Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Les systèmes de surveillance vidéo comme méthode de prévention et de protection connaissent une popularité grandissante. Cependant, des études tendent à démontrer que le placement des caméras est généralement inadéquat, se soldant en des systèmes à efficacité limitée. Ce mémoire propose une méthode permettant le placement automatique d'un nombre variable de caméras dans un environnement arbitraire en vue d'en optimiser le coût et la performance. Nous développons une formulation de la problématique pouvant servir à l'expression générale de plusieurs problèmes de placement de caméras. Les problèmes sont résolus grâce à un algorithme évolutionnaire, utilisant une représentation à taille variable, qui produit en sortie un ensemble de solutions exprimant les compromis possibles entre le coût et la performance. L'analyse qualitative des solutions est réalisée à l'aide de trois paradigmes de visualisation développée pour ce projet. Nous analysons trois problèmes concrets résolus par l'algorithme.

Pour satisfaire les futures besoins de bande passante, les réseaux d'accès existants de fibre-au-domicile (FTTH) doivent être améliorés pour garantir au moins une connexion dédiée de 100 Mb/s par abonné. Étant donné que la durée de vie de l'infrastructure d'un réseau optique passif (PON) doit dépasser 25 ans, le remplacement des infrastructures existantes n'est pas désiré lors de l'amélioration du 'throughput' du réseau. Dans cette thèse, nous proposons des solutions peu coûteuses pour la prochaine génération des PONs utilisant l'infrastructure existante basée sur les coupleurs passifs. Les mises à jour nécessaires sont effectuées à base d'abonné permettant un déploiement progressif des clients à haut débit, sans affecter les anciens usagers. Dans notre étude, nous considérons deux types de solutions utilisant des sources de lumière incohérente. La première approche que nous proposons est d'utiliser le codage spectral d'amplitude à accès multiple par répartition de codes (SAC-OCDMA) pour la prochaine génération des PONs. La performance des architectures basées sur des sources de lumière locales ou des sources centralisées sont examinées en fonction du taux d'erreur binaire (BER), du budget de puissance, et des exigences d'amplification. Nous avons, avec succès, démontré la liaison montante d'un 7x622 Mb/s SAC-OCDMA PON au-dessus d'un lien de 20 km, avec l'opération en mode rafale (burst-mode). Malgré les pertes supplémentaires dans les architectures avec des sources centralisées, nous avons atteint une transmission sans erreurs pour un système chargé, en utilisant un code correcteur d'erreurs (FEC) ReedSolomon RS(255,239). En utilisant le récepteur 'burst-mode', nous avons atteint un rapport de perte de paquets (PLR) nul, pour un maximum de quatre usagers simultanés et plus de deux ordres de grandeur d'amélioration du PLR pour un PON chargé. La deuxième approche que nous proposons est un chemin de migration du multiplexage par répartition temporel (TDM) vers le multiplexage dense de tranches de spectres (SS) par répartition en longueur d'onde (WDM). Nous utilisons un nouvel amplificateur optique réfléchissant à semi-conducteur (RSOA) auto-injecté, comme un transmetteur, et un récepteur balancé récemment proposé pour atténuer le bruit d'intensité. Nous utilisons un réseau de Bragg (FBG) ayant une réflectivité de p% pour l'auto-injection, et nous optimisons sa réflectivité pour un compromis entre la puissance de sortie et l'effet de nettoyage du bruit. Nous avons découvert qu'en utilisant le FBG optimal (p = 18 ± 2%), on peut transmettre jusqu'à 4.5 dBm de puissance dans un canal de 25 GHz. Nous avons démontré expérimentalement une transmission SS-WDM dense à 1.25 Gb/s, et traité la possibilité d'avoir une unité de réseau optique (ONU) incolore en plaçant le FBG au nœud de distribution (RN). Une transmission sans erreurs a été réalisée sur un lien de 20 km pour l'auto-injection locale, alors qu'un plancher de BER autour de IO"9 â été atteint pour l'auto-injection à distance. Pour un lien de 10 km, une transmission sans erreurs a été atteinte pour les deux cas. Le budget de puissance a permis jusqu'à 32 usagers d'être supportés au-dessus de l'infrastructure existante de PON sans amplification au terminal de ligne optique (OLT). A l'aide des simulations, nous avons estimé que la capacité peut être augmentée à 128 usagers lorsqu'un