Les systèmes avioniques s'étoffent et se complexifient de plus en plus. Avec l'augmentation des capacités de calcul, de nouvelles architectures basées sur le partage de ressources émergent. Effectuer le diagnostic d'un système n'est désormais plus une opération anodine. L'enjeu actuel est donc de mettre en place des techniques de diagnostic performantes tout en optimisant les capacités de monitoring nécessaires.Ce mémoire donne une caractérisation basée modèle d'un système sous diagnostic, puis propose des techniques pour en évaluer les performances de diagnostic, ainsi que celles de son monitoring (relativement à ces performances). Le contexte industriel dans lequel s'inscrit cette thèse amène d'autres contraintes, notamment la prise en compte de la taille des systèmes avioniques à analyser. Cette thèse étudie alors l'applicabilité des techniques introduites dans ce contexte et en propose une adaptation. / Avionics systems become more and more complex. With the improvment of computing possibilities, new architectures based on resources sharing are growing up. Perform diagnosis of a system is no longer a trivial operation. The challenge is to develop efficient techniques of diagnosis while optimizing capabilities of monitoring required.This thesis give a model-based characterization of a system under diagnosis, and proposes techniques to assess diagnostic performances, as well as its monitoring ones (with respect to these diagnostic performances). The industrial context of this thesis brings other constraints, and in particular the need to handle the size of avionics systems to analyze. That thesis then examines the applicability of the introduced techniques to this particular context, and proposes an adaptation.

Les systemes temps reel sont des dispositifs constitues de materiels et de logiciels soumis a des contraintes a la fois fonctionnelles et temporelles pour realiser des traitements, et agir sur leur environnement. Des exemples de domaines o u on rencontre de tels systemes sont les telecommunications, le nucl eaire, l'avionique ou le medical. Ces systemes sont souvent critiques a cause d'enjeux humains et economiques importants. Leur developpement exige donc des methodes tres ables. L'approche synchrone a et e proposee dans le but de repondre a cette attente. Ses fondements mathematiques o rent un cadre formel propice a la description et la validation des systemes temps reel. Parmi les modeles de specification synchrone, le modele multi-horloge ou polychrone se distingue par le fait qu'il permet de decrire des systemes o u chaque composant peut avoir sa propre horloge d'activation. Outre la validation formelle, il favorise des approches orientees composants et le d eveloppement modulaire de systemes a grande echelle. Cette these propose une m ethodologie de conception de syst emes temps reel en utilisant comme formalisme de description le langage synchrone Signal fond e sur le mod ele polychrone. Elle utilise les outils et techniques formels bas es sur ce modele pour verifier des proprietes comportementales portant sur des aspects tant fonctionnels que non fonctionnels. Cette demarche facilite l' evaluation des choix de conception. La methodologie propos ee permet de concevoir des systemes comportant des m ecanismes asynchrones a l'aide de l'approche synchrone. Elle illustre la caracterisation de comportements temps r eel dans le modele polychrone. L'avionique est le domaine d'application privilegie par la these. Cette derniere s'inscrit dans le cadre du projet europ een IST SafeAir (Advanced Design Tools for Aircraft Systems and Airborne Software), regroupant plusieurs industriels. Nous nous sommes particulierement interesses a la conception d'applications suivant le mod ele d'architecture IMA (Integrated Modular Avionics) sur lequel repose la norme avionique ARINC. Cela a conduit a la r ealisation d'une bibliotheque Signal de composants, constituee en majeure partie de services d'un ex ecutif temps reel d e nis par ARINC.

Le développement de tests pour les systèmes avioniques met en jeu une multiplicité de langages de test propriétaires, sans aucun standard émergent. Les fournisseurs de solutions de test doivent tenir compte des habitudes des différents clients, tandis que les échanges de tests entre les avionneurs et leurs équipementiers / systémiers sont entravés. Nous proposons une approche dirigée par les modèles pour s'attaquer à ces problèmes : des modèles de test sont développés et maintenus à la place du code, avec des transformations modèle-vers-code vers des langages de test cibles. Cette thèse présente trois contributions dans ce sens. La première consiste en l'analyse de quatre langages de test propriétaires actuellement déployés. Elle nous a permis d'identifier les concepts spécifiques au domaine, les meilleures pratiques, ainsi que les pièges à éviter. La deuxième contribution est la définition d'un méta-modèle en EMF Ecore, qui intègre tous les concepts identifiés et leurs relations. Le méta-modèle est la base pour construire des éditeurs de modèles de test et des motifs de génération de code. Notre troisième contribution est un démonstrateur de la façon dont ces technologies sont utilisées pour l'élaboration des tests. Il comprend des éditeurs personnalisables graphiques et textuels pour les modèles de test, ainsi que des transformations basées-motifs vers un langage de test exécutable sur une plateforme de test réelle.

