Parmi les MEMS utilisés pour la navigation inertielle, on distingue les accéléromètres à poutre vibrante (Vibrating Beam Accelerometer : VBA) et les gyromètres vibrants à effet Coriolis (Coriolis Vibrating Gyro : CVG). L'ONERA développe un microgyromètre vibrant piézoélectrique à effet Coriolis appelé VIG (Vibrating Integrated Gyro). Ce gyromètre fait interagir des physiques multiples et couplées (mécanique, piézoélectricité thermique). Il est alors nécessaire d'identifier les différents phénomènes mis en jeu qui limitent les performances du système. Cette étude présente une modélisation du système, appuyée sur des campagnes de mesure (structure mécanique et architecture électronique), afin d'améliorer des performances telles que la résolution, le facteur d'échelle, et tout particulièrement la stabilité de biais. La démarche s'organise en trois étapes. Dans un premier temps, nous avons réalisé un modèle détaillé de la structure vibrante du VIG. Après une validation fonctionnelle du modèle, les aspects piézoélectriques ainsi que les couplages de la structure sont intégrés au modèle afin d'obtenir une description complète de la structure vibrante du capteur. Ensuite, nous avons modélisé l'électronique du capteur en insistant sur les amplificateurs de charges et l'erreur en quadrature du gyromètre. Enfin, la dernière partie présente une analyse des performances, réalisée à l'aide du modèle, et met en évidence le problème de la stabilité du biais en température. Ce dernier travail débouche sur le développement d'une solution technique d'amélioration de la stabilité de biais d'un facteur cinq par une compensation active des couplages.

Le problème du Consensus est reconnu comme un paradigme important pour concevoir des systèmes répartis tolérants aux défaillances. Dans un système asynchrone pure, le consensus est impossible à résoudre de manière déterministe. En enrichissant le système avec des hypothèses de synchronie, plusieurs solutions (dont le protocole Paxos) ont été proposées pour contourner ce résultat d'impossibilité. Ce travail contribue à la conception de protocoles de consensus efficaces dans un système réparti asynchrone. La proposition d'un protocole efficace appelé Paxos-MIC, qui suit l'approche Paxos et intègre deux optimisations connues, est la contribution algorithmique de cette thèse. Paxos-MIC gère une séquence d'instances de consensus et garantie la persistance de toutes les décisions. L'adaptabilité est la principale qualité de ce protocole. Etant donné que l'une des optimisations peut être néfaste, Paxos-MIC intègre un mécanisme de déclenchement qui peut activer dynamiquement l'optimisation. Différents critères de déclenchement sont proposés pour prédire si l'utilisation de l'optimisation va être bénéfique. De nombreuses expérimentations ont été conduites sur la grille GRID'5000 afin d'évaluer le protocole et ces critères. Une seconde partie du travail se focalise sur l'utilisation du consensus comme une brique de base. Dans le contexte particulier des agents mobiles transactionnels, nous proposons une solution pour supporter l'exécution de transactions dans un réseaux ad-hoc. La solution repose sur une séquence de décisions construite de façon durable en invoquant des consensus. Ce service est fourni par le protocole Paxos-MIC.

Les systèmes temps réel (STR) sont au coeur de machines souvent jugés critiques pour la sécurité : ils en contrôlent l'exécution afin que celles-ci se comportent de manière sûre dans le contexte d'un environnement dont l'évolution peut être imprévisible. Un STR n'a d'autre alternative que de s'adapter `a son environnement : sa correction dépend des temps de réponses aux stimuli de ce dernier. Il est couramment admis que le formalisme des réseaux de Petri temporels (RdPT) est adapté à la description des STR. Cependant, la modélisation de systèmes simples, ne possédant que quelques tâches périodiques ordonnancées de façon basique se révèle être un exercice souvent complexe. En premier lieu, la modélisation efficace d'une gamme étendue de politiques d'ordonnancements se heurte à l'incapacité des RdPT à imposer un ordre d'apparition à des évènements concurrents survenant au même instant. D'autre part, les STR ont une nette tendance à être constitués de caract éristiques récurrentes, autorisant une modélisation par composants. Or les RdPT ne sont guère adaptés à une utilisation compositionnelle un tant soit peu générale. Afin de résoudre ces deux problèmes, nous proposons dans cette thèse Cifre - en partenariat entre Airbus et le Laas-Cnrs - d'étendre les RdPT à l'aide de deux nouvelles relations, les relations d'inhibition et de permission, permettant de spécifier de manière plus fine les contraintes de temps. Afin de cerner un périmètre clair d'adéquation de cette nouvelle extension à la modélisation des systèmes temps réel, nous avons défini Pola, un langage spécifique poursuivant deux objectifs : déterminer un sous-ensemble des systèmes temps réel modélisables par les réseaux de Petri temporels à inhibitions/permissions et fournir un langage simple à la communauté temps réel dont la vérification, idéalement automatique, est assurée par construction. Sa sémantique est donnée par traduction en réseaux de Petri temporels à inhibitions/permissions. L'explorateur d'espace d'états de la boite à outils Tina a été étendu afin de permettre la vérification des descriptions Pola.

