Dans la mesure où un système est un ensemble d'éléments en interaction, la difficulté pour un ingénieur système est de guider l’architecture d'un modèle « total » du système en tant qu'ensemble de modèles « locaux » d’ingénieries interdisciplinaires en interaction. Les travaux présentés dans ce mémoire s’intéressent plus précisément à la nature heuristique, spécifiante et exécutable de cette relation « totale » de couplage afin de construire un modèle virtuel du système à faire. La perspective holonique retenue permet de considérer cette relation de couplage de façon descriptive du TOUT et prescriptive de chacune des PARTIES aussi bien en regard de la situation-système à percevoir que des constitutifs-système à architecturer. Ainsi, nous avons revisité cette relation en tant que processus itératif, récursif et collaboratif de co-spécification-système visant à supporter la requête de connaissances auprès de chacune des ingénieries spécialistes délivrant en retour les modèles constitutifs satisfaisant des exigences systèmes. Notre environnement de co-modélisation-système se compose alors d’un ensemble d’environnements élémentaires de modélisation de constituants-système, avec pour objectif de préserver les outils, méthodes et processus de travail de chacune des parties prenantes. La modélisation au niveau système s’appuie sur le langage de modélisation « SysML » pour architecturer l’ensemble des connaissances. La vérification et la validation système s’effectue par co-exécution de modèles autour d’un bus de co-simulation, y compris in-situ avec la plate-forme d’expérimentation CISPI du projet SAFETECH du CRAN constituant notre cas d’application / Insofar as a system is a set of interacting elements, the difficulty for a system engineer is to guide the whole model architecture of a system as a set of interdisciplinary engineering part models interacting. The works presented in this thesis are specifically interested in the heuristic, specifying and executable nature of this whole relationship coupling to design a virtual model of the system-of-interest. The holonic perspectives allows us to consider this coupling relationship as descriptive of a WHOLE (H) and prescriptive of each parts as well in regards to system situation to perceive, as system-elements to architect. In this sense, we revisit this relation as an iterative, recursive and collaborative process of system co-specification to the quest of knowledge with each specialist engineering delivering constitutive models satisfying basic requirements. Our system co-modelling environment is itself composed of a set of system-components modelling environment, with the stated objective to preserve tools, methods and works of each stakeholders in order to facilitate the expression of their skills. The modelling at a system level is based on the system modelling language (SysML) to architecture the set of knowledge. Verification and validation are performed by co-execution of models around a co-simulation bus, including CISPI platform of SAFETECH project of CRAN constituting our case study

Cette thèse traite de modélisation des systèmes complexes. Dans ce cadre, l'approche est basée sur les Modèles Structurés en Second Ordre (MSSO). Afin d'utiliser cette classe de modèles, les propriétés telles que l'atteignabilité, l'observabilité et les grammiens, bien connues pour les réalisations d'états, sont étendues aux MSSO.Lors de la co-simulation d'un système, des éléments de natures différentes (physiques et logicielles) sont intégrés et la simulation est effectuée en temps réel. Or, les modèles d'ordre élevés sont couteux en temps de calcul, ce qui rend difficile ce type de simulation. Ainsi, des méthodes de réduction de modèle sont explorées. En particulier, de nouvelles méthodes, permettant de préserver la structure des modèles avec une bonne erreur d'approximation sont présentées.Ces développements sont appliqués à la co-simulation de modèles véhicules sous forme de MSSO. Le modèle créé est un modèle par blocs, complexe et non-linéaire. Afin d'appliquer les méthodes de réduction de modèle il est nécessaire de le linéariser. La structure par blocs permet de linéariser l'ensemble du modèle ou de ne linéariser que certaines sous parties du modèle.Ensuite, l'identification des paramètres est effectuée pour chaque sous-systèmes du véhicule. Une méthode d'interconnexion est ensuite proposée pour créer une représentation monobloc du modèle afin de réduire ce dernier. Au final, des essais en co-simulation de la partie arrière du véhicule sous forme de modèle interconnectée avec la partie avant du véhicule physiquement présente sur un banc de test, valide notre approche pour effectuer de la co-simulation temps réel avec matériel.x / This thesis studies the modeling of complex systems. In this framework, the approach is based on Second Order Form Model (SOFM). In order to use this kind of models, properties such as the reachability, the observability, the gramians and the Markov parameters, well known for state-space representation, are extended to the SOFM. During the co-simulation of a system, its physical parts are interconnected to models which simulate the system environement and the simulation is performed in real time. However, the simulation of high order models consumes to much time to be performed in real time. Therefore, model order reduction methods are studied. Particularly, new methods preserving SOFM structure with a good approximation error are presented. These developments are applied to the vehicle dynamic. Hence, a vehicle SOFM model is developed. The created model is a blockwise model where each blocks describes a part of the vehicle. This model is complex and non-linear. In order to apply the model order reduction methods, model linearisation is necessary. The block modeling allows to linearise the full model or allows to linearise some part of the model. Then, the identification of the model parameters is done by vehicle sub-system. In addition, an interconnection method is proposed to build a monobloc model in order to reduce it. Finally, co-simulations of the model vehicle rear part interconnected to the physical front part of the vehicle show the capacity to make co-simulation with the reduced models.

