Les travaux présentés dans ce manuscrit traitent de l’enfouissement dans un circuit imprimé de convertisseurs de puissance, paradigme visant l’insertion de composants électroniques au sein du circuit imprimé.Une structure simple et économique de composant inductif enfoui, pouvant être employé comme inductance, coupleur, ou résonateur monolithique, est tout d’abord décrite. Un modèle analytique complet est développé. Des prototypes sont réalisés, validant le modèle et démontrant l’intérêt de la topologie.L’agencement des composants de puissance constituant une cellule de commutation est ensuite étudié. En particulier, un modèle analytique permettant une compréhension intuitive des mécanismes oscillatoires dans le cadre de l’emploi de transistors rapides est décrit.Une technique de reprise de contact de face avant pour puce enfouie, basée sur un morceau de mousse pressée, est proposée. Une étude préliminaire, à forte composante expérimentale, est présentée. Elle démontre que certains prototypes enfouis présentent des caractéristiques électriques et une fiabilité similaires à celles obtenus avec des fils de bonding.Enfin, les résultats de l’étude sur l’agencement des composants d’une cellule de commutation sont appliqués pour concevoir et réaliser un hacheur basé sur des transistors SiC connectés par mousse pressée. La structure délivre 3 kW sous 600 V en continu, démontrant la viabilité du procédé de reprise de contact proposé. / This thesis deals with Printed-Circuit Board (PCB) embedding of power converters, paradigm according to which electronic components are placed within the substrate itself.First, a simple and economical structure of inductive component, which can be used either as an inductor, a coupler, or a monolithic resonator, is described. A comprehensive analytical model is developed. Prototypes are manufactured, validating the analytical model and highlighting the value of the topology.The arrangement of the power components of a switching cell is then studied. In particular, an analytical model offering an intuitive understanding of the oscillation mechanisms in cells using fast transistors is proposed.A simple and economical top-side connection technic for PCB-embedded power dies using a pressed piece of metal foam is described. A preliminary study, with strong experimental component, is proposed. It shows that the embedded prototypes have electrical performances and a reliability close to that of wire-bonded dies.Finally, the results from the study on the arrangement of the components of a switching cell are used to design and manufacture a chopper based on SiC transistors connected using a piece of pressed metal foam. This chopper proved to be able to continuously deliver 3 kW under 600 V to a load, thereby validating the proposed top-side connection technic.

Face au défi des entreprises pour le maintien de leurs équipements au maximum de leur fiabilité, de leur disponibilité, de leur rentabilité et de leur sécurité au coût de maintenance minimum, des stratégies de maintenance telles que le CBM et le PHM ont été développées. Pour mettre en œuvre ces stratégies, comme pour la planification des activités de production il est nécessaire de connaître l’aptitude des systèmes à réaliser les futures tâches afin de réaliser le séquencement des opérations de production et de maintenance. Cette thèse présente les éléments d'une fonction générique qui évalue la capacité des systèmes techniques multi-composants à exécuter les tâches de production de biens ou de services assignées. Ce manuscrit présente une proposition de modélisation de systèmes techniques multi-composants représentant les différentes entités qui les composent, leurs états et leurs relations. Plusieurs types d’entités ont été identifiés. Pour chacun d’eux, des inférences sont proposées pour définir à l’intérieur du système l’aptitude de l’entité à accomplir les futures tâches de production à partir des évaluations de son état présent et futur et des évaluations des états présents et futurs des autres entités avec lesquelles elle est en relation. Ces évaluations des états présents et futurs sont basées sur l’exploitation de pronostics locaux des composants. Ces pronostics sont des prévisions qui intrinsèquement comportent des incertitudes pouvant être aléatoires ou épistémiques. La fonction proposée et les inférences prennent en compte ces deux formes d’incertitudes. Pour cela, les traitements et la fonction proposée exploite des éléments de la théorie de Dempster-Shafer. La modélisation des systèmes multi-composants pouvant être représentée sous la forme de graphes dont les états des nœuds dépendent de données comportant des incertitudes, des éléments des réseaux bayésiens sont également utilisés. Cette fonction fournit des indicateurs, sur l’aptitude de chaque entité du système à accomplir les futures tâches de production mais aussi indique les composants nécessitant une intervention afin d’améliorer cette aptitude. Ainsi, ces indicateurs constituent les éléments d'aide à la décision pour la planification des opérations