The present dissertation studies specific issues related to the coordination of a set of "agents" evolving on a nonlinear manifold, more particularly a homogeneous manifold or a Lie group. The viewpoint is somewhere between control algorithm design and system analysis, as algorithms are derived from simple principles --- often retrieving existing models --- to highlight specific behaviors. With a fair amount of approximation, the objective of the dissertation can be summarized by the following question: Given a swarm of identical agents evolving on a nonlinear, nonconvex configuration space with high symmetry, how can you define specific collective behavior, and how can you design individual agent control laws to get a collective behavior, without introducing hierarchy nor external reference points that would break the symmetry of the configuration space? Maintaining the basic symmetries of the coordination problem lies at the heart of the contributions. The main focus is on the global geometric invariance of the configuration space. This contrasts with most existing work on coordination, where either the agents evolve on vector spaces --- which, to some extent, can cover local behavior on manifolds --- or coordination is coupled to external reference tracking such that the reference can serve as a beacon around which the geometry is distorted towards vector space-like properties. A second, more standard symmetry is to treat all agents identically. Another basic ingredient of the coordination problem that has important implications in this dissertation is the reduced agent interconnectivity: each agent only gets information from a limited set of other agents, which can be varying. In order to focus on issues related to geometry / symmetry and reduced interconnectivity, individual agent dynamics are drastically simplified to simple integrators. This is justified at a "planning" level. Making the step towards realistic dynamics is illustrated for the specific case of rigid body attitude synchronization. The main contributions of this dissertation are * I. an extensive study of synchronization on the circle, (a) highlighting difficulties encountered for coordination and (b) proposing simple strategies to overcome these difficulties; * II. (a) a geometric definition and related control law for "consensus" configurations on compact homogeneous manifolds, of which synchronization --- all agents at the same point --- is a special case, and (b) control laws to (almost) globally reach synchronization and "balancing", its opposite, under general interconnectivity conditions; * III. several propositions for rigid body attitude synchronization under mechanical dynamics; * IV. a geometric framework for "coordinated motion" on Lie groups, (a) giving a geometric definition of coordinated motion and investigating its implications, and (b) providing systematic methods to design control laws for coordinated motion. Examples treated for illustration of the theoretical concepts are the circle S^1 (sometimes the sphere S^n), the rotation group SO(n), the rigid-body motion groups SE(2) and SE(3) and the Grassmann manifolds Grass(p,n). The developments in this dissertation remain at a rather theoretical level; potential applications are briefly discussed.

La complexité croissante des systèmes industriels en termes d'expansion, d'hétérogénéité et de décentralisation entraine de plus en plus de contraintes dans leur fonctionnement. Ces contraintes ont souvent une composante temporelle. Des techniques, telles que les systèmes multi-agents, sont bien adaptées au caractère hétérogène et décentralisé de ces systèmes, elles sont de plus en plus souvent utilisées dans les applications telles que : contrôle, supervision, simulation, pilotage des travaux existent sur la représentation du temps dans la modélisation et le raisonnement sur les systèmes industriels. Dans le contexte multi-agents, peu de travaux prennent en compte ce facteur temporel explicitement et il est quasiment absent de tous les aspects sociaux de l'agent. Dans cette thèse, nous proposons et définissons une société d'agents temporels qui permet la prise en compte explicite du temps a la fois dans le raisonnement individuel et le raisonnement social au sein de l'agent. L'accent est mis d'une part sur l'interaction et d'autre part sur les différents types de dépendances qui existent entre agents et leur évolution au cours du temps. Ce modelé générique, a été applique à la supervision par reconnaissance de scenarios temporels, domaine dans lequel l'exécution des différentes taches est extrêmement contrainte par le temps. Le système stars est une implémentation du modèle. Il permet une reconnaissance distribuée des scenarios par un ensemble d'agents utilisant un raisonnement temporel.

