Le diagnostic est aujourd'hui plus que jamais un thème de recherche pertinent. La sécurité est en effet au cSur des préoccupations de la société d'aujourd'hui. Les enjeux tant économiques, sociétaux qu'environnementaux en font un des axes majeurs d'innovation pour l'industrie actuelle. Aujourd'hui la conception et l'exploitation des systèmes doivent être abordées en intégrant une dimension sécurité dont le diagnostic fait partie intégrante. C'est dans cette problématique du diagnostic (incluant la détection et le pronostic) que s'inscrivent nos travaux. Deux thèmes de recherches sont explorés : - les modèles et les sources de connaissances pour le diagnostic. Ce thème de recherche couvre les aspects multi-modèles (modèle du procédé, modèle de surveillance, modèle de stratégie &) pour la surveillance, et met en avant la pertinence d'utiliser des sources d'informations variées (ordonnancement, AMDE, historiques &) pour mettre en place une fonction diagnostic. La génération d'un modèle de comportement à partir de données classifiées est également abordée dans ce thème. Une approche de surveillance reposant sur l'observation de la trajectoire d'un système dynamique au travers d'une séquence d'assignations de l'état courant à des classes est développée. - le diagnostic distribué. Les approches proposées ici se focalisent sur la distribution des fonctions et des modèles. Une approche de détection distribuée basée sur un modèle temporel (contraintes) du comportement est développée. Une extension vers le diagnostic embarqué dans le domaine automobile s'appuyant sur un modèle du comportement issu des données de conception est également présentée. Sur la base de ces travaux notre projet de recherche concerne d'une part l'utilisation des approches basées données pour structurer les connaissances et générer automatiquement des modèles exploitables par des méthodes de diagnostic basées modèles, d'autre part la problématique du diagnostic pour l'aide à la décision, notamme nt dans les systèmes où la dimension humaine doit être considérée

Dans cette thèse, on s'intéresse au contrôle du profil de facteur de sécurité dans un plasma tokamak. Cette variable physique est liée à plusieurs phénomènes dans le plasma, en particulier des instabilités magnétohydrodynamiques (MHD). Un profil de facteur de sécurité adéquat est particulièrement important pour avoir des modes d'opération avancés dans le tokamak, avec haut confinement et stabilité MHD. Pour cela faire, on se focalise sur la commande du gradient du profil de flux magnétique poloidal dans le tokamak. L'évolution de cette variable est donnée par une équation de diffusion avec des coefficients distribuées et temps-variants. En utilisant des techniques de type Lyapunov et les propriétés de stabilité entrée-état du système on propose une loi de commande robuste qui prend en compte des contraintes non-linéaires dans l'action imposées par la physique des actionneurs.

Le standard 3GPP LTE (Long Term Evolution) est un nouveau standard de télécommunication terrestre dont la couche physique des stations de base, appelées eNodeB, est particulièrement coûteuse. Les processeurs de traitement du signal (DSP) sont largement employés dans les stations de base pour calculer les algorithmes de la couche physique. Les DSPs de dernière génération sont des systèmes complexes et hétérogènes. Il n'existe pas actuellement de solution idéale pour distribuer les parties d'une application comme le LTE sur les différents cœurs contenus dans un eNodeB. Dans cette thèse, nous présentons une méthode de travail pour le prototypage rapide et la génération de code automatique. Certains algorithmes de la couche physique du LTE étant trop variables pour une distribution hors-ligne, nous présentons un distributeur adaptatif capable de faire des choix en temps réel sur la base de temps d'exécution prédits.

