Cette thèse s'intéresse aux fondements du comportement des usagers face à la congestion dans les transports publics. Elle se compose de trois essais distincts. Les deux premiers essais examinent l'adaptation des usagers au manque de ponctualité et à l'inconfort. Le troisième essai offre une analyse empirique de l'effet « foule ». Dans le premier chapitre, je présente un modèle de compétition bimodale entre une ligne de transport public sujette aux retards, et un mode alternatif. A l'équilibre du marché, le niveau de fiabilité choisi par la firme en charge des transports publics augmente avec le prix du mode alternatif via un effet « demande » évoquant l'effet Mohring. L'étude de la qualité de service optimale montre que souvent, la fiabilité des transports publics et donc leur fréquentation à l'équilibre sont inférieurs à ce qu'ils seraient à l'optimum social. Dans le second chapitre, afin d'étudier le coût de l'inconfort et ses implications quant au choix de l'heure de déplacement, je développe un modèle structurel dans lequel les usagers des transports public choisissent entre voyager dans un véhicule bondé et arriver à destination à l'heure désirée ou alors voyager plus tard ou plus tôt pour éviter la foule. J'établis la distribution des usagers parmi les véhicules à l'équilibre et à l'optimum social, et montre que l'optimum social peut être décentralisé par une tarification fine par véhicule. Les propriétés du modèle sont comparées avec celles du modèle du « bottleneck » et des modèles de congestion routière. Dans le troisième chapitre, j'analyse l'influence de la densité d'usagers sur la satisfaction liée au confort durant un déplacement en transport public. De plus, je décris l'anatomie de l'effet « foule » en testant différents aspects (odeur, bruit, position debout...) comme des causes d'inconfort lorsque la densité d'usagers augmente. J'identifie un net effet « foule » : en moyenne, un usager supplémentaire par mètre carré diminue de 1 la satisfaction liée au confort qui est mesurée sur une échelle de 0 à 10. Je ne trouve pas de corrélation entre temps de transport et l'effet « foule ». Cependant, cet effet augmente avec le revenu des usagers. Trois causes de désutilité liée à la foule sont identifiées : une plus grande probabilité de devoir voyager debout, un usage limité du temps, et des conditions de déplacement plus bruyantes. Ces désagréments sont plus importants chez les femmes et les usagers les plus aisés. / This dissertation addresses the foundations of user’s behavior with respect to the congestion in public transport. It is made of three distinct essays. The two first essays investigate how users get used to lack of punctuality and crowding. The third essay presents an empirical analysis of the crowding effect. In the first chapter, I consider the modeling of a bi-modal competitive network involving a public transport mode, which may be unreliable, and an alternative mode. The public transport reliability set by the public transport firm at the competitive equilibrium increases with the alternative mode fare, via a demand effect. This is reminiscent of the Mohring Effect. The study of the optimal service quality shows that often, public transport reliability and thereby patronage are lower at equilibrium compared to first-best social optimum. In the second chapter, to study the behavioral implications and costs of crowding, I develop a structural model in which public transport users face a choice between traveling in a crowded train and arriving when they want, and traveling earlier or later to avoid crowding but arriving at an inconvenient time. I derive the user equilibrium and socially optimal distribution of passengers across trains, show how the optimum can be decentralized using train-specific fares, and characterize the welfare gains from optimal pricing. Properties of the model are compared with those obtained from the bottleneck and flow congestion models of road traffic. In the third chapter, I investigate the influence of in-vehicle crowding on the comfort satisfaction experienced during a public transport journey. Moreover, I describe the anatomy of the crowding effect by testing various nuisance factors (Smell, Noise, Standing...) as channels through which crowding may decrease the comfort satisfaction. I find a clear crowding effect: on average, an extra-user per square meter decreases by one the expected 0 to 10 scale individual well-being. I do not find any empirical evidence of this effect being intensified by the travel time. However, the crowding effect increases with the income of users. I find three causes of crowding disutility: a higher probability to stand for all or part of the journey, a poorer use of the time during the journey, and noisier travel conditions. These features of discomfort matter more for women and wealthy individuals.

