Cette thèse s’intéresse à la conception de systèmes complexes d’automatisation sûrs de fonctionnement dont l’évaluation est basée sur des scénarios. Pour déterminer un système optimal, il est important de disposer d’outils de modélisation et d’évaluation rapides ainsi que des algorithmes d’optimisation adaptés au sein d’une méthodologie globale de conception. Cette méthodologie doit également permettre d’étudier l’impact des défaillances sur le comportement final du système contrôlé. Dans ce cadre, la détermination d’un architecture matérielle, son optimisation vis-à-vis de critères comme la longueur minimale des scénarios et le nombre de combinaisons de scénarios sont considérés.Nous proposons une modélisation fonctionnelle et dysfonctionnelle utilisant les scénarios de modes de défaillances. Le niveau de détail considéré est suffisamment fin pour décrire différentes possibilités d’agencements des composants utilisables ainsi que plusieurs types de composants. Si la modélisation fonctionnelle est facile à appréhender, la modélisation dysfonctionnelle tenant compte des scénarios est plus difficile. Afin de répondre à ce problème, nous proposons un modèle graphique baptisé ”Arbre de défaillances multiples améelioré” permettant de modéliser, à l’aide d’opérateurs temporels et de relations entre modes de défaillances, ce comportement dysfonctionnel. L’applicationde cette méthodologie à un système de ferroutage est présentée. Les résultats obtenus pour les fonctionnalités liées au problème de l’incendie et du désarrimage sont comparés avec une méthode classique d’évaluation afin de montrer l’efficacité de l’approche proposée. L’intégration de ces travaux dans un logiciel dédié à la conception de systèmes d’automatisation (plate forme ALoCSyS : Atelier Logiciel de Conception de Systèmes Sûrs) est décrite. / This thesis deals with a design problem of dependable automated systems using scenarios. In order to determine an optimal system, having fast tools for modelling and evaluating dependability is important. These tools allow the set of possible architectures to be evaluated, and the impact of failures to be studied. The main considered questions include the determination of an equipment architecture, its optimization according to such criteria as the minimal length of scenarios, and its number of combinations. A new graphical model, called improved multi fault tree, which is enough accurate to model component organizations and scenarios, is proposed for this problem. This model uses temporal operators and failure relationships to model system’s behaviour in presence of multiple failures. Application of this method to the railroad piggybacking transportation system is also presented. Results obtained for a fire detection and a stowing protection system are presented. A comparison between the proposed approach and the classical dependability approach shows the benefits of this new methodology. The integration of this research in a software for designing dependable automated systems (ALoCSyS) is described.

L'utilisation d'architectures électroniques et programmables tolérantes aux fautes s'accompagne de contraintes grandissantes qui tendent à influencer fortement la qualité de service de telles fonctions. Devant l'influence grandissante des défaillances multiples sur la fiabilité de fonction de sécurité, cette thèse propose une méthode permettant, par une meilleure prise en compte de l'aspect temporel, d'estimer de manière plus précise les indicateurs de performances fiabilistes d'une fonction EP dédiée à la sécurité. Ce travail introduit le concept d'information et interprète un mode de défaillance de la fonction d'étude comme le résultat de l'initiation et de la propagation d'information(s) erronée(s) jusqu'au niveau des actionneurs. Il propose donc de distinguer d'une part les phénomènes d'apparition et de disparition d'erreurs (matérielles et environnementales), et les séquences d'activation d'erreurs et événements particuliers aboutissant à un mode de défaillance du système.

Afin de profiter des progrès des technologies de l'information et de la communication, les infrastructures critiques se reposent de plus en plus sur des systèmes d'information complexes et se sont largement connectées à des réseaux publics, dont l'Internet. Ces interconnexions rendent les infrastructures interdépendantes et les exposent à l'ensemble des vulnérabilités des systèmes informatiques. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons un ensemble d'outils de génération de topologies, de simulation des propagations des défaillances et de détection des pannes pour améliorer la compréhension de ces interdépendances et lutter contre les phénomènes de propagation des défaillances résultants. Le générateur de topologies proposé définit un algorithme de génération de graphes topologiques réalistes et adaptées aux études des interdépendances en générant plusieurs modèles d'infrastructure à partir d'une base commune, facilitant ainsi l'interconnexion des différents réseaux. Le simulateur des propagations des défaillances utilise les modèles épidémiologiques. Ces modèles ont été adaptés afin de prendre en compte les principaux facteurs qui influent les propagations des défaillances dans les réseaux de télécommunications comme les différents temporisateurs des protocoles de routage et la taille des tables de routage. Enfin, notre dernière contribution est la mise en œuvre d'un logiciel permettant de détecter des pannes dans un environnement hétérogène et distribué en réutilisant les outils de supervision existants. Cet outil offre des moyens pour assurer le contrôle d'accès aux informations lorsque l'environnement est constitué de plusieurs réseaux

