Cette thèse s’inscrit dans le domaine de l'intelligence ambiante (Ambient Intelligence - AmI). Les systèmes AmI sont des systèmes interactifs composés de plusieurs éléments hétérogènes. Principalement : les capteurs et les effecteurs.D'un point de vue fonctionnel, l'objectif des systèmes AmI est d'activer certains effecteurs, sur la base des mesures des capteurs. Toutefois, les capteurs et les effecteurs peuvent subir des défaillances. Notre motivation dans cette thèse est de munir les systèmes AmI de capacités d'auto-détection des pannes.Les ressources physiques ne sont pas nécessairement connues au moment de la conception, mais elles sont plutôt découvertes dynamiquement lors de l'exécution. Il est donc impossible d’appliquer les techniques classiques pour prédéterminer des boucles de régulation ad-hoc.Nous proposons une nouvelle approche où la stratégie de détection de défaillances est déterminée dynamiquement lors de l'exécution. Pour cela, les couplages entre capteurs et effecteurs sont déduits automatiquement lors de l’exécution. Ceci est rendu possible par la modélisation des caractéristiques des capteurs, des effecteurs, ainsi que des phénomènes physiques (que nous appelons effets) qui sont attendus dans l'environnement ambiant suite à une action d’un effecteur. Ces effets sont utilisés en run-time pour lier les effecteurs (produisant les effets) avec les capteurs correspondants (détectant ces effets). Nous introduisons une plateforme de détection des pannes qui génère à l’exécution un modèle de prédiction des valeurs attendues sur les capteurs. Ce modèle, de nature hétérogène (il mêle flots de données et automates finis) est exécuté par un outil adapté (ModHel’X) de façon à fournir les valeurs attendues à chaque instant. Notre plateforme compare alors ces valeurs avec les valeurs réellement mesurées de façon à détecter les défaillances. / This thesis takes place in the field of Ambient Intelligence (AmI). AmI Systems are interactive systems composed of many heterogeneous components. From a hardware perspective these components can be divided into two main classes: sensors, using which the system observes its surroundings, and actuators, through which the system acts upon its surroundings in order to execute specific tasks.From a functional point of view, the goal of AmI Systems is to activate some actuators, based on data provided by some sensors. However, sensors and actuators may suffer failures. Our motivation in this thesis is to equip ambient systems with self fault detection capabilities. One of the particularities of AmI systems is that instances of physical resources (mainly sensors and actuators) are not necessarily known at design time; instead they are dynamically discovered at run-time. In consequence, one could not apply classical control theory to pre-determine closed control loops using the available sensors. We propose an approach in which the fault detection and diagnosis in AmI systems is dynamically done at run-time, while decoupling actuators and sensors at design time. We introduce a Fault Detection and Diagnosis framework modeling the generic characteristics of actuators and sensors, and the physical effects that are expected on the physical environment when a given action is performed by the system's actuators. These effects are then used at run-time to link actuators (that produce them) with the corresponding sensors (that detect them). Most importantly the mathematical model describing each effect allows the calculation of the expected readings of sensors. Comparing the predicted values with the actual values provided by sensors allows us to achieve fault-detection.

