Dans ce mémoire, différentes architectures pour le contrôle et la surveillance des systèmes techniques complexes de grande dimension (STCGD) sont discutées. Les problématiques de maintenance conditionnelle et d'évaluation de l'état de santé sont définies. Les types de diagnostic et de pronostic sont présentés afin d'aboutir à une évaluation de l'état de santé des STCGD. Les études relatives au diagnostic décentralisé sont discutées puis les apports des NTIC et des technologies distribuées au diagnostic sont présentés. Par la suite, le diagnostic distribué et les travaux relatifs à ce mode de déploiement sont introduits. Les limites des approches centralisées et décentralisées du diagnostic sont présentées et confrontées à l'apport des approches distribuées. Les informations et/ou les connaissances supports aux diagnostic et au pronostic ainsi que leur modélisation afin de les exploiter sont décrites et formalisées. Une caractérisation des statuts que peut prendre un composant est proposée. Il est décrit les pré-requis nécessaires pour la couche de surveillance des STCGD et les principes du diagnostic et du pronostic sont ensuite présentés sous la forme de différents algorithmes. Enfin, une méthode d'évaluation de l'état de santé des STCGD est proposée. Plusieurs déploiements peuvent être envisagés pour l'évaluation de la santé des STCGD. Une plateforme de simulation a été développée pour évaluer les performances des déploiements centralisés et distribués. La plateforme a eu pour but de se comporter comme la couche de surveillance d'un STCGD. Un cas d'étude paramétrable est proposé pour chacun des deux déploiements et leurs performances sont comparées. / In this dissertation, various architectures for the control and the monitoring of Large Scale Complex Technical Systems (LSCTS) are discussed. The problematic of condition-based maintenance and health status assessment is defined. A diagnostic and prognostic typology is presented leading to the assessment of the health status of LSCTSs. Decentralized diagnosis studies are discussed then the contributions of the ICT and of the distributed technologies for the diagnosis are presented. Thereafter, the distributed diagnosis and works relative to this kind of deployments are introduced. The limits of the centralized and decentralized diagnosis approaches are presented. Then the centralized approaches are compared to the distributed ones. Information and/or knowledge that support the diagnosis and the prognosis as well as their modeling in order to exploit them are described and formalized. A characterization is proposed for the different status of a component can be in. Requirements are described for the monitoring layer of the LSCTSs are described in order to implement the proposed diagnosis and prognosis principles that are then specified by the means of algorithms. Eventually, a health assessment method of the LSCTSs is also proposed. Several deployments can be considered to implement the health assessment of the LSCTSs. A simulation platform, which was developed to evaluate the performances of the centralized and the distributed deployments, is presented. Among the purposes of the platform, one is to behave as the monitoring layer of a LSCTS. A use case is proposed for two deployments and their performances are compared.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’intégration des énergies renouvelables produites par un bâtiment et les réseaux de fourniture, qui sont amenés à proposer des tarifications et des puissances disponibles variables au cours de la journée, entraînent une grande variabilité de la disponibilité de l’énergie. Mais les besoins des utilisateurs ne sont pas forcément en accord avec cette disponibilité. La gestion de l’énergie consiste alors à faire en sorte que les moments de consommation des installations coïncident avec les moments où celle-ci est disponible. Notre objectif a été de proposer une stratégie de commande prédictive, distribuée et hiérarchisée, pour gérer efficacement l’énergie de l’habitat. Les aspects prédictifs de notre approche permettent d’anticiper les besoins et les variations de la tarification énergétique. L’aspect distribué va permettre d’assurer la modularité de la structure de commande, pour pouvoir intégrer différents usages et différentes technologies de manière simple et sans faire exploser la combinatoire du problème d’optimisation résultant. / Electrical system is under a hard constraint: production and consumption must be equal. The production has to integrate non-controllable energy resources and to consider variability of local productions. While buildings are one of the most important energy consumers, the emergence of information and communication technologies (ICT) in the building integrates them in smart-grid as important consumer-actor players. Indeed, they have at their disposal various storage capacities: thermal storage, hot-water tank and also electrical battery. In our work we develop an hierarchical and distributed Building Energy Management Systems based on model predictive control in order to enable to shift, to reduce or even to store energy according to grid informations. The anticipation enables to plan the energy consumption in order to optimize the operating cost values, while the hierarchical architecture enables to treat the high resolution problem complexity and the distributed aspect enables to ensure the control modularity bringing adaptability to the controller.

