Le calcul sur grille permet à un individu, une société, de disposer d’un ensemble d’unités de calcul fournies par des tiers. Dans ce type d’architecture, des problèmes de sécurité se posent : comment garantir à la fois la sécurité du matériel et de l’application. Pour ce qui concerne la sécurité de l’application, il s’agit principalement d’assurer la confidentialité du code et l’intégrité de son exécution. La sécurité du matériel consiste à protéger la machine contre tout code malveillant pouvant être contenu dans l’application. Aucun système ne permet aujourd’hui, de satisfaire ces contraintes fortes de sécurité. Notre objectif dans cette thèse est de proposer et de valider des solutions pour les problèmes de sécurité des grilles informatiques.Pour résoudre ces problèmes, nous proposons l’utilisation de la carte à puce comme support d’exécution hautement sécurisé à travers le déploiement de grilles de cartes à puce. Grâce aux mécanismes de sécurité qu’elles intègrent, les cartes à puce permettent en effet de protéger l’application et son code aussi bien que le support d’exécution. Le travail effectué dans cette thèse consiste à définir un environnement pour le calcul sécurisé sur grille de cartes à puce. / Abstract

La gestion de la distribution de l'énergie électrique produite à partir de sources renouvelables comme l'énergie solaire et l'énergie éolienne est un verrou technologique pour améliorer les performances et la stabilité de l'ensemble des processus de transfert d'énergie. Ainsi, les recherches sur les lignes électriques utilisées comme supports de communication sont très prometteuses pour la gestion d’installation de petites et moyennes puissances comprenant de nombreux générateurs, pas forcément conçus initialement dans une démarche de fiabilité. En outre, cette nouvelle possibilité de gestion permet d'améliorer les performances et la stabilité dans le processus de transfert global d'énergie. Cette étude est particulièrement orientée vers une architecture distribuée pour la gestion photovoltaïque parallèle et/ou multi-générateurs incluant d’autres technologies telles que l’éolien par exemple connectés sur un réseau à courant continu servant également de support de communication tel que le système CPL. Le CPL, en utilisant la technique de modulation, permet le transfert de l'information telles que la température, la puissance instantanée, l’auto-test etc… nécessaires pour optimiser la production d'énergie. Le but de ce travail consiste en l'étude d’une solution CPL conçue pour travailler sur bus HVDC reliant des systèmes de production d’énergie renouvelable. Les circuits développés pour le CPL seront donc considérés comme des interfaces entre le convertisseur intelligent DC-DC et le bus HVDC. Ils seront basés sur une partie matérielle constituée d’un émetteur-récepteur intégrant une interface de modulation-démodulation sur le bus HVDC et un processeur de signal assurant le traitement des diverses informations échangées entre les capteurs d'entrées et le monitoring / Managing the distribution of electrical energy from renewable sources such as solar and wind energy is a technological barrier to improve performance and stability of the whole process of transfer of energy sources. Thus, research on power lines used as communication media are very promising for the facility management of small and middle powers with many generators, not necessarily initially designed in a process reliability. In addition, this new option allows management to improve performance and stability in the overall process of energy transfer. This study is particularly directed to a distributed parallel management for photovoltaic and / or multi-generators including other technologies such as wind, for example connected to a DC network also serves as a communication such as PLC system architecture. The PLC, using the modulation technique, allows the transfer of information such as temperature, the instantaneous power, the self-test etc. ... needed to optimize the energy production. The aim of this work is the study of a CPL solution designed to work on HVDC bus connecting renewable energy production systems. Circuits developed for the CPL will be considered as interfaces between the DC-DC converter and smart HVDC bus. They will be based on a hardware part consists of a transceiver interface incorporating a modulation-demodulation on the HVDC bus and a signal processor which processes the information exchanged between the various input sensors and monitoring

