Les systèmes critiques basés sur l’arithmétique flottante exigent un processus rigoureux de vérification et de validation pour augmenter notre confiance en leur sureté et leur fiabilité. Malheureusement, les techniques existentes fournissent souvent une surestimation d’erreurs d’arrondi. Nous citons Arian 5 et le missile Patriot comme fameux exemples de désastres causés par les erreurs de calculs. Ces dernières années, plusieurs techniques concernant la transformation d’expressions arithmétiques pour améliorer la précision numérique ont été proposées. Dans ce travail, nous allons une étape plus loin en transformant automatiquement non seulement des expressions arithmétiques mais des programmes complets contenant des affectations, des structures de contrôle et des fonctions. Nous définissons un ensemble de règles de transformation permettant la génération, sous certaines conditions et en un temps polynômial, des expressions pluslarges en appliquant des calculs formels limités, au sein de plusieurs itérations d’une boucle. Par la suite, ces larges expressions sont re-parenthésées pour trouver la meilleure expression améliorant ainsi la précision numérique des calculs de programmes. Notre approche se base sur les techniques d’analyse statique par interprétation abstraite pour sur-rapprocher les erreurs d’arrondi dans les programmes et au moment de la transformation des expressions. Cette approche est implémenté dans notre outil et des résultats expérimentaux sur des algorithmes numériques classiques et des programmes venant du monde d’embarqués sont présentés. / Critical software based on floating-point arithmetic requires rigorous verification and validation process to improve our confidence in their reliability and their safety. Unfortunately available techniques for this task often provide overestimates of the round-off errors. We can cite Arian 5, Patriot rocket as well-known examples of disasters. These last years, several techniques have been proposed concerning the transformation of arithmetic expressions in order to improve their numerical accuracy and, in this work, we go one step further by automatically transforming larger pieces of code containing assignments, control structures and functions. We define a set of transformation rules allowing the generation, under certain conditions and in polynomial time, of larger expressions by performing limited formal computations, possibly among several iterations of a loop. These larger expressions are better suited to improve, by re-parsing, the numerical accuracy of the program results. We use abstract interpretation based static analysis techniques to over-approximate the round-off errors in programs and during the transformation of expressions. A tool has been implemented and experimental results are presented concerning classical numerical algorithms and algorithms for embedded systems.

L’objectif de cette thèse était de réaliser des désodorisants, obtenus à partir de différentes essences naturelles. Ceux-ci doivent être efficaces dans l’amélioration du microclimat des atmosphères de travail. Une étude fondamentale sur l'optimisation de l'extraction des essences naturelles et l'identification des composants de ces essences a été réalisée par GC/MS. Nous avons étudié également les processus de reconnaissance moléculaire entre les composants majoritaires de ces essences et des CDs natives ou modifiées. La stabilité de ces complexes a été mesurée par trois méthodes différentes : l’headspace statique, la spectrophotométrie UV-visible et la microcalorimétrie de titration isotherme. La réalisation d’adsorbants à base de cyclodextrines a été effectuée en utilisant des polymères de cyclodextrine synthétisés à partir de l’épichlorhydrine ainsi que des matériaux hybrides de type CM-β-CD/LDH. L’efficacité des désodorisants obtenus a été évaluée en mesurant la durée de libération des composés odorants. / The objective of this thesis was to develop air fresheners from various natural essences. Those must be efficient in the improvement of working atmosphere microclimate. A fundamental study on the optimization of extraction of natural essences andidentification of components of these essences was performed by GC/MS. We have also studied the process of molecular recognition between the major components of these essences and native or modified CDs. The stability of these complexes was measured by three different methods: static headspace, UV-visible spectrophotometry and isothermal titration microcalorimetry.The realization of adsorbents supports based on cyclodextrins was carried out by using cyclodextrin polymers synthesized from epichlorohydrin and hybrid materials of CM-β-CD/LDH type. The efficiency of air fresheners was evaluated by measuring the release time of odorous compounds.

