Cette thèse a pour thème la contribution à lélaboration de méthodologies et doutils daide à la conception de systèmes multi-technologiques. Ces travaux de recherche et de développement s'inscrivent dans le cadre dun projet européen portant sur la simulation basée sur les spécifications et les indicateurs de performance au regard des effets thermiques et électriques. L'objectif est de créer une plate-forme de modélisation permettant de voir les modèles certifiés et de répondre aux critères fixés en se concentrant sur la fonction, le comportement et la structure, et la physique du composant. Cette plate-forme met en oeuvre des procédures (langage VHDL-AMS, méthodologies, ) et des ressources (outils de CAO, bibliothèques, ). Une telle plate-forme repose sur des bases conceptuelles alliant méthodes de conception (approches descendante et ascendante) et méthodes de modélisation (fonctionnelle, comportementale et structurelle, physique).

Les stratégies de Recherche et Développement (R&D) au sein des entreprises s'orientent aujourd'hui vers l'amélioration de la productivité du processus de développement des produits mécaniques. L'implication des différents acteurs métiers, dans toutes les phases de développement, devient critique pour maintenir les facteurs de compétitivité. Ce constat est en cohérence avec la récente stratégie de gestion du cycle de vie des produits (PLM), qui propose une gestion intégrée de l'ensemble des informations et des processus liés au produit, sur la totalité de son cycle de vie, dans un contexte d'entreprise étendue. Des approches, qualifiées d' " ingénierie intégrée " et " concourante ", ont émergées au carrefour des approches de conception routinière et conception innovante. Ceci a permis l'intégration des contraintes des métiers situés en aval, au plus tôt dans les processus de développement. Ce travail de thèse s'inscrit dans les domaines de la conception intégrée et de la gestion des informations techniques, plus particulièrement centrée sur le couple des informations produit-process. Celui-ci consiste à la mise en place d'une méthodologie baptisé Fabrication Based On Knowledge (FaBK) visant à aider le développement des produits, à l'aide des applications de Knowledge Based Engineering (KBE) dans une démarche de conception orientée pour la fabrication (DFM). Nous avons réalisé des expérimentations au sein d'une entreprise du secteur automobile, afin de valider notre proposition de méthodologie sur des produits tels que des conduits d'air d'un véhicule, et des procédés de fabrication tels que la soudure plastique.

Les systèmes complexes actuels (cockpits, contrôle de trafic aérien, pilotage de drones,...) amènent les opérateurs à gérer un ensemble de tâches évoluant dynamiquement dans le temps, et imposent des changements fréquents de situation au cours d'une même mission. Ces transitions entre contextes (provoqués par l'ajout, le retrait, l'interruption ou la récupération d'une tâche) peuvent induire une rupture de la conscience de situation (Situation Awareness) de l'opérateur. Dans le cadre de cette thèse, nous introduisons la méthodologie SAMANTA (Situation Awareness Modeling and ANalysis for Transition Amelioration). Celle-ci, mise en oeuvre par les experts en charge de l'analyse et de la conception de futurs systèmes, contribue à l'étude et la résolution des difficultés engendrées par de telles transitions. Le processus d'analyse des transitions proposé s'appuie sur une approche duale de description des transitions à travers la modélisation des tâches, et des éléments de situation associés à chacune d'entre elles (les contextes). Les caractéristiques des transitions ainsi obtenues sont utilisées par l'analyste afin d'émettre des recommandations sur les interfaces du système considéré. Les utilisateurs (opérateurs de systèmes et experts du domaine) sont intégrés aux étapes clés du processus de conception. Un outil dédié a été développé dans le cadre de cette thèse dans le but de faciliter la mise en oeuvre de la méthodologie SAMANTA par les analystes. Une application concrète à la conception de futurs systèmes de drone est présentée, développant l'étude de deux transitions spécifiques.

