Avec l'avènement des systèmes intégrés complexes, la vérification par assertions(Assertion Based Verification ou ABV) s'est imposée comme une solution pour la vérification semi-formelle des circuits. L'ABV permet de valider qu'un circuit satisfait ou non une propriété(ou assertion). Des travaux antérieurs ont montré qu'il était possible de synthétiser ces propriétés sous la forme de moniteurs matériels. Ces derniers peuvent ainsi être embarqués à demeure sur un circuit afin qu'ils assurent une tâche de monitoring. Avec un objectif de surveillance et de sûreté, l'utilisation de tels moniteurs est un plus. Néanmoins, ces derniers sont aussi sensibles que les circuits surveillés à une dégradation environnementale(tension, température, vieillissement, ...). Afin de réduire le risque de dysfonctionnement des moniteurs, initialement conçus comme des circuits synchrones, une variante asynchrone(quasi-insensible aux délais) est proposée dans cette thèse. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet ANR SFINCS(Thalès, Dolphin Integration, TIMA) et ont mené à la définition d'une méthode de synthèse de moniteurs asynchrones matériels tirant parti de la robustesse et de la modularité des implémentations asynchrones. Les études menées se focalisent en premier lieu sur la conception d'une bibliothèque de moniteurs élémentaires asynchrones et sur une méthode d'interconnexion ad hoc permettant de constituer des moniteurs complexes. Afin de garantir les bonnes propriétés de robustesse de ces moniteurs, une étude a été menée à l'aide de l'outil de vérification formelle RAT. Il a notamment été prouvé que la connexion d'un moniteur asynchrone avec un circuit synchrone(à surveiller) était un point particulièrement délicat car les hypothèses du circuit synchrone contraignent le moniteur asynchrone. Il a donc été proposé d'introduire un dispositif de contrôle de l'horloge du circuit synchrone, appelé " clock stretching ", afin de relaxer les hypothèses temporelles synchrones qui sont appliquées à la partie asynchrone.

Les récentes avancées technologiques en particulier dans le domaine de la miniaturisation de dispositifs robotiques laissent présager l'émergence de grands ensembles distribués de petits robots qui coopéreront en vue d'accomplir des tâches complexes (e.g., robotique modulaire, robots en essaims, microsystèmes électromécaniques distribués). Ces grands ensembles seront composés d'entités indépendantes, intelligentes et communicantes qui agiront comme un ensemble à part entière. Pour cela, elles s'auto-organiseront et collaboreront en vue d'accomplir des tâches complexes. Ces systèmes présenteront les avantages d'être plus polyvalents et plus robustes que les systèmes robotiques conventionnels tout en affichant un prix réduit. Ces ensembles formeront des systèmes distribués complexes dans lequel chaque entité sera un système embarqué à part entière avec ses propres capacités et ressources toute fois limitées. Coordonner de tels systèmes posent des défis majeurs et ouvrent de nouvelles opportunités dans l'algorithmique distribuée. Je défends la thèse qu'il faut d'ores et déjà identifier et implémenter des algorithmes distribués servant de primitives de base à la coordination de ces ensembles. Dans ce travail, nous nous focalisons sur une classe particulière de robots, à savoir les robots modulaires distribués formant de grands ensembles de modules fortement contraints en ressources (mémoire, calculs, etc.), placés dans une grille régulière et capables de communiquer entre voisins connexes uniquement. J'ai identifié et implémente trois primitives servant à la coordination de ces systèmes, à savoir l'élection d'un nœud central au réseau, la synchronisation temporelle ainsi que l'auto-reconfiguration. Dans ce manuscrit, je propose un ensemble d'algorithmes distribués réalisant ces primitives. J'ai évalué mes algorithmes en utilisant des expériences sur des modules matériels et en simulation sur des systèmes, composés de quelques dizaines à plus d'une dizaine de milliers de modules. Ces expériences montrent que nos algorithmes passent à l'échelle et sont adaptés aux grands ensembles distribués de systèmes embarqués avec des ressources fortement limités à la fois en mémoire et en calcul. / Technological advances especially in the miniaturization of robotic devices foreshadow the emergence of large-scale ensembles of small-size resource-constrained robots that distributively cooperate to achieve complex tasks (e.g., modular self-reconfigurable robots, swarm robotic systems, distributed microelectromechanical systems, etc.). These ensembles are formed from independent, intelligent and communicating units which act as a whole ensemble. These units cooperatively self-organize themselves to achieve common goals. These systems are tought to be more versatile and more robust than conventional robotic systems while having at the same time a lower cost.These ensembles form complex asynchronous distributed systems in which every unit is an embedded system with its own but limited capabilities. Coordination of such large-scale distributed embedded systems poses significant algorithmic issues and open for new opportunities in distributed algorithms. In my thesis, I defend the idea that distributed algorithmic primitives suitable for the coordination of these ensembles should be both identified and designed.In this work, we focus on a specific class of modular robotics systems, namely large-scale distributed modular robotic ensembles composed of resource-constrained modules that are organized in a lattice structure and which can only communicate with neighboring modules. We identified and implemented three building blocks, namely centrality-based leader election, time synchronization and self-reconfiguration.We propose a collection of distributed algorithms to realize these primitives. We evaluate them using both hardware experiments and simulations on systems ranging from a dozen of modules to more than a dozen of thousands of modules. We show that our algorithms scale well and are suitable for large-scale embedded distributed systems with scarce memory and computing resources.