Les systèmes distribués collaboratifs, en particulier les systèmes pair-à-pair, forment l’infrastructure sous-jacente de nombreuses applications Internet, certaines parmi les plus populaires (ex : partage de fichiers, streaming multimédia). Ils se situent également à la base d’un ensemble de technologies émergentes telles que la blockchain et l’Internet des Objets. Le succès de ces systèmes repose sur la contribution volontaire, de la part des nœuds participants, aux ressources partagées (ex : bande passante réseau, puissance de calcul, stockage de données). Or ces nœuds sont des entités autonomes qui peuvent considérer comme plus avantageux de se comporter de manière égoïste, c’est-à-dire de refuser de collaborer. De tels comportements peuvent fortement impacter les performances et la stabilité opérationnelles du système cible. Prendre en compte et prévenir les comportements égoïstes des nœuds est donc essentiel pour garantir l’efficacité et la fiabilité des systèmes coopératifs. Cependant, cela exige du développeur, en dépit de la grande quantité de techniques et d’approches proposées dans la littérature, des connaissances multisectorielles approfondies. L'objectif de cette thèse est de concevoir et étudier de nouveaux outils théoriques et pratiques pour aider les concepteurs de systèmes distribués collaboratifs à faire face à des nœuds égoïstes. La première contribution, basée sur une analyse exhaustive de la littérature sur les comportements égoïstes dans les systèmes distribués, propose un modèle de classification pour identifier et analyser les comportements égoïstes les plus importants sur lesquels il est important de se concentrer lors de la conception d'un système coopératif. Dans la deuxième contribution, nous proposons RACOON, un framework pour la conception et la configuration de systèmes coopératifs résilients aux comportements égoïstes. Outre un ensemble de mécanismes d'incitation à la coopération, RACOON fournit une méthodologie semi-automatique d’intégration et de calibration de ces mécanismes de manière à garantir le niveau de performance souhaité. RACOON s’appuie sur une analyse du système cible fondée sur la théorie des jeux et sur des simulations pour prédire l’existence de nœuds égoïstes dans le système. RACOON a été étendu en un deuxième framework, RACOON++. Plus précis, plus flexible, RACOON++ offre également une plus grande facilité d'utilisation. Une dernière contribution, SEINE, propose un framework pour la modélisation et l'analyse des différents types de comportements égoïstes dans un système coopératif. Basé sur un langage dédié, développé pour décrire les scénarios de comportement égoïstes, SEINE fournit un support semi-automatique pour la mise en œuvre et l'étude de ces scénarios dans un simulateur choisi sur la base de l’état de l’art (PeerSim). / Cooperative distributed systems, particularly peer-to-peer systems, are the basis of several mainstream Internet applications (e.g., file-sharing, media streaming) and the key enablers of new and emerging technologies, including blockchain and the Internet of Things. Essential to the success of cooperative systems is that nodes are willing to cooperate with each other by sharing part of their resources, e.g., network bandwidth, CPU capability, storage space. However, as nodes are autonomous entities, they may be tempted to behave in a selfish manner by not contributing their fair share, potentially causing system performance degradation and instability. Addressing selfish nodes is, therefore, key to building efficient and reliable cooperative systems. Yet, it is a challenging task, as current techniques for analysing selfishness and designing effective countermeasures remain manual and time-consuming, requiring multi-domain expertise. In this thesis, we aim to provide practical and conceptual tools to help system designers in dealing with selfish nodes. First, based on a comprehensive survey of existing work on selfishness, we develop a classification framework to identify and understand the most important selfish behaviours to focus on when designing a cooperative system. Second, we propose RACOON, a unifying framework for the selfishness-aware design and configuration of cooperative systems. RACOON provides a semi-automatic methodology to integrate a given system with practical and finely tuned mechanisms to meet specified resilience and performance objectives, using game theory and simulations to predict the behaviour of the system when subjected to selfish nodes. An extension of the framework (RACOON++) is also proposed to improve the accuracy, flexibility, and usability of RACOON. Finally, we propose SEINE, a framework for fast modelling and evaluation of various types of selfish behaviour in a given cooperative system. SEINE relies on a domain-specific language for describing the selfishness scenario to evaluate and provides semi-automatic support for its implementation and study in a state-of-the-art simulator.