L’originalité de notre travail consiste à développer une approche qui intègre l’ingénierie systèmes basée sur les modèles (MBSE) avec les principes de l’approche SBCE afin de réduire les boucles itératives entre les concepteurs inexpérimentés, les fabricants et les experts. D’autres parties prenantes participent également au développement du produit afin d’assurer environnement d’ingénierie simultanée. Cette approche offre un grand potentiel pour gérer les aspects de fabricabilité et de fiabilité, en raison de la capacité à développer des connaissances en parallèle, en particulier pour les technologies avancées et non matures. L’avantage d’utilisation des principes du SBCE est d’offrir des possibilités de communication entre les parties prenantes au début de la phase de conception. SysML est utilisé comme langage descriptif pour représenter les différentes phases de cette approche. Pour étudier la robustesse ces système, nous avons développé un modèle intitulé «Model Based for Robustness Analysis» (MBRA) qui a pour objectif de filtrer les solutions faibles ou coûteuses au fil du temps et d’assister l’ingénieur système lors de l'adoption d’une étude de compromis. Pour l’étude de la fabricabilité des systèmes complexes, nous avons développé un autre modèle intitulé « Model Based for Manufacturability analysis » / The originality of our work is to develop an approach that integrates model-based systems engineering (MBSE) with the principles of the SBCE approach to reduce iterative loops between inexperienced designers, manufacturers, and experts. Other stakeholders are also involved in product development to ensure simultaneous engineering environment. This approach offers great potential for managing manufacturability and reliability aspects, due to the ability to develop parallel knowledge, especially for advanced and non-mature technologies. The advantage of using SBCE principles is to provide opportunities for communication between stakeholders early in the design phase. SysML is used as a descriptive language to represent the different phases of this approach. To study the robustness of these systems, we have developed a model called "Model Based for Robustness Analysis" (MBRA) which aims to filter low or expensive solutions over time and to assist the system engineer when adopting a trade-offs study. For the assessment of the manufacturability of complex systems, we have developed another model entitled "Model Based for Manufacturability analysis"

Le fort développement actuel des systèmes électroniques embarqués nous conduit à relever le défi de leur fiabilisation, ceci d’autant plus que des organes de sécurité sont souvent concernés et que ces systèmes opèrent dans des conditions environnementales difficiles avec une exigence de réduction de coût drastique. Ce qui caractérise le mieux l’évolution récente de ces systèmes électroniques embarqués c’est une forte intégration qui conduit à réduire leur encombrement et leur poids tout en augmentant la puissance électrique convertie. Il en résulte automatiquement une augmentation de la densité de puissance dissipée et l’étude de leur comportement électrothermique prend, dans ces conditions, une importance fondamentale. Le présent travail concerne le développement d’outils précis de modélisation électrothermique qui permettent d’appréhender l’impact de la technologie choisie (conception, connectiques, matériaux …) sur les phénomènes causés par les défauts qui apparaissent avec le vieillissement. Des règles de robustesse spécifiques à chaque technologie pourront être édictées à l’aide de simulations 3D distribuées présentées dans le mémoire. Dans un premier temps la modélisation électrothermique compacte a été abordée. Ensuite, en se limitant aux modules MOS de puissance, une première classe de problèmes caractérisée par l’absence de commutation peut être traitée en ayant recours à une modélisation électrothermique par éléments finis qui considère que le composant est constitué par un ensemble de zones de résistivités électriques et de conductivités thermiques différentes. Une tentative a été faite en vue d’étendre l’étude électrothermique aux classes de problèmes mettant en œuvre des MOS de puissance fonctionnant en régime de