Ce travail contribue à la recherche scientifique à travers différents aspects. Tout d’abord, le couple produit/filière, traditionnellement pensé de façon causaliste, a été envisagé à travers le prisme du paradigme de la complexité. Cette contribution théorique souligne la nécessité de co-concevoir le couple produit/filière afin d’atténuer les efforts associés au lancement d’un produit innovant sur le marché et de s’assurer de son succès. Cependant, une étude empirique a souligné que peu d’entreprises tenaient compte de la filière lors de la conception de leur produit innovant. Dans ce contexte, une ingénierie de conception de filière a été élaborée en se basant sur les données de conception du produit afin de concevoir, spécifier, valider et mettre en œuvre la filière d’un nouveau produit. Cette ingénierie se décompose en trois étapes majeures : une étape de co-conception, une étape de positionnement et une étape d’évaluation. L’étape de co-conception vise à collecter et à traiter les données de conception du produit fournies par l’équipe projet. Un modèle instancié de la filière a été développé afin de collecter les données nécessaires à la conception de la filière qui sont ensuite traités pour faciliter la modélisation. L’étape de positionnement vise à souligner le rôle de l’entreprise innovante au sein des différents scénarios de filière obtenus. Basée sur le processus Harmony for System Engineering et son outil Rational Rhapsody®, cette étape détaille la filière d’un point de vue exigences, acteurs, processus et comportement (chacun représenté par différents diagrammes) afin d’élaborer différents scenarios. Enfin, la dernière étape vise à évaluer ces scénarios de filière afin d’établir une stratégie cohérente. En effet, de nombreux chercheurs ont montré qu’une filière agile était plus apte à supporter un produit innovant lors de son lancement afin de s’adapter plus rapidement aux changements (organisationnels, tactiques, marketing, environnementaux…). Par conséquent, une trame basée sur des phénomènes observables a été développée afin de faciliter la mise en œuvre de stratégie d’agilité, ce qui permet d’évaluer la typologie de la filière actuelle et de décider des actions à mettre en place pour obtenir une filière plus agile. Cette ingénierie a été testée auprès d’entreprises manufacturières / This thesis contributes to scientific research through different aspects. First of all, the product/supply chain couple, traditionally thought of in a causalistic way, was considered through the prism of the complexity paradigm. This theoretical contribution underlines the need to co-design the product/supply chain couple in order to mitigate the efforts associated with launching an innovative product on the market and to ensure its success. However, an empirical study has pointed out that few companies consider the supply chain when designing their innovative product. In this context, supply chain design engineering was developed based on product design data in order to design, specify, validate and implement the supply chain of a new product. This engineering is divided into three major stages: a co-design stage, a positioning stage and an evaluation stage. The co-design stage aims to collect and process the product design data provided by the project team. An instantiated supply chain model was developed to collect the data needed to design the supply chain which is then processed to facilitate modeling. The positioning stage aims to highlight the role of the innovative company within the various supply chain scenarios obtained. Based on the Harmony for System Engineering process and its Rational Rhapsody® tool, this step details the supply chain from a point of view of requirements, stakeholders, processes and behavior (each represented by different diagrams) in order to elaborate different scenarios. Finally, the last step aims to evaluate these supply chain scenarios in order to establish a coherent strategy. Indeed, many researchers have shown that an agile supply chain is better able to support an innovative product when it is launched in order to adapt more quickly to changes (organizational, tactical, marketing, environmental…). Consequently, a framework based on observable phenomena has been developed to facilitate the implementation of an agility strategy, which makes it possible to evaluate the typology of the current supply chain and decide which actions to implement to obtain a more agile supply chain. This engineering has been tested with manufacturing companies