Le vieillissement de la population européenne a encouragé la communauté à favoriser larecherche de solutions pour soutenir cette évolution. Dans ce contexte, plusieurs questions (liéesaux services de soins de santé et aux établissements de santé, coûteux, et à capacités limitées)doivent être abordées.Ainsi, plusieurs projets de recherche et des solutions industrielles ont été proposés pour remédier àces problèmes. La plupart de ces solutions sont basées sur l'utilisation des derniers développementstechniques en matière de TIC permettant ainsi de fournir des solutions qui améliorent le bien-êtredes personnes âgées et de garantir leur indépendance dans leurs propres espaces de vie. Lessolutions technologiques fournies doivent être garanties contre les défauts potentiels deséquipements qui peuvent conduire à l'échec des systèmes et avoir un impact sur les besoins etl'indépendance des utilisateurs.Dans ce travail, nous proposons une représentation du système d'automatisation de la maison, surla base des besoins qui consiste à fournir des solutions continues et viables et répondant auxattentes des utilisateurs (tout en assurant la disponibilité des services des systèmes).Dans cet objectif, nous proposons de développer un cadre de modélisation représentant lesystème reconfigurable domotique et permettant l'examen de l'approche de la tolérance depanne, sur la base de la définition de scénarios alternatifs (assurant la délivrance continue desservices). Dans ce workflow, nous décrivons les éléments structurels du système (décrits commedes services et composants) en vue de la modélisation conceptuelle. Des règles de transformationde modèle permettent de générer un modèle d'analyse et un modèle de comportement. Lemodèle d'analyse permet de prendre une décision à propos de la sélection des élémentsalternatifs pour remplacer les éléments défectueux. Ce modèle d'analyse est défini sur la base dela notion d'approche d’arbre de défaillances, qui adopte la probabilité d'échec descomposantes pour évaluer l’état global du système considéré. Le modèle de comportement estresponsable de la simulation de l'exécution des services du système pour assurer que les scénariosconduisent à la délivrance du système.Par ailleurs, nous proposons de définir une caractéristique permettant d’évaluer l'importanceempirique (vue par le concepteur) des composantes d'un système dans le cadre d’un servicedonné. Ensuite, nous proposons une nouvelle approche, fondée sur l'intégration du facteur del'importance dans l'approche d’arbre de défaillances pour étudier la criticité du composant, encas d'échec, ainsi que la continuité de service. Un cadre de validation expérimentale, basé surplusieurs objectifs de validation est finalement proposé pour conclure ce travail de recherche. / The ageing of the European population encouraged the community to search for solutions tosupport this evolution. In this context, several issues (related to the expensive and limited healthcare services and health facilities capacities) need to be addressed.Thus, several projects, research and industrial solutions have been proposed to address these issues.Most of these projects and industrial developments are based on the use of the latest ICT technicaldevelopments to provide solutions that ameliorate the well-being of the targeted ageing groupand to guaranty their independence in their own living spaces. The provided technologicalsolutions need to be guaranteed against potential faults which may lead to the systems failure andimpact the users’ needs and independency.In this work, we propose a home automation system representation, based on the user’s needs toprovide continuous and viable solutions that meets the users’ expectations, and ensuring theavailability of system’s services.For this goal, we propose to develop an integrated modeling framework allowing therepresentation of the home automation reconfigurable system with the consideration of a faulttolerance approach (based on the alternative definition of scenarios of system servicesdeliverance).In the proposed workflow, we describe the system structural elements (described as services andcomponents) in the design modeling view, and, we lead model transformation rules allowinggenerating an analysis model and a behavior model. The analysis model allows making a decisionabout the alternative elements selection in order to substitute the faulty elements. The analysismodel definition is based on the notion of Fault Tree Analysis approach (adopting the probabilityof events failure in order to evaluate a given system status).The behavior model is in charge of simulating the execution of the system services ensuring, thus,that the proposed scenarios lead to system services deliverance.Moreover, we propose to define an expert based feature measuring the importance of a system’scomponent within the service context. In this framework, we propose a new approach, based onthe joint integration of the importance factor into the Fault Tree Analysis approach in order to studythe criticality of the component, in case of failure, on the service continuity.We propose an experimental validation framework, based on several validation objectives toevaluate the proposed work in this research

