Les contextes toujours plus variés et dynamiques dans lesquels les logiciels actuels s'exécutent leurs imposent de s'adapter de façon autonome à ces changements. L'objectif de cette thèse est de faciliter le développement de telles applications adaptatives, en considérant l'adaptation comme un aspect qui doit être développé séparément du reste de l'application a fin de pouvoir y être intégré et modifié dynamiquement. Pour cela nous proposons Safran, une extension du modèle de composants Fractal permettant d'associer dynamiquement des politiques d'adaptation aux composants d'une application. Ces politiques sont programmées dans un langage dédié sous la forme de règles réactives. Leur exécution repose d'une part sur WildCAT, un système permettant de détecter les évolutions du contexte d'exécution (quand adapter ?), et d'autre part sur FScript, un langage dédié pour la reconfiguration dynamique consistante de composants Fractal (comment adapter ?).

Dans ce travail de thèse, nous développons des méthodes de synchronisation des systèmes chaotiques pour les applications de transmission d'informations. La première méthode de synchronisation que nous proposons est basée sur les observateurs adaptatifs à entrées inconnues pour une classe des systèmes chaotiques présentant des incertitudes paramétriques et des perturbations dans leurs dynamiques et du bruit dans les signaux de sortie (bruit dans le canal de communication). La méthode développée repose sur les techniques adaptatives pour la compensation des non-linéarités et des incertitudes paramétriques et pour la restauration des messages transmis. Elle se base également sur les méthodes de synthèse d'observateurs à entrées inconnues pour supprimer l'influence des perturbations et du bruit. Ensuite, nous développons une deuxième méthode de synchronisation utilisant un observateur adaptatif à ''modes glissants" pour une classe des systèmes chaotiques présentant des entrées inconnues et dont les signaux de sortie sont bruités. La synthèse de l'observateur s'appuie sur la théorie des modes glissants, les techniques de synthèse d'observateurs singuliers et les techniques adaptatives dans le but d'estimer conjointement l'état et les entrées inconnues malgré la présence du bruit dans les équations de sortie. Cette approche de synchronisation est ensuite employée dans un nouveau schéma de communication chaotique sécurisée dont l'objectif est d'augmenter le nombre et l'amplitude des messages transmis, améliorer le niveau de sécurité ainsi que la robustesse aux bruits présents dans le canal de communication. En outre, le scénario de présence des retards de transmission est étudié en élaborant une troisième approche de synchronisation à base d'observateurs adaptatifs pour une classe des systèmes chaotiques de Lur'e avec des non-linéarités à pente restreinte et des signaux de sortie retardés. En se basant sur la théorie de Lyapunov-Krasovskii et en utilisant une hypothèse d'excitation persistante, l'observateur adaptatif proposé garantit la synchronisation maitre-esclave et la restauration des informations transmises malgré l'existence des retards de transmission. Les résultats théoriques obtenus dans ce travail de thèse sont vérifiés à travers des applications de transmission d'informations utilisant différents modèles des systèmes chaotiques tout en étudiant les différents scénarios et cas de figure pouvant se présenter en pratique et en analysant les aspects de sécurité de ces systèmes.

Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à la détection, l'isolation et l'identification de défauts pour une classe de systèmes dynamiques continus non linéaires avec entrées affines. Nous avons focalisé notre étude sur les défauts additifs qui apparaissent au niveau des actionneurs et des capteurs. En supposant que nous disposons de l'état du système, des algorithmes de détection, d'isolation et d'identification de défauts basés sur des observateurs adaptatifs ont été développés. Le premier algorithme proposé traite les défauts actionneurs et est constitué de deux banques d'observateurs adaptatifs ayant une structure particulière qui nous permet d'isoler des défauts simples et multiples. La première banque est dédiée à la détection et l'identification du défaut ; ensuite sur la base des valeurs candidates, issues de l'identification, la deuxième banque isole l'actionneur en défaut. Un deuxième algorithme est proposé pour les défauts capteurs. Avant de traiter le problème, nous avons reformulé le modèle avec l'aide d'un filtre, ce qui a permis d'augmenter l'état du système et ainsi transformer les capteurs du système originel en actionneurs du nouveau système augmenté. Ce deuxième algorithme est basé sur la création d'une banque d'observateurs adaptatifs non linéaires, où chaque observateur isole le défaut associé à chaque capteur. Les avantages de la méthode proposée est qu'il ait possible de détecter, d'isoler et d'identifier les défauts simples, multiples et simultanés. La pertinence de ces deux algorithmes est examinée à partir de résultats de simulation obtenus sur un modèle académique de la littérature et sur un modèle d'un procédé de traitement des eaux usées en présence de bruit de mesure.