Cette thèse explore les capacités d’une intelligence ambiante équipée d’un réseau de capteurs de pression au sol. Elle traite le problème de la perception d’un environnement au travers un réseau de capteurs de basse résolution. Les difficultés incluent l’interpretation des poids dispersés pour des objets avec multiples supports, l’ambiguïté de poids entre des objets, la variation du poids des personnes pendant les activités dynamiques, etc. Nous introduisons des nouvelles techniques, partiellement inspirées du domaine de la vision par l’ordinateur, pour la détection, le suivi et la reconnaissance des entités qui se trouvent sur le sol. Nous introduisons également des nouveaux modes d’interaction entre les environnements équipés de tels capteurs aux sols, et les robots qui évoluent dans ces environnements. Ceci permet l’interprétation non-intrusive des événements qui ont lieu dans des environnements dotés d’une intelligence ambiante, avec des applications dans l’assistance automatisée à domicile, l’aide aux personnes âgées, le diagnostic continu de la santé, la sécurité, et la navigation robotique / This thesis explores the capabilities of an ambient intelligence equipped with a load-sensing floor. It deals with the problem of perceiving the environment through a network of low-resolution sensors. Challenges include the interpretation of spread loads for objects with multiple points of support, weight ambiguities between objects, variation of persons’ weight during dynamic activities, etc. We introduce new techniques, partly inspired from the field of computer vision, for detecting, tracking and recognizing the entities located on the floor. We also introduce new modes of interaction between environments equipped with such floor sensors and robots evolving inside them. This enables non-intrusive interpretation of events happening inside environments with embedded ambient intelligence, with applications in assisted living, senile care, continuous health diagnosis, home security, and robotic navigation

Les dépôts de YSZ, élaborés par projection plasma, sont des céramiques réfractaires généralement utilisées pour les applications de barrières thermiques (TBC). Sa faible conductivité thermique associée à sa bonne résistance mécanique assure aux TBC de hautes performances et de bons rendements. La structure et la microstructure complexe sont à l'origine de ces propriétés mécaniques, et celles doivent être contrôlées. Tout comme les céramiques denses la YSZ se dégrade en température et sous vapeur d'eau.La dégradation des propriétés mécaniques dans le temps (module d'élasticité et contrainte à rupture)est accélérée par la température. Pour cette étude les propriétés ont été évaluées en flexion 3 points à température ambiante. Les observations structurales et microstructurales ont été réalisées respectivement par DRX et microscopie électronique à balayage au cours du vieillissement. Un model analytique a pu être proposé pour prédire le comportement du matériau dans le temps sous humidité. / Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) coatings, deposited by plasma sprayed process, are refractory ceramics mostly used as the Thermal Barrier Coating (TBC) applications. The low YSZ thermal conductivity associated to the good mechanical resistance ensures a high performances and efficiencies of these TBC. The structure and the complex microstructure are responsible for the mechanical properties and must be controlled. Like brittle ceramic materials, the YSZ is affected by degradation at low temperature due to water vapor. Material ageing results from the progressive degradation of the mechanical properties (such as fracture strength and Young’s modulus), which seem to decrease in time and accelerate depending on temperature. In this study, the mechanical properties have been evaluated by means of three-point bending tests at room temperature. The observations of the structure and the microstructure are respectively investigated by X-ray diffraction and SEM-technique with material ageing. An analytical model is suggested in order to predict the evolution of the properties under humidity atmosphere.

L'évaluation dynamique des ouvrages sous sollicitations ambiantes est un champ applicatif important de la mécanique des structures et de la théorie des systèmes dynamiques, qui fait l'objet de nombreuses recherches depuis une quinzaine d'années. Inscrit dans le cadre du projet national Evaluation Dynamique des Ponts piloté par le LCPC, le travail presenté dans cette thèse est une contribution à ces recherches. Il concerne l'étude de deux outils réputés pour leur pertinence dans le domaine de l'identification modale des structures sous excitations dynamiques ambiantes aléatoires: les méthodes de sous-espaces et la méthode du décrément aléatoire. Une large place est consacrée aux méthodes de sous-espaces qui font l'objet d'une analyse théorique et algorithmique détaillée destinée à bien cerner leur possibilités et à lever certaines ambiguïtés.L'étude de la méthode du décrément aléatoire constitue le coeur du travail. Nous en donnons d'abord une présentation originale adaptée au cadre discret. Puis, nous basant sur des résultats mathématiques récents, nous justifions rigoureusement des résultats asymptotiques d'intérêt pratique, notamment statistique.