Les travaux présentés se situent dans le domaine de l'aide à la décision pour la surveillance de systèmes complexes tels que les procédés chimiques. Pour de tels procédés il n'est pas toujours possible de disposer d'un modèle mathématique ou structurel du système considéré. De ce fait, d'autres types d'approches telles que les méthodes de classification, doivent être envisagées pour l'identification des états fonctionnels dans lesquels le système peut se trouver. Sur la base de telles méthodes notre travail présente une stratégie permettant de construire, à partir de données historiques et de données récupérées en ligne, un modèle discret (états/transitions) du comportement du processus et d'identifier des situations anormales issues des dysfonctionnements. Cette stratégie consiste à générer un premier modèle de référence, sous la forme d'un automate à états finis, du procédé à partir d'un apprentissage, supervisé ou non. Ce modèle est ensuite validé et complété par l'expert. La reconnaissance en ligne permet de suivre l'évolution temporelle des modes de fonctionnement déjà identifiés. Dans le cas où une transition amène à la non-reconnaissance d'un certain nombre d'éléments, c'est-à-dire à la détection d'une déviation par rapport à un comportement connu, l'objectif est de caractériser cette nouvelle situation. Pour cela, nous proposons de faire un nouvel apprentissage hors ligne prenant en compte ces éléments non reconnus. Les nouvelles classes créées permettent, toujours en interaction avec l'expert, de fixer la nature de la déviation observée. Dans le cas d'une défaillance, une analyse portant sur les descripteurs et le profil des classes permet l'isolation de la défaillance. Ces informations sont transmises à l'opérateur pour l'assister dans son diagnostic. Un outil d'aide à la décision pour la surveillance s'appuyant sur cette stratégie a été mis en place. Cet outil appelé SALSA repose sur la méthode LAMDA. Il s'agit d'une méthode de classification avec apprent issage et reconnaissance de formes qui permet l'analyse de données multi-variables et qui utilise des notions de la logique floue pour introduire le concept d'adéquation d'un élément à une classe. Dans le cadre du projet européen CHEM les principaux aspects de nos travaux et les résultats obtenus ont été illustrés sur des unités industrielles de nature différente.

Les travaux présentés se situent dans le domaine de l'aide à la décision pour la surveillance et le diagnostic de systèmes complexes tels que les procédés chimiques. Notre travail a permis de concevoir une méthodologie permettant de placer les capteurs les plus pertinents sur un processus en vue de son diagnostic à partir des données d'historiques. Cette méthodologie est basée sur l'association de méthodes de mesure de la quantité d'information (entropie de Shannon) délivrée par des signaux issus d'un système et de la classification de données. A partir des données d'évolution temporelle des capteurs (constituant l'ensemble de tous les possibles) suite à des scénarii de défaillance (par exemple simulés sur un simulateur dynamique), il est possible d'identifier les capteurs les plus pertinents et d'obtenir un modèle de comportement du processus à un niveau d'abstraction tel qu'il soit utilisable pour le diagnostic. Une procédure pour une adaptation du modèle dans le cas de reconnaissance défauts inconnus a été aussi proposée. Des tests de faisabilité sur des cas concrets industriels ont été effectués en simulation tout d'abord en utilisant un simulateur dynamique de procédés mondialement distribué dans l'industrie : HYSYS puis sur un nouveau réacteur chimique développé par le Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse. Ces travaux rentrent dans le cadre d'un projet financé par l'Institut pour une Culture de Sécurité Industrielle (ICSI).

Le Service Transactionnel Guide (STG) défini dans le cadre de cette thèse a été implanté sur une plate-forme système (Guide) fournissant des objets persistants et répartis ainsi qu'un environnement de développement d'applications réparties. Le STG est basé sur une extension du modèle des transactions emboitées qui permet plusieurs formes de parallélisme au sein des transactions (par exemple entre transaction mère et transaction filles) et hors transaction. Par ailleurs, le modèle rend possible l'utilisation des objets atomiques par les transactions, mais aussi dans un contexte non-transactionnel. Si le modèle de concurrence vise principalement la souplesse du service, le modèle d'atomicité aux pannes doit prendre en compte les contraintes imposées par le système sous-jacent. L'atomicité aux pannes des transactions emboitées réparties est basé sur la mise en oeuvre du concept de représentant et d'un protocole de terminaison original qui ne nécessite qu'une phase pour assurer la validation d'une sous-transaction répartie. Le STG est composé de classes spécialisées qui constituent son interface, et qui repose sur des mécanismes systèmes spécifiques implantés dans le noyau du système Guide.