Les systèmes complexes actuels (cockpits, contrôle de trafic aérien, pilotage de drones,...) amènent les opérateurs à gérer un ensemble de tâches évoluant dynamiquement dans le temps, et imposent des changements fréquents de situation au cours d'une même mission. Ces transitions entre contextes (provoqués par l'ajout, le retrait, l'interruption ou la récupération d'une tâche) peuvent induire une rupture de la conscience de situation (Situation Awareness) de l'opérateur. Dans le cadre de cette thèse, nous introduisons la méthodologie SAMANTA (Situation Awareness Modeling and ANalysis for Transition Amelioration). Celle-ci, mise en oeuvre par les experts en charge de l'analyse et de la conception de futurs systèmes, contribue à l'étude et la résolution des difficultés engendrées par de telles transitions. Le processus d'analyse des transitions proposé s'appuie sur une approche duale de description des transitions à travers la modélisation des tâches, et des éléments de situation associés à chacune d'entre elles (les contextes). Les caractéristiques des transitions ainsi obtenues sont utilisées par l'analyste afin d'émettre des recommandations sur les interfaces du système considéré. Les utilisateurs (opérateurs de systèmes et experts du domaine) sont intégrés aux étapes clés du processus de conception. Un outil dédié a été développé dans le cadre de cette thèse dans le but de faciliter la mise en oeuvre de la méthodologie SAMANTA par les analystes. Une application concrète à la conception de futurs systèmes de drone est présentée, développant l'étude de deux transitions spécifiques.

Le paradigme de production et consommation de masse basé sur la vente de produits physiques est actuellement remis en cause du fait de la forte concurrence et des impacts environnementaux engendrés. En ce sens, une économie basée sur les services émerge. Le client n'achète plus un produit physique, mais va payer pour une utilisation ou un résultat fourni par un système global composé de produits et de services. Par conséquent, les concepteurs de produits physiques doivent aujourd'hui revoir la manière dont ils conçoivent ces nouveaux systèmes et en particulier les objets physiques impliqués dans ces systèmes. Ce travail de thèse a conduit à la proposition d'une méthodologie de conception permettant de structurer le développement du système produit-service global vers la conception détaillée des objets physiques impliqués dans ces solutions. Des représentations dérivées de l'analyse fonctionnelle ainsi que la mise en place de scénarios de fonctionnement permettent de décrire l'organisation globale des éléments du système. Cette organisation est modélisée par l'intermédiaire des boucles de conception au sein du bloc diagramme fonctionnel du système. Enfin, la mise en place d'une évaluation basée sur les boucles de conception permet aux concepteurs de s'assurer qu'ils répondent aux performances attendues par le client en faisant le lien entre les paramètres des objets physiques et les unités de service du système.

Les travaux de cette thèse portent sur la méthodologie de conception des Machines Synchrones à Aimants Permanents (MSAP) avec pour application le véhicule électrique. Dans une première partie, nous avons abordé du contexte de l'étude et de la problématique du dimensionnement. A l'occasion, nous avons montré qu'il est nécessaire d'adopter une méthodologie de design appropriée en fonction de l'avancement de chaque projet dans le cadre du processus de conception. Nous avons alors proposé différents niveaux de modélisation afin de repérer la machine optimale face au cahier des charges pour ensuite la caractériser plus finement et l'optimiser. La seconde partie du rapport traite donc de la modélisation et de l'optimisation de la MSAP. En premier lieu, un modèle analytique permet d'évaluer les performances globales des centaines de machines très rapidement. Ce premier calcul permet de sélectionner les meilleures machines à l'application pour ensuite les optimiser. Puis, le second niveau de modélisation se base sur les réseaux de réluctances. Ce niveau plus fin permet d'une part de retrouver les performances affinées des MSAP et également de procéder à l'optimisation. Enfin, la dernière partie du rapport est consacrée à l'optimisation de la MSAP en vue d'améliorer grandement les performances et de satisfaire au mieux au cahier des charges.

