Si certains conservent un objectif scientifique et expérimental, la plupart des projets spatiaux visent maintenant à développer des systèmes profitables soumis à de fortes contraintes opérationnelles. Dimensionner ces systèmes, "ni trop, ni trop peu", est donc un objectif majeur qui conditionne leur viabilité économique. Si trop de risques sont pris les investisseurs se feront rares, et si le système est surdimensionné son coût peut être également rapidement dissuasif. Dans ce contexte, l'étude de la Disponibilité Opérationnelle en phases d'avant-projet donne certains critères précieux pour évaluer le compromis coût / prise de risque et permet ainsi de guider très tôt certains choix de conception. Cependant la complexité et la taille croissante de ces systèmes ont rapidement mis en évidence certaines limites des méthodes classiques d'évaluation de cette grandeur. La théorie des réseaux de Petri, riche d'une trentaine d'années de recherche et principalement appliquée à l'analyse, l'évaluation et la commande des systèmes distribués, offre des perspectives intéressantes pour dépasser ces limites. La principale contribution de ce travail mené au sein de l'Agence française de l'Espace et d'un industriel du spatial a été de favoriser son utilisation pour l'étude de la Disponibilité Opérationnelle de système spatiaux complexes et dans le cadre très concret des phases d'avant-projets. On a tout d'abord justifié l'intérêt que les réseaux de Petri présentent tant pour la modélisation que pour l'évaluation de tels systèmes par comparaison aux approches classiques. Puis on a illustré leur utilisation sur des programmes bien réels et dans le cadre d'un travail intégré avec les équipes projets. Enfin, on a proposé les bases d'une démarche de modélisation orientée application dont le but est d'aider des non spécialistes à concevoir aisément des modèles de systèmes complexes. Ce sont ces trois grandes étapes qui sont ici présentées.

Dans cette thèse, nous proposons une méthode générique de développement d‘applications de géosimulation, en 2D et 3D, de divers phénomènes ou comportements complexes (exp. comportements humains) dans des environnements géographiques. Notre travail vise à résoudre quelques problèmes dans le domaine de la simulation informatique et, plus particulièrement, dans le domaine de la simulation multiagent. Les principaux problèmes que nous visons à résoudre dans cette thèse sont: - Absence de méthodes génériques de développement de simulations multiagent de phénomènes ou comportements dans des environnements géographiques. - Manque de techniques de collecte et d’analyse des données spatiales et non-spatiales : (1) données en entrée de la géosimulation multiagent (qui sont utilisées pour alimenter la simulation) ou (2) données en sortie de la géosimulation (qui sont générées par cette simulation). - Absence d’un prototype de géosimulation qui peut être, à la fois, ‘réaliste’ et ‘utile’ pour simuler le comportement du magasinage des êtres humains dans un environnement georéférencé représentant un centre commercial. L’idée principale de notre thèse consiste en: (1) la création d’une méthode générique de développement de géosimulations multiagents, en 2D et 3D, des phénomènes complexes (impliquant par exemple des êtres humains) dans des environnements géographiques et (2) l’application de cette méthode en utilisant le comportement de magasinage dans un centre commercial comme cas d’illustration. Cette méthode contient dix étapes qui sont résumées comme suit : Les trois premières étapes ont pour objectifs de (1) définir les besoins des utilisateurs finaux de la géosimulation, (2) d’identifier les caractéristiques du phénomène à simuler ainsi que celles de son environnement, et (3) de créer un modèle à base d’agents représentent le phénomène à simuler ainsi que son environnement. La quatrième étape vise à sélectionner l’outil de simulation qui va être utilisé pour exécuter les modèles de simulation. Dans la cinquième étape, nous collectons les données spatiales et non-spatiales qui doivent servir à alimenter les modèles de géosimulation. Dans cette étape nous effectuons quelques analyses des données collectées afin de déterminer quelques patrons de comportement du phénomène à simuler. Dans la sixième étape, nous développons le prototype de géosimulation en exécutant les modèles de géosimulation dans la plateforme sélectionnée tout en utilisant les données qui ont été collectées et analysées. Dans la septième étape, nous utilisons une autre fois la technologie multiagent afin de collecter des données spatiales et non-spatiales en sortie de la géosimulation. Ces données contiennent des informations pertinentes concernant le déroulement de la géosimulation. Dans cette étape nous utilisons diverses techniques d’analyse de données spatiales et non-spatiales afin d’analyser ces données. Dans l’illustration de notre méthode nous avons proposé l’utilisation de techniques d’analyse suivantes: techniques/outils statistiques et mathématiques traditionnelles (ou classiques), notre propre technique/outil et d’analyse des données spatiales et non-spatiales, les techniques d’analyse OLAP (On Line Analytical Processing) et SOLAP (Spatial On Line Analytical Processing). Afin d’assurer la fiabilité des modèles de simulation, nous proposons dans notre méthode une huitième étape qui vise à vérifier et valider les modèles de géosimulation. Dans la neuvième étape, nous testons et nous documentons le prototype de géosimulation. Finalement, dans la dixième étape, les utilisateurs finaux peuvent utiliser la géosimulation multiagent comme outil d’aide à la décision. Ces décisions peuvent concerner le phénomène à simuler ou la configuration spatiale de son environnement. Les principales contributions de cette thèse sont : - Une nouvelle méthode de développement