de maintenance de façon conditionnelle et préventive, mais aussi pour la planification des opérations de production. / One major challenge of companies consists in maintaining their technical production resources at the maximum level of reliability, availability, profitability and safety for a minimum maintenance cost, maintenance strategies such as CBM and PHM have been developed. To implement these strategies, as with production activity planning, it is necessary to know the ability of systems to perform future tasks to order production and maintenance operations. This thesis presents the generic function that evaluates the ability of multi-component technical systems to perform the production tasks of goods or services. This manuscript presents a proposal for the modelling of multi-component technical systems representing the different entities that compose them, their states and their relationships. Several types of entities have been identified. For each of them, inferences are proposed to define within the system the entity's ability to perform future production tasks based on its own assessment of its present and future state and the assessments of the present and future states of the other entities with which it is involved. These assessments of present and future states are based on the use of local prognoses of components. These prognoses are predictions that inherently involve uncertainties that may be aleatory or epistemic. The proposed function and inferences take into account these two kinds of uncertainty. To do this, the inferences and the proposed function uses elements of the Dempster-Shafer theory. Since the modelling of multi-component systems can be represented in the form of graphs whose node states depend on data with uncertainties, elements of Bayesian networks are also used. This function provides indicators on the ability of each system entity to perform future production tasks but also indicates the components that require maintenance to improve this ability. Thus, these indicators constitute the elements of decision support for the planning of maintenance operations in a conditional and preventive way, but also for the planning of production tasks.

L'utilisation de réseaux de capteurs sans-fils (RCSF) se développe dans de nombreux domaines où l'informatique doit être intégrée au plus proche de l'environnement. Ce principe appelé informatique omniprésente se popularise par des applications dans de multiples domaines, de la domotique à l'étude d'environnements naturels en passant par la régulation des transports ou encore la surveillance de bâtiments à risques. Si les RCSF présentent de bonnes perspectives pour le domaine de l'informatique omniprésente, le matériel utilisé présente souvent des capacités très limitées et il est souvent compliqué de développer des applications ou de configurer de tels réseaux. Des travaux récemment réalisés au laboratoire DOMUS amènent la vision d'une informatique omniprésente autonome qui permettrait à plusieurs éléments d'un réseau de s'organiser entre eux pour limiter les interventions humaines. Dans cette vision, la reprogrammation dynamique des noeuds est utilisée pour simplifier et alléger le processus de reconfiguration du réseau. Le présent projet s'est donc intéressé à la problématique de la reprogrammation des noeuds du réseau dans une optique future d'informatique omniprésente autonome adaptée aux RCSF. Le présent projet de maîtrise a permis dans un premier temps de mettre en place un cadriciel de programmation par composants adapté aux ressources contraintes des RCSF. Ce système de programmation par composants (POC) appelé Nodecom se place comme une amélioration par rapport aux solutions de POC déjà existantes. En effet, Nodecom présente la première architecture hybride permettant à la fois de programmer en utilisant des composants statiques et à la fois de pouvoir charger de nouveaux composants de manière dynamique. Cette architecture hybride a permis d'alléger l'impact du système de programmation par composants tout en conservant la possibilité de reprogrammer dynamiquement certains composants. Dans un second temps, le projet a consisté à réaliser un dépôt distribué de composants qui permet à chaque noeud de charger dynamiquement n'importe quel composant publié à travers le réseau. Dans ce dépôt distribué, chaque noeud peut se voir attribuer le rôle de conserver une copie d'un fichier de composant dans sa mémoire locale. Pour ce faire, l'implémentation réalisée repose sur un algorithme de routage par clé inspiré des réseaux pair-à-pair traditionnels et adapté aux contraintes des plateformes utilisées. Les résultats de l'évaluation de ce système de composants distribué pour les réseaux de capteurs sans-fils sont encourageants puisqu'ils mettent en évidence les faibles besoins en mémoire du système. L'implémentation réalisée dans ce projet se place alors comme un bon support pour les travaux futurs qui chercheront à adapter la vision d'informatique omniprésente autonome au contexte des réseaux de capteurs sans-fils.

