healing products. Addition fly ash increased the crack closure ratio close to the crack mouth, but its presence did not support the recovery of the flexural strength, presumably due to a very limited formation of load bearing phases inside the crack. Calcium carbonate was detected mainly at the crack mouth, whereas calcium silicate hydrate (C-S-H) and ettringite were found deeper inside the crack. The formation of C-S-H and ettringite presumably resulted in a regain of the flexural strength. On the other hand, calcite crystals formed close to the surface of the specimen controlled conditions inside the crack through its external closure. Healing exposure based on pure water appeared to be inefficient even despite the application of different temperature cycles and water volumes. The application of a phosphate-based retarding admixture in the curing water resulted in the highest self-healing efficiency. The admixture presumably inhibited the formation of a dense hydration shell on the surface of the unhydrated cement grains and promoted the precipitation of calcium phosphate compounds inside the crack. In addition, water mixed with microsilica particles caused a regain of the flexural strength through formation of C-S-H in the crack.

The design of functional materials with complex properties is very important for different applications, such as coatings, microelectronics, biotechnologies and medicine. It is also crucial that such kinds of materials have a long service lifetime. Unfortunately, cracks or other types of damages may occur during everyday use and some parts of the material should be changed for the regeneration of the initial properties. One of the approaches to avoid the replacement is utilization of self-healing materials. The aim of this thesis was to design a self-repairable material with superhydrophobic and switchable properties using colloidal particles. Specific goals were the synthesis of colloidal particles and the preparation of functional surfaces incorporated with the obtained particles, which would exhibit a repairable switching behavior and repairable superhydrophobicity. In order to achieve these goals, first, methods of preparation of simple and functional colloidal particles were developed. Second, the behavior of particles at surfaces of easy fusible solid materials, namely, paraffin wax or perfluorodecane, was investigated.