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Cette étude s’inscrit dans le domaine de la gestion de santé des systèmes, qui vise à développer des outils d’aide à la maintenance, mais également à améliorer les prises de décision en autonomie des systèmes en cas de pannes. Dans ce cadre, des techniques de diagnostic déterminent si et pourquoi le système est en panne, alors que des techniques de pronostic déterminent quand les pannes vont survenir et leurs conséquences. Si elles semblent être corrélées, elles sont généralement étudiées séparément, car les échelles de temps manipulées par les deux processus sont très différentes.Ces travaux ont pour objectif de développer un outil intégrant les méthodes de diagnostic et de pronostic pour la surveillance des système hybrides, dont les dynamiques sont à la fois continues et discrètes. La méthodologie proposée, basée sur les réseaux de Petri hybrides particulaires, est appliquée sur un rover planétaire pour démontrer son utilisabilité en cas réel à travers la gestion des incertitudes liées au système et aux données / This study takes place in the field of system health management, which aims at developing maintenance aid tools, but also at improving the systems autonomous decision-making in case of failures. In this context, diagnostic techniques determine whether and why the system is down, while prognostic techniques determine when failures will occur and their consequences. If they seem to be correlated, they are usually studied separately because the time scales manipulated by the two processes are very different. This work aims at developing a tool that integrates both diagnosis and prognosis methods for the monitoring of hybrid systems, whose dynamics are both continuous and discrete. The proposed methodology, based on hybrid particle Petri nets, is applied to a planetary rover to demonstrate its usability in real cases through the management of knowledge-based and data-based uncertainty

Cette thèse porte principalement sur la coordination des systèmes distribués, avec une attention particulière pour les systèmes de production d'électricité multi-énergiques. Aux fins de l'optimalité, ainsi que l'application des contraintes, la commande prédictive (MPC-Model Predictive Control) est choisi comme l'outil sous-jacent, tandis que les éoliennes, piles à combustible, panneaux photovoltaïques et les centrales hydroélectriques sont considérés comme les sources d'énergie a être contrôlées et coordonnées. En premier lieu, une application de la commande MPC dans un microréseau électrique est proposée, illustrant comment assurer une performance appropriée pour chaque unité de génération et de soutien. Dans ce contexte, une attention particulière est accordée à la production de puissance maximale par une éolienne, en prenant une commande basée sur un observateur quand la mesure de la vitesse du vent est disponible. Ensuite, les principes de contrôle distribué coordonnés, en considérant une formulation à base de la commande MPC, sont pris en considération pour le contexte des systèmes à grande taille. Ici, une nouvelle approche pour la coordination par prix avec des contraintes est proposée pour la gestion des contrôleurs MPC locaux, chacun d'eux étant typiquement associé à une unité de génération. En outre, le calcule des espace invariants a été utilisé pour l'analyse de la performance pour le système à boucle fermée, à la fois pour les schémas MPC centralisée et coordination par prix. Finalement, deux cas d'études dans le contexte des systèmes de génération d'électricité sont inclus, en illustrant la pertinence de la stratégie de commande coordonnée proposée. / This thesis is mainly about coordination of distributed systems, with a special attention to multi-energy electric power generation ones. For purposes of optimality, as well as constraint enforcement, Model Predictive Control (MPC) is chosen as the underlying tool, while wind turbines, fuel cells, photovoltaic panels, and hydroelectric plants are mostly considered as power sources to be controlled and coordinated. In the first place, an application of MPC to a micro-grid system is proposed, illustrating how to ensure appropriate performance for each generator and support units. In this context, a special attention is paid to the maximum power production by a wind turbine, via an original observer-based control when no wind speed measurement is available. Then, the principles of distributed-coordinated control, when considering an MPC-based formulation, are considered for the context of larger scale systems. Here, a new approach for price-driven coordination with constraints is proposed for the management of local MPC controllers, each of them being associated to one power generation unit typically. In addition, the computation of invariant sets is used for the performance analysis of the closed- loop control system, for both centralized MPC and price-driven coordination schemes. Finally, a couple of case studies in the field of power generation systems is included, illustrating the relevance of the proposed coordination control strategy.

