L'introduction de systèmes instrumentés dédiés aux applications de sécurité impose l'évaluation de leur sûreté de fonctionnement. On utilise généralement pour cela les bases de données de fiabilité génériques. Cependant, le retour d'expérience pour ces systèmes qui présentent en général des défaillances rares est insuffisant pour valider les résultats obtenus. En outre, la collecte de données de fiabilité et leur extrapolation à d'autres composants introduisent des incertitudes.<br />Les travaux de cette thèse portent sur la problématique de la prise en compte des incertitudes relatives aux données de fiabilité des composants pour l'évaluation de la sûreté de fonctionnement des systèmes par le formalisme des sous ensembles flous. La méthodologie proposée est appliquée à l'évaluation des probabilités de défaillance des Systèmes Instrumentés de Sécurité (SIS) en présence de données de fiabilité imprécises. Nous introduisons deux nouveaux facteurs d'importance pour aider le concepteur. En outre, nous proposons une méthodologie d'aide à la conception des SIS basée sur la modélisation par réseaux de fiabilité et l'optimisation par des algorithmes génétiques de la structure des SIS pour le respect des niveaux d'intégrité de sécurité (SIL) exigés.

Le béton armé (BA) a été largement étudié, surtout à travers son comportement mécanique et ses capacités physico-chimique. Par contre la notion de réparation des ouvrages de génie civil par des solutions composites est plus rarement traitée. Cette recherche porte essentiellement sur : l'analyse de l'influence du degré de fissuration sur la résistance ultime des éprouvettes réparées et l'application des concepts de fiabilité afin d'estimer la probabilité de défaillance. Dans ce but, des poutres en BA ont été pré fissurées par des essais en flexion 3 points jusqu'à 2 niveaux différents d'endommagement puis réparées. L'insertion d'une tige en composite (soit fibre de carbone, soit fibre de verre) et le collage d'une plaque en carbone sur la face tendue de la poutre courte, ont été utilisés comme méthodes de réparation. Lors des essais en flexion de poutres réparées, leur comportement a été évalué à l'aide d'un microscope à longue distance et par la technique d'émission acoustique. A partir des résultats obtenus, nous avons constaté que les deux méthodes de réparation sont très efficaces. En effet, les éprouvettes réparées ont considérablement augmenté leurs résistances ultimes. Une approche probabiliste utilisant les méthodes Monte Carlo et FORM pour déterminer la probabilité de défaillance de l'éprouvette testée en flexion trois points a été utilisée. Ces résultats nous ont permis d'élaborer des abaques qui mettent en relation la force résistante de l'éprouvette, le coefficient de variation et la probabilité de défaillance.

L'énergie stockée dans le Large Hadron Collider est sans précédent. La perte des particules du faisceau peut endommager gravement les aimants supraconducteurs, ayant pour résultat des temps significatifs d'arrêt pour la réparation. Le système des moniteurs de pertes du faisceau (en anglais: BLMS) détecte les gerbes de particules secondaires créées par les pertes faisceau et provoque l'extraction du faisceau avant que des dommages sérieux de l'équipement ne puissent se produire. Cette thèse définit les caractéristiques du BLMS en termes de la fiabilité. Le but principal est la conception d'un système réduisant au minimum soit la probabilité de ne pas détecter une perte dangereuse, soit le nombre de fausses alarmes produites. La théorie et les techniques de fiabilité utilisées sont décrites. La Prédiction de fiabilité, Analyse des Modes de Défaillance de leurs Effets et de leur Criticité (en anglais: FMECA), et l'Analyse par Arbre de Défaillance ont été employées pour fournir une évaluation de la probabilité d'endommager un aimant, du nombre de fausses alarmes et du nombre d'avertissements produits. Les composants les plus faibles dans le BLMS ont été précisés. Les chiffres de fiabilité du BLMS ont été calculés en utilisant un logiciel commercial (IsographTM). L'effet de la variation des paramètres sur les résultats obtenus a été évalué avec une Analyse de Sensibilité. Le modèle de fiabilité a été complété par les résultats des tests d'irradiation. Des améliorations de la conception du système, comme la transmission optique redondante, ont été mises en application grâce à un processus itératif. Le système proposé est conforme aux requêtes de fiabilité. Les incertitudes du modèle proviennent de la connaissance limitée des niveaux de seuils des aimants supraconducteurs et de la localisation des pertes autour de l'anneau. Le modèle mis en œuvre permet des modifications du système, suivant la mesure des taux de risque pendant la durée de vie du LHC. Il peut également fournir des valeurs de référence à d'autres accélérateurs qui mettront en application des technologies semblables.