La Maison Intelligente est une résidence équipée de technologie informatique qui assiste ses habitants dans les situations diverses de la vie domestique en essayant de gérer de manière optimale leur confort et leur sécurité par action sur la maison. La détection des situations anormales est un des points essentiels d'un système de surveillance à domicile. Ces situations peuvent être détectées en analysant les primitives générées par les étages de traitement audio et par les capteurs de l'appartement. Par exemple, la détection de cris et de bruits sourds (chute d'un objet lourd) dans un intervalle de temps réduit permet d'inférer l'occurrence d'une chute. Le but des travaux de cette thèse est la réalisation d'un contrôleur intelligent relié à tous les périphériques de la maison et capable de réagir aux demandes de l'habitant (par commande vocale) et de reconnaître des situations à risque ou de détresse. Pour accomplir cet objectif, il est nécessaire de représenter formellement et raisonner sur des informa- tions, le plus souvent temporelles, à des niveaux d'abstraction différents. Le principal défi est le traitement de l'incertitude, de l'imprécision, et de l'incomplétude, qui caractérisent les informations dans ce domaine d'application. Par ailleurs, les décisions prises par le contrôleur doivent tenir compte du contexte dans lequel un ordre est donné, ce qui nous place dans l'informatique sensible au contexte. Le contexte est composé des informations de haut niveau telles que la localisation, l'activité en cours de réalisation, la période de la journée. Les recherches présentées dans ce manuscrit peuvent être divisées principalement en trois axes : la réalisation des méthodes d'inférence pour acquérir les informations du contexte (notamment, la localisation de l'habitant et l'activité en cours) à partir des informations incertaines, la représentation des connaissances sur l'environnement et les situations à risque, et finalement la prise de décision à partir des informations contextuelles. La dernière partie du manuscrit expose les résultats de la validation des méthodes proposées par des évaluations menées sur la plateforme expérimentale Domus.

Les travaux pluridisciplinaires de cette thèse contribuent à deux domaines : l'Interaction Homme-Machine (IHM) et la Gérontechnologie, un nouveau domaine créé pour augmenter le développement des systèmes d'aide pour les personnes âgées. Nos travaux de recherche contribuent, principalement, à la conception participative et la réalisation ergonomique des systèmes interactifs pour des personnes âgées ayant un vieillissement réussi. Tout d'abord, pour la phase d'analyse des besoins, nous élaborons une définition de la fragilité et une identification des capacités et limitations de notre population cible. L'analyse des systèmes d'aide existants montre le besoin d'un système qui assure la communication et la sécurité pour ce type de population. Nous travaillons avec des personnes âgées et des professionnels afin de développer deux prototypes : ECOVIP et SYSPA. Le système ECOVIP, qui est le fruit principal de cette thèse est un système de communication sensible au contexte qui complète l' "Habitat Intelligent pour la Santé" du laboratoire TIMC-IMAG. Le système SYSPA permet quant à lui de sauvegarder les souvenirs sous formes de photos numériques et de commentaires correspondant aux différentes photos. A la fin de cette partie, nous présentons les avantages, les limites et les actions correctives de notre approche de conception. Nous élaborons aussi des directives ergonomiques pour des systèmes interactifs utilisables par des personnes âgées. Enfin, nous rapportons les résultats de deux séries d'expérimentations du système ECOVIP avec des personnes âgées normales et des personnes âgées atteintes de troubles cognitifs modérés.