Les architectures de communication avionique actuelles impliquent un poids et des coûts d'intégration importants à cause de la quantité croissante du câblage et des connecteurs utilisés. Afin de répondre à ces besoins émergents, nous avons proposé dans cette thèse l'intégration des technologies sans fil dans le contexte avionique comme principale solution pour diminuer le poids et la complexité dus au câblage. Tout d’abord, nous avons conçu un réseau avionique de secours basé sur la technologie HRUWB, implémentant un protocole d'arbitrage TDMA et des divers mécanismes de fiabilité pour garantir les exigences de déterminisme et de sûreté. Par la suite, nous avons procédé à l'évaluation des performances de notre proposition en termes de délais en se basant sur des méthodes analytiques. Par ailleurs, nous avons étudié différentes solutions afin d’améliorer les marges d'évolutivité et de fiabilité du système. Enfin, nous avons validé notre réseau proposé à travers une étude de cas avionique réaliste; et les résultats obtenus ont mis en évidence la capacité de notre proposition à garantir les exigences du système en termes de déterminisme et de fiabilité. / The current avionics communication architecture inherits significant weight and integration costs due to the increasing quantity of wires and connectors. In addition, avionics interconnects are still subject to structural failure and fire hazard which decrease reliability and ramify the maintenance. To cope with these arising issues, integrating wireless technologies in avionics context is proposed in this thesis as a main solution to decrease the wiring-related weight and complexity.To achieve this aim, we design an alternative backup avionic network based on HR-UWB technology implementing a TDMA arbitration protocol and various reliability mechanisms to guarantee predictability and reliability requirements.Afterwards, we conduct analytical performance evaluation of our proposal in terms of delays. Moreover, we investigate different solutions to reach further enhancements on the system scalability and reliability.Finally, the validation of our proposal through a realistic avionics case study has been conduced, and the obtained results highlight its ability to guarantee the system requirements in terms of predictability and reliability.

Avec la nouvelle génération d'avions composites, une attention est portée sur les systèmes de carburant vis-à-vis de la prévention des décharges électrostatiques (ESD) durant les phases de remplissage des réservoirs. La plupart des travaux réalisés en aéronautique a été menée sur des réservoirs métalliques. Toutefois, l'introduction des matériaux composites a soulevé de nouvelles interrogations, puisque ces matériaux peuvent avoir un comportement différent des métaux vis-à-vis de l'électrisation par écoulement, qui justifient pleinement de nouvelles analyses. Afin de définir correctement les structures des réservoirs et leur protection contre les risques ESD, il est crucial de comprendre comment un empilement complexe de matériaux se comporte en termes de création de charge lorsque ces matières sont en contact avec un carburant d'avion. La structure de ces matériaux et leurs propriétés électriques contrôlent le potentiel électrique atteint dans le réservoir à travers un équilibre entre la production, l'accumulation et la fuite des charges électriques. Ce potentiel peut dépasser le point d'éclair du mélange air/vapeurs de carburant et provoquer une inflammation. Diverses mesures de protection peuvent être adoptées pour contrôler ce phénomène, comme utiliser des additifs antistatiques dans les carburants, des réservoirs métalliques à la masse ou encore des réservoirs faits de matériaux non métalliques mais ne favorisant pas l'accumulation de charges. C'est principalement en réponse à cette dernière solution que ce travail est orienté afin de guider vers le choix optimaux des matériaux et une meilleure définition des structures du réservoir. / With the new generation of composite aircrafts an attention is carried out on fuel systems with respect to prevention of electrostatic discharges (ESD) during the filling phases of the tanks. Most of the work realized in aeronautics (during the 60's) was conducted on metallic fuel tanks. However, the introduction of composite materials has raised new questions, since those materials can have a different behavior than metallic ones with respect to flow electrification, which fully justify new analyses. In order to properly define the tank structures and their protection against ESD hazards, it is crucial to understand how a complex stack of materials (conductive or not, multilayered or homogeneous, painted or not) constituting a fuel tank behaves with respect to the mechanisms of charge creation by flow electrification when these materials are in contact with aviation fuel. The structure of these materials and their electrical properties control the electric potential reached in the tank through a balance between the production, accumulation and leakage of the electrical charge. This potential may exceed the flash point of the fuel vapors/air mixture and induce ignition. Various protective measures can be adopted to control this phenomenon such as using antistatic additives in the fuels, lowering the rates ofthe fuel injection inside the tank, using only bonded metallic tanks or tanks made of non-metallic materials which do not favor charge accumulation or local charge trapping. It is majorly in response to the latter solution that this work is oriented in order to guide optimum choices of materials and a better definition of the tank structures.