Les contraintes de déductibilité ont été introduites pour vérifier les protocoles cryptographiques. Cette thèse présente une procédure de décision pour le problème de satisfaisabilité des systèmes généraux de contraintes de déductibilité. Deux cas sont envisagés: la théorie de Dolev-Yao standard et son extension par un opérateur associatif, commutatif, idempotent. Le résultat est utilisé pour résoudre le problème de l'orchestration automatique et distribué de services Web sécurisés. Comme seconde application nous proposons une procédure pour décider la sécurité d'un nombre fini de sessions de protocole en présence de plusieurs intrus qui ne communiquent pas. Nous montrons également comment il est possible de détecter certaines attaques par réécriture qui exploitent le format des messages en XML / Deducibility constraints have been introduced to verify cryptographic protocols. This thesis gives a decision procedure for the satisfiability problem of general deducibility constraints. Two cases are considered: the standard Dolev-Yao theory and its extension with an associative, commutative idempotent operator. The result is applied to solve the automated distributed orchestration problem for secured Web services. As a second application we give a procedure to decide the security of a cryptographic protocol in presence of several non-communicating intruders. We also show how it is possible to detect some XML rewriting attacks on Web services

Les Systèmes électriques à Puissance Distribuée (SPD) sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels. La sûreté de fonctionnement (SDF) et la continuité de service de ces SPDs sont aujourd'hui des préoccupations majeures. Une stratégie de gestion globale de l'énergie adaptée ainsi que leur stabilité sont des exigences fondamentales pour que ces systèmes puissent fonctionner correctement. La présence de charges déséquilibrées ainsi que les interactions entre convertisseurs dans ces systèmes peuvent conduire à l'instabilité du bus DC commun. Un des cas les plus connus en terme de cause d'instabilité est celui d'une charge "à puissance constante" (CPL). Par ailleurs, toute défaillance au niveau de l'interrupteur commandable du convertisseur peut provoquer de graves dysfonctionnements du système. Tout défaut non détecté et non compensé en temps réel peut rapidement mettre en danger l'ensemble du système de puissance. Par conséquent, la mise en oeuvre de méthodes efficaces et rapides de détection et de compensation de défaut est impérative. Afin d'assurer la continuité de service de ces systèmes. Dans ce mémoire, nous étudions la gestion de l'énergie, la stabilité et la continuité de service d'un DC-SPD. Après l'étude de la gestion de l'énergie et la stabilité du système, une méthode de stabilisation active décentralisée est proposée afin d'augmenter le domaine de stabilité du SPD et afin deéviter l'instabilité en présence de charges déséquilibrées. Par ailleurs, des méthodes de détection de défaut au niveau d'un interrupteur commandable, efficaces et très rapides, sont également proposées. Nous présentons également une topologie de convertisseur DC-DC à tolérance de pannes, intégrant un interrupteur redondant ; dans tous les cas de défaut (court-circuit ou circuit-ouvert), cette topologie doit permettre deassurer la continuité de service du système de puissance en mode normal. Les études théoriques ont été validées par la simulation et par des tests expérimentaux / Electric Distributed Power Systems (DPS) are used in many industrial sectors. Continuity of service of these systems as well as their reliability are now of the major concerned. Energy management and stability are fundamental requirements for these systems to operate normally. In these systems, load converters exhibit Constant Power Load (CPL) behavior tend to destabilize the system. The system stability also can be threatened by unbalanced loads connected to the common bus. Furthermore, the failure of the