Les maladies infectieuses d’origine alimentaire demeurent un enjeu d'actualité dans les pays industriels comme le Canada. Les différentes agences gouvernementales impliquées dans le suivi et la prévention de ces infections soulèvent l’importance de l'apparition de souches multi-résistantes aux antibiotiques entre autres chez la bactérie pathogène Salmonella. L’antibiothérapie classique n'étant plus une solution au problème, le développement de nouveaux traitements spécifiques aux pathogènes en commençant par une meilleure compréhension de leur virulence devient essentiel. Lors d'une infection, une bactérie du genre Salmonella modifie grandement son transcriptome pour s'adapter et proliférer grâce à des systèmes à deux composants (S2C) tels que PhoP/PhoQ, OmpR/EnvZ et SsrA/SsrB. La régulation de ces systèmes soulève encore énormément de questions principalement au niveau post-transcriptionnel. Dans le cadre de ma maîtrise, j’ai adapté une méthode me permettant d’identifier les partenaires d’interaction des ARN de système à deux composants PhoP/PhoQ et OmpR/EnvZ en plus d’établir une banque d’annotation primaire pour des petits ARN non-codants de la bactérie pathogène Salmonella Typhimurium. Les résultats obtenus m’ont permis de valider un modèle de régulation connu par un petit ARN régulateur (pARNr) pour le gène phoP ainsi que d’identifier un nouveau modèle de régulation des S2C basé sur l’expression d’un ARN antisens en cis. De plus, des données préliminaires suggèrent une double fonction pour l’ARNm ompR.

Mes travaux de recherche portent sur les modèles de programmation distribuée, principalement par objets et composants. Dans ce domaine, j'ai travaillé à fournir des outils facilitant la programmation d'applications distribuées à large échelle et vérifiant la correction de leur comportement. Pour faciliter la programmation d'applications distribuées je me suis intéressé à la mise au point de langages avec un fort niveau d'abstraction: objets actifs, squelettes algorithmiques, composants. Afin de vérifier la correction du comportement d'une application j'ai collaboré à la mise au point d'outils de spécification et de vérification comportementales d'applications distribuées. Mes travaux ont pour but de fournir un modèle formel des langages de programmations, des bibliothèques, et des environnements d'exécution fournies au programmeur afin de garantir un comportement sûr des applications distribuées. Ma thèse m'a permis de mettre au point le calcul ASP modélisant lecomportement des objets actifs et des futurs. Depuis, nous avons créé une version fonctionnelle de ce calcul que nous avons modélisé en Isabelle/HOL. Aussi j'ai fortement contribué à la définition d'un modèle à composants distribués -- le GCM (Grid Component model)--, à sa formalisation et à son utilisation pour programmer des composants adaptables ou autonomes. Enfin, j'ai contribué à la spécification et la vérification comportementale des programmes utilisant des objets actifs et des composants afin de garantir la sûreté de leur exécution. Actuellement, nous travaillons à la fois à une extension multi-threadée du modèle à objets actifs mieux adaptée aux machines multi-coeurs, et à l'utilisation de méthodes formelles pour mettre au point et prouver la correction d'un algorithme de diffusion pour réseau pair-à-pair de type CAN (Content Adressable Network). Ce manuscrit fournit une vue d'ensemble de tous ces travaux.