FEC est utilisé. Nous avons montré que, malgré les pertes élevées au RN, notre solution permet une plus grande efficacité spectrale que celle des SS-WDM PON traditionnels basés sur des rangées de réseaux à guide d'ondes (AWG). / To satisfy future bandwidth demands, existing fiber-to-the-home (FTTH) access networks must be upgraded to guarantee at least a 100 Mb/s dedicated connection per subscriber. Since the lifetime of the outside plant of a passive optical network (PON) is expected to be greater than 25 years, replacing the existing PON infrastructure is not desirable when upgrading the network throughput. In this thesis, we propose inexpensive solutions for next generation PONs using the existing passive splitter-based infrastructure. The necessary upgrades are made on a per subscriber basis allowing a gradual rollout of high bit rate clients without affecting the legacy PON users. In our study, we consider two different solutions using incoherent light sources. The first approach we propose is to use spectral amplitude coded (SAC) optical code division multiple-access (OCDMA) for next generation PONs. Both local sources and centralized light sources architectures are examined in terms of the bit error rate (BER) performance, the power budget, and the amplification requirements. We successfully demonstrated the uplink of a 7x622 Mb/s SAC-OCDMA PON over a 20 km link, with burst-mode operation. Despite the extra losses in centralized light sources architectures, we achieved error free transmission for a fully loaded system using a Reed-Solomon RS(255,239) forward-error correcting (FEC) code. Using the burst-mode receiver, we reported zero packet loss ratio (PLR) for up to four simultaneous users, and more than two orders of magnitude improvement in the PLR for a fully loaded PON. The second approach we propose is a migration path from time-division multiplexing (TDM) to dense spectrum-sliced (SS) wavelength-division multiplexing (WDM). We use a novel self-seeded reflective semiconductor optical amplifier (RSOA) as a transmitter, and a recently proposed balanced receiver to mitigate the intensity noise. We use a p% reflective fiber Bragg grating (FBG) for self-seeding, and we optimize its reflectivity to trade off the output power versus the noise cleaning effect. We found out that using the optimum FBG (p = 18 ± 2%), we can transmit up to 4.5 dBm of power within a 25 GHz channel. We experimentally demonstrated a 1.25 Gb/s dense SS-WDM transmission, and addressed the possibility of colorless optical network unit (ONU) operation by placing the FBG at the remote node (RN). Error free transmission was achieved over a 20 km feeder for local self-seeding, whereas a BER floor around 10"9 was reported for the remote self-seeding. For a 10 km feeder, error free transmission was achieved for both cases. The power budget allowed up to 32 users to be supported over the existing PON infrastructure without optical line terminal (OLT) amplification. Through simulations we estimated that the capacity can be increased to 128 users when a FEC is used. We showed that despite the high splitting losses at the RN, our solution achieves a higher spectral efficiency than that of traditional arrayed waveguide grating (AWG)-based SS-WDM PONs.

Les réseaux optiques passifs (PON) semblent être la technologie gagnante et ultime du futur pour les "fibres jusqu'au domicile" ayant une haute capacité. L'écoute de contrôle de ce genre de système est nécessaire pour s'assurer un niveau de qualité de service prédéterminé pour chaque client. En outre, l'écoute de contrôle réduit considérablement les dépenses en capital et de fonctionnement (CAPEX et OPEX), tant pour le fournisseur du réseau que les clients. Alors que la capacité des PON est croissante, les gestionnaires de réseau ne disposent pas encore d'une technologie efficace et appropriée pour l'écoute de contrôle des réseaux de capacité aussi élevée. Une variété de solutions a été proposée. Toutes ces dernières solutions ne sont pas pratiques à cause de leur faible capacité (nombre de clients), d'une faible évolutivité, d'une grande complexité et des défis technologiques. Plus important encore, la technologie souhaitable pour l'écoute de contrôle devrait être rentable car le marché des PON est très sensible aux coûts. Dans cette thèse, nous considérons l'application de la technologie du codage optique passif (OC) comme une solution prometteuse