L'essor des nouvelles technologies de télécommunication et de conception des capteurs a fait apparaître un nouveau domaine du traitement du signal : les réseaux de capteurs. Une application clé de ce nouveau domaine est l'estimation à distance : les capteurs acquièrent de l'information et la transmettent à un point distant où l'estimation est faite. Pour relever les nouveaux défis apportés par cette nouvelle approche (contraintes d'énergie, de bande et de complexité), la quantification des mesures est une solution. Ce contexte nous amène à étudier l'estimation à partir de mesures quantifiées. Nous nous concentrons principalement sur le problème d'estimation d'un paramètre de centrage scalaire. Le paramètre est considéré soit constant, soit variable dans le temps et modélisé par un processus de Wiener lent. Nous présentons des algorithmes d'estimation pour résoudre ce problème et, en se basant sur l'analyse de performance, nous montrons l'importance de l'adaptativité de la dynamique de quantification pour l'obtention d'une performance optimale. Nous proposons un schéma adaptatif de faible complexité qui, conjointement, estime le paramètre et met à jour les seuils du quantifieur. L'estimateur atteint de cette façon la performance asymptotique optimale. Avec 4 ou 5 bits de résolution, nous montrons que la performance optimale pour la quantification uniforme est très proche des performances d'estimation à partir de mesures continues. Finalement, nous proposons une approche à haute résolution pour obtenir les seuils de quantification non-uniformes optimaux ainsi qu'une approximation analytique des performances d'estimation.

Les domaines de recherche actuels, tels que l'informatique ubiquitaire et l'informatique en nuage (cloud computing), considèrent que ces environnements d'exécution sont en changement continue. Les applications dynamiques ; où les composants peuvent être ajoutés, supprimés pendant l'exécution, permettent a un logiciel de s'adapter et de s'ajuster à l'évolution des environnements, et de tenir compte de l'évolution du logiciel. Malheureusement, les applications dynamiques soulèvent des questions de conception et de développement qui n'ont pas encore été pleinement explorées. <br> Dans cette thèse, nous montrons que le dynamisme est une préoccupation transversale qui rompt avec un grand nombre d'hypothèses que les développeurs d'applications classiques sont autorisés à prendre. Le dynamisme affecte profondément la conception et développement de logiciels. S'il n'est pas manipulé correctement, le dynamisme peut " silencieusement " corrompre l'application. De plus, l'écriture d'applications dynamiques est complexe et sujette à erreur. Et compte tenu du niveau de complexité et de l'impact du dynamisme sur le processus du développement, le logiciel ne peut pas devenir dynamique sans (de large) modification et le dynamisme ne peut pas être totalement transparent (bien que beaucoup de celui-ci peut souvent être externalisées ou automatisées). <br> Ce travail a pour but d'offrir à l'architecte logiciel le contrôle sur le niveau, la nature et la granularité du dynamisme qui est nécessaire dans les applications dynamiques. Cela permet aux architectes et aux développeurs de choisir les zones de l'application où les efforts de programmation des composants dynamiques seront investis, en évitant le coût et la complexité de rendre tous les composants dynamiques. L'idée est de permettre aux architectes de déterminer l'équilibre entre les efforts à fournir et le niveau de dynamisme requis pour les besoins de l'application.