Avec l'émergence de l'informatique dans les nuages, une nouvelle approche consiste à externaliser des tâches de calcul, de façon à réduire les coûts d'hébergement et à augmenter la flexibilité des systèmes. L'infrastructure actuelle des services permettant cette externalisation repose sur l'utilisation de centres de traitement de données centralisés, qui sont dédiés à l'approvisionnement de ressources de calcul. Dans cette thèse, nous étudions la possibilité de fournir de tels services en utilisant une infrastructure pair-à-pair, c'est-à-dire une infrastructure totalement décentralisée pouvant être déployée sur une fédération de noeuds de calcul hétérogénes et de provenances diverses. Nous nous focalisons sur le problème de l'allocation des noeuds et présentons Salute, un service d'allocation de noeuds, qui organise les noeuds en réseaux virtuels non-structurés et repose sur des mécanismes de prédiction de disponibilité pour assurer, avec une grande probabilité, que les requêtes d'allocation sont satisfaites dans le temps, malgré le dynamisme de l'environnement hôte. Pour ce faire, le service Salute repose sur la collaboration de plusieurs protocoles pair-à-pair appartenant à la catégorie des protocoles épidémiques. Afin de valider nos propositions, nous évaluons Salute en utilisant des traces provenant d'un échantillonnage de plusieurs systèmes pair-à-pair de référence.

Dans le transport ferroviaire, le coût et la disponibilité du matériel roulant sont des questions majeures. Pour optimiser le coût de maintenance du système de transport ferroviaire, une solution consiste à mieux détecter et diagnostiquer les défaillances. Actuellement, les architectures de surveillance/diagnostic centralisées atteignent leurs limites et imposent d'innover. Cette innovation technologique peut se matérialiser par la mise en oeuvre d'architectures embarquées de surveillance/diagnostic distribuées et communicantes afin de détecter et localiser plus rapidement les défaillances et de les valider dans le contexte opérationnel du train. Les présents travaux de doctorat, menés dans le cadre du FUI SURFER (SURveillance active Ferroviaire) coordonné par Bombardier, visent à proposer une démarche méthodologique d'évaluation de la sûreté de fonctionnement d'architectures de surveillance/diagnostic. Pour ce faire, une caractérisation et une modélisation génériques des architectures de surveillance/diagnostic basée sur le formalisme des Réseaux de Petri stochastiques ont été proposées. Ces modèles génériques intègrent les réseaux de communication (et les modes de défaillances associés) qui constituent un point dur des architectures de surveillance/diagnostic retenues. Les modèles proposés ont été implantés et validés théoriquement par simulation et une étude de sensibilité de ces architectures de surveillance/diagnostic à certains paramètres influents a été menée. Enfin, ces modèles génériques sont appliqués sur un cas réel du domaine ferroviaire, les systèmes accès voyageurs des trains, qui sont critiques en matière de disponibilité et diagnosticabilité.

In recent years, many distributed systems have evolved to cope with the convergence of their domain and computer networks. As an example, Internet telephony has drastically change the face of the telecommuni- cations domain in the last decade by introducing many new services based on Web services and databases. Distributed systems that provide advanced services must be efficient to be able to treat a large number of users and must be robust to face various attacks targeting the service itself or the underlying platform. However, building efficient and robust distributed systems requires an intimate knowledge of the relevant protocols and a substantial understanding of low-level system and network programming, which can be a challenge for many programmers. Nevertheless, the development process of distributed systems still remains rudimentary and requires a high level of low-level expertise. In this thesis, we show that domain-specific languages (DSLs) can successfully reduce the level of ex- pertise required to build efficient and robust distributed systems, making service programming in the reach of average developers. We present three contributions in this area. Our first contribution targets the creation of telephony services based on the SIP protocol. We have defined a domain-specific virtual machine for SIP and a DSL named SPL, providing the programmer with high-level notations and abstractions dedi- cated to telephony service development. The robustness of SPL has been a key factor in expediting service deployment. A variety of services have been written in SPL, demonstrating the usability and ease of pro- gramming of the language. Our second contribution is Zebu, a DSL-based approach for the development of network application protocol-handling layers. We have demonstrated, through various experiments, that this approach is a reliable alternative to manual development in the context of protocol-handling layers. Zebu generated code has good performance and has a significantly lower memory footprint than compa- rable existing manually encoded solutions, while guaranteeing the robustness and performance properties. The third contribution of this thesis is z2z, a generative approach to gateway construction that enables com- munication between devices that use incompatible protocols. Z2z includes a compiler that checks essential correctness properties, and a runtime system that hides low-level details from the gateway programmer. We have used z2z to automatically generate gateways between various incompatible protocols. The generated gateways run with a low runtime memory footprint, with essentially no runtime overhead.

