L'aboutissement aux Commandes de Vol Électriques (CDVE) des avions civils actuels s'est fait par étapes, après une longue maturation des différentes technologies mises en place. La prochaine étape est l'utilisation de communications intégralement numériques et d'actionneurs intelligents. Cette thèse propose de nouvelles architectures, en rupture avec l'état de l'art, avec de nouvelles répartitions des fonctions intelligentes entre l'avionique centrale (calculateurs de commandes de vols) et l'avionique déportée (électroniques locales des actionneurs) dont l'avantage est d'exiger moins de ressources par rapport aux architectures conventionnelles tout en satisfaisant les mêmes exigences de sécurité et de disponibilité ainsi que les exigences croissantes en fiabilité opérationnelle de la part des compagnies aériennes. La sûreté de fonctionnement et la robustesse des nouvelles architectures proposées ont été validées respectivement sous OCAS/Altarica et Matlab/Simulink.

Traditionnellement, dans le domaine avionique les logiciels utilisés à bord de l'avion sont totalement séparés des logiciels utilisés au dehors afin d'éviter toutes interaction qui pourrait corrompre les systèmes critiques à bord de l'avion. Cependant, les nouvelles générations d'avions exigent plus d'interactions avec le monde ouvert avec pour objectif de proposer des services étendu, générant ainsi un flux d'information potentiellement dan- gereux. Dans une précédente étude, nous avons proposé l'utilisation de la virtualisation pour assurer la sûreté de fonctionnement d'applications critiques assurant des communi- cations bidirectionnelles entre systèmes critiques et systèmes non sûr. Dans cette thèse nous proposons deux contributions. La première contribution propose une méthode de comparaison d'hyperviseur. Nous avons développé un banc de test permettant de mesurer les performances d'un système virtualisé. Dans cette étude, différentes configurations ont été expérimentées, d'un système sans OS à une architecture complète avec un hyperviseur et un OS s'exécutant dans une machine virtuelle. Plusieurs tests (processeur, mémoire et réseaux) ont été mesurés et collectés sur différents hyperviseurs. La seconde contribution met l'accent sur l'amélioration d'une architecture de sécurité existante. Un mécanisme de comparaison basé sur l'analyse des traces d'exécution est utilisé pour détecter les anomalies entre instances d'application exécutées sur diverse ma- chines virtuelles. Nous proposons de renforcer le mécanisme de comparaison à l'exécution par l'utilisation d'un modèle d'exécution issu d'une analyse statique du bytecode Java. Afin de valider notre approche, nous avons développé un prototype basé sur un cas d'étude identifié avec Airbus qui porte sur l'utilisation d'un ordinateur portable dédié à la maintenance.

L'évolution des systèmes pendant leur vie opérationnelle est incontournable. Les systèmes sûrs de fonctionnement doivent évoluer pour s'adapter à des changements comme la confrontation à de nouveaux types de fautes ou la perte de ressources. L'ajout de cette dimension évolutive à la fiabilité conduit à la notion de résilience informatique. Parmi les différents aspects de la résilience, nous nous concentrons sur l'adaptativité. La sûreté de fonctionnement informatique est basée sur plusieurs moyens, dont la tolérance aux fautes à l'exécution, où l'on attache des mécanismes spécifiques (Fault Tolerance Mechanisms, FTMs) à l'application. A ce titre, l'adaptation des FTMs à l'exécution s'avère un défi pour développer des systèmes résilients. Dans la plupart des travaux de recherche existants, l'adaptation des FTMs à l'exécution est réalisée de manière préprogrammée ou se limite à faire varier quelques paramètres. Tous les FTMs envisageables doivent être connus dès le design du système et déployés et attachés à l'application dès le début. Pourtant, les changements ont des origines variées et, donc, vouloir équiper un système pour le pire scénario est impossible. Selon les observations pendant la vie opérationnelle, de nouveaux FTMs peuvent être développés hors-ligne, mais intégrés pendant l'exécution. On dénote cette capacité comme adaptation agile, par opposition à l'adaptation préprogrammée. Dans cette thèse, nous présentons une approche pour développer des systèmes sûrs de fonctionnement flexibles dont les FTMs peuvent s'adapter à l'exécution de manière agile par des modifications à grain fin pour minimiser l'impact sur l'architecture initiale. D'abord, nous proposons une classification d'un ensemble de FTMs existants basée sur des critères comme le modèle de faute, les caractéristiques de l'application et les ressources nécessaires. Ensuite, nous analysons ces FTMs et extrayons un schéma d'exécution générique identifiant leurs parties communes et leurs points de variabilité. Après, nous démontrons les bénéfices apportés par les outils et les concepts issus du domaine du génie logiciel, comme les intergiciels réflexifs à base de composants, pour développer une librairie de FTMs adaptatifs à grain fin. Nous évaluons l'agilité de l'approche et illustrons son utilité à travers deux exemples d'intégration : premièrement, dans un processus de développement dirigé par le design pour les systèmes ubiquitaires et, deuxièmement, dans un environnement pour le développement d'applications pour des réseaux de capteurs.