Cette thèse propose de combiner deux types de connaissances : la connaissance du comportement d'un système (utilisée pour l'analyse diagnostique) et la connaissance issue de l'analyse AMDEC (Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et leurs Criticités) du système. Pour que ces connaissances puissent être supplémentaires, un formalisme commun à ces deux connaissances est proposé. Dans la suite, les résultats de l ?analyse AMDEC, en tant que connaissance experte supplémentaire au modèle comportemental, sont intégrés lors de l'analyse diagnostique pour affiner cette analyse diagnostique. D'un autre côté, une méthode de pronostic de défaillances/défauts est proposée en intégrant les résultats de l'analyse diagnostique aux résultats de l'analyse AMDEC. Cette thèse se conclut par une application des méthodes proposées sur un procédé exothermique industriel.

L'analyse de défaillances joue un rôle important dans l'amélioration des performances et de la fabrication des circuits intégrés. Des défaillances peuvent intervenir à tout moment dans la chaîne d'un produit, que ce soit au niveau conception, durant la qualification du produit, lors de la production, ou encore lors de son utilisation. Il est donc important d'étudier ces défauts dans le but d'améliorer la fiabilité des produits. De plus, avec l'augmentation de la densité et de la complexité des puces, il est de plus en plus difficile de localiser les défauts, et ce malgré l'amélioration des techniques d'analyses. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à étudier et développer une nouvelle technique d'analyse de défaillance basée sur l'étude de l'onde laser réfléchie le "Laser Voltage Imaging" (LVI) pour l'analyse de défaillance des technologies ultimes (inférieur à 45nm).

Le coeur et les vaisseaux sanguins sont directement issus de l'endothélium et dépendent de sa fonction. Le coeur ne représente pas la seule force motrice de notre système circulatoire, la plupart des stratégies thérapeutiques actuelles des maladies cardiovasculaires sont encore focalisées sur le coeur, négligeant l'ensemble du système circulatoire et le système endothélial. Par exemple, le développement de Dispositifs d'Assistance Cardiaque (DAC) est influencé par le coeur, conçu pour suivre,obéir et doit être synchronisé avec un organe malade.De nombreux " signaux " de nature différente sont capables d'activer les cellules endothéliales : les forces de cisaillement créées par le flux sanguin parallèle à la surface de la paroi des vaisseaux, mais également les forces perpendiculaires provoquées par l'étirement de la paroi artérielle par les variations de la pression et la qualité cyclique de ces forces. L'activation de cellules endothéliales est due à la pulsatilité du flux mais aussi à l'action de substances vasoactives et des médiateurs de l'inflammation.Dans notre travail de thèse, nous proposons une nouvelle approche thérapeutique,basée sur une révision fondamentale de l'ensemble du système circulatoire: exposer les défauts de la gestion courante des maladies cardiovasculaires (MCV). Notre nouveau concept se concentre sur la dynamique des flux sanguins pour stimuler,restaurer et maintenir la fonction endothéliale, et compris le coeur lui-même. Nous avons développé et évalué une nouvelle génération de DAC pulsatiles, testée in vitro et in vivo.Pendant le déroulement de cette thèse nous avons effectué les études suivantes:1. Etude d'un prototype de cathéter pulsatile. Il est testé de manière isolée dans un modèle expérimental d'ischémie aiguë du myocarde et dans un modèle d'hypertension pulmonaire aiguë.2. Etude d'un prototype de tube pulsatile à double lumière. Il est testé in-vitro dans un circuit de circulation extracorporelle, et in vivo comme assistance ventriculaire gauche.73. Etude d'un prototype de combinaison pulsatile. Il est testé sur un modèle animal présentant une défaillance aiguë du ventricule droit. Des prototypes de masques et de pantalons pulsatiles sont en développement.En conclusion, notre approche est basée sur l'activation de la fonction endothéliale plutôt qu'en une assistance cardiaque directe. Ce concept permet une meilleure gestion thérapeutique des maladies circulatoires et cardio-pulmonaires.