Cette thèse porte sur le rapport qu'entretient la démarche architecturale avec le matériau de construction et ses techniques de mise en œuvre. L'architecture envisagée comme un "art de bâtir" est questionnée à la lumière des avancées récentes de la recherche sur les processus de conception innovante. Le corpus de la thèse, constitué d'entretiens avec des architectes et des industriels, est soumis à une analyse qui aborde les thématiques où s'opère la "matérialisation" de l'œuvre: la conceptualisation, l'expérimentation, l'organisation du protocole et le prototype. Le recours à la modélisation des différentes démarches identifiées rend possible la confrontation de l'expérimentation sur les matériaux dans la démarche d'architecture, aux processus d'innovation répertoriés dans la production manufacturière. Les activités de conception sont représentées par leur capacité à mettre en relation les quatre espaces cognitifs sollicités par le projet : problèmes , concepts, représentations et connaissances.

Cette thèse propose une approche pour intégrer l'utilisation des propriétés temporisées stochastiques dans un processus continu de design fondé sur des modèles à l'exécution. La spécification temporelle de services est un aspect important des architectures à base de composants, par exemple dans des réseaux distribués volatiles de nœuds informatiques. L'approche models@runtime facilite la gestion de ces architectures en maintenant des modèles abstraits des archi- tectures synchronisés avec la structure physique de la plate-forme d'exécution distribuée. Pour les systèmes auto-adaptatifs, la prédiction de délais et de débit d'un assemblage de composants est primordial pour prendre la décision d'adaptation et accepter les évolutions qui sont conformes aux spécifications temporelles. Dans ce but, nous définissons une extension du métamodèle fondée sur les réseaux de Petri stochastiques comme un modèle temporisé interne pour la prédiction. Nous concevons une bibliothèque de patrons pour faciliter la spécification et la prédiction des propriétés temporisées classiques de modèles à l'exécution et rendre la synchronisation des comportements et des changements structurels plus facile. D'autre part, nous appliquons l'approche de la modélisation par aspects pour tisser les modèles temporisés internes dans les modèles temporisés de comportement du composant et du système. Notre moteur de prédiction est suffisament rapide pour effectuer la prédiction à l'exécution dans un cadre réaliste et valider des modèles à l'exécution.

Les langages dédiés (DSL) sont de plus en plus utilisés parce qu’ils permettent aux utilisateurs qui ne sont pas des experts en programmation d’exprimer des solutions avec des langages simples qui capturent l’expertise de leur domaine. C’est encore plus vrai pour les langages dédiés graphiques (DSML) qui ont un niveau d’abstraction plus élevé que les langages dédiés de programmation. Implémenter un DSML revient généralement à fournir un éditeur dédié qui permette aux utilisateurs de manipuler les abstractions de leur domaine (d’instancier le langage). Les expériences ont montré que l’implémentation d’un tel éditeur dédié graphique est coûteuse en termes de temps et de ressources humaines. Nous constatons que la plupart des plates-formes permettant de construire ce type d’éditeur (EMF/GMF, DSL Tools, Obeo Designer, ...) sont génériques. Elles essayent d’adresser le maximum de domaines possibles, ce qui les rend complexes et inadaptées à des cas d’utilisation spécifiques. Si la spécialisation aux domaines a été un succès pour les langages, pourquoi ne pas l’appliquer aux plates-formes de construction d’éditeurs ? Cela reviendrait à concevoir pour un domaine donné, une plate-forme permettant de construire facilement des éditeurs dédiés pour ce domaine. Cette plate-forme n’aurait pas les défauts d’une plate-forme totalement générique parce qu’elle serait restreinte au domaine ciblé. Ce type de plate-forme spécifique à un domaine, nous l’appelons Domain Specific Modeling Framework (DSMF). Le principal inconvénient d’un DSMF est qu’on ne peut l’utiliser que dans le cadre du domaine pour lequel il a été conçu. Cela implique qu’il faille construire un DSMF par domaine et c’est une solution coûteuse. Toutefois, nous pensons que cette approche sur les DSMF peut être généralisée afin d’adresser un grand nombre de domaines. Cette thèse a donc consisté à concevoir et à implanter un environnement qui permet de construire des DSMF de façon modulaire. / Domain Specific Languages (DSLs) are increasingly used in many fields as they allow users to express strategies without being programming experts. This is particularly true for graphical