controllable switch of the converter can cause serious malfunctions of the system. Undetected and uncompensated fault in real time can quickly endanger the entire power system. Therefore, the implementation of effective and rapid fault detection methods and compensation is mandatory. In this thesis, we study the energy management, stability and continuity of service of a DC-DPS. After the study of energy management and system stability, an active decentralized stabilization method is proposed to increase the stability domain of the system and to avoid instability in the case of unbalanced loads. Furthermore, efficient and very rapid methods of fault detection for a controllable switch are also proposed. We have presented a fault tolerant topology with redundancy for a DC-DC converter, which must ensure continuity of service of the DPS in any fault conditions (open or short circuit). Theoretical studies have been validated by simulation and experimental tests

A cause du développement du smart farming, des études sont à mener sur la distribution de l’instrumentation pour mesurer l’état hydrique du sol en vue de contrôler l’irrigation. Dans le cadre du projet IRRIS, nous réalisons un capteur d’humidité du sol intelligent. Nous allons tout d’abord réaliser le corps d’épreuve de ce capteur. Nous choisissons une mesure capacitive pour obtenir un capteur réactif malgré un coût de réalisation faible. Le corps est cylindrique pour pouvoir être inséré facilement dans le sol. Les électrodes sont réalisées par dépôt électrochimique de cuivre sur ce cylindre plastique. Nous concevons ensuite l’électronique de mesure associée à ce corps. Pour cela, nous comparons deux solutions, l’une analogique et l’autre logicielle. Puis nous assemblons notre capteur suivant deux modes, le multi capteur ou le mono capteur. Nous réalisons à cette étape la création du réseau de capteurs à l’aide de communication sans fil située dans la bande ISM 868MHz et nous la caractérisons. Enfin, nous observons les résultats de trois campagnes de mesures dans des champs cultivés pour valider le fonctionnement sur différents types de sols et de cultures. Ces travaux aboutissent donc à la création d’un capteur permettant la mesure de l’humidité du sol avec un coût réduit par rapport aux capteurs industriel déjà existant. Les expérimentations sur site montrent sa facilité d’insertion ainsi que son bon fonctionnement. / Owing to the development of the smart farming, some new studies need to be lead on a distributed instrumentation to measure soil moisture to control the irrigation.In the project IRRIS context, we realize a smart soil moisture sensor. First, we have to realize the sensing element of this sensor. We choose a capacitive detection to get a reactive sensor despite low cost. The body is a cylinder to be easily buried in the soil. The electrodes are made by electrochemical deposition on the plastic tube. Then, we design the measurement electronic. We compare two solutions, one with discrete components and the other software on embedded microcontroller. We submit those electronics at thermic variations to observe their comportment to create the law of compensation. Next we assemble the sensor according to two ways. The first, the multi sensor, forces the depths of sensing but reduces the costs by pooling the measurement electronic. The second, the mono sensor, frees the choice of depth but multiplies the number of sensors. We create at this step the sensor network thanks a wireless communication placed on 868MHz, an ISM band that we characterize in terms of range depending on the flow rate to optimize this communication. Finally, we observe the results of three measurement campaigns to validate the operating for different soil and cultures.This study ends in the realization of a sensor to measure soil moisture with a reduced cost relative to the industrial sensor on the market. Experiments prove its ease of use as well as its proper functioning.