commutation. Le modèle électrique distribué doit alors être capable de calculer et de répartir les pertes totales (état passant, état bloqué et commutation) pour un régime de commutation rapide. Enfin, un soin particulier a été accordé à l’étude du fonctionnement en avalanche, une méthode basée sur l’expérimentation et l’utilisation d’un modèle électrothermique simple afin d’estimer la température de jonction d’un MOSFET de puissance lors de son fonctionnement en régime d’avalanche de courte durée a été développée. Pour conclure, on a démontré qu’il n’existe pas une réponse unique en termes de modélisation électrothermique et que chaque méthode vise à résoudre une classe spécifique de problèmes / The strong current development of embedded electronic systems leads us to the challenge of their reliability, all the more so as the security organs are often involved and that these systems operate in harsh environmental conditions with a requirement to reduce cost drastically. What best characterizes the recent evolution of the embedded electronic systems is a strong integration that leads to reduce their size and weight while increasing the electrical power converted. This automatically increases the power density dissipated and so the study of their electro-thermal behavior becomes of fundamental importance. The present work concerns the development of specific tools that allow electro-thermal modeling to understand the impact of the chosen technology (design, connections, materials ...) on the phenomena caused by defects that occur with ageing. Robustness rules specific to each technology may be adopted using 3D simulations presented in the report. At first, compact electro-thermal modeling was discussed. Second, considering power MOS modules which operate in a non-switching mode, a first class of problems can be treated by using a finite element electro-thermal modeling that assumes that the components act as a set of zones whose electrical and thermal conductivities are different. An attempt was made to extend the electro-thermal study to classes of problems where power MOSFETs are switching. Distributed electrical models must then be able to calculate and allocate total losses (on-state, off-state and switching) for a fast switching rate. Finally, particular attention has been given to the study of avalanche mode operation; a method based on experimentation and the use of a simple electro-thermal model to estimate the junction temperature of a power MOSFET when operating in short duration avalanche mode has been developed. To conclude, we have demonstrated that there is no single answer in terms of electro-thermal modeling and each method developed aims to solve a specific class of problems

La mise en place d'un programme de tests accélérés (AT) est accompagnée de plusieurs préoccupations et incertitudes quant à l'estimation de la fiabilité qui peut causer un écart par rapport au service réel. Cette thèse vise à présenter les outils nécessaires et auxiliaires antérieurs aux tests, ainsi qu'à proposer des approches techniques et des analyses pour la mise en oeuvre de tests accélérés pour l'estimation de la fiabilité, la cornparaison de produits, l'identification des modes de défaillances critiques ainsi que la vérification de l'amélioration de la fiabilité (après modification de la conception). Tout programme de tests accélérés doit faire l'objet d'une investigation économique, de même que la similitude entre tests et modes de défaillances doit être vérifiée. L'existence de variables aléatoires dans le service en utilisant le profil et le temps de défaillance dans les tests accélérés sont les causes de l'incertitude pour estimer la fiabilité qui doit être résolu numériquement. La plupart des programmes de tests de dégradation accélérés ont été mis en oeuvre à des fins qualitatives et d'analyse de comparaison, de sorte que le concept de tests de dégradation accélérés doivent être étendus et généralisés au cas de produits sujets à de multiples modes de défaillance, avec ou sans modes de défaillance dépendants. Si des échantillons, neufs ou usagés, d'un produit sont disponibles; la méthode de vieillissement partielle est proposée afin de diminuer considérablement le temps de test.