L'objectif de cette these est d'evaluer la capacite d'une methode particulaire inspiree des methodes Vortex-In-Cell a simuler les ecoulements de la dynamique des gaz, et plus particulierement les ecoulements multifluides. Dans un premier temps nous developpons une methode particules-grille avec remaillage pour les ecoulements compressibles non-visqueux. Le remaillage, conservatif, est realise avec des fonctions d'interpolation d'ordre eleve. Nous analysons theoriquement et testons numeriquement cette methode. Nous mettons notamment en evidence des liens forts entre notre methode et des schemas aux differences finies d'ordre eleve, de type Lax-Wendroff, et nous proposons un nouveau schema d'advection des particules, simple et plus precis. Puis nous implantons une technique multi-niveaux inspiree de l'AMR. Enfin, nous discretisons une technique de type level-set sur les particules afin de simuler l'interface entre fluides. Nous utilisons la technique multi-niveaux pour resoudre plus precisement l'interface et d'ameliorer la conservation des masses partielles.

Cette these aborde diverses problematiques concernant les electrons fortement correles dans des systemes bidimensionnels (composes a frustration geometrique, phases a liens de valence resonants), decrits a l'aide de modeles de dimeres. Une partie de la these concerne des modeles classiques sur un reseau triangulaire anisotrope, presentant des phases critiques qu'on peut decrire a l'aide de theories conformes; en se basant sur ces theories, l'analyse numerique de ce modele par matrice de transfert a permis de caracteriser les conditions d'existence de la criticalite, et plus generalement le diagramme de phases du modele en fonction d'interactions a courte portee et de l'anisotropie du reseau.<br />Une autre partie de la these traite un systeme d'electrons sur un reseau pyrochlore bidimensionnel (ou damier) a remplissage commensurable, en interactions a courte portee. Dans une limite de fortes interactions les electrons subissent des contraintes qui se traduisent par un modele effectif de dimeres quantiques (se differentiant par rapport au modele dit de Rokhsar-Kivelson, motive par les etats a liens de valence resonants, par un degre de liberte supplementaire, de spin). Une etude par diagonalisation exacte, completee par une approche variationnelle et des arguments perturbatifs, a permis d'identifier une phase cristalline a singulets resonants; une extension de ce modele a une mobilite finie des electrons a ete consideree pour caracteriser la transition de cette phase isolante vers un etat metallique en fonction du rapport de la mobilite des electrons et de leurs interactions.