La programmation orientée aspects (POA) sépare les différentes préoccupations composant un système informatique pour améliorer la modularité. La POA offre de nombreux bénéfices puisqu'elle permet de séparer le code fonctionnel du code non-fonctionnel améliorant ainsi leur réutilisation et la configurabilitè des systèmes informatiques. La configurabilité est un élément essentiel pour assurer la résilience des systèmes informatiques, puisqu'elle permet de modifier les mécanismes de sûreté de fonctionnement. Cependant le paradigme de programmation orientée aspect introduit de nouveaux défis pour le test. Dans les systèmes de grande taille où plusieurs préoccupations non fonctionnelles cohabitent, une implémentation à l'aide d'aspects de ces préoccupations peut être problématique. Partageant le même flot de données et le même flot de contrôle les aspects implémentant les différentes préoccupations peuvent écrire dans des variables lues par d'autres aspects ou interrompre le flot de contrôle commun aux différents aspects empêchant ainsi l'exécution de certains d'entre eux.Dans cette thèse nous nous intéressons plus spécifiquement aux interférences entre aspects dans le cadre du développement de mécanismes de tolérance aux fautes implémentés sous forme d'aspects. Ces interférences sont dues à une absence de déclaration de précédence entre les aspects ou à une déclaration de précédence erronée. Afin de mieux maîtriser l'assemblage des différents aspects composant un mécanisme de tolérance aux fautes, nous avons développé une méthode alliant l'évitement à la détection des interférences au niveau du code. Le but de l'évitement est d'empêcher l'introduction d'interférences en imposant une déclaration de précédence entre les aspects lors de l'intégration des aspects. La détection permet d'exhiber lors du test les erreurs introduites dans la déclaration des précédences. Ces deux facettes de notre approche sont réalisées grâce à l'utilisation d'une extension d'AspectJ appelée AIRIA. Les constructions d'AIRIA permettent l'instrumentation et donc la détection des interférences entre aspects, avec des facilités de compilation permettant de mettre en oeuvre l'évitement d'interférences. Notre approche est outillée et vise à limiter le temps de déboguage : le testeur peut se concentrer directement sur les points où une interférence se produit. Nous illustrons notre approche sur une étude de cas : un protocole de réplication duplex. Dans ce contexte le protocole est implémenté en utilisant des aspects à grain fin permettant ainsi une meilleure configurabilité de la politique de réplication. Nous montrons que l'assemblage de ces aspects à grain fin donne lieu à des interférences de flot de données et flot de contrôle qui sont détectées par notre approche d'instrumentation. Nous définissons un ensemble d'aspects interférant pour l'exemple, et nous montrons comment notre approche permet la détection d'interférences.

Les architectures logicielles de contrôles sont le centre névralgique des robots. Malheureusement les robots et leurs architectures souffrent de nombreuses imperfections qui perturbent et/ou compromettent la réalisation des missions qui leurs sont affectés. Nous proposons donc une méthodologie de conception d'architecture de contrôle adaptative pour la mise en oeuvre de la tolérance aux fautes. La première partie de ce manuscrit propose un état de l'art de la sureté de fonctionnement, d'abord générique avant d'être spécifié au contexte des architectures de contrôle. La seconde partie nous permet de détailler la méthodologie proposée permettant d'identifier les fautes potentielles d'un robot et d'y répondre à l'aide des moyens de tolérance aux fautes. La troisième partie présente le contexte expérimental et applicatif dans lequel la méthodologie proposée sera mise en oeuvre et qui constitue la quatrième partie de ce manuscrit. Une expérimentation spécifique mettant en lumière les aspects de la méthodologie est détaillée dans la dernière partie.