La compréhension des dynamiques d’un environnement, qu’elles soient technologiques ouconcurrentielles, tient une place importante dans les réflexions sur l’adaptation et la survie des firmes.Dans le cas de l’avionique, les bouleversements des années 2000 sont les conséquences de profondschangements dans ses deux secteurs de référence, l’aéronautique et l’électronique, ce qui amène leDépartement Calculateurs de la Division Avionique du Groupe Thales à s’interroger sur sa capacité àsaisir ces changements. Dans ces travaux, nous proposons d’examiner l’un de ces mécanismes, lescapacités dynamiques sensing (définies comme les aptitudes déployées par les firmes pour adapter lesroutines et capacités organisationnelles) et de l’opérationnaliser au travers de la capacité d’intelligencetechnologique.Par l’étude du déploiement de cette capacité au sein du Département, nous montrons en quoil’intelligence technologique est une capacité participant du processus d’apprentissage de la firme,déployée par les managers pour agir sur les processus de définition des Politiques Produits. Pouratteindre cet objectif, nous avons adopté une démarche de recherche-intervention (menée dans le cadred’une Convention Industrielle CIFRE) s’articulant en deux temps. Premièrement, nous montrons autravers de l’opérationnalisation de la capacité d’intelligence technologique au sein du Département quecette dernière sert les managers dans la définition des Politiques Produits. Deuxièmement, les résultatsdes études techniques menées pour ce déploiement contribuent à la compréhension des dynamiquesscientifiques et techniques du secteur avionique. / The understanding of the scientific dynamics of an environment, whether technological orcompetitive, occupies a predominant place in the discussion of adaption and survival of firms. In thecase of avionics, the upheaval in the 2000’s is the consequence of profound changes in its two mainsectors, aeronautics and electronics. This drove the Computer Department, part of the AvionicsDivision of Thales Group, to question its ability to handle these evolutions. In this thesis, we examineone of these mechanisms, the sensing dynamic capability (defined as the aptitudes deployed by firmsin order to adapt routines and organizational capabilities) and we put it into practice throughtechnological intelligence capability.By studying the deployment of this ability inside the Department, we show how technologicalintelligence contributes to the learning process of the firm, as it is used by managers in order toinfluence the selection process of Product Policy. In order to achieve this, we adopted a researchinterventionmethodology (with the support of an industrial agreement CIFRE) based on two steps.First of all, we show that through the operationalization of the technological intelligence ability in thedepartment, managers put the latter to use in the selection of product policies. Secondly, the results ofthe technical studies conducted for this deployment add to the understanding of the scientific andtechnological dynamics of the avionics sector.