Dans ce travail, nous considérons un système multi-états série-parallèle dont les composantes sont sujettes à des réparations minimales et à des actions de maintenance préventive imparfaite. Le système peut avoir différents niveaux de performance, allant d'un fonctionnement parfait à une défaillance complète. Les composantes peuvent être en opération ou hors d'usage. La fiabilité d'un système multi-états est définie par sa probabilité de satisfaction d'une demande donnée. La fiabilité de chaque composante est caractérisée par sa fonction de hasard. Chaque action de maintenance préventive conduit à une réduction de l'âge effectif de l'équipement. Elle est caractérisée par son coefficient de réduction d'âge et par son coût. L'objectif consiste à planifier des actions de maintenance préventive pendant la durée de vie du système multi- états, de façon à minimiser le coût total moyen de maintenance, sous une contrainte de fiabilité. Il s'agit d'un problème d'optimisation combinatoire qui a été auparavant formulé et résolu par les algorithmes génétiques dans [47]. Dans ce travail, ce problème est résolu en utilisant une méthode heuristique basée sur le méta-heuristique des colonies de fourmis. Inspirée par les études sur le comportement des fournis réelles, cette méthode possède plusieurs caractéristiques intéressantes et constitue une approche intéressante pour résoudre les problèmes d'optimisation de la fiabilité. Une technique à base de la fonction de génération universelle est implémentée pour évaluer la fiabilité du système multi-états. En combinant la technique de la fonction de génération universelle et l'optimisation par colonies de fourmis, l'algorithme proposé permet d'obtenir efficacement une séquence quasi-optimale des actions de maintenance. L'approche développée et testée dans ce travail constitue une alternative intéressante pour la résolution du problème d'optimisation de la maintenance préventive imparfaite pour les systèmes multi-états. Des exemples numériques de la détermination de plans quasi-optimaux de maintenance préventive sont également présentés. / In this work, we consider a series-parallel multi-state System composed of elements subjected to minimal repair and imperfect preventive maintenance actions. The System has a range of performance levels from perfect functioning to complete failure. Components may experience two possible states: good and failed. Multi-state System reliability is defined as the System ability to satisfy given demand. The reliability of each element is characterized by its hazard function. Each preventive maintenance action may affect the effective age of equipment, and is characterized by its age reduction coefficient and cost. The objective is to determine a minimal average cost plan of preventive maintenance actions during multi-state System lifetime, under the constraint of providing a required level of System reliability. This is a combinatorial optimization problem which has been previously formulated and solved by genetic algorithms in [47]. In this work, this problem is solved by using a heuristic based on ant colony meta-heuristic. Inspired by studies on the behaviour of real ants, this method has many interesting characteristics and approaches for solving reliability optimization problems. A universal generating function technique is implemented to evaluate System reliability. By combining the use of the universal generating function technique and ant colony optimization, the proposed algorithm obtains efficiently quasi-optimal sequence of maintenance actions. The approach developed and tested in this work constitutes an interesting alternative approach to solve the imperfect preventive maintenance problem for multi-state Systems. Numerical examples of the determination of quasi-optimal preventive maintenance plans are also presented.

La conception en vue de la fiabilité (DFR, Design for Reliability) consiste à simuler le vieillissement électrique des composants élémentaires pour évaluer la dégradation d'un circuit complet. C'est dans ce contexte de fiabilité et de simulation de cette dernière, qu'une stratégie de conception en vue de la fiabilité a été développée au cours de ses travaux. Cette stratégie, intégrant une approche « système » de la simulation, s'appuie sur l'ajout de deux étapes intermédiaires dans la phase de conception. La première étape est une étape de construction de modèles comportementaux compacts à l'aide d'une méthodologie basée sur une approche de modélisation multi niveaux (du niveau transistor au niveau circuit) des dégradations d'un circuit. La seconde étape consiste alors l'analyse descendante de la fiabilité de ce circuit, à l'aide de simulations électriques utilisant ses modèles comportementaux dits « dégradables », afin de déterminer les blocs fonctionnels et/ou les composants élémentaires critiques de l'architecture de ce dernier, vis-à-vis d'un mécanisme de défaillance et un profil de mission donnés. Cette analyse descendante permet aussi d'évaluer l'instant de défaillance de ce circuit. Les dispersions statiques, lies au procédé de fabrication utilisé, sur les performances d'un lot de CIs ont aussi été prises en compte afin d'évaluer leur impact sur la dispersion des instants de défaillance des circuits intégrés. Ces méthodes ont été appliquées à deux mécanismes de dégradation : les porteurs chauds et les radiations. / Design for reliability (DFR) consists in assessing the impact of electrical ageing of each elementary component, using electrical simulations, on performance degradations of a full device. According to DFR concept and reliability simulation, theses works present a new DFR strategy. This strategy based on the integration of two intermediate phases in the ICs and SoC design flow. The first phase is a bottom-up ageing behavioural modelling phase of a circuit (from transistor level to circuit level). The second phase is a « top-down reliability analyses » phase of this circuit, performing electrical simulations using its ageing behavioural models, in order to determine critical functional blocks and / or elementary components of its architecture according to a failure mechanism and a given mission profile. Theses analyses also allow determining the failure time of this circuit. Statistical dispersions on ICs performances, due to the used manufacturing process, have been taking into account in order to assess their impact on failure time dispersions of a ICs lot. The method has been applied on two degradation mechanisms: hot carriers and radiations.