Durant les dernières décennies, les composites polymères renforcés par des fibres végétales ont reçu une attention importante de la part des scientifiques. L’utilisation de fibres végétales permet en effet d’améliorer les performances environnementales de ces matériaux tout en atteignant des propriétés spécifiques plus élevées. Néanmoins, un verrou majeur freine encore le développement de ces matériaux. En effet, leur sensibilité au vieillissement hydrique, due à leur caractère hydrophile, restreint leur utilisation. Dans ce contexte, nous proposons, dans le cadre de cette thèse, d’analyser l’effet du vieillissement hydrique sur le comportement statique et dynamique, d’identifier et suivre les mécanismes d’endommagement d’une structure sandwiche biosourcée et ses constituants. Les composites utilisés sont constitués d'une résine greenpoxy associée à des fibres de lin et à une âme en liège pour les sandwichs. Dans la première partie, nous avons étudié le comportement en statique et en dynamique de la résine, du composite, des âmes et des sandwichs. Cette étude a conduit d’une part à la détermination des caractéristiques mécaniques et à l’identification et le suivi des mécanismes d’endommagement par émission acoustique et observations microscopiques et d’autre part à la détermination des caractéristiques dynamiques. Dans la deuxième partie, nous avons analysé la cinétique de diffusion d'eau dans la résine, les peaux, les âmes et les sandwichs par identification de leurs paramètres de diffusion par le modèle de Fick. En suite, nous sommes intéressés à l’impact du vieillissement hydrique sur le comportement et les propriétés mécaniques des sandwichs et ses constituants. / In recent decades, polymer composites reinforced with plant fibers have received significant attention from scientists. The use of reinforcing vegetable fibers makes it possible to improve the environmental performance of these materials reaching higher specific properties. Nevertheless, a major lock still hinders the development of these materials. Indeed, their sensitivity to water ageing, due to their hydrophilic nature, restricts their use. In this context, we propose, as part of this thesis, to analyze the effect of water ageing on static and dynamic behavior, to identify and monitoring the damage mechanisms of a sandwich structure biobased and its constituents. The composites used consist of a greenpoxy resin associated with flax fibers and a cork core for sandwich materials. In the first part of this work, we studied the static an dynamic behavior of the resin, the composites, cores and sandwich structures. This study led on the one hand to the determination of the mechanical characteristics and to the identification and the follow-up of the mechanisms of damage by acoustic emission and microscopic observations and on the other hand to the determination of the dynamic characteristics. In the second part, we first analyzed the kinetics of water diffusion in resin, skins, cores and sandwichs by identification of their diffusion parameters by the Fick model approach. Then, we are interested in the impact of water ageing on the behavior and mechanical properties iof sandwichs and its constituents.

Le vieillissement statique est un concept important dans la métallurgie qui se réfère à un durcissement de la matière ayant subi une déformation plastique et est ensuite vieilli pendant une certaine période de temps. La théorie proposée dans les années 1940 par Cottrell et Bilby explique ce phénomène comme étant causé par l'épinglage des dislocations par les impuretés (par exemple, les atomes de carbone en solution solide) qui migrent au voisinage du défaut de ligne. Au cours de ce travail de thèse, le mécanisme atomistique responsable du phénomène du vieillissement statique dans le fer alpha a été étudié par des simulations numériques. Etant donné que la diffusion à l'état solide se déroule lentement, l'utilisation de la dynamique moléculaire à basse température (lorsque l'effet du champ de contraintes sur la dislocation de diffusion du carbone est plus prononcé) a été évitée, et nous avons utilisé préférentiellement le couplage de la statique moléculaire avec le Monte-Carlo cinétique atomistique. Trois points principaux ont été abordés dans cette thèse: (i) l'effet du champ de contraintes d'une dislocation coin ou vis sur un atome de carbone qui diffuse à proximité, (ii) la diffusion de l'atome de carbone dans le cour de la dislocation («pipe diffusion»), et (iii) la distribution d'équilibre des atomes de carbone dans une atmosphère de Cottrell. Le principal effet du champ de contrainte de la dislocation à l'extérieur du coeur est de biaiser la diffusion de l'impurité, de sorte que certains sauts (transitions) deviennent plus probables que d'autres. Cet effet va conduire aux premiers stades de la formation de l'atmosphère de Cottrell, lorsque l'interaction mutuelle entre atomes de carbone est négligeable. Au cœur de la dislocation, comme prévu, nos résultats indiquent que le carbone diffuse plus vite que dans le volume. La concentration de carbone dans le voisinage d'une dislocation coin ou vis a été modélisée par une approche de physique statistique en utilisant les énergies de liaison calculées par la statique moléculaire. Cette approche est en bon accord avec les données expérimentales. / Static strain aging is an important concept in metalurgy that refers to the hardening of a material that has undergone plastic deformation and then is aged for a certain period of time. A theory proposed in the late 1940s by Cottrell and Bilby explains this phenomenon as being caused by the pinning of dislocations by impurities (e.g., carbon atoms in solid solution) that migrate to the vicinity of the line defect. In the course of this PhD work, the atomistic mechanism behind the static strain aging phenomenon in bcc iron has been studied by means of computer simulations. Given the fact that diffusion in the solid state proceeds slowly, thus preventing the use of molecular dynamics at low temperatures (when the effect of the dislocation stress field on carbon diffusion is more pronounced), we have preferentially employed a method coupling molecular statics with atomistic kinetic Monte Carlo. Three major points have been addressed by this thesis: (i) the effect of the stress field of an edge or screw dislocation on a carbon atom diffusing nearby; (ii) the diffusion of a carbon atom in the tight channel found in the dislocation core (pipe diffusion); and (iii) the equilibrium carbon distribution in a Cottrell atmosphere. The main effect of the dislocation stress field outside the dislocation core consists of biasing carbon diffusion, such that some transitions become more likely than others. This effect is expected to drive the early stages of Cottrell atmosphere formation, when the mutual interaction between carbon atoms is negligible. Right in the dislocation core, as expected, carbon was seen to diffuse faster than in the bulk. Carbon concentration in the neighborhood of an edge or a screw dislocation was modeled by an approach based in statistical physics using the binding energies calculated by molecular statics, revealing a good agreement with experimental data obtained by atom probe techniques.