d’applications de géosimulation multiagent, en 2D et 3D, des phénomènes complexes (tels que ceux qui impliquent des comportements humains) dans des environnements géographiques. - Quelques modèles représentant le comportement du magasinage dans un centre commercial qui se basent sur une recherche bibliographique solide dans divers domaines de recherche: Une version intégrée du modèle du comportement du magasinage dans un centre commercial, Deux versions du modèle multiagent du comportement du magasinage (la première est indépendante de la plate-forme qui va être utilisée pour exécuter la simulation et la deuxième est dépendante). - Une application de la méthode proposée en utilisant le comportement du magasinage dans un centre commercial comme cas d’illustration. Le cas de test qui a servi pour développer le prototype de simulation est le centre commercial Square One (Toronto). Ce prototype ‘réaliste’ et ‘utile’ est intitulé Mall_MAGS. - Une technique à base de questionnaire pour collecter des données spatiales et non-spatiales qui servent à alimenter des géosimulations. - Un outil qui permet de saisir, simultanément, des données spatiales et non-spatiales qui vont alimenter des géosimulations. - Une technique à base d’agents qui sert à collecter des donnees spatiales et non-spatiales en provenance de la géosimulation en utilisant le paradigme d’agents, ainsi qu’un outil d’analyse de ces données. - Un couplage des techniques d’analyse et d’exploration de données OLAP (On Line Analytical Processing)/SOLAP (Spatial On Line Analytical Processing) et de notre prototype de géosimulation du comportement du magasinage des êtres humains dans un centre commercial. Ce couplage sert à analyser et à explorer les données générées par ce prototype. / In this thesis, we propose a generic method to develop 2D and 3D multiagent geosimulation of complex behaviors (human behaviors) in geographic environments. Our work aims at solving some problems in the field of computer simulation in general and the field of multiagent simulation. These problems are are: - The absence of methods to develop 2D-3D multiagent simulation of phenomena in geographic environments. - The absence of gathering and analysis techniques that can be used to collect and analyze spatial and non-spatial data to feed the geosimulation models (input data) and to analyze data generated by geosimulations (output data). - The absence of a ‘realistic’ and ‘useful’ geosimulation prototype of customer’s shopping behavior in a mall. The main idea of our work is to create a generic method to develop 2D and 3D multiagent geosimulations of phenomena in geographic environments. This method contains ten steps, which are summarized as follows: The first three steps of the method aim to (1) define the geosimulation users’ needs, (2) identify the characteristics of the phenomenon to be simulated, as well as its environment, and (3) create the geosimulation models using the multiagent paradigm. The fourth step aims to select the simulation tool/environment/language that is used to develop the geosimulation. In step five, we collect the data which feeds the geosimulation models. In this step, we analyze the collected information in order to define some patterns of the behaviors of the phenomenon to be simulated. In the sixth step, we develop the geosimulation prototype, on the selected simulation platform, using the collected data. In step seven, we collect information about the course of the simulation, once again using the multiagent paradigm. In this step, we deal with the non-spatial and spatial data, generated by the simulation using several analysis techniques: Classical or traditional analysis techniques, our own analysis technique/tool, and the OLAP (On Line Analytical Processing) and SOLAP (Spatial On Line Analytical Processing) technique. In order to ensure the correctness of the simulation models, as well as to enhance the confidence of the simulation users, we need to verify and validate the simulation models. The verification and validation are the purpose of the eighth step of our method. In the ninth step, we test and document the simulation, while in the last step users can use the multiagent geosimulator in order to make efficient spatial decisions about the phenomenon to be simulated or about the configuration of the simulated environment. The main contributions of this thesis are: - A new method to develop 2D-3D multiagent geosimulations of complex behaviors (human behaviors) in geographic environments. - Some models dealing with the shopping behavior in a mall: an initial version of the shopping behavior model based upon a large literature review, an initial version of the multiagent model which is independent of the tool used to execute the simulation, and an agent-based model created according to the selected platform used to develop the geosimulation. All these models are related to the individual shoppers and to the simulated environment representing the mall. - An illustration of the method using the shopping behavior in a mall as a case study and the Square One mall in Toronto as a case test. This gave birth to a ‘realistic’ and ‘useful’ geosimulation prototype called Mall_MAGS. - A new survey-based technique to gather spatial and non-spatial data to feed the geosimulation models. - A tool to digitalize the spatial and non-spatial gathered data. - A new agent-based technique to collect output data from the geosimulation prototype. - A new analysis technique and tool to analyze spatial and non-spatial data generated by the geosimulation. - A coupling of the OLAP (On Line Analytical Processing) and SOLAP (Spatial On Line Analytical Processing) analysis techniques with the shopping behavior geosimulation prototype in order to explore and analyze the geosimulation outputs.

