Le processus de développement des systèmes avioniques suit des réglementations de sûreté de fonctionnement très strictes, incluant l'analyse du déterminisme et de la prédictibilité temporelle des systèmes. L'approche est basée sur la séparation des étapes de conception et d'implémentation. Une des plus grandes difficultés dans l'approche actuelle se trouve dans la détermination du WCET, qui est nécessaire pour prouver la satisfaction des contraintes de temps-réel dur du système. Dans cette thèse, une méthodologie de relâchement de contraintes temps-réels pour les systèmes de commandes digital est proposé. L'objectif est de réduire le conservatisme des approches traditionnelles basés sur le pire temps d'exécution, tout en préservant la stabilité et les performances de commandes. L'approche a été appliqué au système de commande de tangage d'un avion, ce qui a permi de montrer que le relâchement des contraintes temps réels améliore l'utilisation de la puissance de calcul disponible tout en préservant la stabilité et la qualité de commande du système.

Ces travaux présentent une synthèse de mon activité de recherche et d'encadrement depuis mon intégration au CNRS. Cette activité s'articule autour de deux axes principaux : le test de circuits et systèmes intégrés analogiques et mixtes et la conception de circuits intégrés pour applications médicales. L'objectif du premier axe de recherche consiste à s'assurer de la qualité des circuits après fabrication en développant des techniques de test permettant de détecter toute défaillance potentielle tout pour un surcoût minimal. Ces travaux se sont principalement axés sur les circuits analogiques, mixtes (analogiques et numériques) et plus généralement les systèmes hétérogènes. L'idée directrice consiste à développer des solutions (test intégré, test indirect, test niveau système,...) en rupture avec les techniques de test de production traditionnelles. Après la fabrication et le test de production, le circuit est inséré dans son application finale. Les travaux présentés recherchent aussi des solutions permettant de tester ce circuit dans son environnement d'utilisation. L'objectif n'est plus alors uniquement la détection des défaillances mais aussi la correction automatique du circuit. Le deuxième axe de recherche a pour objectif principal le développement de systèmes de Stimulation Electrique Fonctionnelle (SEF) implantables dans le corps humain. La SEF consiste à stimuler électriquement des nerfs ou muscles pour déclencher les phénomènes naturels de communication neurale ou de contraction musculaire. Ces techniques permettent dans certains cas de palier une partie des déficiences sensori-motrices survenues suite à une maladie ou à un accident. Dans ce contexte, nous cherchons à développer des circuits performants, fiables et à faible consommation, pour la génération de signaux électriques artificiels de stimulation et pour le recueil du signal neural naturel.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la reconfiguration dynamique des systèmes de production. Elle apporte sa contribution au diagnostic de services en présence de défaillances de la partie opérative. L'objectif visé est de mettre à jour, en ligne, un modèle représentant les capacités offertes par une partie opérative. Aussi, sur la base d'un tel modèle reprenant les principes issus de la planification automatique, nous avons tout d'abord proposé un mécanisme de suivi permettant de construire et de gérer un modèle d'historique. Ensuite, un algorithme de recherche avant/arrière basé sur un système de règles a été développé afin, sous l'occurrence de défaillances, de localiser non seulement les services étant à l'origine possible du dysfonctionnement constaté mais aussi ceux potentiellement affectés. Après quoi, une mise à jour du modèle de partie opérative est opérée afin de présenter au système de reconfiguration une image "honnête" des capacités opératoires encore disponibles.

En Europe, les prairies occupent 25% de la surface du territoire soit près de 40% de la surface agricole utile. De nombreux services écosystémiques dépendent de cet écosystème comme par exemple la production fourragère, un réservoir de diversité végétale et animale et une capacité de stockage de carbone dans les sols. Dans un contexte de changement climatique (augmentation de la température moyenne de l'air et de la concentration atmosphérique en CO2) et de déprise agricole (extensification des prairies de moyenne montagne), les recherches actuelles s'intéressent au maintien des services écosystémiques tels que la capacité de stockage de carbone dans le sol pour limiter l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2, la production fourragère et la conservation de la richesse spécifique. Cette thèse a pour objectif d'observer in situ les effets des principaux déterminants du changement climatique (température de l'air, précipitations, concentration atmosphérique enCO2) sur le fonctionnement du système racinaire et des déterminants du stockage de carbone sur une prairie permanente de moyenne montagne gérée de manière extensive. Cette étude porte sur l'influence d'un scénario de changement climatique prévu à l'horizon 2080 pour le centre de la France. Ce scénario (ACCACIA A2) prévoit une augmentation de la température de l'air de 3.5°C (T) et de la concentration atmosphérique en CO2 de 200 Nmol mol-1 (CO2) et une réduction des précipitations estivales de 20 % (D). La démographie (croissance, mortalité, durée de vie et risque de mortalité) de cohortes racinaires a été suivie durant 3 à 4 ans à l'aide du Minirhizotron. La croissance potentielle des racines dans un ingrowth core a été suivie pendant une année après 4 ans de changement climatique avec en même temps des mesures de décomposition de litière racinaire et de respiration du sol. Après 3 ans d'expérimentation, un effet positif du réchauffement (T) et du changement climatique (TDCO2) a été observé sur la production racinaire, ainsi qu'une baisse de la durée de vie sous réchauffement. Une stimulation de l'allongement des racines (ratio longueur/volume), sous climat réchauffé (T, TD, TDCO2), a certainement permis de favoriser l'absorption en eau et en nutriments. Cependant, après 5 ans d'application des traitements, le réchauffement (T) a diminué la production racinaire et accéléré la décomposition d'une litière standard. L'augmentation du CO2 a permis de compenser l'effet négatif du réchauffement sur la production racinaire. Le changement climatique (TDCO2) a accéléré les entrées mais aussi les sorties (décomposition et respiration accélérées) de carbone du sol. De part, l'effet négatif du réchauffement sur la production aérienne et souterraine sur le moyen terme et sur la demande en nutriment, les matières organiques se sont accumulées dans le sol, contrairement à l'augmentation du CO2 qui a diminué cette quantité. Dans un contexte de changement climatique, la production racinaire semble en partie maintenue ainsi que les stocks de matière organique dans les sols. Les processus souterrains (croissance, mortalité, décomposition) et la respiration du sol se sont accrus. A l'avenir, le bilan de CO2 et des différents gaz à effet de serre pourrait être négatif et accentuer le changement climatique.