Les attaques par canaux cachés sont une forme d'attaque particulièrement dangereuse. Dans cette thèse, nous nous intéressons au canal caché temporel. Un programme est dit ''constant-time'' lorsqu'il n'est pas vulnérable aux attaques par canal caché temporel. Nous présentons dans ce manuscrit deux méthodes reposant sur l'analyse statique afin de s'assurer qu'un programme est constant-time. Ces méthodes se placent dans le cadre de vérification formelle afin d'obtenir le plus haut niveau d'assurance possible en s'appuyant sur une chaîne de compilation vérifiée composée du compilateur CompCert et de l'analyseur statique Verasco. Nous proposons aussi une méthode de preuve afin de s'assurer qu'un compilateur préserve la propriété de constant-time lors de la compilation d'un programme. / Side-channel attacks are an especially dangerous form of attack. In this thesis, we focus on the timing side-channel. A program is said to be constant-time if it is not vulnerable to timing attacks. We present in this thesis two methods relying on static analysis in order to ensure that a program is constant-time. These methods use formal verification in order to gain the highest possible level of assurance by relying on a verified compilation toolchain made up of the CompCert compiler and the Verasco static analyzer. We also propose a proof methodology in order to ensure that a compiler preserves constant-time security during compilation.

Il est important que les logiciels pilotant les systèmes critiques (avions, centrales nucléaires, etc.) fonctionnent correctement — alors que la plupart des systèmes informatisés de la vie courante (micro-ordinateur, distributeur de billets, téléphone portable) ont des dysfonctionnements visibles. Il ne s'agit pas là d'un simple problème d'ingéniérie : on sait depuis les travaux de Turing et de Cook que la preuve de propriétés de bon fonctionnement sur les programmes est un problème intrinsèquement difficile.<br /><br />Pour résoudre ce problème , il faut des méthodes à la fois efficaces (coûts en temps et en mémoire modérés), sûres (qui trouvent tous les problèmes possibles) et précises (qui fournissent peu d'avertissements pour des problèmes inexistants). La recherche de ce compromis nécessite des recherches faisant appel à des domaines aussi divers que la logique formelle, l'analyse numérique ou l'algorithmique « classique ».<br /><br />De 2002 à 2007 j'ai participé au développement de l'outil d'analyse statique Astrée. Ceci m'a suggéré quelques développements annexes, à la fois théoriques et pratiques (utilisation de techniques de preuve formelle, analyse de filtres numériques...). Plus récemment, je me suis intéressé à l'analyse modulaire de propriétés numériques et aux applications en analyse de programme de techniques de résolution sous contrainte (programmation semidéfinie, techniques SAT et SAT modulo théorie).