La planification devient complexe quand il s’agit de gérer des situations incertaines. Prédire de façon précise est une tâche fastidieuse pour les planificateurs humains. L’approche Simulation-Based Planning consiste à associer la planification à la simulation. Chaque plan généré est simulé afin d’être testé et évalué. Le plan le plus approprié est alors retenu. Cependant, le problème est encore plus complexe lorsque viennent s’ajouter des contraintes spatiales. Par exemple, lors d’un feu de forêt, des bulldozers doivent construire une ligne d’arrêt pour arrêter la propagation des feux. Ils doivent alors tenir compte non seulement de l’avancée des feux mais aussi des caractéristiques du terrain afin de pouvoir avancer plus facilement. Nous proposons une approche de géosimulation basée sur les agents et qui a pour but d’assister la planification dans un espace réel, à large échelle géographique et surtout à forte composante spatiale. Un feu de forêt est un problème typique nécessitant une planification dans un monde réel incertain et soumis à de fortes contraintes spatiales. Nous illustrons donc notre approche (nommée ENCASMA) sur le problème des feux de forêts. L’approche consiste à établir un parallélisme entre l’Environnement Réel ER (p.ex. une forêt incendiée) et un Environnement de Simulation ES (p.ex. une reproduction virtuelle de la forêt incendiée). Pour garantir un niveau acceptable de réalisme, les données spatiales utilisées dans l’ES doivent absolument provenir d’un SIG (Système d’information Géographique). Les planificateurs réels comme les pompiers ou les bulldozers sont simulés par des agents logiciels qui raisonnent sur l’espace modélisé par l’ES. Pour une meilleure sensibilité spatiale (pour tenir compte de toutes les contraintes du terrain), les agents logiciels sont dotés de capacités avancées telles que la perception. En utilisant une approche par géosimulation multiagent, nous pouvons générer une simulation réaliste du plan à exécuter. Les décideurs humains peuvent visualiser les conséquences probables de l’exécution de ce plan. Ils peuvent ainsi évaluer le plan et éventuellement l’ajuster avant son exécution effective (sur le terrain). Quand le plan est en cours d’exécution, et afin de garantir la cohérence des données entre l’ER et l’ES, nous gardons trace sur l’ES des positions (sur l’ER) des planificateurs réels (en utilisant les technologies du positionnement géoréférencé). Nous relançons la planification du reste du plan à partir de la position courante de planificateur réel, et ce de façon périodique. Ceci est fait dans le but d’anticiper tout problème qui pourrait survenir à cause de l’aspect dynamique de l’ER. Nous améliorons ainsi le processus classique de l’approche DCP (Distributed Continual Planning). Enfin, les agents de l’ES doivent replanifier aussitôt qu’un événement imprévu est rapporté. Étant donné que les plans générés dans le cas étudié (feux de forêts) sont essentiellement des chemins, nous proposons également une approche basée sur la géosimulation orientée agent pour résoudre des problèmes particuliers de Pathfinding (recherche de chemin). De plus, notre approche souligne les avantages qu’apporte la géosimulation orientée agent à la collaboration entre agents humains et agents logiciels. Plus précisément, elle démontre : • Comment la cognition spatiale des agents logiciels sensibles à l’espace peut être complémentaire avec la cognition spatiale des planificateurs humains. • Comment la géosimulation orientée agent peut complémenter les capacités humaines de planification lors de la résolution de problèmes complexes. Finalement, pour appliquer notre approche au cas des feux de forêts, nous avons utilisé MAGS comme plate-forme de géosimulation et Prometheus comme simulateur du feu. Les principales contributions de cette thèse sont : 1. Une architecture (ENCASMA) originale pour la conception et l’implémentation d’applications (typiquement des applications de lutte contre les désastres naturels) dans un espace géographique réel à grande échelle et dynamique. 2. Une approche basée sur les agents logiciels pour des problèmes de Pathfinding (recherche de chemin) particuliers (dans un environnement réel et à forte composante spatiale, soumis à des contraintes qualitatives). 