Les travaux exposés dans cette thèse sont de natures multiples mais visent tous à une meilleure compréhension du geste de saisie chez l'homme, que ce soit d'un point de vue comportemental, cinématique ou de contrôle. Lorsqu'il doit saisir un objet, l'homme s'appuie sur une structure de contrôle multi-niveaux ainsi que son expérience, ce qui lui permet d'estimer les mouvements à effectuer de manière très efficace avant même d'avoir commencé à bouger. Nous pensons que ce mode de commande peut apporter une solution innovante au double problème de l'atteinte et de la saisie par une main artificielle. Nous avons donc développé une architecture de commande distribuée reproduisant en partie ces mécanismes et capable de contrôler ce genre d'artefacts de manière efficace, déclinée en plusieurs versions en fonction du niveau de contrôle souhaité. Elle est constituée d'un ensemble d'unités d'appariement s'inspirant des structures présentes dans le Système Nerveux Central : chacune a en charge une partie du problème global à résoudre, elles intègrent des informations en provenance de la consigne et/ou d'autres unités à travers des échanges parfois redondants, et elles s'appuient sur un algorithme d'apprentissage supervisé. Afin de mieux comprendre les principes qui sous-tendent le mouvement humain nous nous sommes aussi intéressés à la modélisation de la main et du geste de saisie, que ce soit à travers un protocole d'expérimentation chez l'homme ou l'analyse de données médicales et vidéos chez le singe

La programmation orientée objet a déjà prouvé ses intérêts lors de la mise en oeuvre d'applications complexes. Le développement des applications distribuées à l'aide de technologies objets est réalisable mais cela implique de gérer les communications entre les objets distants. Des outils tels que CORBA, RPC et Java RMI facilitent la mise en oeuvre de la communication en masquant les accès réseaux. Cette maturation en termes de réseaux et de programmation par objets conduit aujourd'hui à une intensification du développement d'applications distribuées. Cette évolution des applications distribuées augmente le besoin de spécifier explicitement les sémantiques des communications et des interactions entre des objets. Cependant, les outils mentionnés ci-dessus ne permettent pas d'exprimer les sémantiques des interactions entre des objets. Seuls quelques travaux vont dans le sens d'une expression et d'une gestion des interactions entre des objets distants indépendamment de leurs fonctionnalités intrinsèques. Cependant, il reste encore des travaux à faire sur la " sémantique " des interactions entre objets distants afin d'apporter encore plus de flexibilité, de facilité et une meilleure réutilisation lors de la mise en oeuvre d'applications distribuées. La solution avancée est la définition d'un modèle et d'une architecture distribuée de gestion des interactions entre objets distants dans les environnements de développement utilisés par le monde industriel, c'est-à-dire les environnements compilés, fortement typés et distribués. Elle est basée sur ISL (Interaction Specification Language), notre langage de description des interactions ainsi que sur un système de réécriture des comportements réactifs.