Les plates-formes dynamiques de services (SOP, pour ?service-oriented programming') sont des environnements d'exécution génériques qui définissent un modèle d'architecture logicielle structuré: les composants communiquent par le biais d'interfaces explicites, ce qui facilite la configuration et l'évolution de ces systèmes. Les plates-formes SOP utilisent leur envi- ronnement réseau pour réaliser des tâches fonctionnelles, mais également pour améliorer leur capacité de gestion et d'évolution. Elles sont exploitées dans des contextes variés, des serveurs d'application aux systèmes embarqués médicaux ou automobiles. La flexibilité apportée par les plates-formes SOP permet l'intégration de composants de plusieurs sources aussi bien lors de la conception qu'à l'exécution. Cette tendance induit cependant un risque important. Peu d'outils existent pour évaluer la qualité des systèmes résultants, et aucun ne garantit que les composants sélectionnés ne sont pas malicieux. Dans des contextes applicatifs tels que les systèmes e-Business ou les systèmes embarqués sensibles, l'existence d'attaques n'est pas à exclure. L'assurance de sécurité logicielle (Software Security Assurance) définit des méthodes pour le développement d'applications sûres, mais se concentre sur les systèmes monolithiques. Son principe est le suivant: les vulnérabilités doivent être identifiées et résolues tôt dans le cycle de vie pour éviter les attaques lors de l'exécution et limiter les coûts de réparation. Cepen- dant, cette approche ne peut s'appliquer directement aux applications à composants, où le développement n'est pas nécessairement contrôlé par l'intégrateur, et où l'intégration peut avoir lieu à l'exécution de manière automatisée. Nous proposons par conséquent de réaliser une analyse de sécurité pour une plate-forme SOP de référence, la plate-forme OSGi, et de fournir des mécanismes de protection adaptés aux besoins ainsi identifiés. L'analyse de sécurité de la plate-forme OSGi est réalisée par une méthode spécifique, SPIP , le Processus Spirale de Prévention d'Intrusion (Spiral Process for Intrusion Prevention). Elle permet l'évaluation des vulnérabilités du système cible et de la protection apportée par les mécanismes de sécurité associés. Le résultat de l'analyse est : les vulnérabilités de la plate-forme Java/OSGi, et les vulnérabilités des composants SOP Java. Plusieurs mécanismes de protection sont développés pour prévenir l'exploitation des vul- nérabilités identifiées. Ils sont implémentés dans la plate-forme elle-même et au niveau des composants. OSGi Robuste (Hardened OSGi) est un ensemble de recommandations pour la mise en oeuvre de plates-formes OSGi résistantes. CBAC, le contrôle d'accès basé composants (Component-based Access Control) est un mécanisme de contrôle d'accès qui vérifie lors de l'installation qu'un composant n'exécute que les appels explicitement autorisés. Son objectif est d'être plus flexible que le gestion de sécurité Java, de garantir que seuls les composants valides soient installés et de réduire autant que possible le coût de vérification en terme de performance. WCA, l'analyse de composants faibles (Weak Component Analysis), est un outil pour identifier les vulnérabilités exploitables dans les composants SOP selon l'exposition des classes: les objets partagés tels les services SOP, les classes partagées et les classes internes des composants ne sont pas concernés par les mêmes vulnérabilités. Nos propositions sont validées par leur intégration avec une JVM sécurisée dédiée aux applications OSGi, la JnJVM. Les propriétés de sécurité de l'environnement ainsi réalisé sont encourageantes.

La thèse traite, à l'aide de modèles simples, quelques phénomènes présents en mécanique de la rupture en dynamique et en milieu hétérogène. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux phénomènes de propagation brutale sous chargement quasi-statique (on entend par chargement quasi-statique, lorsque la vitesse du chargement tend vers 0). Pour cela nous avons développé un modèle de décollement de film (soumis à un déplacement imposé) à travers une interface ayant une discontinuité de ténacité. Le film commence par se décoller de façon stable, puis lorsqu'il se décolle à travers la discontinuité de ténacité, le décollement devient brutal sur une certaine longueur. La solution dynamique du modèle a été développée et nous avons obtenu que lorsque le chargement du film devient quasi-statique alors la solution dynamique converge en tous points vers une solution quasi-statique particulière que l'on nomme "métastable". Dans un deuxième temps, nous avons cherché à construire le même résultat pour une structure 2D présentant une discontinuité de ténacité à travers le trajet de fissuration. Pour cela nous avons utilisé un algorithme de type déboutonnage de noeuds pour construire la solution dynamique. Nous avons obtenu que la longueur de la propagation brutale donnée par l'approche numérique est plus faible que celle obtenue avec la solution "métastable". Ces différentes considérations nous ont permis d'introduire quelques grandeurs couramment utilisées dans l'industrie comme la ténacité à l'arrêt.<br> Dans un troisième temps nous avons cherché à analyser l'influence d'un défaut sur la propagation d'une fissure. Pour cela nous avons utilisé le modèle de film précédemment défini et la discontinuité de ténacité a été remplacé par un défaut. On montre que le décollement du film est brutal à travers le défaut, redevient stable en sortie de défaut et converge (lorsque la vitesse du chargement tend vers zéro) vers une courbe limite que l'on nomme "couche limite". Ensuite après un temps suffisamment long, la couche limite regagne la solution quasi-statique. Nous avons montré que cette couche limite peut s'interpréter d'un point de vue énergétique par un mécanisme de relaxation de l'énergie cinétique. Différentes interprétations de ce phénomène en statique et en dynamique sont présentées et en paticulier des ténacités apparentes sont introduites. Dans un quatrième temps nous nous sommes intéressés à l'influence d'un milieu contenant une infinité de défauts. Le même modèle de film est utilisé avec une infinité de défauts. Différentes solutions quasi-statiques sont présentées, en particulier la solution métastable et celle obtenue avec une approche de type minimum global de l'énergie. En dynamique deux approches différentes sont étudiées: une première qui permet de construire la solution limite (lorsque la vitesse du chargement tend vers zéro) et une seconde plus directe et qui consiste à prendre en compte toutes les ondes. Pour la seconde méthode, un passage à la limite (vitesse de chargement) sera effectué de façon numérique. Au final on obtient que lorsque la taille des défauts tend vers zéro et que le chargement devient quasi-statique alors une ténacité équivalente du milieu apparait.