3. Une amélioration de l’approche de planification DCP (plus particulièrement le processus de continuité) afin de remédier à certaines limites de la DCP classique. 4. Une solution pratique pour un problème réel et complexe : la lutte contre les feux de forêts. Cette nouvelle solution permet aux experts du domaine de mieux planifier d’avance les actions de lutte et aussi de surveiller l’exécution du plan en temps réel. / Planning becomes complex when addressing uncertain situations. Accurate predictions remain a hard task for human planners. The Simulation-Based Planning approach consists in associating planning and simulation. Each generated plan is simulated in order to be tested and evaluated. The most appropriate plan is kept. The problem is even more complex when considering spatial constraints. For example, when fighting a wildfire, dozers build a firebreak to stop fire propagation. They have to take into account not only the fire spread but also the terrain characteristics in order to move easily. We propose an agent-based geosimulation approach to assist such planners with planning under strong spatial constraints in a real large-scale space. Forest fire fighting is a typical problem involving planning within an uncertain real world under strong spatial constraints. We use this case to illustrate our approach (ENCASM). The approach consists in drawing a parallel between the Real Environment RE (i.e. a forest in fire) and the Simulated Environment SE (i.e. a virtual reproduction of the forest). Spatial data within the SE should absolutely come from a GIS (Geographic Information System) for more realism. Real planners such as firefighters or dozers are simulated using software agents which reason about the space of the SE. To achieve a sufficient spatial awareness (taking into account all terrain’s features), agents have advanced capabilities such as perception. Using a multiagent geosimulation approach, we can generate a realistic simulation of the plan so that human decision makers can visualize the probable consequences of its execution. They can thus evaluate the plan and adjust it before it can effectively be executed. When the plan is in progress and in order to maintain coherence between RE and SE, we keep track in the SE of the real planners’ positions in the RE (using georeferencing technologies). We periodically replan the rest of the plan starting from the current position of the real planner. This is done in order to anticipate any problem which could occur due to the dynamism of the RE. We thus enhance the process of the classical Distributed Continual Planning DCP. Finally, the agents must replan as soon as an unexpected event is reported by planners within the RE. Since plans in the studied case (forest fires) are mainly paths, we propose a new approach based on agent geosimulation to solve particular Pathfinding problems. Besides, our approach highlights the benefits of the agent-based geo-simulation to the collaboration of both humans and agents. It thus shows: • How spatial cognitions of both spatially aware agents and human planners can be complementary. • How agent-based geo-simulation can complement human planning skills when addressing complex problems. Finally, when applying our approach on firefighting, we use MAGS as a simulation platform and Prometheus as a fire simulator. The main contributions of this thesis are: 1. An original architecture (ENCASMA) for the design and the implementation of applications (typically, natural disasters applications) in real, dynamic and large-scale geographic spaces. 2. An agent-based approach for particular Pathfinding problems (within real and spatially constrained environments and under qualitative constraints). 3. An enhancement of the DCP (particularly, the continual process) approach in order to overcome some limits of the classical DCP. 4. A practical solution for a real and complex problem: wildfires fighting. This new solution aims to assist experts when planning firefighting actions and monitoring the execution of these plans.

