Ce sujet de thèse concerne le développement d’analyse des propriétés structurelles en interaction avec des indicateurs de fiabilité. Notre étude porte sur des systèmes structurés (linéaire, bilinéaire ou linéaire à commutations), ces derniers doivent vérifier quelques propriétés importantes pour l’accomplissement de leur mission. Ces propriétés dépendent de la structure du système, d’où l’appellation "propriétés structurelles". La structure du système peut être représentée par un graphe composé de sommets et d’arcs. La vérification des propriétés structurelles dépend principalement de 4 conditions élémentaires de connectivité, de lien, de distance et de couplage complet. Nous avons développé des algorithmes permettant de les exprimer sous forme d’expressions booléennes basées sur les arcs du graphe représentant le système. Nous considérons que chaque arc est lié aux composants du système. Une défaillance au niveau des composants peut provoquer la modification de la structure du système, et donc peut rendre une propriété structurelle insatisfaite. Ainsi, les propriétés structurelles sont écrites sous forme d’expressions booléennes basées sur l’état de fonctionnement des composants. En utilisant les expressions booléennes associées aux propriétés structurelles, leur fiabilité et/ou disponibilité peut être calculée sachant les caractéristiques de sûreté de fonctionnement des composants du système. À travers cette étude, nous pouvons vérifier si, pendant le temps de mission du système, une propriété structurelle restera satisfaite et/ou respectera un niveau de performance exigé par un cahier des charges. / This thesis concerns the development of analysis of structural properties in interaction with indicators of reliability. Our study focuses on (linear, bilinear or switching) structured systems, they must verify some important properties for the accomplishment of their mission. Properties depend on the structure of the system, hence the term "structural properties". The structure of the system can be represented by a graph consisting of vertices and edges. Verification of structural properties depends mainly on four basic conditions of connectivity, link distance and complete linkage. We have developed algorithms to express the form of Boolean expressions based on the edges of the graph representing the system. We consider that each edge is linked to the system components. A failure at the component level can cause changes in the structure of the system, and therefore can make a structural property unsatisfied. Thus, the structural properties are written as boolean expressions based on the operating state of the components. Using boolean expressions associated to the structural properties, reliability and / or availability can be calculated knowing the characteristics of the system components. Through this study, we can check if during the mission time of the system, a structural property remain satisfied and / or comply with a level of performance required by the specifications

L'objectif de réduction de la consommation en kérosène des avions passant par une plus grande efficacité des systèmes, la distribution électrique devient un moyen privilégié pour satisfaire les besoins. Dans ce cadre, la notion d'avion « plus électrique » implique de revoir les systèmes de distribution et d'étudier, notamment, le passage en haute tension continue (HVDC). Une description générale des systèmes embarqués sur les avions civils est donnée dans ce manuscrit ainsi qu'une description des avantages et inconvénients des différents vecteurs énergétiques permettant de mieux situer les gains envisageables lors du passage à l'électrification des systèmes. Cependant, la mise en place de la distribution HVDC peut entraîner de nouveaux problèmes, notamment de qualité et/ou d'instabilité. Afin de palier ces problèmes, une architecture est proposée dans laquelle les équipements sont reliés entre eux par des coeurs de distribution eux-mêmes liés par des organes de transferts de puissances pouvant maîtriser ces transferts : on parle alors de réseau maillé. Pour pouvoir réaliser ces transferts, deux types d'équipements électroniques de puissance sont proposés : le DCPFC (Direct Current Power Flow Controler) et le MAPFC (Mixed function for Actuation and Power Flow Control). Ces équipements imposent une gestion énergétique spécifique : il faut déterminer les modes de fonctionnement des équipements ainsi que les références des puissances à transférer. Pour cela, une modélisation du réseau sous forme de graphe est effectuée, ceci se traduisant par un algorithme générique permettant de déterminer les équations structurelles du réseau ainsi que deux algorithmes servant à contrôler des grandeurs distinctes : Les grandeurs discrètes sont contrôlées par un système expert détenant un ensemble de règles de fonctionnement ; Les grandeurs continues sont gérées par un algorithme de recherche de flot dans un graphe. Après la mise en place en simulation de l'ensemble du réseau maillé, un banc d'essai expérimental valide les principes décrits théoriquement et permet l'étude de différentes gestions énergétiques (tout autant qu'il permet de tester un équipement seul ou le réseau dans une configuration non-maillée). Finalement, une exploitation des concepts sur un réseau répondant aux normes aéronautiques est développée. Ceci posant notamment des problèmes aux niveaux de la conception des équipements mais également sur l'architecture actuelle des réseaux électriques (connexion du neutre des générateurs, protection des personnes, compatibilité électromagnétique, etc.). / As the aircraft fuel consumption needs more efficient systems, electrical distribution becomes a favoured way in satisfying those needs. In this context, the “more electrical aircraft” notion implies to deeply refund distribution means. High Voltage Direct Current - HVDC - distribution helps in going this way. A general description of civil aircraft embedded systems is given in this document. Advantages and drawbacks of energetic vectors are described too, allowing a better comprehension of possible improvements due to system electrification. Therefore, the HVDC deployment can lead to new problems, particularly in quality and stability domains. In order to take into account these problems, we propose a new distribution architecture in which equipments are interconnected through power distribution centres, which ones are interconnected through power flow controller equipments. This new architecture is described as a meshed distribution network. Two kinds of equipment are proposed to control the electrical power flow: DCPFC - for Direct Current Power Flow Controller - and MAPFC - Mixed function for Actuation Power Flow Control. As a result, a specific power management is needed. Equipment operating modes and power to transfer references have to be determined. In a first step, a graph based modelling of the electrical network is done, resulting in a generic algorithm which permits to determine network structural equations. In a second step, two algorithms control the network: - Discrete quantities are regulated by an expert system based on a rule set; - Continuous quantities are managed through a flow research algorithm based on the graph modelling; The validation of these concepts is realised through electrical simulations of the whole meshed network. Then, an experimental test bench validates the theoretical principles and allows the operation of equipments and meshed network in multiple configurations. Finally, concepts are extrapolated in an electrical network respecting aeronautic constraints. Those constraints are highlighted at equipment level and network level.