L'objet principal de cette thèse est de développer des estimateurs adaptatifs en statistique pour données fonctionnelles. Dans une première partie, nous nous intéressons au modèle linéaire fonctionnel et nous définissons un critère de sélection de la dimension pour des estimateurs par projection définis sur des bases fixe ou aléatoire. Les estimateurs obtenus vérifient une inégalité de type oracle et atteignent la vitesse de convergence minimax pour le risque lié à l'erreur de prédiction. Pour les estimateurs définis sur une collection de modèles aléatoires, des outils de théorie de la perturbation ont été utilisés pour contrôler les projecteurs aléatoires de manière non-asymptotique. D'un point de vue numérique, cette méthode de sélection de la dimension est plus rapide et plus stable que les méthodes usuelles de validation croisée. Dans une seconde partie, nous proposons un critère de sélection de fenêtre inspiré des travaux de Goldenshluger et Lepski, pour des estimateurs à noyau de la fonction de répartition conditionnelle lorsque la covariable est fonctionnelle. Le risque de l'estimateur obtenu est majoré de manière non-asymptotique. Des bornes inférieures sont prouvées ce qui nous permet d'établir que notre estimateur atteint la vitesse de convergence minimax, à une perte logarithmique près. Dans une dernière partie, nous proposons une extension au cadre fonctionnel de la méthodologie des surfaces de réponse, très utilisée dans l'industrie. Ce travail est motivé par une application à la sûreté nucléaire.

Dans le contexte de l’informatique pervasive et de l’internet des objets, les systèmes sonthétérogènes, distribués et adaptatifs (p. ex., systèmes de gestion des transports, bâtimentsintelligents). La conception et le déploiement de ces systèmes sont rendus difficiles par leurnature hétérogène et distribuée mais aussi le risque de décisions d’adaptation conflictuelleset d’inconsistances à l’exécution. Les inconsistances sont causées par des pannes matériellesou des erreurs de communication. Elles surviennent lorsque des actions correspondant auxdécisions d’adaptation sont supposées être effectuées alors qu’elles ne le sont pas.Cette thèse propose un support intergiciel, appelé SICODAF, pour la conception et ledéploiement de systèmes adaptatifs fiables. SICODAF combine une fiabilité comportementale(absence de décisions conflictuelles) au moyen de systèmes de transitions et une fiabilitéd’exécution (absence d’inconsistances) à l’aide d’un intergiciel transactionnel. SICODAF estbasé sur le calcul autonomique. Il permet de concevoir et de déployer un système adaptatifsous la forme d’une boucle autonomique qui est constituée d’une couche d’abstraction, d’unmécanisme d’exécution transactionnelle et d’un contrôleur. SICODAF supporte trois typesde contrôleurs (basés sur des règles, sur la théorie du contrôle continu ou discret). Il permetégalement la reconfiguration d’une boucle, afin de gérer les changements d’objectifs quisurviennent dans le système considéré, et l’intégration d’un système de détection de pannesmatérielles. Enfin, SICODAF permet la conception de boucles multiples pour des systèmesqui sont constitués de nombreuses entités ou qui requièrent des contrôleurs de types différents.Ces boucles peuvent être combinées en parallèle, coordonnées ou hiérarchiques.SICODAF a été mis en oeuvre à l’aide de l’intergiciel transactionnel LINC, de l’environnementd’abstraction PUTUTU et du langage Heptagon/BZR qui est basé sur des systèmesde transitions. SICODAF a été également évalué à l’aide de trois études de cas. / In the context of pervasive computing and internet of things, systems are heterogeneous,distributed and adaptive (e.g., transport management systems, building automation). Thedesign and the deployment of these systems are made difficult by their heterogeneous anddistributed nature but also by the risk of conflicting adaptation decisions and inconsistenciesat runtime. Inconsistencies are caused by hardware failures or communication errors. Theyoccur when actions corresponding to the adaptation decisions are assumed to be performedbut are not done.This thesis proposes a middleware support, called SICODAF, for the design and thedeployment of reliable adaptive systems. SICODAF combines a behavioral reliability (absenceof conflicting decisions) by means of transitions systems and an execution reliability(absence of inconsistencies) through a transactional middleware. SICODAF is based on autonomiccomputing. It allows to design and deploy an adaptive system in the form of anautonomic loop which consists of an abstraction layer, a transactional execution mechanismand a controller. SICODAF supports three types of controllers (based on rules, on continuousor discrete control theory). SICODAF also allows for loop reconfiguration, to dealwith changing objectives in the considered system, and the integration of a hardware failuredetection system. Finally, SICODAF allows for the design of multiple loops for systems thatconsist of a high number of entities or that require controllers of different types. These loopscan be combined in parallel, coordinated or hierarchical.SICODAF was implemented using the transactional middleware LINC, the abstractionenvironment PUTUTU and the language Heptagon/BZR that is based on transitionssystems. SICODAF was also evaluated using three case studies.