Le maintien ou le renforcement de la masse et de la fonction musculaire, altérées chez les patients BPCO, est un objectif primordial pour préserver, voire améliorer leur tolérance à l'effort, leur qualité de vie et leur survie. Afin d'optimiser la prise en charge de cette dysfonction musculaire, la réhabilitation est complétée par des interventions nutritionnelles, encore appelées réhabilitations nutritionnelles. Dans ce contexte, l'apport d'acides gras polyinsaturés de la série n-3, et plus particulièrement d'acide docosahexaénoïque (DHA), pourrait s'avérer intéressant en raison de leurs effets bénéfiques démontrés dans plusieurs pathologies chroniques. L'objectif de ce travail était donc de caractériser les effets d'une supplémentation en DHA sur la tolérance à l'effort et sur le métabolisme énergétique des muscles squelettiques de rats adultes exposés à une hypoxie comme modèle de muscle de patient BPCO au stade de l'insuffisance respiratoire chronique. La tolérance à l'effort est améliorée par le DHA, que les rats soient conditionnés en normoxie ou en hypoxie. En normoxie, les mécanismes impliqués seraient liés à un effet du DHA mimétique de celui d'un exercice d'endurance, avec une activation de l'AMPK et une amélioration de la fonction mitochondriale étudiée sur fibres musculaires perméabilisées. En hypoxie, le DHA agirait différemment, réduisant les effets de l'hypoxie sur le muscle, sans que les mécanismes mimétiques de l'exercice d'endurance ne soient clairement retrouvés. La prise de DHA chez des rats entrainés et conditionnés en hypoxie permet également un gain d'endurance mais les mécanismes à l'origine de cet effet ne sont pas élucidés et nécessitent des travaux complémentaires. Au vu des résultats sur le muscle, la supplémentation en DHA pourrait donc être bénéfique dans la prise en charge de la dysfonction musculaire dans les maladies chroniques telles que la BPCO.

La construction des grilles informatiques est un des axes de recherche majeurs sur les systèmes informatiques en réseau. L'objectif principal de la construction d'une grille informatique, c'est de fournir les concepts et composant logiciels système adéquats pour agréger les ressources informatiques (processeurs, mémoires, et aussi réseau) au sein d'une grille de traitements informatiques, pour en faire (à terme) une infrastructure informatique globale de simulations, traitement de données ou contrôle de procédés industriels. Cette infrastructure est potentiellement utilisable dans tous les domaines de recherche scientifique, dans la recherche industrielle et les activités opérationnelles (nouveaux procédés et produits, instrumentation, etc.), dans l'évolution des systèmes d'information, du Web et du multimédia. Les grilles de qualité production supposent une maitrise des problèmes de fiabilité, de sécurité renforcé par un meilleur contrôle des accès et une meilleur protection contre les attaques, de tolérance aux défaillances ou de prévention des défaillances, toutes ces propriétés devant conduire à des infrastructure de grille informatique sûres de fonctionnement. Dans cette thèse on propose de poursuivre des recherches sur les problèmes de gestion automatisée des défaillances, l'objectif principal étant de masquer le mieux possible ces défaillances, à la limite les rendre transparents aux applications, de façon à ce que, du point de vue des applications, l'infrastructure de grille fonctionne de façon quasi-continue. Nous avons conçu un nouvel algorithme hiérarchique auto-adaptatif pour assurer la tolérance aux fautes dans les grilles informatiques. Ce protocole s'appuie sur l'architecture hiérarchique des grilles informatiques. Dans chaque cluster, nous avons défini un coordonnateur appelé processus leader, dont le rôle consiste à coordonner les échanges intra-cluster et à assurer le rôle d'intermédiaire entre les processus appartenant à des clusters différents. Pour sauvegarder les états des processus inter-cluster, le protocole adaptatif utilise le mécanisme de journalisation pessimiste basé sur l'émetteur. A l'intérieur du cluster, le protocole exécuté dépend de la fréquence des messages. A partir d'un seuil de fréquence maximale déterminée en fonction de la densité des communications, c'est le protocole de point de reprise coordonné non bloquant qui sera utilisé, tandis que si le nombre de messages dans le cluster est faible, les messages sont sauvegardés avec la journalisation pessimiste.

Conscient que la réflexivité permet d'améliorer la conception et la maintenance des applications, en séparant leurs aspects fonctionnels et non-fonctionnels, nous explorons dans cette thèse le potentiel réflexif de l'intergiciel CORBA. Afin d'effectuer une analyse en profondeur, nous avons développé une plate-forme à composants fournissant de manière transparente des mécanismes classiques de réplication. Cette plate-forme nous a permis de montrer les limites de la spécification actuelle des intercepteurs CORBA, PIs (Portable Interceptors). Nous avons identifié précisément certaines difficultés de mise en oeuvre, notamment à cause de la dépendance des intercepteurs vis-à-vis du serveur auquel ils sont attachés et la faible contrôlabilité des interactions réparties. À la lumière de ce travail, nous proposons une amélioration du potentiel réflexif de la norme CORBA actuelle afin de la rendre plus adaptée à la mise en oeuvre des mécanismes de tolérance aux fautes.