"Il y a politique de l'espace parce que l'espace est politique", écrit Henri Lefebvre (2000, p. 59). Dans ce travail, nous souhaitons justement nous pencher sur cette relation et voir en quoi les enjeux de sécurité sont façonnés par des dynamiques spatiales, afin de mettre en évidence d'éventuelles logiques arctiques en matière de sécurité. Les enjeux de sécurité régionaux génèrent beaucoup de fantasmes, tant médiatiques que politiques. Avec cette recherche, nous espérons aussi participer à la déconstruction de certains de ces discours en apportant un nouvel éclairage géographique. Notre démarche s'appuie donc sur des outils provenant d'abord de la géographie et de la géopolitique, afin d'analyser l'espace arctique selon trois principales dimensions mises en avant notamment par Jacques Lévy : la métrique, l'échelle et la substance. En examinant ainsi l'espace, notre objectif est de répondre à la question suivante : comment les différentes représentations de l'espace arctique dessinent une région à plusieurs échelles et modèlent une sécurité régionale polymorphe ? En d'autres termes, dans quelle mesure les dynamiques spatiales de la sécurité dans la région traduisent-elles une organisation régionale et une spécificité qui permettrait de parler de "sécurité arctique" ? Après une analyse approfondie de la littérature et un examen détaillé des concepts et outils théoriques mobilisés dans cette thèse, le propos se divise en trois grandes parties, chacune centrée sur une dimension de l'espace. Dans la première, nous nous intéressons donc à la métrique et disséquons les enjeux politiques derrière la construction de l'échelle arctique. Appuyés sur les stratégies arctiques publiées par tous les acteurs impliqués dans la région, nous avons regardé comment l'Arctique était défini dans chacune d'elle et montré les enjeux politiques sous-tendus par cette région à géométrie variable. Dans la seconde, nous nous penchons sur la substance et auscultons l'articulation de la sécurité régionale. Nous utilisons notamment l'analyse thématique par le biais d'un codage systématique de tous les documents de politique arctique publiés, afin de voir comment la sécurité est envisagée. Après avoir mis en évidence cinq principaux thèmes qui structurent la sécurité régionale -- les changements climatiques, les enjeux autochtones, les questions de développement économique, les questions de gouvernance et bien sûr les enjeux de sécurité traditionnelle -- nous regardons comment chacun se décline, dans le temps et dans l'espace. Nous étayons notre analyse par un examen de l'articulation de ces grands thèmes et de leurs déclinaisons entre eux, afin de souligner les logiques régionales. La dernière partie nous permet, enfin, d'établir le lien entre nos parties, en analysant les échelles de la sécurité. Car si l'on entend beaucoup parler de sécurité arctique, on ne se questionne que peu sur la dimension arctique de cette sécurité, toute l'analyse se centrant sur le sens que revêt la sécurité dans cette région. Nous mettons en avant que les deux éléments doivent être considérés de pair et que si l'on veut comprendre la sécurité arctique, il faut d'abord cerner ce que l'on entend par Arctique. Toujours appuyés sur les stratégies arctiques, nous interrogeons donc ces échelles, et précisons comment elles s'articulent. Car si nous insistons sur le fait qu'il existe finalement peu d'enjeux qui soient régionaux en soi, la région demeure intégrée dans des logiques à plus petite et plus grande échelle. C'est alors cette articulation scalaire qu'il importe de mettre en avant, afin de pouvoir répondre à notre question et mettre en lumière la dimension arctique de la sécurité. / "There are politics of space because space is political," writes Henri Lefebvre (2000, p. 59). In this work, we examine this relationship and outline how security issues are shaped by spatial dynamics, in order to highlight a possible regional logic. Arctic security issues generate a lot of media and political misrepresentations. With this research, we also hope to participate in the deconstruction of some of these narratives by providing a new geographical perspective. Our approach is therefore primarily based on geography and geopolitics, analyzing the Arctic according to the three main dimensions of space, as put forward by Jacques Lévy: metrics, scale and substance. By focusing on space, we aim at answering the following question: how the different representations of the Arctic draw a region with variable geometry and model a multifaceted regional security? In other words, to what extent do the spatial dynamics of security in the region reflect a regional organization and specificity that would allow us to speak of "Arctic security"? After an in-depth analysis of the literature and a detailed examination of the concepts and theoretical tools used in this research, the thesis is divided into three main parts, each centred on one dimension of space. In the first section, we focus on metrics and dissect the political issues behind the construction of the Arctic scale. Based on the Arctic strategies published by all actors involved in the region, we surveyed how the Arctic was defined in each of them and showed the political stakes underlying this region with variable geometry. In a second step, we consider the substance and examine the articulation of regional security. In particular, we use thematic analysis through systematic coding of all released Arctic policy documents to see how security is depicted. After highlighting five main themes that structure regional security--climate change, indigenous issues, economic development, governance, and, of course, traditional security--we detail how each one plays out over time and space. We support our analysis by examining the articulation of these main themes and their interrelationships, in order to highlight a regional logic. The last part allows us, finally, to establish links between our parts, by analyzing the scales of security. Although we hear a lot about Arctic security, there is little discussion of the Arctic dimension of this security, as analyses usually focus on the meaning of security in the region. We argue that the two elements must be considered together and that if we want to understand Arctic security, we must first identify what we mean by "the Arctic." Still based on Arctic strategies, we thus question these scales and specify how they are articulated. If we insist on the fact that there are few issues that are actually regional themselves, the region remains integrated into smaller and larger scale logics. It is then this scalar articulation that is important to put forward, in order to be able to answer our question and underscore the Arctic dimension of arctic security.