Dans le domaine de la santé, l’analyse de l'haleine expirée offre un outil simple et non invasif pour le diagnostic précoce des maladies. Les capteurs de gaz à base de SnO2 modifies semblent être des dispositifs prometteurs pour détecter les gaz polaires tels que l'ammoniac. Dans cette étude, la fonctionnalisation de la surface de SnO2 a été réalisée afin d'obtenir un capteur de gaz sensible et sélectif à l'ammoniac, qui fonctionne à température ambiante. La première étape de la fonctionnalisation est la fixation covalente d’un film de 3-aminopropyltrethoxysalane (APTES) sur SnO2 en phase vapeur ou liquide. Les caractérisations effectuées par Spectroscopie Infrarouge et Spectrométrie photoélectronique X montrent qu’une quantité plus importante d'APTES a été greffée en phase liquide hydratée. La deuxième étape consiste à fonctionnaliser le SnO2-APTES avec des molécules contenant du chlorure d'acyle avec différents groupes tel que des groupes alkyle, acide et ester. Les capteurs modifiés par des acides et des esters sont sensibles à l’ammoniac entre 0,2 et 10 ppm à température ambiante. Cependant, le SnO2 APTES modifié par l’ester s'est révélé être plus sélectif que le capteur modifié par l'acide pour l’ethanol et le mondxyde de carbone. Ces résultats impliquent que la réponse est générée par les groupes fonctionnels acide et ester, NH3 modifie le moment dipolaire de la couche moléculaire greffée, ce qui entraine une modification de la conductance de SnO2. Le fonctionnement à température ambiante est l'un des avantages de ces capteurs, tout comme leur sélectivité à l'ammoniac en regard d'autres gaz tels que l'éthanol, le monoxyde de carbone et l'acétone. / One of the major challenges in the modern era is how we can detect the disease when we are still feeling healthy via noninvasive methods. Exhaled breath analysis is offering a simple and noninvasive tool for early diagnosis of diseases. Molecularly modified SnO2 sensors seem to be promising devices for sensing polar gases such as ammonia. SnO2 surface functionalization was performed in order to obtain sensitive and selective ammonia gas sensor that operates at room temperature. The first step of functionalization is the covalently attachment of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) film on SnO2 in vapor or liquid phases. The characterization performed by the Infrared Spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy, show that more APTES were grafted by hydrous liquid phase silanization. The second step was the functionalization of APTES modified SnO2 with molecules having acyl chloride of end functional groups molecules such as alkyl, acid and ester groups. Pure SnO2 and APTES modified SnO2 sensors did not show any significant sensitivity to ammonia (0.2-100 ppm) at 25 °C. On the contrary, acid and ester modified sensors are sensitive to ammonia between 0.2 and 10 ppm at room temperature. However, ester modified SnO2 was more selective than acid modified sensor regarding the ethanol and carbon monoxide gases. Ammonia variates the attached molecular layer’s dipole moment which leads to change in SnO2 conductance. Working at ambient temperature is also one of the advantages of these sensors in addition to the selectivity to ammonia regarding other gases such as ethanol, carbon monoxide and acetone.

Cette thèse porte sur la Conception Centrée Valeur (CCV) proposé par Gilbert Cockton dans le but d'aller au-delà de l'utilisabilité dans les systèmes interactifs. L'auteur propose un canevas pour la mise en oeuvre de la CCV. Cependant, les opérationnalisations restent partielles et sont réalisées par lui-même, d'où un manque de recul de la communauté vis-à-vis de la méthode. La thèse relate la conception centrée valeur de Cocoon, un système d'information mobile et sensible au contexte. Elle apporte des contributions à la fois sur les plans conceptuel et méthodologique. D'un point de vue conceptuel, elle introduit la taxonomie PIPE (Personnelle, Impersonnelle, Pérenne, Éphémère) pour la caractérisation de l'information. En outre, elle montre que les systèmes existants ne couvrent pas PIPE : ils sont surtout focalisés sur les informations impersonnelles. Alors, la thèse propose le concept d'arbre de vie et Cocoon. D'un point de vue méthodologique, la thèse apporte une compréhension meilleure de la notion de valeur. En outre, elle fournit un retour d'expérience sur la CCV accompagné de remarques et recommandations pour des mises en oeuvres futures plus performantes. Enfin, elle propose un canevas pour la construction des cartes de valeur et une stratégie pour l'estimation de la valeur. / The thesis deals with Worth Centered Design (WCD) introduced by Gilbert Cockton. The author also introduced a framework aimed to support the WCD operationalization. However, this framework has been operationalized only partially until now and by Gilbert Cockton himself. The thesis relates our WCD experience with Cocoon, a mobile and context-aware information system. The thesis contributions are both conceptual and methodological. From a conceptual point of view, we introduce the PIPE (Personal, Impersonal, Perennial, Ephemeral) taxonomy for information characterization and show that existing systems only partially covers the PIPE information space: they focus on impersonal information. This notice motivated us to propose the life tree concept and Cocoon. From a methodological point of view, we offer a feedback to the community on an interesting concept method as well as recommendations for more efficient operationalizations. In addition, we introduce a framework for worth maps construction and a strategy for worth assessment.