L'objectif de cette thèse est la conception et l'implémentation d'un protocole à métaobjets adapté à la tolérance aux fautes d'objets Corba. En effet, il n'existe pas, à ce jour, de protocole à métaobjets satisfaisant dans ce contexte. Le protocole que nous définissons permet, d'une part, le contrôle du comportement et de l'état interne des objets Corba, et d'autre part, le contrôle des liens entre clients et serveur ainsi qu'entre objets et métaobjets, le tout de façon dynamique. L' implémentation proposée est adaptée à l'utilisation d'une plateforme Corba standard grâce à l'utilisation de langages ouverts et de réflexivité à la compilation : ces outils permettent de personnaliser le processus de compilation afin d'exhiber à l'exécution les informations nécessaires aux mécanismes de tolérance aux fautes. Un autre avantage de la réflexivité à la compilation est de permettre, de façon simple, d'assurer le respect de conventions de programmation grâce au filtrage du code source des applications. Ce protocole, bien intégré à Corba, tire également profit, lorsque c'est possible, des éléments réflexifs fournis par le support d'exécution du langage. C'est le cas avec Java, par exemple, qui permet la sérialisation des objets, grâce à ses aspects réflexifs limités. Lorsque le support du langage n'est pas réflexif, comme pour C++ par exemple, la réflexivité à la compilation permet également de mettre en ¿uvre des techniques de sauvegarde et de restauration de l'état des objets ; état complet et état partiels peuvent être contrôlés par les métaobjets. Les différentes propriétés de ce protocole à métaobjets sont illustrées par une proposition d'architecture Corba permettant d'intégrer à l'application des mécansimes de tolérance aux fautes de manière très flexible. Les propriétés de cette approche sont une bonne séparation entre l'application et les mécanismes non-fonctionnels implémentés dans les métaobjets, l'aspect dynamique du lien entre objets et métaobjets, la composabilité et la réutilisation des mécanismes ainsi que la transparence pour l'utilisateur. Enfin, ce protocole à métaobjets est suffisamment générique pour tirer parti de l' ouverture, au sens de la réflexivité, des logiciels de base (système d'exploitation et middleware) de la plateforme.

Le passage de l'échelle des nouvelles plates-formes de calcul parallèle et distribué soulève de nombreux défis scientifiques. À terme, il est envisageable de voir apparaître des applications composées d'un milliard de processus exécutés sur des systèmes à un million de coeurs. Cette augmentation fulgurante du nombre de processeurs pose un défi de résilience incontournable, puisque ces applications devraient faire face à plusieurs pannes par jours. Pour assurer une bonne exécution dans ce contexte hautement perturbé par des interruptions, de nombreuses techniques de tolérance aux pannes telle que l'approche de sauvegarde et reprise (checkpoint) ont été imaginées et étudiées. Cependant, l'intégration de ces approches de tolérance aux pannes dans le couple formé par l'application et la plate-forme d'exécution soulève des problématiques d'optimisation pour déterminer le compromis entre le surcoût induit par le mécanisme de tolérance aux pannes d'un coté et l'impact des pannes sur l'exécution d'un autre coté. Dans la première partie de cette thèse nous concevons deux modèles de performance stochastique (minimisation de l'impact des pannes et du surcoût des points de sauvegarde sur l'espérance du temps de complétion de l'exécution en fonction de la distribution d'inter-arrivées des pannes). Dans la première variante l'objectif est la minimisation de l'espérance du temps de complétion en considérant que l'application est de nature préemptive. Nous exhibons dans ce cas de figure tout d'abord une expression analytique de la période de sauvegarde optimale quand le taux de panne et le surcoût des points de sauvegarde sont constants. Par contre dans le cas où le taux de panne ou les surcoûts des points de sauvegarde sont arbitraires nous présentons une approche numérique pour calculer l'ordonnancement optimal des points de sauvegarde. Dans la deuxième variante, l'objectif est la minimisation de l'espérance de la quantité totale de temps perdu avant la première panne en considérant les applications de nature non-préemptive. Dans ce cas de figure, nous démontrons tout d'abord que si les surcoûts des points sauvegarde sont arbitraires alors le problème du meilleur ordonnancement des points de sauvegarde est NP-complet. Ensuite, nous exhibons un schéma de programmation dynamique pour calculer un ordonnancement optimal. Dans la deuxième partie de cette thèse nous nous focalisons sur la conception des stratégies d'ordonnancement tolérant aux pannes qui optimisent à la fois le temps de complétion de la dernière tâche et la probabilité de succès de l'application. Nous mettons en évidence dans ce cas de figure qu'en fonction de la nature de la distribution de pannes, les deux objectifs à optimiser sont tantôt antagonistes, tantôt congruents. Ensuite en fonction de la nature de distribution de pannes nous donnons des approches d'ordonnancement avec des ratios de performance garantis par rapport aux deux objectifs.