pour l'écoute de contrôle centralisée d'un réseau optique ramifié tels que les réseaux PON. Dans la première étape, nous développons une expression pour le signal détecté par l'écoute de contrôle et étudions ses statistiques. Nous trouvons une nouvelle expression explicite pour le rapport signal utile/signal brouillé (SIR) comme outil de mesure métrique de performance. Nous considérons cinq distributions PON géographiques différentes et étudions leurs effets sur l'SIR pour l'écoute de contrôle d'OC. Dans la prochaine étape, nous généralisons notre modèle mathématique et ses expressions pour le contrôle des signaux détectés par un détecteur quadratique et des paramètres réalistes. Nous évaluons ensuite les performances théoriques de la technologie basée sur l'écoute de contrôle selon le rapport signal/bruit (SNR), le rapport signal/bruit plus coefficient d'interférence (SNIR), et la probabilité de fausse alarme. Nous élaborons l'effet de la puissance d'impulsion transmise, la taille du réseau et la cohérence de la source lumineuse sur le rendement des codes unidimensionnels (ID) et bidimensionnels (2D) de l'écoute de contrôle d'OC. Une conception optimale est également abordée. Enfin, nous appliquons les tests de Neyman-Pearson pour le récepteur de notre système d'écoute de contrôle et enquêtons sur la façon dont le codage et la taille du réseau affectent les dépenses de fonctionnement (OPEX) de notre système d'écoute de contrôle. Malgré le fait que les codes ID et 2D fournissent des performances acceptables, elles exigent des encodeurs avec un nombre élevé de composants optiques : ils sont encombrants, causent des pertes, et ils sont coûteux. Par conséquent, nous proposons un nouveau schéma de codage simple et plus approprié pour notre application de l'écoute de contrôle que nous appelons le codage périodique. Par simulation, nous évaluons l'efficacité de l'écoute de contrôle en terme de SNR pour un PON employant cette technologie. Ce système de codage est utilisé dans notre vérification expérimentale de l'écoute de contrôle d'OC. Nous étudions expérimentalement et par simulation, l'écoute de contrôle d'un PON utilisant la technologie de codage périodique. Nous discutons des problèmes de conception pour le codage périodique et les critères de détection optimale. Nous développons également un algorithme séquentiel pour le maximum de vraisemblance avec une complexité réduite. Nous menons des expériences pour valider notre algorithme de détection à l'aide de quatre encodeurs périodiques que nous avons conçus et fabriqués. Nous menons également des simulations de Monte-Carlo pour des distributions géographiques de PON réalistes, avec des clients situés au hasard. Nous étudions l'effet de la zone de couverture et la taille du réseau (nombre d'abonnés) sur l'efficacité de calcul de notre algorithme. Nous offrons une borne sur la probabilité pour un réseau donné d'entraîner l'algorithme vers un temps exorbitant de surveillance du réseau, c'est à dire le délai d'attente de probabilité. Enfin, nous soulignons l'importance du moyennage pour remédier aux restrictions budgétaires en puissance/perte dans notre système de surveillance afin de supporter de plus grandes tailles de réseaux et plus grandes portées de fibres. Ensuite, nous mettrons à niveau notre dispositif expérimental pour démontrer un m PON avec 16 clients. Nous utilisons un laser à modulation d'exploitation directement à 1 GHz pour générer les impulsions sonde. Les données mesurées par le dispositif expérimental est exploité par l'algorithme de MLSE à détecter et à localiser les clients. Trois déploiements PON différents sont réalisés. Nous démontrons une surveillance plus rigoureuse pour les réseaux ayant une répartition géographique à plusieurs niveaux. Nous étudions aussi le budget de la perte de notre dispositif de soutien plus élevés de capacités du réseau. Enfin, nous étudions le budget total admissible de la perte d'exploitation du système de surveillance dans la bande de fréquences à 1650 nm en fonction des spécifications de l'émetteur/récepteur. En particulier, la limite totale de la perte de budget est représentée en fonction du gain de l'amplicateure de transimpédance (TIA) et le résolution de la conversion analogique-numérique (ADC). Par ailleurs, nous enquêtons sur le compromis entre la distance portée et la capacité (taille de fractionnement au niveau du noeud distant) dans notre système de suivi.