Cette thèse a été développé grâce à une Conventions Industrielles de Formation par la Recherche (CIFRE). Cette convention fait partie d'un programme de l'Association nationale de la recherche et de la technologie (ANRT), coordonné par le Centre nationale de la recherche scientifique (CNRS). L'accord CIFRE subventionne les entreprises françaises qui engagent un thésard pour conduire un projet scientifique dans l'entreprise, en partenariat avec un laboratoire publique de recherche. Pour cette thèse, l'accord CIFRE a été signé par Renault et les laboratoires GIPSA Lab de Grenoble et PRISME d'Orléans.Cette thèse se focalise sur la modélisation 0D, en particulier sur une description plus détaillé du processus de la combustion et l'estimation des masses enfermées dans la chambre de combustion d'un moteur à allumage commandé (Spark Ignited (SI) engine). Les principaux développements comportent des points suivants :- L'impact flamme parois pendant la combustion : un nouveau modèle pour prendre en compte ce phénomène dans le cadre d'un modèle de combustion 0D à deux zones a été développé. Ce modèle permet de prendre en compte la géométrie de la chambre de combustion et la proportion de flamme que brûle proche des parois du cylindre. Plusieurs études ont montré qu'une grand proportion (20% au 30%) du mélange frais brûle dans ce mode de combustion ce qui montre l'importance de prendre en compte ce phénomène. - L'estimation de la mass totale enfermée dans la chambre de combustion après la fermeture des soupapes est un phénomène très intéressant qui présente un Challenger pour les chercheurs motoristes. Une estimation plus précise de la mass enfermée dans la chambre de combustion permet d'avoir un meilleur contrôle de l'injection du carburant et une amélioration dans le traitement des polluants.- Le dernier point à traiter dans cette thèse est la commande d'un système d'injection "common rail". Ce point a pour but de compléter la modélisation de la combustion en ajoutant une thématique liée à l'injection, lequel est un paramètre crucial dans le processus de la combustion. L'objectif d'un système d'injection common rail est de contrôler l'avance de l'injection, la durée et la pression, de façon indépendante dans chaque cylindre, pour avoir un meilleur contrôle de la combustion, en dépendant des conditions d'opération. Cette injection permet de réguler le carburant en quantités très petites, ce qu'aide à réduire la consommation, les émissions polluantes, et aussi à améliorer la performance du moteur.

Les systèmes multiprocesseurs sur puce, tel que le processeur CELL ou plus récemment Platform 2012, sont des architectures multicœurs hétérogènes constitués d'un processeur host et d'une fabric de calcul qui consiste en plusieurs petits cœurs dont le rôle est d'agir comme un accélérateur programmable. Les parties parallélisable d'une application, qui initialement est supposé etre executé par le host, et dont le calcul est intensif sont envoyés a la fabric multicœurs pour être exécutés. Ces applications sont en général des applications qui manipulent des tableaux trés larges de données, ces données sont stockées dans une memoire distante hors puce (off-chip memory) dont l 'accès est 100 fois plus lent que l 'accès par un cœur a une mémoire locale. Accéder ces données dans la mémoire off-chip devient donc un problème majeur pour les performances. une characteristiques principale de ces plateformes est une mémoire local géré par le software, au lieu d un mechanisme de cache, tel que les mouvements de données dans la hiérarchie mémoire sont explicitement gérés par le software. Dans cette thèse, l 'objectif est d'optimiser ces transfert de données dans le but de reduire/cacher la latence de la mémoire off-chip .

Cette thèse est centrée sur l'optimisation de systèmes dynamiques a événements discrets sur un domaine fini. Deux approches fondamentales de l'optimisation sont considérées : le principe du minimum et la programmation dynamique. Dans chaque cas une méthode de calcul formel est développée pour l'optimisation d'une forme polynomiale sur un domaine de définition fini. Le résultat de l'approche basée sur le principe du minimum est établi sons la forme d'un théorème dans lequel la condition (nécessaire) d'optimalité est définie en terme d'une inégalité variationnelle sons une forme séparable par rapport aux étapes (instants). Celle-ci est explicitement fonction de la variable de commande à linstant courant, (commande courante), de la forme paramétrée de celle-ci et de l'état du système auquel peuvent s'ajouter des paramètres exogènes impliqués dans le modèle d'évolution. La résolution de cette inégalité variationnelle paramétrique est développée selon une procédure de type Min-Max avec une minimisation par rapport aux commandes courantes et une maximisation par rapport aux autres commandes. L'algorithme correspondant est désigné par le symbole SCDO (Symbolic Computation for Discrete Optimisation). L'approche basée sur la programmation dynamique exploite le caractère paramétrique de cette méthode de décomposition. L'intégration de l'algorithme SCDO dans les deux phases de ce processus d'optimisation permet ici encore d'exprimer la séquence de commandes optimales sous une forme explicite de l'état du système et des autres paramètres exogènes. Dans ce mémoire, nous considérons également le principe de relaxation pour transformer le problème discret en un problème continu de résolution classique. Ainsi, pour une famille particulière de processus discrets linéaires par rapport à l'état et de fonction de coût concave, nous obtenons une condition de type principe du minimum, équivalente pour l'optimum relaxé et l'optimum de problème original. Dans le cas de fonctions de coût linéaires, la condition obtenue est celle du principe du minimum classique.