Cette thèse s'articule autour de la notion de plongement de graphe. Un plongement de graphe consiste à envoyer les sommets d'un graphe dans une autre structure par une application qui conserve certaines propriétés à déterminer. Nous pouvons distinguer deux grandes familles de plongements. D'une part les plongements purement combinatoires qui envoient les éléments d'un graphe G dans un autre graphe H. La propriété la plus naturelle à conserver est la notion d'adjacence entre les sommets. Nous nous intéressons à la conservation d'une propriété supplémentaire : la distance entre les sommets. Nous caractérisons plusieurs familles de graphes se plongeant de cette façon dans les hypercubes ou les graphes de Hamming. Les plongements topologiques visent à représenter un graphe G sur une surface quelconque. Les sommets sont envoyés vers des points d'une surface et les arêtes vers des courbes continues entre ces points. Comment représenter un graphe afin de minimiser le nombre de croisements d'arêtes ? Nous nous posons ces questions à travers l'étude de la planarité et des nombres de croisements de certains graphes.

Cette thèse consiste en la définition d'une méthodologie de caractérisation et d'évaluation du niveau d'interopérabilité interentreprises, afin d'améliorer leur fonctionnement propre, ainsi qu'en la définition d'une méthodologie de gestion de l'évolution de ces entreprises, leur apportant ainsi un cadre pour la mise en place de projets successif ayant pour objectif l'amélioration du niveau d'interopérabilité. Ces méthodes s'appliquent à tous les niveaux, tant opérationnels que stratégiques, ainsi que pour tous types de collaboration que ce soit entre services d'une même entreprise ou entre plusieurs entreprises d'une chaîne logistique. Ces méthodes sont basées sur le fait que l'interopérabilité peut être vu comme une performance de l'entreprise. Ceci nous permet de caractériser et d'évaluer l'interopérabilité, notamment, grâce à l'utilisation de la théorie des graphes qui apporte un cadre formel, des outils mathématiques et une représentation graphique qui sont autant d'aides tant pour la conduite de l'étude que pour la communication avec les différents acteurs concernés.