Dans ce mémoire, différentes architectures pour le contrôle et la surveillance des systèmes techniques complexes de grande dimension (STCGD) sont discutées. Les problématiques de maintenance conditionnelle et d'évaluation de l'état de santé sont définies. Les types de diagnostic et de pronostic sont présentés afin d'aboutir à une évaluation de l'état de santé des STCGD. Les études relatives au diagnostic décentralisé sont discutées puis les apports des NTIC et des technologies distribuées au diagnostic sont présentés. Par la suite, le diagnostic distribué et les travaux relatifs à ce mode de déploiement sont introduits. Les limites des approches centralisées et décentralisées du diagnostic sont présentées et confrontées à l'apport des approches distribuées. Les informations et/ou les connaissances supports aux diagnostic et au pronostic ainsi que leur modélisation afin de les exploiter sont décrites et formalisées. Une caractérisation des statuts que peut prendre un composant est proposée. Il est décrit les pré-requis nécessaires pour la couche de surveillance des STCGD et les principes du diagnostic et du pronostic sont ensuite présentés sous la forme de différents algorithmes. Enfin, une méthode d'évaluation de l'état de santé des STCGD est proposée. Plusieurs déploiements peuvent être envisagés pour l'évaluation de la santé des STCGD. Une plateforme de simulation a été développée pour évaluer les performances des déploiements centralisés et distribués. La plateforme a eu pour but de se comporter comme la couche de surveillance d'un STCGD. Un cas d'étude paramétrable est proposé pour chacun des deux déploiements et leurs performances sont comparées. / In this dissertation, various architectures for the control and the monitoring of Large Scale Complex Technical Systems (LSCTS) are discussed. The problematic of condition-based maintenance and health status assessment is defined. A diagnostic and prognostic typology is presented leading to the assessment of the health status of LSCTSs. Decentralized diagnosis studies are discussed then the contributions of the ICT and of the distributed technologies for the diagnosis are presented. Thereafter, the distributed diagnosis and works relative to this kind of deployments are introduced. The limits of the centralized and decentralized diagnosis approaches are presented. Then the centralized approaches are compared to the distributed ones. Information and/or knowledge that support the diagnosis and the prognosis as well as their modeling in order to exploit them are described and formalized. A characterization is proposed for the different status of a component can be in. Requirements are described for the monitoring layer of the LSCTSs are described in order to implement the proposed diagnosis and prognosis principles that are then specified by the means of algorithms. Eventually, a health assessment method of the LSCTSs is also proposed. Several deployments can be considered to implement the health assessment of the LSCTSs. A simulation platform, which was developed to evaluate the performances of the centralized and the distributed deployments, is presented. Among the purposes of the platform, one is to behave as the monitoring layer of a LSCTS. A use case is proposed for two deployments and their performances are compared.

Les systèmes distribués collaboratifs, en particulier les systèmes pair-à-pair, forment l’infrastructure sous-jacente de nombreuses applications Internet, certaines parmi les plus populaires (ex : partage de fichiers, streaming multimédia). Ils se situent également à la base d’un ensemble de technologies émergentes telles que la blockchain et l’Internet des Objets. Le succès de ces systèmes repose sur la contribution volontaire, de la part des nœuds participants, aux ressources partagées (ex : bande passante réseau, puissance de calcul, stockage de données). Or ces nœuds sont des entités autonomes qui peuvent considérer comme plus avantageux de se comporter de manière égoïste, c’est-à-dire de refuser de collaborer. De tels comportements peuvent fortement impacter les performances et la stabilité opérationnelles du système cible. Prendre en compte et prévenir les comportements égoïstes des nœuds est donc essentiel pour garantir l’efficacité et la fiabilité des systèmes coopératifs. Cependant, cela exige du développeur, en dépit de la grande quantité de techniques et d’approches proposées dans la littérature, des connaissances multisectorielles approfondies. L'objectif de cette thèse est de concevoir et étudier de nouveaux outils théoriques et pratiques pour aider les concepteurs de systèmes distribués collaboratifs à faire face à des nœuds égoïstes. La première contribution, basée sur une analyse exhaustive de la littérature sur les comportements égoïstes dans les systèmes distribués, propose un modèle de classification pour identifier et analyser les comportements égoïstes les plus importants sur lesquels il est important de se concentrer lors de la conception d'un système coopératif. Dans la deuxième contribution, nous proposons RACOON, un framework pour la conception et la configuration de systèmes coopératifs résilients aux comportements égoïstes. Outre un ensemble de mécanismes d'incitation à la coopération, RACOON fournit une méthodologie semi-automatique d’intégration et de calibration de ces mécanismes de manière à garantir le niveau de performance souhaité. RACOON s’appuie sur une analyse du système cible fondée sur la théorie des jeux et sur des simulations pour prédire l’existence de nœuds égoïstes dans le système. RACOON a été étendu en un deuxième framework, RACOON++. Plus précis, plus flexible, RACOON++ offre également une plus grande facilité d'utilisation. Une dernière contribution, SEINE, propose un framework pour la modélisation et l'analyse des différents types de comportements égoïstes dans un système coopératif. Basé sur un langage dédié, développé pour décrire les scénarios de comportement égoïstes, SEINE fournit un support semi-automatique pour la mise en œuvre et l'étude de ces scénarios dans un simulateur choisi sur la base de l’état de l’art (PeerSim). / Cooperative distributed systems, particularly peer-to-peer systems, are the basis of several mainstream Internet applications (e.g., file-sharing, media streaming) and the key enablers of new and emerging technologies, including blockchain and the Internet of Things. Essential to the success of cooperative systems is that nodes are willing to cooperate with each other by sharing part of their resources, e.g., network bandwidth, CPU capability, storage space. However, as nodes are autonomous entities, they may be tempted to behave in a selfish manner by not contributing their fair share, potentially causing system performance degradation and instability. Addressing selfish nodes is, therefore, key to building efficient and reliable cooperative systems. Yet, it is a challenging task, as current techniques for analysing selfishness and designing effective countermeasures remain manual and time-consuming, requiring multi-domain expertise. In this thesis, we aim to provide practical and conceptual tools to help system designers in dealing with selfish nodes. First, based on a comprehensive survey of existing work on selfishness, we develop a classification framework to identify and understand the most important selfish behaviours to focus on when designing a cooperative system. Second, we propose RACOON, a unifying framework for the selfishness-aware design and configuration of cooperative systems. RACOON provides a semi-automatic methodology to integrate a given system with practical and finely tuned mechanisms to meet specified resilience and performance objectives, using game theory and simulations to predict the behaviour of the system when subjected to selfish nodes. An extension of the framework (RACOON++) is also proposed to improve the accuracy, flexibility, and usability of RACOON. Finally, we propose SEINE, a framework for fast modelling and evaluation of various types of selfish behaviour in a given cooperative system. SEINE relies on a domain-specific language for describing the selfishness scenario to evaluate and provides semi-automatic support for its implementation and study in a state-of-the-art simulator.