Les lanceurs spatiaux actuels, et en particulier Ariane 5, utilisent le réseau déterministe MIL-STD-1553B. Compte tenu des nouveaux objectifs de réduction des coûts et de la masse du système global ainsi que du support de trafic de télémesure multimédia, cette technologie n'est plus forcément optimale. Parmi les différents candidats de remplacement, cette thèse met en évidence les capacités du standard Ethernet à répondre à ces nouveaux objectifs tout en s'appuyant sur une utilisation de composants matériels et d'outils de développement existants à moindre coût (COTS). La première contribution porte sur l'évaluation de performances temporelles des architectures commutées. Les travaux mettent ainsi en évidence les gains et limites liés au choix d'une part du mode de communication (de maître/esclaves à producteurs/consommateur) et d'autre part à une future distribution de l'avionique. Pour cela, cette étude s'appuie sur une évaluation déterministe des délais de bout en bout par calcul réseau, simulations et expérimentations. Ces résultats ont été validés pour deux architectures commutées pour un scénario représentatif des vols actuels. La seconde contribution concerne l'amélioration de la disponibilité du système de communication. Il est proposé une stratégie de reconfiguration "temps réel" des chemins par supervision active du réseau. Dans le cadre d'exigences critiques, il est également proposé l'utilisation d'arbres couvrants multiples permettant d'anticiper la défaillance d'éléments d'interconnexion. Enfin, le choix d'architectures commutées et segmentées ne permet plus d'observer en tout point le réseau comme sur un bus. Pour cela, cette thèse met en avant les conditions et performances dans lesquelles un protocole de synchronisation d'horloges pourra contribuer à générer à partir de plusieurs points de captures une trace unique des échanges sur le réseau. Ce travail permettra d'identifier les tests pour une future validation du standard Ethernet pour les lanceurs spatiaux / Current space launchers, and particularly Ariane 5, use the deterministic network MIL-STD-1553B. According to the new objectives of cost and system mass reduction and of multimedia traffic support, this technology is not optimal anymore. Among the potential candidates, this thesis highlights the fact that such objectives can be achieved through the use of Ethernet standard based on components-on-the-shelf. The first contribution focuses on time performance evaluation of switched architectures. The gain and limits related to the communication mode (from master/slaves to producers/consummers) and future avionic distribution are studied. This study relies on a deterministic evaluation of the end-to-end delay by using network calculus, simulations and experiments. These results are validated with two switched architectures by using a scenario considered as representative of current flights. The second contribution is the network availability improvement. A real-time path reconfiguration strategy is proposed through active network supervision. Based on critical requirements, it is also suggested to use multiple spanning-trees for anticipating network element failures. The last contribution deals with the issue that in switched and segmented architectures it is not possible to collect all the traffic as in a bus. In order to do so, this thesis introduces the configurations under which a clock synchronization protocol could contribute to generate a single network trace from many collecting points. This work will enable to identify the tests for a future Ethernet standard validation in the framework of space launchers

Titre de l'écran-titre (visionné le 24 juillet 2023) / Les flux de données de capteurs constituent de nos jours un mécanisme fondamental fournissant aux systèmes d'information et d'aide à la décision, des données d'observation sur les phénomènes d'intérêt. Ces flux de données de capteurs sont largement utilisés pour de nombreuses applications telles que la surveillance industrielle, les interventions en cas de catastrophe, les accidents radioactifs, le contrôle de la qualité de l'air, et bien d'autres applications. La modélisation et le calcul quasi instantané d'informations spatiotemporelles sur de tels phénomènes environnementaux dynamiques sont nécessaires pour une meilleure compréhension desdits phénomènes et une prise de décision plus efficace. La plupart des approches de modélisation des phénomènes continus sont développées en supposant que les limites de tels phénomènes sont nettes, alors que de nombreux phénomènes environnementaux tels que la poussière, le bruit ou la pollution par les gaz ou les incendies de forêt ont des limites spatiales vagues. Par conséquent, il n'est généralement pas possible de détecter directement les limites des phénomènes surveillés à partir des mesures des capteurs, car ces derniers sont soit dispersés de manière aléatoire sur la zone surveillée, soit ils suivent un modèle particulier dont la localisation coïncide rarement avec les limites des phénomènes surveillés. La faible portée spatiale des observations faites par les capteurs amplifie le niveau d'imprécision spatiale qui caractérise les données des réseaux de capteurs. Par conséquent, une collaboration exempte de toute ambigüité sémantique est requise entre capteurs connectés au sein du réseau en vue d'inférer les connaissances décrivant la géométrie des phénomènes, et éventuellement les agréger pour une meilleure prise de décision. Dans un contexte de raisonnement spatial décentralisé au sein des réseaux de capteurs, assurer une collaboration transparente entre les capteurs qui peuvent être hétérogènes, permettrait de résoudre ce double