Un système de distribution électrique est le cœur de tous types de sites industriels, aussi bien les sites producteurs d'énergie que les sites consommateurs. La sécurité de ce système doit être impérativement assurée par la mise en place des unités assurant plusieurs fonctionnalités de protection contre les dédauts électriques. Parmi ces fonctionalités il existe celles qui se basent sur des échanges d'information entre plusieurs unités de protection. Le standard IEC 61850 guarantit cet échange des informations via des signaux ‘temps réel' échangé via le réseau de communication. Vue l'aspet non deterministe de ces signaux, une étude poussée de leur fiabilité doit être effectuée. Pour ces raisons notre travail de thèse a pour objectif de mettre en place une méthodologie, basée sur une plateforme de Co-Simulation conçue pendant notre étude, qui permet la validation de la fiabilité de ces messages tout au long du cycle de vie d'un système de communication IEC 61850. / From 2004, a new worldwide standard of communication IEC61850 is introduced in the majority of substation automation system carrying out new innovation prospects to the world of substation. One of these feature is that it allows the exchange of security real time communication messages all over the communication network. These messages are used as control information for the Distributed Automation Application 'DAA'. Taking into consideration that DAA have a direct effect on ythe dependability of a smart grid architecture, the fiability of these real time IEC 61850 should be evaluated. For these reasons, our research delas with the development of a Co-Simulation platform that permits the evaluation and validation of an IEC 61850 communication network.

Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre du projet ANR HUMIBATex « Comment prédire les désordres causés par l’humidité ? Quelles solutions techniques pour rénover le bâti existant ? » (2012-2016). Elle traite de la modélisation numérique et expérimentale des transferts couplés hydro-thermo-aérauliques à différentes échelles : matériau, paroi et ambiance de bâtiment. Sur le plan théorique, un modèle phénoménologique des transferts couplés de chaleur, d’air et d’humidité à travers les enveloppes de bâtiments (HAM) a été élaboré. Après la phase de validation (confrontation avec des solutions analytiques et des résultats expérimentaux), ce modèle a été implémenté avec confiance dans un code de simulation thermique dynamique du bâtiment (BES). Ceci a permis, ainsi, de développer une plateforme de co-simulation HAM-BES. Grâce à l’outil mis en œuvre, les comportements hygrothermiques de la paroi et de l’ambiance habitable des bâtiments ont été prédits finement. Deux cas d’études ont été entrepris. Le premier avait pour but de mettre en évidence l’impact des transferts hygrothermiques sur la prédiction des consommations énergétiques. Le deuxième cas d’étude a été dédié à l’étude de l’efficacité de différentes stratégies de ventilation (extraction ou insufflation) sur le contrôle et la diminution des risques d’apparition de désordres liés à l’humidité au niveau des bâtiments résidentiels. Sur le plan expérimental, une campagne de caractérisation des propriétés physiques, hydriques et thermophysiques des matériaux de construction a été effectuée. Cette campagne expérimentale s’est focalisée sur l’analyse de l’impact de l’état thermique et hydrique du matériau sur les valeurs des propriétés hygrothermiques. Dans un autre travail expérimental, des dispositifs expérimentaux, à petite échelle mais également à l’échelle de la paroi, ont été conçus au laboratoire dans le but d’étudier la réponse hygrothermique des enveloppes de bâtiment ainsi que valider la plateforme de co-simulation dynamique HAM-BES. La confrontation des résultats a montré une bonne concordance entre la résolution numérique et les mesures expérimentales. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail de thèse ont mis en exergue l’influence d’une modélisation fine des transferts couplés de chaleur, d’air et d’humidité, à la fois sur la prédiction du comportement hygrothermique des ambiances habitables mais aussi sur le calcul des besoins énergétiques des bâtiments. / The present PhD thesis work is conducted in the framework of the National Program ANR HUMIBATex Project « How to predict the disorders caused by moisture? What technical solutions to renovate the existing buildings? ». It deals with the numerical and experimental modeling of a coupled heat, air and moisture transfers at different scales: material, envelope and building ambience. In the theoretical part, based on expression of heat and moisture (vapor, liquid and air) balances equations, a phenomenological model describing the coupled heat, air and moisture transfer (HAM) through the wall has been developed. After validation stage (comparison with experimental results and analytical solution), the model has been implemented with confidence in a building energy simulation code (BES). Using this HAM-BES dynamic co-simulation tool, the hygrothermal behavior of the wall and indoor air of buildings were predicted finely. Two cases studies have been undertaken. The aim of the first one was to highlight the impact of hydrothermal transfers on the prediction of building energy consumption. However, the second case study was devoted to study efficiency of different ventilation strategies (extracting or insufflation) on the control and reduction of disorders caused by moisture in residential buildings. In the experimental part, a characterization campaign of physical, hydric and thermophysical properties of construction materials has been carried out. This experimental campaign has been focused on analyzing of the impact of thermal and hydric state of the construction material on the hygrothermal properties values. In another work, several experimental devices, at small-scale and wall scale, were designed in the laboratory to study the hygrothermal response of different building envelopes configuration and validate the developed HAM-BES dynamic co-simulation platform. Results of confrontation have showed good agreement between the numerical solution and experimental measurements.The obtained results in the framework of this PhD thesis have highlighted the influence of a detailed modeling of coupled heat air and moisture transfer through the wall on the hygrothermal behavior prediction of the indoor air, on assessment of pathology indicators and on the evaluation of the buildings energy loads.