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Le déclin mondial des anguilles tempérées est lié aux effets synergiques de multiples pressions anthropiques. Cependant, la complexité du cycle de vie des anguilles et leurs incroyables capacités d’adaptation font qu’il est très difficile de connaître le poids relatif de chacune des pressions. Les anguilles tempérées sont trois espèces catadromes qui ont de très grandes aires de répartition pendant leurs phases de croissance continentales. Leurs panmixies et les longues dérives larvaires passives sont des freins aux adaptations locales, cependant on observe des patrons spatiaux de traits d’histoire de vie corrélés aux gradients environnementaux, à l’échelle du bassin versant et de son aire de répartition. Ce doctorat vise à (i) démontrer si ces patrons spatiaux d’histoire de vie sont le résultat de deux réponses adaptatives : le polymorphisme génétique et la plasticité phénotypique adaptative, et (ii) à réévaluer l’effet des différentes composantes du changement global en prenant en compte ces réponses adaptatives. Dans ce cadre, GenEve el, un modèle d’optimisation individu-centré a été développé. Ce modèle postule que la sélection de l’habitat dépendant du génotype et la plasticité phénotypique sont deux mécanismes permettant de faire face à l’hétérogénéité environnementale. Avec de telles hypothèses, le modèle permet de reproduire les patrons spatiaux observés concernant la longueur à l’argenture, le sexe-ratio et la distribution des écotypes. Par la suite, différents types des pressions anthropiques - les pêcheries de civelles et d’anguilles argentées, les obstacles à la migration de montaison et les mortalités dues aux turbines hydroélectriques - ont été intégrés dans le modèle.L’objectif a été d’évaluer leurs impacts sur l’échappement, à la fois en nombre, mais aussi sur différents attributs comme le sexe-ratio, la répartition entre génotypes, la longueur à l’argenture moyenne, et la production globale d’oeufs. Les résultats montrent que la pression qui induit la plus forte mortalité directe n’a pas forcément la plus forte influence sur la biomasse féconde et n’exerce pas nécessairement la pression sélective la plus forte sur les écotypes. Le modèle met aussi en évidence que la plasticité phénotypique peut être source de résilience pour la population et qu’elle atténue l’effet de certaines pressions, mais pas de toutes. Cela suggère également que la gestion ne doit pas seulement se concentrer sur les nombres de survivants et les mortalités directes, mais aussi sur la protection de la diversité au sein des populations. Finalement, un modèle démo-génétique est décrit pour résumer notre compréhension des populations d’anguilles. Un tel modèle pourra être utilisé à l’avenir pour explorer les conditions écologiques dans lesquelles le polymorphisme génétique et la plasticité phénotypique ont été sélectionnés à travers des générations et fournir de nouvelles recommandations pour la conservation des espèces d’anguilles en voie d’extinction. / The worldwide decline of temperate eels is due to a synergistic combination of several anthropogenic pressures. However, eels display very specific life-cycles and amazing adaptation capacities that impair our ability to assess the relative effects of each pressure. Temperate eels are three catadromous species with large spatially distribution area during their continental growth stage. Their panmixia and the passive larval drifts impair the possibility of local adaptation; however life history spatial patterns are correlated with environmental gradients at both river catchment and distribution area scales. ThisPhD aims (i) to explore whether these life history spatial patterns may result from two adaptive responses: genetic polymorphism and adaptive phenotypic plasticity, and (ii) to revisit the effect of different components of global change in consideration to these adaptive responses. In this context,GenEveel, an individual-based optimization model was developed. The model postulates that genetic dependent habitat selection and phenotypic plasticity are mechanisms to address environmental heterogeneity. With such assumptions, the model was able to mimic observed spatial patterns in length-at-silvering, sex ratio and distribution of ecotypes. Moreover, different types of anthropogenic pressures (glass eel fishery, silver eel fishery, obstacles to upstream migration, and mortality due to hydropower facilities) were integrated in the model. Then, the model was used to assess their impacts on the number of escapees and their attributes: sex ratio, repartition between genotypes, mean lengthat-silvering, and overall egg production. The results showed that the pressure that induces the highest direct mortality has not necessarily the greatest influence on the spawning biomass and does not necessarily exert the strongest selective pressure on the ecotypes. This demonstrates that phenotypic plasticity can be a source of resilience for the population and mitigates the effect of some but not all the pressures. It also suggests that management should not only focus on numbers and direct mortalitybut on the preservation of diversity within populations. Finally, a demo-genetic model is described summarizing our understanding of eel populations. Such model can be used in the future to explore the ecological conditions in which genetic polymorphism and phenotypic plasticity have been selected through generations and provide new insights for the conservation of endangered eel species.