Les futures architectures des systèmes de communication présenteront une forte complexité due à des besoins de reconfiguration à la fois en termes de fréquence, de puissance émise et/ou reçue, de puissance consommée et de fiabilité. Une solution consiste à utiliser les MEMS RF pour obtenir ces fonctionnalités augmentées. Ces composants seront soumis à des agressions à la fois électrostatiques et/ou électromagnétiques dont il est important d'analyser et de comprendre leur impact. D'autre part la tenue en puissance de ces composants est un paramètre qualitatif de leur robustesse. Étant donné qu'ils présentent également des intérêts pour les applications spatiales, il est important de comprendre leur sensibilité face au rayonnement. Le sujet de thèse vise à analyser l'impact de ces agressions sur les paramètres fonctionnels (tensions d'actionnements, vitesse de fonctionnement, pertes d'insertion et isolation) à partir du développement d'une plateforme appropriée ainsi qu'une analyse fine des mécanismes de dégradation apparaissant suite aux stress appliqués ; tension continu, décharges électrostatiques (de type HBM ou TLP), puissance RF et rayonnement. Ces stress seront appliqués sur des composants aux architectures différentes (types de diélectrique différentes, épaisseur membrane, géométrie des dispositifs, topologie des zones d'actionnement) afin de déterminer si certaines architectures et ou filières technologiques sont plus résistantes que d'autres. Enfin, afin de valider ces travaux, il sera conçu un design plus complexe présentant des résistances aux ESD/EMI améliorées et un circuit de vieillissement de ces composants sera également proposé. Ce projet de thèse rentre dans le cadre d'un réseau d'excellence AMICOM sur les microsystèmes RF où la fiabilité a été identifiée comme étant un des enjeux majeurs pour leur intégration et commercialisation.

Ces travaux de thèse visent à aborder la fiabilité des composants RF-MEMS (commutateurs en particulier) pendant la phase de conception en utilisant différents approches de procédés de fabrication. Ça veut dire que l'intérêt est focalisé en comment éliminer ou diminuer pendant la conception les effets des mécanismes de défaillance plus importants au lieu d'étudier la physique des mécanismes. La détection des différents mécanismes de défaillance est analysée en utilisant les performances RF du dispositif et le développement d'un circuit équivalent. Cette nouvelle approche permet à l'utilisateur final savoir comment les performances vont évoluer pendant le cycle de vie. La classification des procédés de fabrication a été faite en utilisant le Technology Readiness Level du procédé qui évalue le niveau de maturité de la technologie. L'analyse de différentes approches de R&D est décrite en mettant l'accent sur les différences entre les niveaux dans la classification TRL. Cette thèse montre quelle est la stratégie optimale pour aborder la fiabilité en démarrant avec un procédé très flexible (LAAS-CNRS comme exemple de baisse TRL), en continuant avec une approche composant (CEA-Leti comme moyenne TRL) et en finissant avec un procédé standard co-intégré CMOS-MEMS (IHP comme haute TRL) dont les modifications sont impossibles.

Avec l'évolution de la complexité et des performances des circuits intégrés, l'occurrence de défaillances non modélisables par de simples collages devient importante et même prépondérante. Ces effets ne sont généralement pas pris en compte par les méthodes classiques de diagnostic. Cette thèse a pour objectif le développement d'une méthode de diagnostic ciblant un ensemble élargi de modèles de fautes.<br />La méthode de diagnostic développée est présentée dans ce manuscrit de manière progressive. Dans un premier temps, les modèles de fautes considérés sont analysés afin de dégager les conditions de sensibilisation. La deuxième partie est consacrée à la présentation globale de la méthode de diagnostic développée. Cette méthode utilise principalement une approche " Effet à Cause " basée sur le traçage de chemins critiques. La troisième partie présente l'amélioration de cette méthode pour la prise en compte de pannes à effets spécifiques. La dernière partie est consacrée à la validation de chaque étape de l'évolution de la méthode de diagnostic au travers de diverses expérimentations.

Dans ce travail, le problème d'imprécision dans l'évaluation de la performance des systèmes instrumentés de sécurité est traité. Deux méthodes d'évaluation sont appliquées à un SIS. La première méthode d'évaluation utilise les arbres de défaillances, la seconde se base sur les chaînes de Markov. L'imperfection des données concerne les paramètres caractéristiques des SIS, tels que le taux de défaillance et le facteur de défaillance de cause commune. Les probabilités élémentaires sont remplacées par des modèles mathématiques permettant aux experts fiabilistes d'exprimer leur incertitude dans l'énoncé des valeurs de probabilités de défaillances et d'autres paramètres des systèmes. Nous montrons comment l'imprécision sur la valeur de taux de défaillance induit des variations particulièrement significatives sur la qualification du niveau d'intégrité de sécurité du système. Ce travail peut avoir beaucoup d'intérêt pour le décideur de connaître l'imprécision sur les paramètres de performance des systèmes.