Dans cette thèse, nous étudions le problème de l’analyse de signatures de pannes dans le domaine de la maintenance avionique, afin d’identifier les défaillances au sein d’équipements en panne et suggérer des actions correctives permettant de les réparer. La thèse a été réalisée dans le cadre d’une convention CIFRE entre Thales Research & Technology et l’Université Paris-Sud. Les motivations sont donc à la fois théoriques et industrielles. Une signature de panne devrait fournir toutes les informations nécessaires pour identifier, comprendre et réparer la panne. Pour comprendre le mécanisme la panne son identification doit donc être explicable. Nous proposons une approche à base d’ontologies pour modéliser le domaine d’étude, permettant une interprétation automatisée des tests techniques réalisés afin d’identifier les pannes et obtenir les actions correctives associées. Il s’agit d’une approche d’apprentissage de concepts permettant de découvrir des concepts représentant les signatures de pannes tout en fournissant des explications sur les choix de propositions de réparations. Comme les signatures ne sont pas connues a priori, un algorithme d’apprentissage automatique non supervisé approxime les définitions des concepts. Les signatures apprises sont fournies sous forme de définitions de la logique de description (DL) et ces définitions servent d’explications. Contrairement aux techniques courantes d’apprentissage de concepts conçues pour faire de l’apprentissage supervisé ou basées sur l’analyse de patterns fréquents au sein de gros volumes de données, l’approche proposée adopte une perspective différente. Elle repose sur une construction bottom-up de l’ontologie. Le processus d’apprentissage est réalisé via un opérateur de raffinement appliqué sur l’espace des expressions de concepts et le processus est guidé par les données, c’est-à-dire les individus de l’ontologie. Ainsi, les notions de justifications, de concepts plus spécifiques et de raffinement de concepts ont été révisées et adaptées pour correspondre à nos besoins. L’approche a ensuite été appliquée au problème de la maintenance avionique. Un prototype a été implémenté et mis en œuvre au sein de Thales Avionics à titre de preuve de concept. / In this thesis we explore the problem of signature analysis in avionics maintenance, to identify failures in faulty equipment and suggest corrective actions to resolve the failure. The thesis takes place in the context of a CIFRE convention between Thales R&T and the Université Paris-Sud, thus it has both a theoretical and an industrial motivation. The signature of a failure provides all the information necessary to understand, identify and ultimately repair a failure. Thus when identifying the signature of a failure it is important to make it explainable. We propose an ontology based approach to model the domain, that provides a level of automatic interpretation of the highly technical tests performed in the equipment. Once the tests can be interpreted, corrective actions are associated to them. The approach is rooted on concept learning, used to approximate description logic concepts that represent the failure signatures. Since these signatures are not known in advance, we require an unsupervised learning algorithm to compute the approximations. In our approach the learned signatures are provided as description logics (DL) definitions which in turn are associated to a minimal set of axioms in the A-Box. These serve as explanations for the discovered signatures. Thus providing a glass-box approach to trace the reasons on how and why a signature was obtained. Current concept learning techniques are either designed for supervised learning problems, or rely on frequent patterns and large amounts of data. We use a different perspective, and rely on a bottom-up construction of the ontology. Similarly to other approaches, the learning process is achieved through a refinement operator that traverses the space of concept expressions, but an important difference is that in our algorithms this search is guided by the information of the individuals in the ontology. To this end the notions of justifications in ontologies, most specific concepts and concept refinements, are revised and adapted to our needs. The approach is then adapted to the specific avionics maintenance case in Thales Avionics, where a prototype has been implemented to test and evaluate the approach as a proof of concept.

Lors de la conception des avions, il est courant que les constructeurs évaluent la sûreté de fonctionnement en utilisant des modèles stochastiques, mais l'évaluation de la fiabilité opérationnelle à l’aide de modèles en ligne, pendant la réalisation des missions, reste rarement effectuée. Souvent, l'évaluation stochastique concerne la sécurité des avions. Cette thèse porte sur la modélisation de la fiabilité opérationnelle des avions, pour aider à la planification des activités de maintenance et des missions, ainsi qu’à la bonne réalisation de ces dernières. Nous avons développé une approche de modélisation, basée sur un méta-modèle qui sert de base i) de structuration des informations nécessaires à l’évaluation de la fiabilité opérationnelle d’un avion et ii) pour la construction de modèles stochastiques pouvant être mis à jour dynamiquement. La mise à jour concerne l'état courant des systèmes avion, un profil de mission et les moyens de maintenance disponibles dans les diverses escales incluses dans le profil de la mission. L'objectif est de permettre l'évaluation de la fiabilité opérationnelle en ligne. Deux cas d’études, basés sur des sous-systèmes avion, sont considérés à titre d'illustration. Nous présentons des exemples de résultats qui montrent le rôle important de l’évaluation de la fiabilité opérationnelle pendant une mission d’avion / Dependability assessment, by system manufacturer, during aircraft design, based on stochastic modeling, is of common practice, but model based operational dependability assessment online, during missions' achievement, is seldom done. Usually, the stochastic assessment addresses aircraft safety.This thesis addresses aircraft operational dependability modeling to support mission and maintenance planning, as well as the achievement of the missions. We develop a modeling approach, based on a meta-model that is used as a basis i) to structure the information needed to assess aircraft operational reliability and ii) to build a stochastic model that can be updated dynamically. The update concerns the current state of the aircraft system, a mission profile and the maintenance facilities available at the flight stop locations involved in the mission. The aim is to enable operational reliability assessment online. Two case studies, based on aircraft subsystems, are considered for illustration. We present examples of evaluation results that show the valuable role of operational dependability assessment during aircraft mission