niveau d'imprécision spatiale que présentent les données de réseaux de capteurs, afin de produire une meilleure représentation des phénomènes et observer leur dynamique et les interactions spatiales qui y ont lieu. L'objectif global de cette thèse est de proposer une approche de raisonnement spatial décentralisée à base de sémantique et de logique floue pour la représentation et les calculs spatiaux relatifs aux phénomènes de forme vague à partir des données du réseau de capteurs. Pour atteindre cet objectif, les objectifs spécifiques suivants ont été considérés : 1) assurer l'extraction d'objets spatiaux de type fuzzy-crisp composés d'un noyau et d'une partie conjecture, représentant les phénomènes dont les limites ne sont pas franches, à partir des données de réseaux de capteurs, 2) assurer le raisonnement et la modélisation de la dynamique d'un phénomène de forme spatiale floue décrit par des flux de données de réseau de capteurs à travers la détection décentralisée des frontières spatiotemporelles et de leur évolution ; et enfin 3) développer une approche de calcul, de modélisation et d'analyse des relations topologiques qui ont lieu entre phénomènes dont la géométrie est vague à partir d'observations au sein de réseaux de capteurs. Le développement d'une base de connaissances qui intègre la sémantique des données de capteurs, des domaines d'application, et d'objets spatiaux de type fuzzy-crisp représentant les phénomènes dont les limites sont vagues, constitue l'étape fondamentale garantissant un raisonnement sémantique décentralisé au sein des réseaux de capteurs. En plus des règles sémantiques découlant de cette base de connaissance, constituant le moteur de raisonnement des capteurs, l'usage des règles à base logique floue trivalente permet aux capteurs de statuer sur leur position relative aux frontières des phénomènes suivis et de construire leur géométrie. L'intégration de règles de raisonnement établies suivant le formalisme Event-Calculus permet aux capteurs d'inférer sur les changements affectant les limites du phénomène observé et de statuer sur sa dynamique spatiotemporelle. La détection simultanée de deux phénomènes par un capteur, peut être utilisée comme indice d'intersection de l'étendue des deux phénomènes dans la position dudit capteur. L'usage d'un modèle d'intersection intégrant les cinq parties topologiques comprenant le noyau, la conjecture et la zone extérieure et leurs frontières des objets spatiaux de type fuzzy-crisp a permis de caractériser efficacement les 44 cas de relations topologiques qui peuvent avoir lieu entre deux objets spatiaux simples de type fuzzy-crisp. Le développement de prototypes implémentés à l'aide du logiciel Netlogo pour différentes études de cas présentant des scénarios d'applications, ont été utilisées pour illustrer et évaluer la validité des approches proposées. Cette évaluation a présenté des résultats satisfaisants tant pour la modélisation de phénomènes de forme vague (représentation spatiale de pollution sonore lors du passage d'un train en zone urbaine), que pour l'analyse de la dynamique des phénomènes (évolution d'un feu de brousse) et des relations spatiales floues (relations topologiques entre un feu de brousse et une aire forestière) décrites par les données collectées par des réseaux de capteurs. / Sensor data streams are nowadays a fundamental mechanism providing information and decision systems with observational data on the phenomena of interest. These sensor data streams are widely used in many applications such as intrusion monitoring, manufacturing, disaster response, radioactive accidents, air quality monitoring, among others. Real time or near-instantaneous modelling and computation of spatiotemporal information on such dynamic environmental phenomena is necessary for a better understanding of the phenomena and more efficient decision-making. Most modelling approaches for continuous phenomena are developed assuming that the boundaries of such phenomena are sharp, whereas many environmental phenomena such as dust, noise or gas pollution or forest fires have vague spatial boundaries. Also, it is usually not possible to directly detect the boundaries of the monitored phenomena from the sensor measurements, because the sensors are either randomly scattered over the monitored area or follow a particular pattern whose location rarely coincides with the limits of the monitored phenomena. The small spatial range of observations made by sensors amplifies the level of spatial inaccuracy that characterizes data from sensor networks. Therefore, a collaboration free from any semantic ambiguity is required between sensors connected within the network in order to infer knowledge describing the geometry of phenomena, and possibly aggregate them for better decision-making. In a context of decentralized spatial reasoning within sensor networks, ensuring transparent collaboration between sensors, which may be heterogeneous, would make it possible to resolve this double level of spatial imprecision presented by sensor network data, in order to produce a better representation of observed phenomena, their dynamics and the spatial interactions that take place there. The overall objective of this thesis is to propose a decentralized spatial reasoning approach based on semantics and fuzzy logic for spatial modelling and calculations related to waveform phenomena from sensor network data. To achieve this objective, the following specific objectives were considered: 1) ensure the extraction of space objects of fuzzy-crisp type composed of a nucleus and a conjecture part, representing the phenomena whose limits are not clear , from sensor network data, 2) modeling