Le risque hydrologique associé aux crues rapides survenant en région méditerranéenne est variable dans l'espace et le temps. Des travaux ont montré une vulnérabilité forte des personnes mobiles face aux crues touchant les bassins versants de petite taille (< 20 km²). Le risque hydrologique qui en résulte s'ajoute au risque, mieux connu, associé au débordement des grands cours d'eau. Ce constat définit les enjeux de la modélisation hydrologique régionale mise en place dans ce travail, qui a pour objectif la compréhension des processus de crue de l'échelle du petit bassin versant (1 km²) à l'échelle des bassins régionaux (> 1000 km²). Le modèle utilisé dans cette thèse est construit avec la plate-forme de modélisation LIQUID, qui permet un couplage « à la carte » de modules représentant les processus que l'on souhaite intégrer au modèle. C'est un modèle utilisé sans calibration, dans une démarche de test d'hypothèses de fonctionnement hydrologique des bassins. La zone d'étude est la région Cévennes-Vivarais. Les premières simulations effectuées montrent une sensibilité forte des résultats du modèle aux propriétés des sols (conductivité hydraulique, épaisseurs), ainsi qu'au type de condition limite employée (percolation profonde ou non). Une distinction apparaît entre les comportements en crue des bassins situés sur roche sédimentaire et des bassins schisteux situés sur les reliefs cévenols. Une version du modèle intégrant la représentation des écoulements latéraux de surface et de subsurface est également développée, et déployée sur le bassin expérimental du Cartaou (0.5 km²). Les premiers résultats soulignent l'important rôle joué par ces écoulements à petite échelle. Une méthodologie d'analyse des récessions de débit est mise en place pour l'estimation des propriétés hydrauliques et des épaisseurs des horizons de roche altérée, non-décrits par les bases de données des sols de la région. Les résultats de l'analyse suggèrent une hiérarchie dans les valeurs des paramètres, contrôlée par le type de géologie. Les horizons de roche altérée sont ensuite intégrés dans la version finale du modèle, qui est déployée à l'échelle de la région entière. Les simulations effectuées sur l'année 2008 montrent l'intérêt de la prise en compte de ces épaisseurs de roche altérée, tant pour la simulation des débits en crue que lors des périodes inter-événementielles. Les simulations mettent également en évidence des différences de comportement entre les bassins du nord de la région (Ardèche, Tarn) et ceux du sud (Cèze, Gardon, Vidourle) que l'on peut relier à la géologie. / The hydrological risk associated with flash-floods in the mediteranean area is temporally and spatially variable. Recent works showed the vulnerability of mobile people during floods occurring on small catchments (area < 20 km²). The associated risk, added to the better-known risk related to the overflow of larger rivers, defines the objectives of the present thesis. This work aims at developing a regional distributed hydrological model to study the flood processes over a large range of spatial scales, from small catchments (1 km²) to large regional catchments (> 1000 km²). The model used in this thesis is built within the LIQUID hydrological modeling platform, which allows a modular coupling of the chosen hydrological processes. The model is used without calibration, with the purpose to test different hypotheses on the hydrological functioning of catchments. The studied area is the Cevennes-Vivarais region (south-east of France). The first simulations show a high sensitivity of the model results to soil properties (hydraulic conductivity, thickness), and to the bottom flux boundary condition (deep percolation). A different behavior is observed between catchments located on sedimentary rocks and catchments located in the mountain area, on metamorphic schists. A version of the model which accounts for lateral surface and sub-surface flows is developed, and tested on the Cartaou (0.5 km²) experimental catchment. Preliminary results highlight the importance of lateral flow processes in flood generation at small spatial scales. A streamflow recession analysis is performed to estimate hydraulic and thickness properties of weathered rock horizons, which are not described by regional soil databases. The results show a hierarchy in the estimated parameters, in relation with geology. The weathered rock horizons are implemented in the hydrological model, which is used at the regional scale. Simulations performed over the 2008 year bring out the better results obtained when using the weathered rock layer, for flood events simulations as well as for long-term simulations. The results also show differences between the hydrological behavior of north catchments (Ardèche, Tarn) and south catchments (Cèze, Gardon, Vidourle), which can be linked to the geology.