Prenant appui sur une méthodologie d'enquête, de conceptualisation et de développement itérative - la Théorie Ancrée - notre recherche sur l'instrumentation informatique des annotations et des pratiques d'écriture professionnelles nous a permis de développer des concepts, un modèle et un prototype informatique originaux pour le support de l'organisation des soins en cancérologie. Pour mener à bien ce travail itératif de modélisation, nous nous sommes inspirés des pratiques d'écriture des soignants que nous avons observées durant plusieurs années dans un hôpital en cancérologie. Cette étude qualitative a été complétée par un état de l'art pluridisciplinaire. Ce travail d'articulation entre différents domaines scientifiques, enquête et confrontation aux acteurs du terrain nous a permis de développer les concepts de pratique annotative et d'écriture heuristique considérés comme constitutifs du travail d'organisation des soins. Ces pratiques permettent aux soignants d'appréhender leurs environnements de travail complexes, et de gérer efficacement les dynamiques et les variétés de situations et de prise en charge des patients. La caractérisation de ces pratiques nous a permis de développer un modèle informatique simple, robuste et ouvert, mais surtout ancré dans le terrain de recherche et dans les pratiques soignantes. Ce prototype grâce notamment aux contextes d'affichage diversifiés des réseaux d'annotation qu'il autorise, grâce à sa flexibilité et son évolutivité, permet effectivement d'adresser la question du support du travail collectif d'organisation des soins en cancérologie, autant qu'il est prometteur pour d'autres contextes d'exploitation. / Our research about computerized equipment of annotations and professional writing practices has articulated Computer Sciences and Communication and Information Sciences in order for us to develop a software prototype for the support of organisation of care in oncology thanks to an empirical and longitudinal study. This articulation has relied on 4 years long of multimodal ethnography, a conceptualization based upon Grounded Theory rules, a model and a software development that we iteratively conduct simultaneously with this qualitative inquiry. This original combination of methodologies from different domains has been remarkably rich to help us build a specific point of view about oncology hospital organizations, and about the accomplishment of care work and about patients' management in these complex professional organizations. The modern medical and hospital rationalizations, including ICT and e-health tools, are in the confluence of various movements that impact upon several elements of hospital organizations, and upon medical and care practices. We focused our study on the situated writing practices of caregivers and specifically on the richness of the materiality of writings that led us to question notions such as information systems, collective and distributed production of knowledge, and the documentary production cycles for the organization of activity. We are making the hypothesis that annotations can be opportunely considered as constitutive elements in the production of "organizational texts" that are in the core of the support of the organization and the realization of collective and individual work. Caregivers rely on these "organizational texts" that they build, actualize and stabilize thanks to what we call the "annotative practice" that enables them to apprehend their complex environments of work, and to handle the dynamics and the variety of situations and to manage patients. We will show how the characterization of this "annotative practice" helped us to develop a simple, robust and open software model. We will detail the iterative process between inquiry, analysis, conceptualizations and developments that led us to stabilize our model and our web prototype that implement this annotative practice. We will conclude our work by showing that this prototype, thanks to the numerous context displays of annotations networks, thanks to its flexibility and evolutivity achieves the support of the collective organization of patients' care in oncology, as much as it seems to be relevant in other exploitation context of collective organization of work.