De grandes variations physiologiques s’opèrent tout au long du développement de l’enfant et touchent toutes les étapes du devenir du médicament dans l’organisme. Ces changements physiologiques vont être à l’origine de l’importante variabilité interindividuelle des paramètres pharmacocinétiques chez l’enfant. Il est donc essentiel de connaître la pharmacocinétique des différentes molécules administrées ainsi que la variation des paramètres associés. Dans ce but, la pharmacocinétique de population semble être la méthode de choix. L’approche de population contrairement aux études pharmacocinétiques classiques peut se réaliser à partir de très peu de prélèvements sanguins par patient obtenus à des délais variables, ce qui représente un grand intérêt du point de vue éthique. La pharmacologie des antirétroviraux reste très peu connue chez l’enfant et très peu d’information est disponible sur l’efficacité des doses pédiatriques actuellement recommandées. Nous avons modélisé la pharmacocinétique de population de la lamivudine chez l’enfant et montré que les enfants les pluslégers donc les plus jeunes étaient potentiellement sous-exposés avec la dose recommandée et nous avons proposé une posologie plus adaptée. Nous avons également pu, pour la première fois, proposer des doses chez le nouveau-né car jusqu’alors les doses n’étaient basées que sur des hypothèses de maturation physiologique par rapport à l’adulte. Des doses pédiatriques pour le ténofovir ont pu être déterminées pour la première fois à partir de la modélisation de sa pharmacocinétique. La dernière étape de ma thèse a été consacrée à l’utilisation de l’approche de population dans un cadre pharmacocinétique et pharmacodynamique : un modèle reliant les concentrations de la lamivudine, de la didanosine et de l’efavirenz à l’efficacité virologique de cette trithérapie chez l’enfant nous a permis d’élaborer un score prédictif de l’échec de la thérapie très puissant et prometteur quant à son utilité dans la prise en charge thérapeutique des enfants infectés par le VIH. / Large physiological variations are observed throughout the development of children, these variations are involved in all steps of the fate of the drug. These physiological changes induce a high interindividual variability of pharmacokinetic parameters in children. Thus, it is important to study the pharmacokinetics of various compounds administered in children as well as the variation of associated parameters. For this purpose, population pharmacokinetics seems to be well adapted. The population approach unlike conventional pharmacokinetic studies can be performed with very few blood samples per patient obtained at different times, which presents a great interest in terms of ethics in children. The pharmacology of many antiretroviral drugs remains unknown in children and very few information is available on the effectiveness of currently recommended pediatric doses. A population pharmacokinetic model of lamivudine in children has been performed and we found that the youngest children were potentially underexposed with the recommended dose and an appropriate dosage has been proposed. For the first time, doses for newborns have been proposed as well; indeed the current lamivudine doses are based on physiological maturity assumptions derived from adults. Pediatric doses for tenofovir were proposed also for the first time thanks’ to population modeling. In the last part of this thesis we use the population approach to perform a pharmacokinetic and pharmacodynamic model linking the concentrations of lamivudine, didanosine and efavirenz to virologic efficacy in children. A composite score has been derived from the model and provided a high predictive performance to treatment failure. This score seems to be very useful in the therapeutic management of HIV-1 infected children.

Les chloroacétanilides sont une famille d'herbicides largement utilisée en agriculture, et contribuent de ce fait à la pollution environnementale. Leur devenir, y compris dans les écosystèmes rédox-dynamiques récepteurs comme les zones humides, est encore mal compris. Dans ce travail, la dégradation microbienne de chloroacétanilides (métolachlore, acétochlore et l'alachlore) a été étudiée par des approches innovantes de chimie analytique et de biologie moléculaire, à l'échelle du laboratoire en utilisant des microcosmes en colonnes, et in situ dans des zones humides construites à ciel ouvert et conçues pour traiter les intrants chimiques issus de l'agriculture.Une nouvelle méthode d’analyse isotopique composés-spécifiques a été développée. Les résultats indiquent la biodégradation des chloroacétanilides dans les zones humides, également suggérée par la détection des produits de dégradation correspondants (acides éthane sulfonique et oxanilique). Dans les expériences en microcosme de laboratoire, les chloroacétanilides ont principalement été dégradés dans les zones anoxiques de la rhizosphère, suggèrant un rôle prépondérant des processus anaérobies. L'analyse par chromatographie chirale du métolachlore a en outre révélé la dégradation préférentielle de l'énantiomère S du métolachlore, confirmant l'importance des processus biologiques dans la dissipation des chloroacétanilides. Les corrélations qui ont pu être observées entre les changements de variables hydrochimiques et de conditions hydrauliques et des différences de composition bactérienne détectées par génotypage par polymorphisme de longueur des fragments de restriction (T-RFLP) et par pyroséquençage du gène ARNr 16S confirme le potentiel de bio-indicateurs basés sur l'ADN pour suivre le fonctionnement des écosystèmes.Sur la base de ce travail, la détection et l'identification des micro-organismes