De nos jours, l'information géographique constitue une ressource incontournable dans un contexte de prise de décision et les données numériques spatiales sont de plus en plus fréquemment exploitées comme support et aide à la décision par de nombreuses organisations.<br />L'institution militaire utilise elle aussi les données spatiales comme soutien et aide à la décision. A chaque étape d'une mission, des informations géographiques de tous types sont employées (données numériques, cartes papiers, photographies aériennes...) pour aider les unités dans leurs choix stratégiques. Par ailleurs, l'utilisation de réseaux de communication favorise le partage et l'échange des données spatiales entre producteurs et utilisateurs situés à des endroits différents. L'information n'est pas centralisée, les données sont répliquées sur chaque site et les utilisateurs peuvent ponctuellement être déconnectés du réseau, par exemple lorsqu'une unité mobile va faire des mesures sur le terrain.<br />La problématique principale concerne donc la gestion dans un contexte militaire, d'une application collaborative permettant la mise à jour asynchrone et symétrique de données géographiques répliquées selon un protocole à cohérence faible optimiste. Cela nécessite de définir un modèle de cohérence approprié au contexte militaire, un mécanisme de détection des mises à jour conflictuelles lié au type de données manipulées et des procédures de réconciliation des écritures divergentes adaptées aux besoins des unités participant à la mission.<br />L'analyse des travaux montre que plusieurs protocoles ont été définis dans les communautés systèmes (Cederqvist :2001 ; Kermarrec :2001) et bases de données (Oracle :2003 ; Seshadri :2000) pour gérer la réplication des données. Cependant, les solutions apportées sont souvent fonctions du besoin spécifique de l'application et ne sont donc pas réutilisables dans un contexte différent, ou supposent l'existence d'un serveur de référence centralisant les données. Les mécanismes employés en information géographique pour gérer les données et les mises à jour ne sont pas non plus appropriés à notre étude car ils supposent que les données soient verrouillées aux autres utilisateurs jusqu'à ce que les mises à jour aient été intégrée (approche check in-check out (ESRI :2004), ou utilisent un serveur centralisé contenant les données de référence (versionnement : Cellary :1990).<br />Notre objectif est donc de proposer des solutions permettant l'intégration cohérente et autant que possible automatique, des mises à jour de données spatiales dans un environnement de réplication optimiste, multimaître et asynchrone.<br />Nous proposons une stratégie globale d'intégration des mises à jour spatiales basée sur une vérification de la cohérence couplé à des sessions de mises à jour. L'originalité de cette stratégie réside dans le fait qu'elle s'appuie sur des métadonnées pour fournir des solutions de réconciliation adaptées au contexte particulier d'une mission militaire.<br />La contribution de cette thèse est double. Premièrement, elle s'inscrit dans le domaine de la gestion de la mise à jour des données spatiales, domaine toujours très actif du fait de la complexité et de l'hétérogénéité des données (Nous limitons néanmoins notre étude aux données géographiques vectorielles) et de la relative «jeunesse » des travaux sur le sujet. Deuxièmement, elle s'inscrit dans le domaine de la gestion de la cohérence des données répliquées selon un protocole optimiste, en spécifiant en particulier, de nouveaux algorithmes pour la détection et la réconciliation de données conflictuelles, dans le domaine applicatif de l'information géographique.

Les systèmes de production modernes, et notamment les systèmes agiles, revalorisent pleinement les compétences de l'homme qui devient aujourd'hui un facteur clé de la production. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à l'aide que nous pourrions apporter aux opérateurs en utilisant les possibilités offertes par les nouvelles technologies, et plus particulièrement à la façon de leur fournir des informations adaptées au pilotage. En effet, le pilotage d'une unité repose sur une orchestration complexe de tâches fondée sur des informations inaccessibles du point de vue d'un opérateur. Afin de pallier ce problème, nous avons conçu un système d'assistance interactif qui s'adresse à ces opérateurs. L'objectif est de communiquer en permanence avec chaque opérateur pour lui indiquer les opérations les plus adéquates à réaliser compte tenu de l'état actuel de la production et de prendre en compte ses décisions pour optimiser le pilotage en temps réel. Ce système se veut générique tant au niveau fonctionnel qu'au niveau de son architecture de communication afin d'être implantable sur toute unité à composante humaine. <br />Nous avons donc développé un prototype générique distribuable sur plusieurs machines. Dans cette optique, nous avons d'abord mis au point une méthode basée sur la simulation permettant de greffer le système sur une unité existante et de mettre en évidence son interopérabilité. Cette étude préalable nous a conduits à adopter une architecture client-serveur de type Web. Enfin, nous avons évalué les performances du système à partir d'un environnement de test, ce qui nous a amenés à considérer les critères de sûreté du système et à introduire la notion de confiance