Le présent mémoire nous rappelle d'abord en quoi consiste le développement durable. Toute la théorie générale touchant l'exploitation de l'énergie solaire est ensuite expliquée. On parle des défis liés à l'exploitation de l'énergie solaire et un survol des différentes familles de collecteurs solaires et de leurs particularités est fait. Par la suite, l'emphase est mise sur les collecteurs de type concentrateur. Le choix de ce type de collecteur est succinctement justifié et la théorie qui régit ce type de capteur est expliquée afin de mieux comprendre les travaux effectués. Suivent ensuite les analyses démontrant le fort potentiel de l'énergie solaire et de l'utilisation d'un concentrateur pour l'exploitation de cette dernière. Les travaux faits pour le développement du concentrateur et de ses composantes font suite, permettant d'en arriver à l'établissement d'un plan de développement futur compte tenu des résultats obtenus subséquemment.

Dans ce travail nous nous intéressons aux problèmes liés à l'amélioration des performances d'erreur des codes LDPC. Cette amélioration peut être faite pendant la construction des codes LDPC ou pendant leur processus de décodage. Nous concentrons notre attention vers l'amélioration du décodage. Nous proposons un algorithme de décodage itératif log-SPA modifié, qui minimise l'erreur du décodage pour les mots-codes qui ne peuvent pas être décodés par l'algorithme SPA connu. L'algorithme proposé est basé sur une dépendance entre le poids d'un syndrome et le poids de la séquence d'erreurs généré au cours des itérations du décodage. Nous analysons plus en détail cette dépendance et l'effet du décodage log-SPA moyenne sur les poids des vecteurs d'erreur et les poids du syndrome, et ce, sur les ensembles de piégeage. Concernant la construction des codes LDPC, on s'intéresse aux différents paramètres qui posent des problèmes dans la performance d'erreur : au plancher d'erreur, au périmètre du graphe de Tanner, à la distance minimale du code, aux ensembles de piégeage et aux ensembles d'arrêt. On présente différentes méthodes appliquées dans la construction des différents types de codes, pour éviter l'apparition des structures non-souhaitables dans le code. Nous faisons une comparaison entre la performance des codes pseudo-aléatoires et les codes structurés, basés sur les geometries finies euclidienne et géométrique. On présente aussi différentes méthodes de construction des codes LDPC quasi-cycliques, qui peuvent éviter la formation de certains types d'ensembles de piégeage. d'ensembles d'arrêt ainsi que les cycles courts dans le graphe de Tanner. Les méthodes proposées donnent de très bas planchers d'erreur et une faible complexité du codage.

L'industrie des aérogénérateurs a connu une croissance spectaculaire au cours des dernières années. La chaîne de conversion électromécanique la plus employée dans le domaine de puissance de l'ordre du MW utilise une Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA). L'avantage principal de cette solution concerne son coût initial qui est réduit par rapport aux topologies concurrentes. Ce type d'aérogénérateur utilise un multiplicateur de vitesse à engrenages qui adapte la vitesse de rotation élevée de la MADA à la basse vitesse de rotation de la turbine éolienne. Cette composante qui nécessite des coûts de maintenance élevés est à l'origine des principaux problèmes de fiabilité associés aux aérogénérateurs qui utilisent la MADA. Par exemple, le multiplicateur est soumis à de fortes contraintes lors des régimes de défauts électriques qui peuvent survenir sur le réseau électrique. Bien que les industriels aient développé des multiplicateurs de vitesse qui s'adaptent mieux au domaine des aérogénérateurs, il apparaît qu'aucune solution globale et innovatrice n'a été proposée pour faire face à cette problématique. Ce travail présente un environnement de conception globale et optimale de la chaîne de conversion électromécanique utilisant la MADA pour les aérogénérateurs dont la puissance est de l'ordre du MW. L'établissement des divers modèles de dimensionnement et la mise au point des outils méthodologiques disponibles dans l'environnement sont détaillés. Les principaux composants de la chaîne de conversion sont modélisés et la MADA fait l'objet d'une attention particulière quant à son dimensionnement. Des méthodes analytiques et numériques sont proposées pour mener à bien la conception optimale de l'entraînement tout entier incluant la MADA, le multiplicateur de vitesse mécanique et le convertisseur statique de puissance. La mise en oeuvre de l'environnement est illustrée par des solutions de conception globale associées à différents spécifications du cahiers des charges incluant la distribution annuelle de vitesses de vent sur le site. Les résultats obtenus montrent qu'il existe différentes solutions originales tant du point de vue topologique que dimensionnel. En particulier, on montre qu'il est possible de diminuer le nombre d'étages de multiplication