DSLs called Domain Specific Modeling Languages (DSMLs) which are more intuitive than programming DSLs. Implementing a DSML means providing a specific editor which allow users to express the language’s constructions (instantiate the language). Many experiments showed that implementing specific graphical editors is much manpower consuming. Our analysis is that most frameworks for building such editors (e.g. EMF/GMF) are generic, i.e. aim at fulfilling the requirements of any field, which leads to increased complexity and costs a lot in terms of development time. If domain specialization was successful for languages, why don’t we apply it to frameworks ? Specializing such a framework according to the constraints of a domain would allow keeping the definition of a specific editor simple, while fulfilling the requirements of the considered domain. Domain specific frameworks for building DSML editors in specific application fields is a promising approach. Such a framework does not have the limits of generic frameworks because it is restricted to a particular domain. It is more intuitive and simpler to use as it only proposes abstraction of the domain for building DSMLs. We call this type of framework Domain Specific Modeling Framework (DSMF). For example, if we consider the component domain, there are several DSMLs in this domain which share the same layout requirements. We implemented a DSMF for this family of DSMLs. This DSMF is specialized according to the constraints and layout requirements of the component domain (Components, connectors, Bindings, . . .). This specialization allows simple and rapid generation of specific editors devoted to component-based architectures. The principal drawback of a DSMF is its restricted scope to one specific domain. This approach requires to develop one DSMF per domain and the development cost can be significant. A solution may be to generalise the DSMF approach in order to address many application fields. We designed a Generic framework for building DSMFs in a modular way. This thesis is based on the implementation of this framework.

En rupture avec les approches classiques de métallurgie consistant à allier un ou deux éléments majoritaires avec d'autres éléments en proportions minoritaires, un nouveau concept de matériaux est né : des alliages multi-composants formant une solution solide et pour lesquels tous les composants sont fortement concentrés. Ces nouveaux alliages, appelés alliages à haute entropie, présentent des propriétés mécaniques prometteuses, telles qu'une résistance mécanique élevée combiné à une grande ductilité. Par définition, ce nouveau concept de matériau rend possible l'exploration d'un champ quasi-infini de compositions chimiques. Toutefois, la stabilité thermodynamique de ces systèmes est mal connue, limitant fortement le choix des compositions. Dans ce contexte, le premier objectif de cette étude était de déterminer le domaine d'existence de la solution solide cubique à faces centrées (cfc) pour le système Co-Cr-Fe-Mn-Ni. Pour cela, la stabilité de phase cfc a été étudiée théoriquement et expérimentalement. En utilisant l'approche Calphad (Calculation of PHAse Diagram) et une nouvelle base de données (TCHEA-1), les phases stables de 10 626 compositions ont pu être calculées, à plusieurs températures. La comparaison entre calculs et résultats expérimentaux indique que la solution solide cfc est correctement décrite par cette base de données. Ainsi, il a été montré que la phase cfc est stable sur une large gamme de composition, décrite intégralement. Il est désormais possible de choisir une composition formant une solution solide stable à haute température pour ce système. Des calculs DFT (Density Functional Theory) ont ensuite permis d'analyser l'évolution de l'enthalpie de mélange en fonction de la composition mais aussi du nombre d'éléments. Des différences notables ont pu être constatées avec les prédictions faites par la base de données TCHEA-1. De plus, ces calculs ont mis en avant l'absence d'interaction ternaire et quaternaire pour le système d'étude. Ensuite, l'influence de la composition sur le durcissement par solution solide a été étudiée, pour permettre l'optimisation des propriétés mécaniques. Ainsi, l'évolution des propriétés structurelles et mécaniques des alliages multi-composants a été étudiée expérimentalement. Vingt-cinq alliages du système Co-Cr-Fe-Mn-Ni formant une solution solide cfc ont été traités. Le paramètre de maille a été mesuré par rayons X tandis que la dureté et le module d'élasticité ont été étudiés par nano-indentation. Le rôle de chaque élément sur le comportement mécanique fut ainsi explicité. Finalement, un modèle permettant