Les avions du futur auront une topologie tout électrique. Pour cela, les constructeurs augmentent la puissance et la tension d'utilisation du réseau d'énergie embarqué. Cependant, le défaut d'arc électrique est un risque qui est souvent la cause d'incidents d'exploitation voire de crash. La contribution de cette thèse porte sur la problématique de l'identification et la détection de défauts électriques sur un réseau de distribution d'énergie de type HVDC ±270VDC destiné à l'aéronautique. Dans ce manuscrit, le premier axe suivi est exploratoire. Il porte sur l'observation du comportement et de la phénoménologie d'arc dans le milieu proche de l'aéronautique (notamment par l'émulation de l'altitude par la pression). Le second axe de recherche porte sur l'analyse, la mise au point et le développement de méthode de détection fiable d'un défaut d'arc électrique par un coeur de distribution d'énergie (SSPC) sur charges résistive et légèrement inductive. Cinq méthodes ont été développées au cours de ce travail de thèse. Elles sont basées sur l'analyse des caractéristiques temporelles, fréquentielles et temps-fréquence du courant de ligne. À l'issue de chaque méthode est produit un indicateur qui est ensuite utilisé par une logique de discrimination dépendant de chaque critère. Le comportement non-déterministe des arcs notamment aux conditions d'expérimentation (courant, tension, matériaux des électrodes, longueur de l'arc, etc.) rendent la détection difficile par un simple seuil sur le résultat des critères. Dans ces travaux, une approche proportionnelle au défaut est proposée pour la discrimination à l'aide de seuils variables selon le courant, la variation de charge ou le bruit électrique du système. Le résultat combiné des méthodes aboutit à une décision de mise en protection. Pour valider expérimentalement les algorithmes proposés, une vaste base de données a été constituée comprenant aussi bien des signaux de nature résistive que selfique avec à la fois des arcs et des variations de charges sans arcs afin de vérifier qu'aucune détection n'opère à tort. Le fruit de ces travaux a été en partie implémenté dans un prototype d'analyse en temps réel de la ligne de distribution / Tomorrow’s aircraft will have an all-electric topology. This mean, manufacturers boost power and voltage of the embedded energy network. Nevertheless, the lack of an electric arc is a risk that is often the cause of the crash or operated occurrences. This thesis contributions concerns identification issue and electric arc fault detection on an energy distribution smart grid of HVDC network dedicated to avionic. The first line of this manuscript is exploratory. It covers behavioural observation and arc phenomenology in the grounded sphere of aeronautic (in particular emulated altitude by pressure). The second line of research deals with analysis, clarification and development of reliable approach of electric arc default detection through a central energy distribution on resistive charges. Five methods have been initiated throughout this thesis paper. They are based on several characteristic (time, frequency and time-frequency) of the line current. An indicator is produced at the end of each method. Subsequently, the indicator is used by a logic of discrimination according to each criterion. The non-deterministic behaviour of arc notably testing conditions (current, voltage, electrode materials, etc. makes detection difficult by a simple threshold on result of criteria. In this work, a new approach of arc fault discrimination is proposed. This used a proportional and variable threshold according to the current, load or noise variations from the system. The combined outcome of method results to a decision providing protection. To confirm experimentally proposed algorithms, a wide range database has been established. That included equally resistive and inductive signals with both arcs and load variations without arc fault so as to ensure that any detection is not mistakenly occurring. The upshot of this research work has been implemented in real time protection device prototype for HVDC +-270V smart-grid

Le domaine aéronautique connait de nos jours un engouement sans précédent autour de l'avion plus électrique. L'importance du nombre d'équipements électriques est à un tel point que l'amélioration de leur fiabilité devient incontournable. Actuellement, les composants passifs occupent 75 % des éléments électroniques utilisés en avionique dont la moitié correspond à des condensateurs. Ces derniers doivent donc répondre aux exigences environnementales avioniques assez contraignantes. C'est dans ce contexte que nous nous sommes intéressés particulièrement à l'étude des condensateurs à technologie film utilisant le polypropylène ou le polyester comme diélectrique. Afin de mieux comprendre le comportement fréquentiel de cette technologie, deux modèles fins de condensateurs films ont été développés, permettant ainsi de suivre les évolutions de leurs grandeurs électriques dans des conditions cohérentes avec l'application. Dans un deuxième temps, l'effet des contraintes en tension et en température constantes a été étudié sous la forme de facteurs d'accélération du vieillissement. Cela a été établi par l'intermédiaire de plusieurs essais, permettant d'établir les lois d'évolutions temporelles des paramètres électriques des condensateurs. Comme ces contraintes constantes ne sont pas toujours représentatives des conditions réelles d'utilisation, les cinétiques de dégradation ont été comparées à celles où les condensateurs sont sollicités par de fortes ondulations de courant, seules ou associées à une tension continue. Enfin, la dernière partie de notre travail expose l'utilisation des données expérimentales issues des essais de vieillissement dans un objectif de diagnostic en ligne. Les techniques utilisées assurent l'analyse de la dégradation de ces composants, étape essentielle dans la prédiction de l'état de santé des condensateurs en ligne