Cette thèse est une contribution au niveau architectural à l'amélioration de la tolérance aux fautes dans les puces multi-coeurs massivement défectueuses fabriquées à partir de transistors nanométriques. L'idée principale de ce travail est qu'une puce devrait être organisée en une architecture réplicative et devenir aussi autonome que possible pour augmenter sa résilience contre les défauts permanents et les erreurs transitoires apparaissant en opération. C'est pourquoi nous introduisons une nouvelle méthodologie d'autoconfiguration de la puce qui permet de détecter et isoler les coeurs défectueux, de désactiver les coeurs isolés, de configurer les communications et de diriger l'allocation et l'exécution des tâches. L'efficacité des méthodes est étudiée en fonction de la fraction de coeurs ou d'interconnections défectueux et du taux d'erreurs transitoires.

Les systèmes RFID - pour RadioFrequency Identification - sont capables d'identifier des objets ou des personnes sans contact ni vision direct. Ainsi, leur utilisation grandit de manière exponentielle dans différents secteurs : nucléaire, aviation, ferroviaire, médical, traçabilité, contrôle d'accès... Mais ce sont surtout des systèmes fortement hétérogènes, composés de matériel analogique ou digital, et de systèmes informatique : le tag, attaché à l'objet à identifier, contenant l'identifiant de ce dernier ; le lecteur, appareil capable de venir lire les informations contenus dans les tags ; et le système informatique gérant l'ensemble des données générées par le système. Ces systèmes sont de plus en plus utilisés dans des domaines critiques ou dans des environnements difficiles, alors qu'ils sont basés uniquement sur des équipements bas coût et peu performant - les tags - ne permettant alors pas de garantir des communications robustes. Tous ces points font que le test en ligne des systèmes RFID est une tâche complexe.Cette thèse s'intéresse donc à la sûreté de fonctionnement des systèmes RFID : comment être certains que le système fonctionne comme il faut au moment où on en à besoin ? En premier, les défaillances et leurs causes ont été étudiées à l'aide d'une méthode classique : AMDE - Analyse des modes de défaillances et de leurs effets. Cette étude a permis d'identifier les points faibles des systèmes RFID. Après cela et grâce à cette analyse, il nous a été possible de définir et d'implémenter un simulateur de systèmes RFID appelé SERFID, pour Simulation et Evaluation des systèmes RFID. Ce simulateur est capable de simuler différents systèmes RFID multi-équipements (HF ou UHF, normes actuellement implémentées : ISO15693 et EPC Classe 1 Génération 2), du tag au lecteur, en passant par le canal de communication permettant aux tags et aux lecteurs de communiquer. SERFID permet aussi de connecter les lecteurs simulés à des middlewares existants ou nouveau afin des les évaluer. Pour permettre l'évaluation de la sûreté de fonctionnement des systèmes RFID, SERFID permet l'injection de fautes dynamiquement au sein des tags, lecteurs ou du canal de communication permettant de simuler différentes défaillances pouvant apparaître : diminution de la qualité de la communication ou de l'alimentation du tag, erreurs au sein de la mémoire du tag, bruit... SERFID a été notamment utilisé pour simuler et observer le comportement de systèmes RFID HF et UHF face à du bruit et des perturbations dans le canal de communication entre le tag et le lecteur. Finalement, cette thèse propose une nouvelle méthode pour détecter les tags fautifs ou vieillissants dans les applications de logistiques. Cette méthode, non intrusive et en ligne, est basée sur l'observation des performances du système au cours de son fonctionnement : le logiciel de gestion analyse les résultats des différentes identifications. A partir du taux d'erreur de lecture par tag, et en le comparant aux taux de lecture par tag précédemment observés, cette méthode est capable de déterminer quel groupe de tags est fautif ou non. Cette méthode a été évaluée par expérimentation et par simulation grâce à SERFID. Cette évaluation a permis de mettre en évidence les points forts et les faiblesses de la méthode.