Cabri-graphes est un environnement logiciel, destine aux chercheurs, étudiants et enseignants en théorie des graphes. La pratique de cette discipline amené a recourir a des représentations graphiques, afin de visualiser les structures mathématiques mises en œuvre; ceci dans le but de les manipuler, de leur appliquer concrètement certaines transformations, afin de vérifier une propriété, conforter ou infirmer une idée, une conjecture. Cette pratique, menée sur un cahier de brouillon traditionnel, souffre de limitations et les résultats ne sont que faiblement garantis. C'est pourquoi nous avons étudié et réalisé un logiciel, alliant la simplicité d'usage d'un environnement interactif à la puissance de l'ordinateur. Cette thèse présente l'ensemble des concepts mathématiques et de génie logiciel ayant servi a la réalisation de ce projet. Nous donnons en particulier l'implémentation d'un générateur de graphes aléatoires, ainsi que quelques applications motivées et réalisées grâce à cet environnement logiciel

Les entreprises se focalisent de plus en plus sur les aspects organisationnels qui leur permettent de se structurer en processus complexes. ainsi, de nouveaux besoins apparaissent pour mieux définnir, coordonner et contrôler les équipes et les activités coopératives. L'objet de cette étude est la définition d'un cadre qui permette d'assister le travail coopératif en apportant aux acteurs une aide à la coopération et à l'activité de groupe. La définition de ce cadre s'inspire de la démarche d'amélioration de processus du CMM (Capability Maturity Model), repris par l'ISO 15504 (ISO SPICE). L'approche est décomposée en 4 axes qui correspondent aux actions progressives à mettre en oeuvre pour définir une organisation adéquate des activités coopératives. L'axe 1 concerne la structuration des activités : analyse des dépendances entre activités, regroupement et/ou décomposition en tâches, planification des groupes de travail. L'axe 2 concerne la caractérisation des activités en fonction des interactions dans les groupes de travail : définition des rôles interactionnels et gestion des interfaces entre groupes de travail. L'axe 3 concerne l'évaluation d'une organisation de travail en fonction du nombre d'itérations entre activités : estimation des durées, charges et coûts. L'axe 4 concerne l'optimisation d'une organisation de travail en fonction des résultats d'évaluation : mise en œuvre de différentes solutions d'organisation et d'exécution des activités. Des méthodes principalement issues de la théorie des graphes et des techniques de partitionnement et d'évaluation de performance sont proposées en support dans chaque axe. Un outil logiciel mettant en œuvre ces propositions a été développé. Il permet d'analyser, de décomposer et d'évaluer des processus complexes, ce qui en fait un support efficace pour l'aide à la décision en management, le contrôle dynamique des processus coopératifs, pour la définition et la reconfiguration d'architecture informatique ...

Nous présentons dans cette thèse une étude sur des<br />algorithmes distribués asynchrones et déterministes de<br />contröle. Un système distribué consiste en un réseau<br />de sites (processeurs, ordinateurs ou réseaux locaux). Dans cette<br />thèse, nous ne considérons que des réseaux de sites<br />communicants n'ayant ni mémoire partagée ni horloge globale.<br />De nombreux problèmes de l'algorithmique distribuée sont<br />réductibles à la construction d'un Arbre Couvrant qui est la<br />structure de contrôle qui nous intéresse.<br /><br />Nous étudions deux types d'algorithmes~: ceux utilisant<br />la notion de phase logique et les autres qui ne considèrent aucun<br />mécanisme de synchronisation. Ces derniers ont des comportements<br />imprévisibles améliorant la tolérance aux fautes. Nous<br />présentons un nouvel algorithme de ce type associé à une<br />élection qui n'est pas une recherche d'extremum contrairement<br />à l'usage. Cet algorithme est comparable au meilleur<br />algorithme connu qui utilise des jetons et des phases logiques<br />induisant un comportement plus "séquentiel".<br /><br />D'autres algorithmes, construisant des AC contraints, sont<br />considérés. En particulier l'AC de Diamètre Minimum qui<br />est, à notre connaissance, un problème qui n'a jamais<br />été étudié dans ce domaine. Le diamètre d'un<br />graphe est la somme des poids des arêtes du plus long des plus<br />courts chemins. Si nous considérons la complexité temporelle,<br />cette contrainte est d'un intérêt &vident. Nous proposons<br />différents algorithmes suivant que la tolérance aux fautes est<br />nécessaire ou non.<br /><br />Finalement, l'étude pratique des algorithmes distribués sur<br />des réseaux de grande taille nous a conduit à la construction<br />d'un simulateur. Il permet l'exécution d'un même code source<br />sur des machines séquentielles ou parallèles.