Les systèmes de production modernes, et notamment les systèmes agiles, revalorisent pleinement les compétences de l'homme qui devient aujourd'hui un facteur clé de la production. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à l'aide que nous pourrions apporter aux opérateurs en utilisant les possibilités offertes par les nouvelles technologies, et plus particulièrement à la façon de leur fournir des informations adaptées au pilotage. En effet, le pilotage d'une unité repose sur une orchestration complexe de tâches fondée sur des informations inaccessibles du point de vue d'un opérateur. Afin de pallier ce problème, nous avons conçu un système d'assistance interactif qui s'adresse à ces opérateurs. L'objectif est de communiquer en permanence avec chaque opérateur pour lui indiquer les opérations les plus adéquates à réaliser compte tenu de l'état actuel de la production et de prendre en compte ses décisions pour optimiser le pilotage en temps réel. Ce système se veut générique tant au niveau fonctionnel qu'au niveau de son architecture de communication afin d'être implantable sur toute unité à composante humaine. <br />Nous avons donc développé un prototype générique distribuable sur plusieurs machines. Dans cette optique, nous avons d'abord mis au point une méthode basée sur la simulation permettant de greffer le système sur une unité existante et de mettre en évidence son interopérabilité. Cette étude préalable nous a conduits à adopter une architecture client-serveur de type Web. Enfin, nous avons évalué les performances du système à partir d'un environnement de test, ce qui nous a amenés à considérer les critères de sûreté du système et à introduire la notion de confiance

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.