Par "approche langage" on entend désigner une approche qui s'exprime, soit dans un langage de programmation, soit par un langage de programmation.<br />Les approches qui s'expriment dans le langage ne font appel à aucun formalisme éloigné (e.g. sémantique). Le langage de programmation est l'unique cadre de travail pour exprimer le problème, le résoudre et appliquer la solution. Nous montrons :<br /><br />- comment la compilation des langages fonctionnels peut s'exprimer dans le langage lui-même par transformation de programme. Ce cadre unifié permet de décrire, prouver, comparer et classifier la plupart des mises en œuvre de langages fonctionnels,<br /><br />- deux optimisations de l'implémentation des langages fonctionnels (une analyse de globalisation et un GC étendu) qui reposent sur la syntaxe et le type des expressions.<br /><br /><br /> Pour les approches qui s'expriment par un langage de programmation, il s'agit de prévenir le problème ou d'assurer une propriété via l'utilisation d'un langage (ou d'une discipline de programmation). Nous illustrons ce style d'approche par trois exemples :<br /><br /><br />- les types graphes qui permettent de définir et vérifier le partage des structures de données à pointeurs,<br /><br />- un langage dédié au parallélisme qui garantit une analyse de coût précise et un choix automatique de la meilleure distribution,<br /><br />- un style de programmation par aspects qui permet d'imposer automatiquement des propriétés aux programmes.

La durée d'exploitation des ouvrages de stockage souterrain, en particulier de déchets radioactifs, dépasse de très loin les échelles de temps habituelles en génie civil et rend donc leur dimensionnement délicat. Pour ces projets de construction, la prise en compte du temps devient primordiale et la prévision des déformations irréversibles à long terme est indispensable pour assurer leur pérennité et leur sûreté. Dans ce but, les études expérimentales et modélisations numériques du comportement différé tentent d'évaluer, à proximité de la cavité, l'extension de la zone endommagée, EDZ (Excavation Damage Zone) et surtout de prévoir son évolution dans le temps. Au cours de cette thèse, nous avons étudié, au moyen d'essais de fluage de longue durée et d'essais de chargement à vitesse lente, la viscosité de trois roches argileuses : l'argilite du Callovo-Oxfordien, l'argilite de Tournemire et la marne du Mont d'Or. Etant données leur aptitude au fluage, leur très faible perméabilité et leur forte capacité de rétention des radioéléments, ces trois roches ont les qualités essentielles pour constituer de potentielles couches hôtes pour les stockages de déchets radioactifs. Le but de cette étude est de mieux comprendre les mécanismes régissant le développement des déformations et de l'endommagement différés de ce type de roche. A l'échelle de la microstructure, ces déformations sont dues à des mouvements irréversibles des défauts du réseau cristallin (dislocations). L'étude expérimentale a donc été complétée par une analyse microstructurale sur lames minces des échantillons testés. En simulant analytiquement le comportement mécanique des trois roches étudiées, les résultats de l'étude expérimentale nous ont permis d'identifier les paramètres utilisés dans différents modèles viscoplastiques. La meilleure simulation du comportement a été obtenue avec un modèle prenant en compte le développement des déformations volumiques irréversibles de la roche et l'anisotropie d'endommagement.