Nous proposons dans cette étude quelques méthodes stochastiques pour le calcul des ponts aux séismes. Après avoir rappelé les représentations du mouvement sismique par spectres de réponse, densités spectrales de puissance et signaux temporels, nous introduisons des modèles de variabilité spatiale d'ondes sismiques. Nous en étudions l'effet sur la réponse linéaire des ponts grâce à une méthode de spectre de réponse pour structures multi-supportées. Nous proposons une méthode simplifiée permettant un calcul rapide de la sensibilité des ouvrages à de faibles variations spatiales des mouvements du sol et nous donnons un algorithme efficace pour le calcul de la réponse la plus défavorable lorsque les variations spatiales sont grandes et incertaines. Pour tenir compte du potentiel de ductilité des ponts, nous proposons une méthode de spectre de réponse tirant partie de la localisation des non-linéarités matérielles dans la structure (rotules plastiques, appareils d'appui). Les éléments non-linéaires sont remplacés par des éléments linéaires équivalents. Une technique de synthèse modale adaptée à la localisation des non-linéarités permet un calcul rapide de la réponse. Cette approche intègre le caractère aléatoire des sollicitations sans avoir recours à de coûteuses simulations de Monte-Carlo. Elle donne de bons résultats en termes de demande de ductilité et d'énergie dissipée par cycles d'hystérésis dans les éléments non-linéaires. Enfin, nous évoquons une technique de calcul de fiabilité de structures non-linéaires sous sollicitations stochastiques.

Cette thèse est une contribution à la résolution du problème d'optimisation sous contrainte de fiabilité. Cette méthode de dimensionnement probabiliste vise à prendre en compte les incertitudes inhérentes au système à concevoir, en vue de proposer des solutions optimales et sûres. Le niveau de sûreté est quantifié par une probabilité de défaillance. Le problème d'optimisation consiste alors à s'assurer que cette probabilité reste inférieure à un seuil fixé par les donneurs d'ordres. La résolution de ce problème nécessite un grand nombre d'appels à la fonction d'état-limite caractérisant le problème de fiabilité sous-jacent. Ainsi,cette méthodologie devient complexe à appliquer dès lors que le dimensionnement s'appuie sur un modèle numérique coûteux à évaluer (e.g. un modèle aux éléments finis). Dans ce contexte, ce manuscrit propose une stratégie basée sur la substitution adaptative de la fonction d'état-limite par un méta-modèle par Krigeage. On s'est particulièrement employé à quantifier, réduire et finalement éliminer l'erreur commise par l'utilisation de ce méta-modèle en lieu et place du modèle original. La méthodologie proposée est appliquée au dimensionnement des coques géométriquement imparfaites soumises au flambement.