Le développement et l’usage croissants de systèmes pervasifs, dotés de fonctionnalités et de moyens de communication de plus en plus sophistiqués, offrent de fantastiques potentialités de services, en particulier pour l’e-Santé et la télémédecine, au bénéfice de tout citoyen, patient ou professionnel de santé. L’un des challenges sociétaux actuels est de permettre une meilleure exploitation des services disponibles pour l’ensemble des acteurs impliqués dans un domaine donné. Mais la multiplicité des services offerts, la diversité fonctionnelle des systèmes, et l’hétérogénéité des besoins nécessitent l’élaboration de modèles de connaissances de ces services, des fonctions de ces systèmes et des besoins. En outre, l’hétérogénéité des environnements informatiques distribués, la disponibilité et les capacités potentielles des diverses ressources humaines et matérielles (instrumentation, services, sources de données, etc.) requises par les différentes tâches et processus, la variété des services qui fournissent des données aux utilisateurs, et les conflits d’interopérabilité entre schémas et sources de données sont autant de problématiques que nous avons à considérer au cours de nos travaux de recherche. Notre contribution vise à optimiser la qualité de services en environnement ambiant et à réaliser une exploitation intelligente de ressources ubiquitaires. Pour cela, nous proposons un méta-modèle de connaissances des principaux concepts à prendre en compte en environnement pervasif. Ce méta-modèle est basé sur des ontologies décrivant les différentes entités précitées dans un domaine donné ainsi que leurs relations. Puis, nous l’avons formalisé en utilisant un langage standard de description des connaissances. A partir de ce modèle, nous proposons alors une nouvelle méthodologie de construction d’un framework architectural, que nous avons appelé ONOF-PAS. ONOF-PAS est basé sur des modèles ontologiques, une base de règles, un moteur d’inférence, et des composants orientés objet permettant la gestion des différentes tâches et le traitement des ressources. Il s’agit d’une architecture générique, applicable à différents domaines. ONOF-PAS a la capacité d’effectuer un raisonnement à base de règles pour gérer les différents contextes d’utilisation et aider à la prise de décision dans des environnements hétérogènes dynamiques, tout en tenant compte de la disponibilité et de la capacité des ressources humaines et matérielles requises par les diverses tâches et processus exécutés par des systèmes d’information pervasifs. Enfin, nous avons instancié ONOF-PAS dans le domaine de la télémédecine pour traiter le scénario de l’orientation des patients ou de personnes victimes de problèmes de santé en environnement hostile telles que la haute montagne ou des zones géographiquement isolées. Un prototype d’implémentation de ces scénarios, appelé T-TROIE a été développé afin de valider le framework ONOF-PAS. / The growing development and use of pervasive systems, equipped with increasingly sophisticated functionalities and communication means, offer fantastic potentialities of services, particularly in the eHealth and Telemedicine domains, for the benifit of each citizen, patient or healthcare professional. One of the current societal challenges is to enable a better exploitation of the available services for all actors involved in a given domain. Nevertheless, the multiplicity of the offered services, the systems functional variety, and the heterogeneity of the needs require the development of knowledge models of these services, systems functions, and needs. In addition, the distributed computing environments heterogeneity, the availability and potential capabilities of various human and material resources (devices, services, data sources, etc.) required by the different tasks and processes, the variety of services providing users with data, the interoperability conflicts between schemas and data sources are all issues that we have to consider in our research works. Our contribution aims to empower the intelligent exploitation of ubiquitous resources and to optimize the quality of service in ambient environment. For this, we propose a knowledge meta-model of the main concepts of a pervasive environment, such as Actor, Task, Resource, Object, Service, Location, Organization, etc. This knowledge meta-model is based on ontologies