L'objectif de ce travail de recherche est l'étude du transport des ions et des molécules d'eau à travers de membranes bicouche lipidique et des membranes polymériques. Dans une première partie, ce transport a été réalisé à travers des systèmes synthétiques auto-organisés, dont la sélectivité est en étroite relation avec le type d'architecture supramoléculaire formée grâce à des liaisons faibles. Le but est d'obtenir des systèmes qui peuvent imiter les fonctions de transport des protéines membranaires. Ce mimétisme fonctionnel est obtenu par l'auto-assemblage de molécules organiques contenant le cycle imidazole et la fonction urée, qui peuvent s'auto-assembler et créer des voies sélectives de transport des ions. Pour créer l'équivalent de la membrane cellulaire, nous avons utilisé des vésicules lipidiques unilamellaires. Ensuite, nous avons déterminé une relation entre l'activité des composés et leur structure. Pour ce faire, le transport des ions est étudié à l'aide d'une méthode de spectroscopie de fluorescence, et le transport d'eau par diffusion dynamique de la lumière utilisant la technique de « stopped flow ». Le but de la deuxième partie est la fabrication et la caractérisation des nouvelles membranes composites sous forme de couches minces, qui permettraient un bon compromis entre le flux d'eau et le rejet de sel. Dans ce cadre, la synthèse d'une série d'hydrazides en tant que précurseurs moléculaires a été réalisée, pour remplacer la métaphenylène diamine (MPD) classiquement utilisée. Ici aussi les liaisons hydrogène jouent un rôle important, car le principe de la séparation repose sur la création d'une organisation interne hautement réticulée. Les polymères synthétisés par polymérisation interfaciale ont été caractérisés par des méthodes de spectroscopie infrarouge, analyses thermogravimétriques et diffraction des rayons X. Les membranes composites ont été caractérisées par microscopie électronique à balayage, microscopie à force atomique et mesures d'angle de contact. Les performances membranaires ont été testées en filtration frontale d'eau et de solutions salines. / The aim of this work is the study of ion and water transport either across bilayer membranes or polymeric membranes used for reverse osmosis. In the first part, this transport through self-assembled synthetic systems was studied; the transport selectivity is in strong relation with the supramolecular structure, formed by weak intra and intermolecular bonds. Ion transport is studied by fluorescence spectroscopy and water transport is studied by light scattering using “stopped flow” technique. The objective is to obtain systems that could imitate transport functions of biomolecules as transmembrane proteins. This functional mimicry is achieved through self-assembly of organic molecules containing imidazole cycle and urea function that can self-assembly and form selective pathways for ion transport. To create the equivalent of the cell membrane, we used unilamellar lipid vesicles. Then, we determined a structure - transport activity relationship for a series of synthesized compounds. For the second part of this work we described the fabrication and the characterization of new thin film composite membranes for water desalination that can present a good balance between permeability and salt rejection. A series of hydrazides as molecular precursors was synthesized in order to replace the metaphenylene diamine (MPD), classically used. Again, hydrogen bonds play an important role, because the rejection is due to a high cross-linking. The polymers synthesized by interfacial polymerization were characterized by infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and X-Ray diffraction. The membrane films were characterized by scanning electron microscopy, atomic force microscopy and contact angle measurements. Membrane performances were then tested in cross-flow filtration of water and saline solutions.