La diminution des dimensions critiques dans l'industrie du semi-conducteur requiert l'utilisation de nouveaux matériaux fragiles qui dégradent la résistance mécanique des puces. On s'intéresse plus particulièrement aux étapes précédant la mise en boîtier, à savoir les tests paramétriques qui permettent de vérifier la fonctionnalité électrique de la puce, et les assemblages tels la connexion filaire qui ont pour but d'établir les connexions avec le boîtier. Durant ces opérations, des défaillances mécaniques sont observées dans les interconnexions situées sous le pad. Des techniques expérimentales (par ex : FIB/MEB) sont mises en œuvre une fois les tests ou les assemblages avec des fils d'or et de cuivre réalisés afin de mieux comprendre les raisons d'apparition de ces défaillances ainsi que leur localisation. Des plans d'expériences sont mis en place pour évaluer l'influence des divers paramètres de tests et d'assemblage et également celle des architectures de pad. En parallèle, une nouvelle méthode d'analyse basée sur la nanoindentation est utilisée pour comparer la robustesse mécanique de divers plots de connexion. D'autre part, plusieurs modèles éléments finis complexes, prenant en compte la gestion du contact entre la pointe de test et le pad ainsi que les effets inertiels associés, sont développés dans le but de reproduire les conditions de chargement sur les pads. Finalement, un ensemble d'outils adaptés à l'étude et l'optimisation des architectures de pad, dans une optique industrielle, est présenté de même que des règles de dessin permettant d'accompagner le développement technologique.

Malgré les progrès importants effectués en matière de conception de logiciels et l'existence de méthodes de développement éprouvées, il faut reconnaître que les défaillances de systèmes causées par des logiciels restent fréquentes. Il arrive même que ces défaillances concernent des logiciels critiques et provoquent des dommages significatifs. Considérant l'importance des intérêts en jeu, et le fait que la garantie de logiciel "zéro défaut" est hors d'atteinte, il est donc important de pouvoir déterminer en cas de dommages causés par des logiciels les responsabilités des différentes parties. Pour établir ces responsabilités, un certain nombre de conditions doivent être réunies: (1) on doit pouvoir disposer d'éléments de preuve fiables, (2) les comportements attendus des composants doivent avoir été définis préalablement et (3) les parties doivent avoir précisé leurs intentions en matière de répartition des responsabilités. Dans cette thèse, nous apportons des éléments de réponse à ces questions en proposant un cadre formel pour spécifier et établir les responsabilités en cas de dysfonctionnement d'un logiciel. Ce cadre formel peut être utilisé par les parties dans la phase de rédaction du contrat et pour concevoir l'architecture de logs du système. Notre première contribution est une méthode permettant d'intégrer les définitions formelles de responsabilité et d'éléments de preuves dans le contrat juridique. Les éléments de preuves sont fournis par une architecture de logs dite ''acceptable'' qui dépend des types de griefs considérés par les parties. La seconde contribution importante est la définition d'une procédure incrémentale, qui est mise en oeuvre dans l'outil LAPRO, pour l'analyse incrémentale de logs distribués.

Les techniques de localisation de défauts basées sur la stimulation laser restent aujourd'hui les techniques parmi les plus avancées qui existent. Elles permettent la stimulation thermique ou photoélectrique de façon très localisée sans contact physique. Les travaux dans ce mémoire sont consacrés au développement et à l'application de techniques d'analyse par faisceau laser impulsionnelles destinées à l'analyse des circuits intégrés. Le développement matériel et les investigations de méthodologies d'analyse ont été portés par la motivation du projet MADISON (Méthodes d'Analyse de Défaillances Innovantes par Stimulation Optique dyNamique), qui a pour but d'augmenter le taux de succès des analyses des circuits complexes VLSI par stimulation laser. L'utilisation de systèmes optiques très performants comprenant des sources laser impulsionnelles fibrées nous a permis d'explorer les capacités en termes d'analyse par stimulation laser photoélectrique impulsionelle. Une étude originale de l'étude du phénomène Latchup a montré une augmentation de la résolution latérale avec l'utilisation du processus d'absorption non linéaire.