L'objectif de cette thèse est l'optimisation du rendement des chaînes de conversion photovoltaïques (PV). Différentes améliorations de l'architecture électriques et de ses algorithmes de commande ont été développées afin d'obtenir un haut rendement de conversion sur une grande plage de puissance d'entrée. Ces travaux portent également sur l'allongement de la durée de vie de l'étage de conversion électrique. Les avantages et les inconvénients d'un système composé de convertisseurs connectés en parallèle ont été montrés notamment à travers une analyse de pertes. Ces études ont permis la conception d'une nouvelle architecture constituée par des convertisseurs parallélisés. Cette dernière est appelée "Convertisseur Multi-Phase Adaptative" (MPAC). Sa singularité réside dans ses algorithmes de commande qui adaptent les phases actives selon la production de puissance en temps réel et recherchent la configuration la plus efficiente à chaque instant. De cette façon, le MPAC garantit un haut rendement de conversion sur toute la plage de puissance de fonctionnement. Une autre loi de commande permet quant à elle d'uniformiser le temps de fonctionnement de chaque phase par l'implémentation d'un algorithme de rotation de phase. Ainsi, le stress des composants de ces phases est maintenu homogène, assurant un vieillissement homogène pour chacune des phases. Etant donné alors le faible stress appliqué sur chaque composant, la structure MPAC présente une durée de vie plus importante. Les améliorations de l'étage de conversion de puissance ont pu montrer par la réalisation d'un prototype expérimental et par la réalisation de tests expérimentaux la validation globale du système. Pour finir, des tests comparatifs entre une chaîne de conversion PV classique et notre système ont montré une amélioration significative du rendement de conversion.

Ce mémoire, réalisé dans le cadre d’une thèse sous convention CIFRE avec la société Schneider-Electric et l’Université de Lorraine à travers le laboratoire du CRAN, porte sur l’évaluation des performances temporelles des architectures de contrôle-commande distribuées sur un réseau de communication. Le besoin industriel s’exprime sous la forme d’un outil d’aide au dimensionnement des architectures en phase d’avant-vente caractérisée par une connaissance partielle de ces dernières. Le problème scientifique sous-jacent est relatif à la génération automatique des modèles servant de support à l’évaluation. En effet, l’évaluation des performances doit être réalisée pour un ensemble important d’architectures, dans un temps court, difficilement compatible avec une construction manuelle des modèles. Notre contribution porte sur la définition formelle, à l’aide de réseaux de Petri colorés et temporisés, d’un modèle « constructeur » d’architectures embarquant des mécanismes de configuration, d’instanciation et de paramétrage. Plusieurs algorithmes sont proposés pour, d’une part, construire automatiquement le modèle d’une architecture donnée, à partir d’une description formelle de sa topologie et d’une librairie de modèles d’équipements de contrôle-commande, et, d’autre part, pour générer les observateurs requis à partir d’une description formelle des performances à évaluer. Ces différents algorithmes ont été implantés dans un outil interfacé, d’une part avec l’outil Schneider de description des architectures, et, d’autre part avec le simulateur de l’outil CPN Tools qui fournit une estimation des performances via des simulations de Monte-Carlo. L’intérêt de cette approche a été illustrée sur la base de quelques architectures types fournies par la société Schneider-Electric / This PhD dissertation, supported by CIFRE convention between the company Schneider-Electric and the University of Lorraine through the CRAN laboratory, deals with the assessment of temporal performances for a networked distributed control system. The industrial need was the development of a quotation and sizing tool of industrial control architecture during pre-sales stage. This stage is characterized by limited information about the process and the customers’ needs. The underlying scientific problematic was the ability to generate automatically models serving as support for the evaluation. In fact, performance assessment is realized for a wide range of architecture during a small amount of time, which is not compliant with a manual definition of the models. Our contribution is mainly based on a formal definition of a “builder” model with Colored and Timed Petri Nets which embeds mechanisms for configuration, instantiation and parameters setting of the architecture models. Several algorithms have been proposed for firstly build automatically the architecture Petri Nets model from a formal description of the topology and from a component model library and, secondly, for generating performance observers. Theses algorithms have been implemented on a tool gathering a user interface developed by Schneider –Electric and the Petri Nets simulator called CPN Tools which provides the performance assessment through Monte-Carlo simulation. The added value of this approach has been illustrated through case studies provided by Schneider-Electric