Les réseaux de capteurs sans fil sont un domaine en plein essor qui montre un potentiel intéressant pour de nombreuses applications. Pour qu’ils soient plus facilement adoptés par les industriels, il est nécessaire de démontrer que leur fonctionnement est fiable, et par conséquent de valider les protocoles utilisés par ces nœuds pour communiquer. Différentes méthodes de validation peuvent être utilisées, mais nous montrons qu’à ce jour, aucune de ces méthodes ne s’est avérée être idéale. Nous avons donc développé un nouvel outil de validation pour ces protocoles, un environnement de simulation appelé SNOOPS, capable d’exécuter le code binaire du protocole compilé sur un modèle de la plateforme hardware du nœud. Le nœud est modélisé en alliant l’émulateur de plateformes virtuelles QEMU au langage de description hardware SystemC, qui est également utilisé pour modéliser les communications en réseau entre les nœuds. Le principal attrait de SNOOPS est de posséder un module observateur qui a pour rôle d’arrêter la simulation si une propriété du protocole a été violée, afin de pouvoir trouver l’origine de l’erreur grâce à un debugger. Les propriétés du protocole à tester sont modélisées en Light Esterel, un langage réactif synchrone, à partir des spécifications du protocole, et compilées en C pour pouvoir être insérées plus simplement dans l’observateur. Un atout supplémentaire de SNOOPS est un module permettant d’interpréter et réinjecter en simulation des trames enregistrées dans un log en format pcap provenant d’expérimentations sur des nœuds physiques. Nous avons testé sur SNOOPS le protocole OCARI développé par EDF R&D et ses partenaires industriels et académiques. / Wireless sensor networks are a thriving area that shows good potential for many applications. In order for manufacturers to adopt this technology more easily, it is necessary to demonstrate that the operation of these networks is reliable, and therefore validate the protocols used by the network nodes to communicate. Different validation methods can be used, but we show that to date, none of these methods has proved to be ideal. We have therefore developed a new validation tool for these protocols, a simulation environment called SNOOPS. This tool is able to execute the binary code of the compiled protocol on a model of the node’s hardware platform. The node is modeled by combining QEMU, a virtual platform emulator, with SystemC, a hardware description language which is used in this context to model different hardware peripherals as well as the network communications between nodes. SNOOPS’s main appeal is the observer module, whose role is to stop the simulation if a protocol property has been violated, in order to find the error that is at the origin of this violation through a debugger. The properties of the protocol under test are modeled in Light Esterel, a synchronous reactive language, based on the protocol’s specifications. They are then compiled into C to be inserted more simply in the observer. An additional advantage of SNOOPS is a module to interpret and re-inject into simulation frames recorded in a pcap (packet capture) format log, from tests with physical nodes for which the origin of bugs could not be determined. We tested with SNOOPS the OCARI protocol developed by EDF R&D and its industrial and academic partners.

Mit Hilfe der Matlab/ADAMS-Co-Simulation wird ein ebenes Koppelgetriebe (5- Gelenk) untersucht und anschließend die Wirkpaarung mit einem Stückgut betrachtet. Dabei werden verschiedene Modellierungsstufen angewendet und die Simulationsergebnisse Messergebnissen vom Versuchsstand gegenübergestellt. Daneben wird die grundlegende Herangehensweise beim Einsatz dieser Simulationswerkzeuge erläutert.