d'estimer le durcissement de solution solide pour ce système est étudié / For a long time, development of alloys was restricted to one principal element, or two, with minor elements added for performance optimization. In 2004, a new concept of materials was born: multi-component alloys forming a solid-solution and in which all components are very concentrated. These new alloys, named high entropy alloys, can combine high mechanical resistance and large ductility. By definition this new material concept should make it possible to explore an almost infinite field of chemical compositions. But in the meantime, the thermodynamic stability of these systems was poorly known and severely limits the choice of alloy compositions. In this context, the first objective of this study was to fully determine the composition range of existence of a unique fcc solid solution within the multi-component Co-Cr-Fe-Mn-Ni system. To address this problem, the phase stability was theoretically and experimentally investigated. Using the Calphad approach and a new database (TCHEA-1), the stable phases of 10 626 compositions could be calculated, at several temperatures. The comparison between calculation and experimental results indicates that the fcc solid solution is accurately described by this database. Finally, it was shown that the fcc phase is stable over a wide range of composition, which was completely described. Now, it is possible to choose a priori a composition which will form a solid solution within this system. The heat of mixing of the fcc phase were compared between density functional theory (DFT) and Calphad calculations for binaries, ternaries, quaternaries and quinary systems. Significant differences were found with the predictions made by the TCHEA-1 database. In addition, these calculations have highlighted the absence of ternary and quaternary interaction for the Co-Cr-Fe-Mn-Ni system. However, the influence of the composition on the fcc solid solution strengthening was not fully understood, which limits mechanical optimization. So, the evolution of structural and mechanical properties of multi-components alloys was experimentally investigated. Several alloys from the Co-Cr-Fe-Mn-Ni system forming a unique fcc solid solution were processed. The lattice parameter was measured by XRD while the hardness and elastic modulus were measured by nano-indentation. The role of each element on the mechanical behaviour is presented. Finally, a model to assess the solid solution strengthening for this system is studied

Une idée centrale en ingénierie des systèmes est de construire les systèmes complexes par assemblage de composants. Chaque composant a ses propres caractéristiques, suivant différents points de vue, chacun mettant en évidence différentes dimensions d'un système. Un problème central est de définir le sens la composition de composants hétérogènes afin d'assurer leur interopérabilité correcte. Une source fondamentale d'hétérogénéité est la composition de sous-systèmes qui ont des différentes sémantiques d'execution et d' interaction. À un extrême du spectre sémantique on trouve des composants parfaitement synchronisés par une horloge globale, qui interagissent par transactions atomiques. À l'autre extrême, on a des composants complètement asynchrones, qui s'éxécutent à des vitesses indépendantes et interagissent nonatomiquement. Entre ces deux extrêmes, il existe une variété de modèles intermédiaires (par exemple, les modèles globalement asynchrones et localement synchrones). Dans ce travail, on étudie la combinaison des systèmes synchrones et asynchrones. A ce fin, on utilise BIP (Behavior-Interaction-Priority), un cadre général à base de composants permettant la conception rigoureuse de systémes. On définit une extension de BIP, appelée BIP synchrone, déstiné à modéliser les systèmes flot de données synchrones. Les pas d'éxécution sont décrites par des réseaux de Petri acycliquemunis de données et des priorités. Ces réseaux de Petri sont utilisés pour modéliser des flux concurrents de calcul. Les priorités permettent d'assurer la terminaison de chaque pas d'éxécution. Nous étudions une classe des systèmes synchrones ``well-triggered'' qui sont sans blocage par construction et le calcul de chaque pas est confluent. Dans cette classe, le comportement des composants est modélisé par des `graphes de flux modaux''. Ce sont des graphes acycliques représentant trois différents types de dépendances entre deux événements p et q: forte dépendance (p doit suivre q), dépendance faible (p peut suivre q) et dépendance conditionnelle (si p et q se produisent alors $p$ doit suivre q). On propose une transformation de modèles LUSTRE et MATLAB/Simulink