describing the different aforementioned entities from a given domain and their interrelationships. We have then formalized it by using a standard language for knowledge description. After that, we have designed an architectural framework called ONOF-PAS (ONtology Oriented Framework for Pervasive Applications and Services) mainly based on ontological models, a set of rules, an inference engine, and object oriented components for tasks management and resources processing. Being generic, extensible, and applicable in different domains, ONOF-PAS has the ability to perform rule-based reasoning to handle various contexts of use and enable decision making in dynamic and heterogeneous environments while taking into account the availability and capabilities of the human and material resources required by the multiples tasks and processes executed by pervasive systems. Finally, we have instantiated ONOF-PAS in the telemedicine domain to handle the scenario of the transfer of persons victim of health problems during their presence in hostile environments such as high mountains resorts or geographically isolated areas. A prototype implementing this scenario, called T-TROIE (Telemedicine Tasks and Resources Ontologies for Inimical Environments), has been developed to validate our approach and the proposed ONOF-PAS framework.

L’objectif de cette thèse est de développer un matériau à base de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) amorcé par une réaction redox à température ambiante pour produire des composites thermoplastiques. Plus particulièrement, notre travail a consisté à étudier le mécanisme d’amorçage afin d’améliorer la formulation de la résine en terme de cinétique de polymérisation. Afin d’atteindre cet objectif, les paramètres d’Arrhenius de la décomposition d’amorceur ont été déterminés et intégrés dans un modèle de simulation numérique décrivant la polymérisation du MMA à température ambiante développé à l’aide du logiciel PREDICI. Basé sur cette simulation, des différents paramètres ont été testés dans le but de diminuer le temps de polymérisation. En complément de la détermination des paramètres du système d’amorçage, une étude de copolymérisation avec un grand nombre de comonomères a été effectuée. Cette étude a conduit à l’identification d’un monomère permettant d’accélérer la vitesse de polymérisation : le méthacrylate d’acetoacetoxyethyle (AAEMA). Une étude cinétique de ce monomère a été réalisée avec l’identification du coefficient de la vitesse de propagation kp ainsi que les paramètres de copolymérisation avec MMA, rMMA et rAAEMA. Les paramètres cinétiques, qui ont été déterminés expérimentalement, ont été vérifiés par une simulation numérique de copolymérisation de MMA et AAEMA. / Composite materials are used for decades as high-performance materials in industry. Up to date these materials were based on non-recyclable thermoset polymers. Nowadays, environmental and economical restrictions enhance the development of recyclable composite materials. For answering that demand, research focuses on the development of recyclable thermoplastic polymer composites. Within this context, the work of this thesis focuses on the development of a material based on a poly(methyl methacrylate) (PMMA) resin initiated with a redox initiation system at room temperature in order to prepare thermoplastic composites. More precisely, our work consisted of studying this initiation system and to improve the kinetics of the resin formulation. For that purpose, the Arrhenius parameters of the initiator decomposition reaction were determined and implemented in a simulation model that describes the polymerization of MMA at room temperature. Based on the simulation carried out on the software PREDICI, several conditions were tested aiming in the decrease of the polymerization times. Besides investigating parameters concerning the initiation system, a copolymerization study, using a large variety of comonomers, was conducted. This study led to the identification of an interesting fast polymerizing methacrylate: acetoacetoxyethyl methacrylate (AAEMA). The kinetics of this monomer were studied including the determination of the propagation rate coefficient kp and the copolymerization parameters with MMA rMMA and rAAEMA. The determined kinetic parameters were finally verified by a copolymerization simulation of MMA and AAEMA.