et des voies biochimiques responsables de la dégradation de chloroacétanilides dans les zones humides, ainsi que l'élaboration d'indicateurs génétiques bactériens pour le suivi de la dégradation de chloroacétanilides en zones humides, émergent comme autant d’objectifs de recherche à court-terme. / Chloroacetanilide herbicides are widely used in agriculture, and thereby contribute to environmental pollution. Their fate, including in redox-dynamic receptor ecosystems such as wetlands, remains poorly understood. In this work, microbial degradation of chloroacetanilides (metolachlor, acetochlor and alachlor) was investigated by emerging chemical and molecular biological approaches, at the lab-scale using microcosm columns, and in situ, in outdoor constructed wetlands designed for the treatment of chemical pollutants originating from agriculture.A novel compound-specific isotope analysis (CSIA) method was developed, and the results indicated biodegradation of chloroacetanilides in wetlands, which was also suggested by detection of ethane sulfonic acid and oxanilic acid degradation products. In lab-scale wetland microcosms, chloroacetanilides were mainly degraded in anoxic rhizosphere zones, suggesting a predominant role of anaerobic processes. Chiral chromatographic analysis of metolachlor revealed preferential degradation of the (S) enantiomer of metolachlor, and further confirmed the role of biological processes in chloroacetanilide dissipation. Changes in hydrochemical variables and hydraulic conditions correlated with differences in wetland bacterial composition detected by terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) and pyrosequencing analyses of the bacterial 16S rRNA gene, confirming the potential of DNA-based bioindicators for follow-up of ecosystem functioning.On the basis of this work, detecting and identifying the microorganisms and biochemical pathways responsible for chloroacetanilide degradation in wetlands, as well as developing bacterial gene-based indicators of wetland functioning, emerge as research objectives for the near future.

Les Architectures Orientées Services (SOA) sont adoptées aujourd'hui par de nombreuses entreprises car elles représentent une solution flexible pour la construction d'applications distribuées. Une Application Basée sur des Services (SBA) peut se définir comme un workflow qui coordonne de manière dynamique l'exécution distribuée d'un ensemble de services. Les services peuvent être sélectionnés et intégrés en temps réel en fonction de leur Qualité de Service (QoS), et la composition de services peut être dynamiquement modifiée pour réagir à des défaillances imprévues pendant l'exécution. Les besoins des architectures orientées services présentent des similarités avec la nature: dynamicité, évolutivité, auto-adaptabilité, etc. Ainsi, il n'est pas surprenant que les métaphores inspirées par la nature soient considérées comme des approches appropriées pour la modélisation de tels systèmes. Nous allons plus loin en utilisant le paradigme de programmation chimique comme base de construction d'un middleware. Dans cette thèse, nous présentons un middleware "chimique'' pour l'exécution dynamique et adaptative de SBA. La sélection, l'intégration, la coordination et l'adaptation de services sont modélisées comme une série de réactions chimiques. Tout d'abord, l'instantiation de workflow est exprimée par une série de réactions qui peuvent être effectuées de manière parallèle, distribuée et autonome. Ensuite, nous avons mis en oeuvre trois modèles de coordination pour exécuter une composition de service. Nous montrons que les trois modèles peuvent réagir aux défaillances de type panne franche. Enfin, nous avons évalué et comparé ces modèles au niveau d'efficacité et complexité sur deux workflows. Nous montrons ainsi dans cette thèse que le paradigme chimique possède les qualités nécessaires à l'introduction de la dynamicité et de l'adaptabilité dans la programmation basée sur les services. / With the advent of cloud computing and Software-as-a-Service, Service-Based Application (SBA) represents a new paradigm to build rapid, low-cost, interoperable and evolvable distributed applications. A new application is created by defining a workflow that coordinates a set of third-party Web services accessible over the Internet. In such distributed and loose coupling environment, the execution of SBA requires a high degree of flexibility. For example, suitable constituent services can be selected and integrated at runtime based on their Quality of Service (QoS); furthermore, the composition of service is required to be dynamically modified in response to unexpected runtime failures. In this context, the main objective of this dissertation is to design, to develop and to evaluate a service middleware for flexible execution of SBA by using chemical programming model. Using chemical metaphor, the service-based systems are modeled as distributed, selforganized and self-adaptive biochemical systems. Service discovery, selection, coordination and adaptation are expressed as a series of pervasive chemical reactions in the middleware, which are performed in a distributed, concurrent and autonomous way. Additionally, on the way to build flexible service based systems, we do not restrict our research only in investigating chemical-based solutions. In this context, the second objective of this thesis is to find out generic solutions, such as models and algorithms, to respond to some of the most challenging problems in flexible execution of SBAs. I have proposed a two-phase online prediction approach that is able to accurately make decisions to proactively execute adaptation plan before the failures actually occur.