mécanique de la vitesse pour améliorer la fiabilité et le coût global de l'installation. / During the last few years the wind turbine industry experienced an impressive growth. The most used topology of electromechanical conversion system for wind power plants in the MW range is based on the so called Doubly-Fed Induction Generator (DFIG). The advantage of this topology lies in a reduced initial cost compared to alternative topologies. The DFIG based wind turbine is using a gearbox to adapt the generator's high rotating speed to the turbine's low rotating speed. This mechanical component, which presents high maintenance costs, is the major cause of reliability problems of DFIG based wind turbines. For instance, during severe grid fault conditions (i.e. short-circuits) the gearbox is mechanically stressed. Although the new gearbox generation has been improved to better fit to the wind industry constraints, one can notice that no new and innovative solutions have been proposed to cope with this problematic. This works presents a global and optimal design methodology associated to a specific CAD environment of DFIG based electromechanical conversion systems for wind turbines in the MW power range. The development of the different design models and the realization of the methodological tools available in the environment are detailed. The main components of the electromechanical conversion system are modeled and the DFIG design procedure is detailed. Different analytical and numerical methods are proposed to perform an efficient optimal design of the whole drive system that includes the DFIG, the gearbox and the static power converter. The environment efficiency is demonstrated by the determination of different optimal global design solutions associated to several kinds of specifications, which take into account the annual wind speed statistical distribution on the site. The results show that there are several original solutions in terms of topological structure and dimensions. The use of the proposed design methodology demonstrates that it is possible to reduce the number of gearbox stages in order to increase the plant reliability and to decrease its global cost.

Les véhicules aériens miniatures à ailes fixes (MiniAV) sont de petits avions avec une envergure d'ailes de moins de 1000 mm et pesant moins de 500 grammes. Grâce aux avancées qui ont été réalisées ces dernières années dans la miniaturisation des autopilotes et dans la propulsion électrique, il est maintenant possible de construire des MiniAVs qui peuvent être utilisés à des fins de reconnaissance en milieu restreint ou hostile. Pour réaliser cet objectif, le MiniAV doit être capable d'effectuer, de façon semi-autonome, des vols non stationnaires et stationnaires et être capable de réaliser des transitions autonomes entre ces modes. Ce mémoire décrit le développement d'une stratégie de contrôle pour permettre à un MiniAV de réaliser des transitions autonomes entre les modes de vol non stationnaire et stationnaire. Il est possible de diviser l'enveloppe de vol d'un MiniAV en 4 modes distincts : le mode non stationnaire, le mode non stationnaire vers stationnaire (L2H), le mode stationnaire et le mode stationnaire vers non stationnaire (H2L). Les structures des modèles pour les modes non stationnaires et stationnaires sont basées sur la linéarisation d'un modèle de MiniAV à corps rigide ayant 6 degrés de liberté. Les contrôleurs de ces deux principaux modes de vol sont présentés. Le mode L2H est gérée par le contrôleur du mode non stationnaire, tandis que le mode H2L est géré par le contrôleur du mode stationnaire. Une approche systématique, appuyée par un superviseur basé sur la logique, est développée pour gérer les transitions entre les modes. La performance du superviseur est démontrée à travers des vols expérimentaux sur un banc de test. Il est montré que la stratégie proposée est capable de mieux performer que les méthodes rencontrées dans la littérature utilisant des plateformes similaires.

Ce mémoire présente l'étude et la conception des machines à reluctance variable (SRM) ainsi que la modélisation et l'optimisation de la performance d'une génératrice à reluctance variable (SRG) quadriphasée. La conception préliminaire des SRM est réalisée et présentée. Elle utilise une méthode analytique pour le calcul des champs dans les différentes parties du circuit magnétique de la SRM à concevoir. La SRG est représentée par un modèle non-linéaire basé sur une caractéristique de magnétisation réelle qui peut être obtenue par des mesures expérimentales ou par la méthode des éléments finis. Cette modélisation est réalisée dans l'environnement Matlab/Simulink. L'optimisation de la performance de la SRG incluant la puissance électrique de sortie, les ondulations de couple et les pertes cuivre, est basée sur une analyse graphique des résultats de simulation du modèle pour un fonctionnement en vitesse variable pour différentes valeurs de la tension d'alimentation de la SRG.