Les nouveaux systèmes ont souvent recours à une implémentation distribuée du logiciel, pour des raisons d'efficacité et à cause de l'emplacement physique de certains capteurs et actuateurs. S'assurer de la correction d'un logiciel distribué est difficile car cela impose de considérer tous les enchevêtrements possibles des actions exécutées par des processus distincts. Cette thèse propose une méthode pour générer, à partir d'un modèle d'application haut niveau, une implémentation distribuée correcte et efficace. Le modèle de l'application comporte des composants communiquant au moyen d'interactions multiparties avec priorités. L'exécution d'une interaction multipartie, qui correspond à un pas de la sémantique, change de façon atomique l'état de tous les composants participant à l'interaction. On définit une implantation distribuée comme un ensemble de processus communiquant par envoi de message asynchrone. La principale difficulté est de produire une implémentation correcte et efficace des interactions multiparties avec priorités, en utilisant uniquement l'envoi de message comme primitive. La méthode se fonde sur un flot de conception rigoureux qui raffine progressivement le modèle haut niveau en un modèle bas niveau, à partir duquel le code pour une plateforme particulière est généré. Tous les modèles intermédiaires apparaissant dans le flot sont exprimés avec la même sémantique que le modèle original. À chaque étape du flot, les interactions complexes sont remplacés par des constructions utilisant des interactions plus simples. En particulier, le dernier modèle obtenu avant la génération du code ne contient que des interactions modélisant l'envoi de message. La correction de l'implémentation est obtenue par construction. L'utilisation des interactions multiparties comme primitives dans le modèle de l'application permet de réduire très significativement l'ensemble des états atteignables, par rapport à un modèle équivalent mais utilisant des primitives de communication plus simples. Les propriétés essentielles du système sont vérifiées à ce niveau d'abstraction. Chaque transformation constituante du flot de conception est suffisamment simple pour être complètement formalisée et prouvée, en termes d'équivalence observationelle ou d'équivalence de trace entre le modèles avant et après transformation. L'implémentation ainsi obtenue est correcte par rapport au modèle original, ce qui évite une coûteuse vérification a posteriori. Concernant l'efficacité, la performance de l'implémentation peut être optimisée en choisissant les paramètres adéquats pour les transformations, ou en augmentant la connaissance des composants. Cette dernière solution requiert une analyse du modèle de départ afin de calculer la connaissance qui est réutilisée pour les étapes ultérieures du flot de conception. Les différentes transformations et optimisations constituant le flot de conception ont été implémentées dans le cadre de BIP. Cette implémentation a permis d'évaluer les différentes possibilités ainsi que l'influence des différents paramètres, sur la performance de l'implémentation obtenue avec plusieurs exemples. Le code généré utilise les primitives fournies par les sockets POSIX, MPI ou les pthreads pour envoyer des messages entre les processus.