Mit zunehmenden mineralischen Ressourcenbedarf steigen die Anforde-rungen an Aufbereitungsmaschinen wie den Center-Sizer. Um diesen An-forderungen gerecht zu werden, lag der Schwerpunkt bisher in der Ver-besserung der maschinenseitigen Modellbeschreibung, wobei für die Ma-terialmodelle zumeist stark vereinfacht blieben. Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung eines materialseitigen Modells basierend auf der Diskreten-Elemente-Methode, welches durch eine begründete Parametrierung sowie in Co-Simulation mit einem mehr-dimensionalen Maschinenmodell zur Belastungsprognose auf Center-Sizer dient. Sie leistet damit einen Beitrag zur Erweiterung der bestehenden Auslegungsmethode und bietet für weiterführende Forschungstätigkeiten eine substanzielle Grundlage. / As the demand for mineral resources increases, so do the requirements for processing machines such as the Center-Sizer. In order to meet these re-quirements, the focus has so far been on improving the model description on the machine side, whereby the material models mostly have remained simplified. The present dissertation deals with the development of a material model based on the discrete-element-method for the load prediction on center sizer by using determined parameterization method as well as the co-simulation with a multidimensional machine model. It contributes to the enhancement of the current method of structural design and it serves a substantial basis for further research projects.

The master’s thesis deals with the design of modulator OFDM in the FPGA circuit. The thesis describes basic attributes of modulation OFDM, its pros and cons. With the help of created block level scheme, it describes all the components of the processing of the data signal on its way from the transmitter to the receiver. The Atlys Spartan-6 Development Board has been chosen for the implementation of the modulator. The other part of thesis is the design and realization of the analog-digital interface for the modulator OFDM. The interface consists of PCB, which is connected to the development board using expansion connector. The board is assembled with all the parts required for transmitting the signal as well as consecutive receiving, the description of used solutions is also a part of this master’s thesis. Proper function of both designed parts was verified using hardware co-simulation.

La tendance très récente dans la conception des systèmes embarqués est l'assemblage des composants standard existants. La difficulté d'une telle conception provient du fait que ces composants sont hétérogènes en termes de protocoles de communication, niveaux d'abstraction et langages de spécification. Dans ce travail nous avons abordé deux principaux problèmes liés à la conception des systèmes embarqués hétérogènes, la spécification et la validation. Nos contributions sont : (1) une étude de la spécification des systèmes hétérogènes embarqués, étude qui a aidé à la définition d'un modèle de représentation pour la spécification en vue de la conception des systèmes hétérogènes embarqués, (2) la proposition d'une méthodologie de validation par simulation des systèmes hétérogènes embarqués et (3) la proposition d'un modèle de simulation pour la validation rapide des interfaces logicielles (les systèmes d'exploitation) dans les systèmes embarqués. <br />Les concepts proposés ont été validés sur des applications complexes : deux systèmes embarqués multiprocesseurs - le modem VDSL et le système de téléphonie mobile IS-95 CDMA et un micro-système optique - le commutateur optique.

Cette thèse traite de modélisation des systèmes complexes. Dans ce cadre, l'approche est basée sur les Modèles Structurés en Second Ordre (MSSO). Afin d'utiliser cette classe de modèles, les propriétés telles que l'atteignabilité, l'observabilité et les grammiens, bien connues pour les réalisations d'états, sont étendues aux MSSO.Lors de la co-simulation d'un système, des éléments de natures différentes (physiques et logicielles) sont intégrés et la simulation est effectuée en temps réel. Or, les modèles d'ordre élevés sont couteux en temps de calcul, ce qui rend difficile ce type de simulation. Ainsi, des méthodes de réduction de modèle sont explorées. En particulier, de nouvelles méthodes, permettant de préserver la structure des modèles avec une bonne erreur d'approximation sont présentées.Ces développements sont appliqués à la co-simulation de modèles véhicules sous forme de MSSO. Le modèle créé est un modèle par blocs, complexe et non-linéaire. Afin d'appliquer les méthodes de réduction de modèle il est nécessaire de le linéariser. La structure par blocs permet de linéariser l'ensemble du modèle ou de ne linéariser que certaines sous parties du modèle.Ensuite, l'identification des paramètres est effectuée pour chaque sous-systèmes du véhicule. Une méthode d'interconnexion est ensuite proposée pour créer une représentation monobloc du modèle afin de réduire ce dernier. Au final, des essais en co-simulation de la partie arrière du véhicule sous forme de modèle interconnectée avec la partie avant du véhicule physiquement présente sur un banc de test, valide notre approche pour effectuer de la co-simulation temps réel avec matériel.x