Les composants hyperfréquences embarqués dans des satellites utilisent actuellement l'encapsulation hermétique dans des boîtiers métalliques ou céramiques. La très forte amélioration des matériaux organiques en termes de dégazage et d'impureté ionique notamment rend possible l'utilisation de solutions quasi-hermétiques pour l'environnement spatial. Les encapsulations plastiques ouvrent des perspectives avérées de gain de dimension et de coût. La validation d'une technologie d'encapsulation repose sur la réalisation d'essais de fiabilité normatifs (1000 heures à 85°C et 85% d'humidité relative). Ces essais sont applicables quels que soient le profil de stockage de la mission, le type d'encapsulation et la technologie des composants utilisés. Les conditions de réalisation de ces essais ne sont pas clairement définies, par exemple l'application ou pas d'un fort champ électrique au niveau du composant. Or ce seul paramètre devient prépondérant lorsque les conditions sont réunies pour permettre la mise en place de phénomènes de corrosion. Ces travaux de thèse se sont axés sur la compréhension des mécanismes de défaillance mis en jeu dans des tests de vieillissement accéléré en chaleur humide. Pour cela, une méthodologie a été mise en œuvre pour établir les signatures électriques en statique de composants défaillants de deux filières technologiques de MMICs GaAs. Ces tests ont été reproduits sur des composants avec et sans encapsulation par une résine époxyde chargée silice, déposée selon le procédé dam-and-fill. Ainsi, il a été possible de distinguer les défaillances liées à la dégradation intrinsèque des composants, de l'effet protecteur ou non de l'encapsulation plastique. En parallèle, le comportement d'échantillons de résines sous différentes ambiances de chaleur humide a été testé et une modélisation a été proposée pour prédire leur prise d'humidité. Concernant l'effet de l'encapsulation par dam-and-fill, les résultats obtenus ont été contradictoires et dépendant des lots de composants. Ces résultats sont à pondérer par la taille restreinte de l'échantillonnage des files de test. En effet, pour la technologie représentative de cette étude, la présence d'une encapsulation plastique, pour un premier lot de composants, a eu tendance d'une part, à ne pas éviter ni même retarder l'apparition de fuites électriques, et d'autre part à aggraver ces dégradations, au point de mener à des défaillances dans la majorité des cas. De plus, des doutes subsistent sur la qualité de ce lot, notamment celle de la passivation. Pour un second lot de composants testés de technologie identique, il a été observé une amélioration de la résistance à l'humidité des composants encapsulés, vis-à-vis des puces nues. L'analyse de défaillance des composants encapsulés est extrêmement difficile car il faut pouvoir accéder aux défauts à la surface, voire sous la surface, du composant protégé. Une solution alternative a donc été cherchée afin de contourner les problèmes posés par la présence du matériau d'encapsulation. La nouvelle approche proposée combine la thermographie infrarouge avec la méthode du point chaud, l'imagerie en optique et l'analyse aux rayons X. Le défaut est tout d'abord localisé par la face avant, malgré la présence de la résine d'encapsulation. Ensuite, la transparence du substrat GaAs aux infrarouges permet des observations par la face arrière du composant. Une méthodologie de préparation relativement simple et rapide a pu être proposée et sa faisabilité démontrée.

Ce projet de thèse se situe dans le cadre de l'étude de la fiabilité prédictive de nouveaux concepts d'assemblages microélectroniques de type " system in package " SiP. L'objectif est de développer une méthodologie de fiabilité prédictive adaptée aux nouveaux concepts d'assemblage qui permet d'optimiser et de prédire les performances dès la phase de conception. Elle est ensuite appliquée sur des projets concrets. Cette méthodologie de fiabilité prédictive fait intervenir des études expérimentales, des simulations thermomécaniques et des analyses statistiques pour traiter les données et évaluer la fiabilité et les risques de défaillance. L'utilisation d'outils de simulation des composants électroniques est bien adaptée pour aider à l'évaluation des zones les plus fragiles, la mise en place des règles de conception et la détermination des paramètres les plus influents avec une réduction du temps de mise en marché d'un produit fiable et une optimisation des performances. Les études réalisées sur le silicium avec deux tests : bille sur anneau et test trois points montrent que le rodage et l'épaisseur ont une influence sur la variation de la contrainte et la déflexion du silicium à la rupture. Avec le test trois points, le déclenchement des fissures est lié à la qualité de sciage et de rodage. Cependant avec le test bille sur anneau, seule la qualité de surface influence le déclenchement des fissures. Le test bille sur anneau est bien adapté pour évaluer la qualité de surface du silicium. Avec les techniques chimiques de réduction de contraintes, comme la gravure humide et plasma, la résistance à la rupture a été considérablement améliorée. Ces tests de rupture sur le silicium ont permis de caractériser la rupture du silicium sous une contrainte de flexion et de compléter les résultats de simulation. Ces travaux démontrent, le besoin et l'utilité du prototypage virtuel des composants électroniques et de l'utilisation d'une méthodologie prédictive dans l'évaluation de la fiabilité en l'appliquant sur des composants réels.