Le cadre général dans lequel s'insère ce travail de thèse est celui de l'étude de la diffusion Brillouin dans une nouvelle génération de fibres optiques à cristaux photoniques (PCFs). Ces fibres, qui présentent un arrangement périodique de micro-canaux d'air parallèles le long de la fibre, possèdent en effet des propriétés optiques et acoustiques remarquables et inédites par rapport aux fibres conventionnelles. De façon plus précise, nous montrons dans ce travail, par le biais de simulations numériques et de données expérimentales, que les fibres à cristaux photoniques offrent la possibilité de supprimer ou, à contrario, augmenter les interactions entre les photons et les phonons. Dans une première partie, nous présentons une méthode de cartographie des fluctuations longitudinales de la microstructure des fibres PCFs à l'aide d'un capteur distribué basé sur une méthode innovante d'écho Brillouin. Cette méthode, très sensible et à haute résolution, est directement intéressante pour caractériser et améliorer l'uniformité des PCFs lors de leur fabrication et également pour la détection des différentes contraintes de température et étirement induites le long des fibres. Sur le plan fondamental, notre système de mesure distribuée à haute résolution nous a également permis d'observer, pour la première fois à notre connaissance, le temps de vie des ondes acoustiques dans les fibres à cristaux photoniques et les fibres standard. Par ailleurs, sur le plan technique, nous avons développé une architecture simplifiée de capteur distribué combinant la technique des échos Brillouin et celle de la modulation différentielle par déplacement de phase avec un seul modulateur d'intensité. Nos résultats montrent une résolution centimétrique dans la zone de soudure entre deux fibres optiques à l'aide d'une impulsion de phase de 500 ps. Nous démontrons dans une deuxième partie la suppression directe et passive de la rétrodiffusion Brillouin stimulée dans une fibre optique micro structurée en faisant varier périodiquement le diamètre de la microstructure. Une augmentation de 4 dB du seuil de puissance Brillouin a été obtenue avec une variation de seulement 7% sur une période de 30m. Ce résultat est très intéressant car la diffusion Brillouin est un facteur limitant dans les systèmes de télécommunications par fibre optique et les lasers à fibre. La troisième et dernière partie est consacrée à l'étude numérique et expérimentale de la diffusion Brillouin en avant dans les fibres à cristaux photoniques. En plus de la suppression de la plupart des modes acoustiques transverses, nous montrons que cette diffusion Brillouin est fortement augmentée pour certains modes acoustiques à haute fréquence qui sont piégés au cœur de la microstructure. Nous avons également étudié une fibre à structure multi-échelle qui révèle l'excitation sélective de plusieurs phonons acoustiques à des fréquences allant jusqu'a 2GHz. Ces mesures ont étés confirmées par des simulations numériques basées sur une méthode vectorielle aux éléments finis. L'impact des irrégularités de la microstructure a aussi été mis en évidence.Mots clés : optique non linéaire, diffusion Brillouin, fibres optiques microstructurées, seuil Brillouin, capteurs Brillouin distribués.

Les systèmes de production manufacturiers sont une classe des systèmes à événements discrets. Leur taille nécessite de distribuer le logiciel de contrôle sur une architecture industrielle de plusieurs ordinateurs reliés en réseau. Dans ce contexte, il devient essentiel d'être capable d'évaluer l'impact d'une architecture réseau spécifique sur les services des systèmes manufacturiers en termes de la performance et la qualité. Les performances du réseau sous-jacent peuvent notamment nuire à la productivité du système. Dans la méthodologie traditionnelle proposée dans la littérature, cet aspect n'est pas pris en compte au niveau conception. Cependant, la modélisation de tels systèmes est importante pour vérifier certaines propriétés. Dans cette thèse, nous proposons une approche de modélisation par composants à l’aide des réseaux de Petri haut niveau pour la modélisation de certains protocoles de réseaux afin d'évaluer les systèmes manufacturiers comme étant des systèmes distribués. La sélection des réseaux de Petri est justifiée par leur pouvoir d'expression en ce qui concerne la modélisation des systèmes distribués et concurrents. L’approche par composants permet de diminuer la complexité de la modélisation et encourage la généricité, la modularité et la réutilisabilité des composants prêt-à-utiliser. Cela permet de construire facilement de nouveaux modèles et de réduire les coûts de développement de systèmes. En outre, cela peut aider à une meilleure gestion des services et des protocoles et à changer facilement/modifier un élément du système. Notre modélisation permet enfin d'évaluer ces systèmes par le biais de simulations centralisées / Manufacturing systems belong to the class of distributed discrete event systems. Their size requires distributing the software to control them on architecture of several industrial computers connected by networks. In this context, it becomes crucial to be able to evaluate the impact of a specific architecture on the manufacturing systems services both in terms of performance and quality. The performance of the underlying network can notably affect the productivity of the system. In traditional methodology proposed in literature, this aspect is not taken into account in the design stage. Thus, modeling such systems is important to verify some properties at that stage. In this thesis, we propose a component-based modeling approach with High Level Petri nets based method for modeling some network protocols in order to evaluate the manufacturing systems as being distributed systems. The selection of Petri nets is justified by their expression power with regard to the modeling of distributed and concurrent systems. Component-based approach can decrease modeling complexity and encourages genericity, modularity and reusability of ready-to-use components. This allows building new models easily and reducing the systems development cost. Moreover, this can help in better managing services and protocols and to easily change/modify a system element. Finally, this modeling enables us to evaluate discrete event systems by means of centralized simulations