L'objectif d'un générateur de nombres aléatoires (RNG) est de produire une séquence binaire aléatoire indépendante, imprédictible et uniformément répartie. Les RNG sont nécessaires dans toutes sortes d'applications telles que la cryptographie, les télécommunications, les simulations numériques, le test de circuits VLSI ou encore les algorithmes probabilistes. Ainsi, le nombre d'applications embarquées nécessitant des RNG matériels augmente constamment, spécialement au sein des circuits reconfigurables. En vue de la conception matérielle d'un RNG, la solution est d'utiliser un générateur hybride composé d'un générateur vraiment aléatoire (TRNG) et d'un générateur pseudo-aléatoire (PRNG). Prouver mathématiquement qu'un générateur est aléatoire est généralement difficile, voire impossible. Les RNG sont souvent évalués via des tests statistiques. L'évaluation d'un TRNG est beaucoup plus complexe que celle d'un PRNG car la qualité d'un TRNG est fonction de la source de bruit utilisée, de l'environnement extérieur et de la qualité d'implantation au sein du circuit ciblé. Fischer et al. [1] ont proposé l'un des premiers TRNG totalement implantable au sein d'un circuit FPGA. Depuis, un grand nombre de générateurs a été présenté dans la littérature. Un des objectifs de cette thèse a été de proposer une méthodologie objective analysant la qualité des TRNG sélectionnés au sein de circuits reconfigurables. La méthode d'évaluation, rapide et efficace est basée sur l'utilisation de tests statistiques matériels proposés par l'AIS 31 [2]. L'intérêt de la méthode est d'évaluer les TRNG au sein du même circuit FPGA afin d'analyser ceux-ci dans des conditions similaires d'utilisation. La version matérielle de l'AIS 31 permet d'évaluer des TRNG présentant un débit maximal de 84.2 Mbits/s. Le coût matériel de celle-ci est de 4042 LUT, soit environ 10% d'un FPGA Xilinx Virtex 5 SX50. La méthode proposée permet de trouver facilement le débit optimal des TRNG au sein d'un circuit reconfigurable. Ainsi, l'intérêt d'une pré-caractérisation du fonctionnement d'un TRNG est prouvé. À partir de l'étude précédente, un TRNG est sélectionné pour ses propriétés statistiques. Une architecture de générateur hybride permettant de produire des nombres aléatoires uniformes à très haut débit est ensuite proposée. Cependant, malgré la qualité du générateur sélectionné, l'aléa en sortie du TRNG peut varier au cours du temps à cause d'attaques externes possibles sur le circuit, de la variation des conditions extérieures ou encore du vieillissement des composants. La qualité aléatoire de la séquence de germes produite par un TRNG est primordiale pour assurer l'imprédictibilité d'un PRNG. Afin d'améliorer la robustesse d'un TRNG, des mécanismes de tests statistiques en ligne doivent être mis en œuvre. Ainsi, une évaluation en temps réel du comportement du générateur est réalisée et les séquences défaillances générées par celui-ci sont évitées. Cette étude propose d'utiliser une implantation efficace de la batterie du FIPS 140-2. La surface négligeable du circuit au sein des FPGA actuels et les performances obtenues par le composant permettent de contrôler la qualité du TRNG sélectionné en temps réel. Un RNG hybride à très haut débit implanté sur une cible reconfigurable et au sein d'un circuit VLSI est proposé. L'étude menée sur le RNG hybride a débouché sur un partenariat industriel réalisé avec une entreprise spécialisée en cryptographie à travers le projet pôle images et réseaux SPRING (Shelf Proof Random Integrated Number Generator). Dans certaines applications, il est parfois nécessaire de générer des nombres aléatoires suivant une distribution de probabilité différente d'une loi uniforme. À partir de l'utilisation du RNG hybride proposé, l'implantation d'un générateur de nombres aléatoires gaussiens à très haut débit est présenté. Par ailleurs, le circuit implanté permet de générer efficacement des nombres aléatoires suivant une loi de Rayleigh. Après sélection d'un excellent TRNG, un PRNG à débit très élevé est recherché. La structure parallèle des automates cellulaires fait de ces PRNG une architecture très intéressante en vue d'une implantation matérielle. La seconde partie de la thèse est consacrée à la recherche de la règle optimale d'un automate cellulaire à cinq voisins. Le chapitre étudie, entre autres, le coût matériel engendré par l'implantation de tests statistiques très performants. / The purpose of a random number generator (RNG) is to produce a random binary sequence independent, unpredictable and uniformly distributed. A RNG is needed in all kinds of applications such as cryptography, telecommunications, computer simulations, testing of VLSI circuits or probabilistic algorithms. The