and reasoning about the dynamics of vague shape continuous phenomena described by sensor network data streams in a decentralized spatial Computing approach, from detected spatiotemporal boundaries and their evolution, 3) develop an approach for computing, modelling and analyzing the topological relationships that take place between phenomena whose geometry is vague from observations within sensor networks. The development of a knowledge base which includes the semantics of sensor data, application domains, and that of fuzzy-crisp spatial model representing phenomena with vague boundaries, is a fundamental step to ensure seamless collaboration among sensors for decentralized semantic reasoning in sensor networks. In addition to the semantic rules derived from built knowledge base, sensors reasoning engine uses trivalent fuzzy logic rules to infer on their relative position as border nodes to monitored phenomena and to build their geometry. The integration of reasoning rules established on the basis of the Event-Calculus formalism enables sensors to infer on the changes affecting the boundaries of the observed phenomenon and also on its spatiotemporal dynamics. The simultaneous detection of two phenomena by a sensor can be used as an index of the intersection of the extent of the two phenomena at the position of the sensor. The use of an intersection model integrating the five topological parts including the core, the conjecture and the outer zone and their boundaries of the fuzzy-crisp spatial objects allowed to efficiently characterize the 44 cases of topological relations that can take place between two simple fussy-crisp spatial objects. The development of prototypes implemented with the Netlogo software which is a multi-agent system was used for different case studies of application scenario, in order to illustrate and evaluate the validity of the proposed solutions. This evaluation presented satisfactory results both for the modelling of vague phenomena (spatial representation of noise pollution around the railway in an urban area), and for the analysis of the dynamics of the phenomena from sensor network data (evolution of a bushfire) and of the fuzzy topological relations (topological relations between a bushfire and a forest area) described by the data collected sensor networks.

La fusion nucléaire contrôlée par confinement magnétique avec les réacteurs de type Tokamaks et les applications spatiales ont en commun d’utiliser des composants Haute-Fréquence (HF) sous vide à forte puissance. Ces composants peuvent être sujets à l’effet multipactor qui augmente la densité électronique dans le vide au sein des systèmes, ce qui est susceptible d’induire une dégradation des performances des équipements et de détériorer les composants du système. Ces recherches consistent à améliorer la compréhension et la prédiction de ces phénomènes. Dans un premier temps nous avons réalisé une étude de sensibilité de l’effet multipactor au rendement d’émission électronique totale (noté TEEY). Cette étude a permis de montrer que l’effet multipactor est sensible à des variations d’énergies autour de la première énergie critique et dans la gamme d’énergies entre la première énergie critique et l’énergie du maximum. De plus, les composants HF utilisés dans les réacteurs Tokamak et dans le domaine du spatial peuvent être soumis à un champ magnétique continu. Nous avons donc développé un nouveau dispositif expérimental afin d’étudier ce phénomène. Le fonctionnement du dispositif et la méthode de mesure ont été analysées et optimisées à l’aide de modélisations numériques avec le logiciel PIC SPIS. Une fois que l’utilisation du dispositif a été optimisée et que le protocole de mesures a été validé, nous avons étudié l’influence d’un champ magnétique uniforme et continu sur le TEEY du cuivre. Nous avons démontré que le rendement d’émission électronique totale du cuivre est influencé par la présence d’un champ magnétique et par conséquent également l’effet multipactor. / Space communication payload as well as magnetic confinement fusion devices, among other applications, are affected by multipactor effect. This undesirable phenomenon can appear inside high frequency (HF) components under vacuum and lead to increase the electron density in the vacuum within the system. Multipactor effect can thus disturb the wave signal and trigger local temperature increases or breakdowns. This PhD research aims to improve our understanding and the prediction of the multipactor effect. The multipactor phenomenon is a resonant process which can appear above a certain RF power threshold. To determine this power threshold, experimental tests or/and simulations are commonly used. We have made a study to evaluate the multipactor power threshold sensitivity to the TEEY. Two particular critical parameters have been found: first cross-over energy and the energies between the first cross-over and the maximum energies. In some situations, the HF components are submitted to DC magnetic fields which might affect the electron emission properties and hence the multipactor power threshold. Current multipactor simulation codes don’t take into account the effect of the magnetic field on the TEEY. A new experimental setup specially designed to investigate this effect was developed during this work. Our new experimental setup and the associated TEEY measurement technique were analysed and optimized thanks to measurements and SPIS simulations. We used the setup to study the influence of magnetic field perpendicular to the sample surface on the TEEY of copper. We have demonstrated that the magnetic field affects the copper TEEY, and hence multipactor power threshold.