Les travaux présentés dans ce mémoire visent à s'assurer que la complexité des parties informatiques et électroniques de systèmes embarqués sur l'automobile ne conduise pas globalement à une dégradation de la sûreté de fonctionnement du véhicule par rapport à un véhicule équipé de commandes mécaniques. La tendance actuelle vers l'intégration des différents systèmes électroniques embarqués nous a conduit à comparer différents réseaux multiplexés du domaine d'automobile au niveau de leur sûreté de fonctionnement. C'est dans cette optique également que nous développons un spectre d'architectures qui nous permet d'illustrer, classifier et comparer différentes possibilités existantes entre une architecture entièrement fédérée à un bout du spectre et une architecture entièrement intégrée à l'autre. Après une comparaison qualitative des architectures présentées (avec un effet de loupe sur l'aspect coût), nous focalisons sur l'évaluation quantitative de leur sûreté de fonctionnement. Parmi les différentes techniques d'évaluation généralement employées nous choisissons la technique d'évaluation probabiliste par Réseaux de Petri Stochastiques Généralisés. L'originalité de la méthode réside dans le fait de modéliser les aspects fonctionnels indépendamment de l'architecture ainsi que de l'activation du véhicule. Nous définissons les mesures de sûreté de fonctionnement à l'aide d'un modèle fonctionnel dont les changements d'état sont dictés par un modèle du calculateur sous-jacent. Plusieurs architectures du calculateur sont modélisées sans changer le modèle fonctionnel. Les résultats obtenus pour deux fonctions, à savoir le coussin gonflable et la direction électronique, permettent en particulier de tirer des conclusions concernant le choix d'une architecture pour une fonction donnée.

Les mémoires non-volatiles de type Flash sont présentes dans un grand nombre de circuits visant des applications électroniques portatives. Leur non-volatilité et flexibilité en font des mémoires extrêmement populaires. Néanmoins, la fiabilité devient une caractéristique à améliorer en raison des besoins en surface grandissants et de leur intégration dans des applications sensibles. Des solutions de tolérance aux fautes peu coûteuses et faciles à intégrer doivent être mises en place. Tout d'abord, cette étude s'est portée sur l'analyse et l'étude de la fiabilité des Flash. Il fut l'occasion d'établir un modèle de fiabilité d'une cellule à grille flottante. Ce modèle a été ajusté suivant les paramètres issus d'une technologie Flash 180nm. Dans un second temps, deux techniques de tolérance aux fautes mêlant codes correcteurs d'erreurs et redondance ont été mises au point. La première technique, nommée correction d'erreurs par analyse de VT, fournit des capacités de correction accrues par l'analyse du niveau de programmation des cellules mémoire. Une étude mathématique puis une architecture de fiabilisation ont été proposées. Dans cette étude, on suppose que des ressources de redondance sont disponibles afin de réparer la mémoire lorsqu'une erreur est détectée. La seconde technique, appelée correction d'erreur hiérarchique, utilise des capacités de correction distribuées dans la mémoire Flash afin de réduire significativement le coût associé à une correction d'erreur avancée. Cette technique a été intégrée dans une architecture de fiabilisation disposant de ressources de redondance. Une étude basée sur les Chaines de Markov à Temps Continu a démontré l'efficacité de cette structure. Ces techniques constituent des solutions alternatives aux schémas standards utilisés dans l'industrie. Elles augmentent significativement le temps moyen à la défaillance du système sans faire exploser la surface requise à l'intégration une structure de tolérance<br />aux fautes.

Les systèmes autonomes suscitent aujourd'hui un intérêt croissant, que ce soit dans le domaine des robots d'exploration spatiale ou dans des domaines plus proches de l'homme, tels que les robots de service. Mais se pose le problème de leur sûreté de fonctionnement : peut-on avoir une confiance justifiée dans le comportement de systèmes conçus pour prendre des décisions sans intervention humaine ? L'objectif de cette thèse est de proposer des concepts architecturaux capables d'améliorer la sûreté de fonctionnement des systèmes autonomes, en particulier par la conception et le développement de mécanismes de tolérance aux fautes adaptés à la fonction de planification, centrale à l'autonomie des systèmes complexes. Une évaluation des performances et de l'efficacité des mécanismes proposés est réalisée en utilisant la technique d'injection de fautes par mutation.

L'objectif de ce travail est d'apporter une réponse quant à la robustesse des nouvelles technologies de modules de puissance pour l'application automobile et plus particulièrement les solutions micro-hybrides. Cette thèse, initiée par les travaux menés au sein du projet Européen PIDEA PEPPER, a permis la comparaison d'un point de vue de la durée de vie d'une technologie de report de puce nue classique d'une part et de celle par échauffement local rapide, élaborée dans le cadre de ce projet d'autre part. En s'appuyant sur ces résultats, il a été possible, par la suite, d'extrapoler ce travail afin de l'adapter aux exigences des futures modules de puissance comprenant une évacuation double face. Finalement, une comparaison des deux solutions d'un point de vue de la durée de vie a été réalisée.