discret à temps discret vers des systèmes synchrones ``well-triggered''. Ces transformations sont modulaires et explicitent les connexions entre composants sous forme de flux de données ainsi que leur synchronisation en utilisant des horloges. Cela permet d'intégrer des modèles synchrones dans les modèles BIP hétérogènes. On peut ensuite utiliser la validation et l'implantation automatique déjà disponible pour BIP. Ces deux traductions sont actuellement implementées et des résultats expérimentaux sont fournis. Pour les modèles BIP synchrones nous parvenons à générer du code efficace. Nous proposons deux méthodes: une implémentation séquentielle et une implémentation distribués. L'implémentation séquentielle consiste en une boucle infinie. L'implémentation distribuée transforme les graphes de flux modaux vers une classe particulieére de réseaux de Petri, que l'on peut transformer en réseaux de processus de Kahn. Enfin, on étudie la théorie de la conception de modeéles insensibles à la latence (latency-insensitive design, LID) qui traite le problème de latence des interconnexionsdans les systèmes synchrones. En utilisant la conception LID, les systèmes synchrones peuvent être «désynchronisés» en des réseaux de processus synchrones qui peuvent fonctionner à plus haute fréquence. Nous proposons un modèle permettant de construire des modéles insensibles à la latence en BIP synchrone, en représentant les mécanismes spécifiques d'interconnexion par des composants BIP synchrone. / A central idea in systems engineering is that complex systems are built by assembling com- ponents. Components have different characteristics, from a large variety of viewpoints, each highlighting different dimensions of a system. A central problem is the meaningful composition of heterogeneous components to ensure their correct interoperation. A fundamental source of heterogeneity is the composition of subsystems with different execution and interaction seman- tics. At one extreme of the semantic spectrum are fully synchronized components which proceed in a lockstep with a global clock and interact in atomic transactions. At the other extreme are completely asynchronous components, which proceed at independent speeds and interact non- atomically. Between the two extremes a variety of intermediate models can be defined (e.g. globally-asynchronous locally-synchronous models). In this work, we study the combination of synchronous and asynchronous systems. To achieve this, we rely on BIP (Behavior-Interaction-Priority), a general component-based framework encompassing rigorous design. We define an extension of BIP, called Synchronous BIP, dedicated to model synchronous data-flow systems. Steps are described by acyclic Petri nets equipped with data and priorities. Petri nets are used to model concurrent flow of computation. Priorities are instrumental for enforcing run-to-completion in the execution of a step. We study a class of well- triggered synchronous systems which are by construction deadlock-free and their computation within a step is confluent. For this class, the behavior of components is modeled by modal flow graphs. These are acyclic graphs representing three different types of dependency between two events p and q: strong dependency (p must follow q), weak dependency (p may follow q), conditional dependency (if both p and q occur then p must follow q). We propose translation of LUSTRE and discrete-time MATLAB/Simulink into well-triggered synchronous systems. The translations are modular and exhibit data-flow connections between components and their synchronization by using clocks. This allows for integration of synchronous models within heterogeneous BIP designs. Moreover, they enable the application of validation and automatic implementation techniques already available for BIP. Both translations are cur- rently implemented and experimental results are provided. For Synchronous BIP models we achieve efficient code generation. We provide two methods, sequential implementation and distributed implementation. The sequential implementation pro- duces endless single loop code. The distributed implementation transforms modal flow graphs to a particular class of Petri nets, that can be mapped to Kahn Process Networks. Finally, we study the theory of latency-insensitive design (LID) which deals with the problem of interconnection latencies within synchronous systems. Based on the LID design, synchronous systems can be “desynchronized” as networks of synchronous processes that might run with increased frequency. We propose a model for LID design in Synchronous BIP by representing specific LID interconnect mechanisms as synchronous BIP components.