Tout phénomène, qu’il soit biologique, géologique ou mécanique peut être décrit à l’aide de lois de la physique en termes d’équations différentielles, algébriques ou intégrales, mettant en relation différentes variables physiques. Les objectifs de la thèse sont de montrer comment les systèmes à paramètres distribués peuvent être modélisés par un modèle bond graph, qui est par nature un modèle à paramètres localisés. Deux approches sont possibles : - utiliser une technique d’approximation qui discrétise le modèle initialement sous forme d’équations aux dérivées partielles (EDP) dans le domaine spatial, en supposant que les phénomènes physiques distribués peuvent être considérés comme homogènes dans certaines parties de l’espace, donc localisés. - déterminer la solution des EDP qui dépend du temps et de l’espace, puis à approximer cette solution avec différents outils numériques. Le premier chapitre rappelle quelques méthodes classiques utilisées pour l’approximation des EDP et les modèles bond graphs correspondants.Dans le deuxième chapitre, l’approche port-Hamiltonienne est présentée et son extension aux systèmes à paramètres distribués est proposée. Dans le troisième chapitre, les principaux modèles utilisés pour la représentation des flux de trafic routier sont rappelés et mis en œuvre en simulation. Ceci conduit à des comparaisons, d’une part entre différentes méthodes de résolution numérique et d’autre part entre différents modèles. Dans le quatrième chapitre, une approche originale propose d’étendre la représentation bond graph issue de la méthodologie Computational Fluid Dynamics au flux de trafic, en utilisant un modèle EDP à deux équations proposé par Jiang / Virtually every phenomenon in nature, whether biological, geological, or mechanical, can be described with the aid of the laws of physics, in terms of algebraic, differential, or integral equations relating various quantities of interest. The objectives of the thesis were to show how distributed parameter systems can be modeled using a bond graph model, which is by its nature itself a lumped parameter model. Two ways are possible :- using an approximation technique to discretize the model in the space domain, assuming that physical distributed phenomena can be considered as homogenous in some parts of space, and thus lumped. Different bond graph models can be obtained depending on the technique used.- determining a solution of the PDE depending on space and time, and thus to approximate this solution by means of different kinds of tools.In chapter 1, some classical methods used for approximation of partial differential equations are recalled and the corresponding bond graph model is designed. For each of them advantages and drawbacks are presented.In the second chapter, the port-Hamiltonian approach for distributed parameter system is presented, and a new result is proposed for telegrapher’s equation solving.In the third chapter, the main models used for traffic flow representation are presented and some of them are implemented in simulation. A comparison is done on one hand on different numerical methods applied on the first class of models (1-eq. model) and on the other hand between 1-equation and 2- equation models.In chapter 4, we have proposed an original approach extending Computational Fluid Dynamics bond graph representation to traffic flow, using Jiang’s model