number of embedded applications requiring hardware RNG is constantly increasing, especially in the reconfigurable circuits. In view of the physical design of a RNG, the solution is to use a hybrid generator composed of a truly random generator (TRNG) and a pseudo-random number generator (PRNG). Proving mathematically that a generator is random is usually difficult or impossible. RNGs are often evaluated using statistical tests. Evaluation of a TRNG is much more complex than PRNG testing as the TRNG quality is a function of the noise source used in the external environment and the implementation quality within the target circuit. Fischer et al. have proposed one of the first TRNG totally embedded within an FPGA. Then, a large generator number has been presented in the literature. One objective of this thesis was to propose an objective methodology for analyzing the quality of recognized TRNGs in reconfigurable circuits. The evaluation method, fast and efficient, is based on the use of hardware statistical tests proposed by the AIS 31 and the FIPS 140-2. The advantage of the method is to evaluate the TRNGs in the same FPGA chip to analyze them in similar conditions of use. The hardware version of AIS 31 allows the TRNG evaluation with a maximum throughput of 84.2 Mb/s. The material cost of it is 4042 LUTs, about 10 % of a Xilinx Virtex 5 FPGA SX50. Moreover, the method is used to find the optimal TRNG data rate for the targeted reconfigurable circuit, showing the TRNG pre-characterization interest. From the previous study, a TRNG is selected for its statistical properties. A high data rate hybrid generator is then proposed. However, despite the quality of the selected generator, the TRNG randomness can vary in time due to possible external attacks on the circuit, changes in external conditions or aging components. The quality of the seed sequences provided by a TRNG is important to ensure the unpredictability of a PRNG. To improve the robustness of a TRNG, online statistical tests must be implemented. Thus, a real-time evaluation of the generator behavior is performed and the TRNG weaknesses are filtered. This study proposes to use an efficient implementation of the FIPS 140-2 battery. The negligible area and the performance allow to control the TRNG quality in real time. A hybrid RNG implemented on a reconfigurable target and within a VLSI circuit is then proposed. The study conducted on the RNG hybrid resulted in an industry partnership. Then, in some applications, it is sometimes necessary to generate random numbers following a probability distribution different from a uniform distribution. From the use of the proposed hybrid RNG, a very high data rate Gaussian random number generator is proposed. Furthermore, the circuit can generate random numbers according to a Rayleigh law. From previous studies, a hybrid RNG is proposed for FPGA implementation and is embedded into the cryptography solution proposed by a French company. The RNG generates uniform random bits and his innovating by the TRNG real time monitoring realized by embedded the FIPS 140-2 tests. Then, the realization of two ASIC in 130 nm technology are described. The chips will allow to evaluate the performance of ASIC TRNGs. Moreover, the second circuit embeds high throughput Gaussian and Rayleigh noise generators.

Ce projet se déroule dans le cadre du projet ICIS-DP (3d Intelligent and Configurable Inspection System for Deformable Parts) et il s'agit d'une collaboration entre Creaform inc., l'Université de l'Alberta et l'Université Laval. Le sous-objectif discuté dans ce mémoire est le système de positionnement. Le système retenu est le HiBall de la compagnie 3rdTech. Ce système fonctionne avec une caméra multivue et un ensemble de DEL disposées au plafond. Suite à une étude réalisée par Y. Martin [14] ce système ne satisfait pas les caractéristiques voulues avec une erreur maximale en position de 7 mm. Le système doit avoir une erreur maximale en position inférieure à 500 fim et à 0,1 "en orientation. Une nouvelle procédure pour l'étalonnage des positions des DEL a donc été développée. Cette nouvelle méthode est basée sur le "bundle adjustment" ce qui permet d'étalonner les DEL même si les poses du HiBall ne sont pas parfaitement connues. Une barre, appelée barre de calibrage, est utilisée afin d'ajouter davantage de contraintes au système et afin de valider l'étalonnage. Cette barre permet de déplacer le HiBall selon une translation pure de norme connue. Dans le but de mieux analyser les résultats, un simulateur a été créé. La méthode initiale a été révisée afin de diminuer davantage l'erreur maximale en position pour atteindre 1,2 mm. Il resterait une étape supplémentaire pour atteindre l'objectif.