Les cartes sont des objets combinatoires apparaissant en physique comme discrétisation naturelle des surfaces aléatoires employées pour la gravité quantique bidimensionnelle ou la théorie des cordes, ainsi que dans les modèles de matrices. Après rappel de ces relations, nous établissons des correspondances entre diverses classes de cartes et d'arbres, autres objets combinatoires de structure simple. Un premier intérêt mathématique de ces constructions est de donner des preuves bijectives, élémentaires et rigoureuses, de plusieurs résultats d'énumération de cartes. Par ailleurs, nous accédons ainsi à une information fine sur la géométrie intrinsèque des cartes, conduisant à des résultats analytiques exacts grâce à une propriété inattendue d'intégrabilité. Nous abordons enfin la question de l'existence d'une limite continue universelle.

Le problème de placement sur deux dimensions consiste à décider s'il existe un rangement d'objets rectangulaires dans une boîte donnée. C'est un problème combinatoire difficile (à la complexité du respect des capacités s'ajoute celle du positionnement des objets). Nous considérons les variantes sans rotation des objets et avec ou sans optimisation de la valeur des objets placés. Nous menons une étude exploratoire des méthodologies qui peuvent être développées à l'interface de la programmation mathématique, de l'optimisation combinatoire et de la théorie des graphes. Nous comparons les formulations de la littérature et en proposons de nouvelles. Nous développons et testons deux approches de résolution innovantes. L'une est basée sur la décomposition de Dantzig-Wolfe (avec un branchement sur les contraintes disjonctives de non recouvrement des objets). L'autre constitue en une approche combinatoire basée sur diverses caractérisations des graphes d'intervalles (modélisant le chevauchement des objets selon chaque axe).

L'espace et le temps sont des concepts indissociables et nécessaires à l'analyse de l'évolution d'entités spatio-temporelles. Modéliser ces évolutions passe par la détection des changements et des relations qui modifient et caractérisent ces entités. Ces changements sont en particulier caractérisés par des modifications liées à la position, à l'empreinte spatiale de ces entités, ou même à leur identité. Une modélisation spatio-temporelle nécessite le développement de solutions de représentation qui permettent d'identifier et d'étudier les processus mis en jeu, leurs causes et leurs conséquences. Le fait que la représentation formelle et informatique d'un phénomène entraîne une description plus ou moins simplifiée de la réalité, implique qu'une telle modélisation retienne le niveau de détail disponible et/ou souhaité de cette description. Idéalement, il devrait être possible d'étudier un phénomène à plusieurs niveaux de granularité dans l'espace et dans le temps. Si de nombreux modèles et approches ont été proposés pour modéliser des évolutions d'entités au sein de phénomènes spatio-temporels, aucun ne permet de disposer d'une structure de représentation permettant de saisir complètement la sémantique de ces applications. Cette recherche propose un modèle de graphe spatio-temporel qui permet de caractériser les principales propriétés de l'évolution d'entités spatiales. Nous distinguons dans ce cadre plusieurs concepts structurants comme les notions d'identité et de relations à travers les dimensions spatiales et temporelles. Pour un temps donné, nous catégorisons les relations spatiales et de filiation et, à travers le temps, les filiations temporelles et les relations spatio-temporelles. Les structures de graphe émergeantes permettent non seulement de caractériser l'évolution d'un ensemble d'entités spatiales, mais aussi de découvrir de nouvelles propriétés. Des fonctions de manipulation de graphe sont développées et appliquées au modèle de graphe spatiotemporel. Ces fonctions identifient des processus génériques ( e.g. vie et mort d'une entité) ou liés à une application spécifique et à sa sémantique. Afin de combiner plusieurs sources d'informations au sein d'un même graphe, des fonctions de jointure permettent l'intégration de plusieurs graphes au sein d'une représentation unifiée. Les propriétés des graphes ainsi constitués et le rôle des différentes entités présentes au sein de ces graphes sont étudiés par une qualification des différents types de routes les reliant. La consistance du modèle de graphe spatio-temporel est abordée à partir d'un algorithme de vérification de contraintes. Nous faisons la différence entre les contraintes de domaine intrinsèques au modèle de graphe, et les contraintes sémantiques dépendantes d'une application en particulier. Une extension de la démarche de modélisation est réalisée à partir d'une structure basée sur les bigraphes qui permet de représenter explicitement un phénomène spatio-temporel selon plusieurs niveaux de granularité spatiale.