La technologie CMOS a contribué au développement de l'industrie des semi-conducteurs. Cependant, au fur et à mesure que le noeud technologique est réduit, la technologie CMOS fait face à des défis importants liés à la dissipation dûe aux courants de fuite et aux effets du canal court. Pour résoudre ce problème, les chercheurs se sont intéressés à la spintronique ces dernières années, compte tenu de la possibilité de fabriquer des dispositifs de taille réduite et d'opérations de faible puissance. La jonction tunnel magnétique (MTJ) est l'un des dispositifs spintroniques les plus importants qui peut stocker des données binaires grâce à la Magnétorésistance à effet tunnel (TMR). En dehors des applications de mémoire non volatile, la MTJ peut également être utilisée pour combiner ou remplacer les circuits CMOS pour implémenter un circuit hybride, de façon à combiner une faible consommation d'énergie et des performances à grande vitesse. Cependant, le problème de la conversion fréquente de charge en spin dans un circuit hybride peut entraîner une importante consommation d'énergie, ce qui obère l'intérêt pour des circuits hybrides. Par conséquent, le concept ASL qui repose sur un pur courant de spin comme support de l'information est proposé pour limiter les conversions entre charge et spin, donc pour réduire la consommation d'énergie. La conception de circuits à base de dispositif ASL entraîne de nombreux défis liés à l'hétérogénéité qu'ils introduisent et à l'espace de conception étendu à explorer. Par conséquent, cette thèse se concentre sur l'écart entre les exigences d'application au niveau du système et la fabrication des nanodispositifs. Au niveau du dispositif, nous avons développé un modèle compact intégrant le STT, la TMR, les effets d'injection/accumulation de spin, le courant de breakdown des canaux et le délai de diffusion de spin. Validé par comparaison avec les résultats expérimentaux, ce modèle permet d'explorer les paramètres du dispositif liés à la fabrication, tels que les longueurs de canaux et les tailles de MTJ, et aide les concepteurs à éviter leur destruction. De plus, ce modèle, décrit avec Verilog-A sur Cadence et divisé en plusieurs blocs : injecteur, détecteur, canal et contact, permet une conception indépendante et une optimisation des circuits ASL qui facilitent la conception de circuits hiérarchiques et complexes. En outre, les expressions permettant le calcul de l'injection/accumulation de spin pour le dispositif ASL utilisé sont dérivées. Elles permettent de discuter des phénomènes expérimentaux observés sur les dispositifs ASL. Au niveau circuit, nous avons développé une méthodologie de conception de circuit/système, en tenant compte de la distribution des canaux, de l'interconnexion des portes et des différents rapports de courant d'injection provoqués par la diffusion de spin. Avec les spécifications et les contraintes du circuit/système, les fonctions booléennes du circuit sont synthétisées en fonction de la méthode de synthèse développée et des paramètres de niveau de fabrication : longueur des canaux, et tailles MTJ sont spécifiées. Basé sur cette méthodologie développée, les circuits combinatoires de base qui forment une bibliothèque de circuits sont conçus et évalués en utilisant le modèle compact développé. Au niveau du système, un circuit DCT, un circuit de convolution et un système Intel i7 sont évalués en explorant les problèmes d'interconnexion : la répartition de l'interconnexion entre les portes et le nombre de tampons inséré. Avec des paramètres théoriques, les résultats montrent que le circuit/système ASL peut surpasser le circuit/système basé sur CMOS. De plus, le pipeline du circuit basé sur ASL est discuté avec MTJ comme tampons insérés entre les étapes. La reconfigurabilité provoquée par les polarités/valeurs du courant d'injection et les états des terminaux de control des circuits ASL sont également discutés avec l'exploration reconfigurable des circuits logiques de base. / The CMOS technology has tremendously affected the development of the semi-conductor industry. However, as the technology node is scaled down, the CMOS technology faces significant challenges set by the leakage power and the short channel effects. To cope with this problem, researchers pay their attention to the spintronics in recent years, considering its possibilities to allow smaller size fabrication and lower power operations. The magnetic tunnel junction (MTJ) is one of the most important spintronic devices which can store binary data based on Tunnel MagnetoResistance (TMR) effect. Except for the non-volatile memory, MTJ can be also used to combine with or replace the CMOS circuits to implement a hybrid circuit, for the potential to achieve low power consumption and high speed performance. However, the problem of frequent spin-charge conversion in a hybrid circuit may cause large power consumption, which diminishes the advantage of the hybrid circuits. Therefore, the ASL concept which uses a pure spin current to transport the information is proposed for fewer charge-spin conversions, thus for less power consumption. The design of ASL device-based circuits leads to numerous challenges related to the heterogeneity they introduce and the large design space to explore. Hence, this thesis focus on filling the gap between application requirements at the system level and the device fabrication at the device level. In device level, we developed a compact model integrating the STT, the TMR, the spin injection/accumulation effects, the channel breakdown current and the spin diffusion delay. Validated by comparing with experimental results, this model allows exploring fabrication-related device parameters such as channel lengths and MTJ sizes and help designers to prevent from device damages. Moreover, programmed with Verilog-A on Cadence and divided into several blocks: injector, detector, channel and contact devices, this model allows the independent design and cross-layer optimization of ASL-based circuits, that eases the design of hierarchical, complex circuits. Furthermore, the spin injection/accumulation expressions for the used ASL device are derived, enabling to discuss the experimental phenomena of the ASL device. In circuit level, we developed a circuit/system design methodology, taking into account the channel distribution, the gate interconnection and the different injection current ratios caused by the spin diffusion. With circuit/system specifications and constraints, the boolean functions of a circuit are synthesized based on the developed synthesis method and fabrication-level parameters: channel lengths, MTJ sizes are specified. Based on this developed methodology, basic combinational circuits that form a circuit library are designed and evaluated by using the developed compact model. In system level, a DCT circuit, a convolution circuit and an Intel i7 system are evaluated exploring the interconnection issues: interconnection distribution between gates and inserted buffer count. With theoretical parameters, results show that ASL-based circuit/system can outperform CMOS-based circuit/system. Moreover, the pipelining schema of the ASL-based circuit is discussed with MTJ as latches inserted between stages. The reconfigurability caused by the injection current polarities/values and the control terminal states of ASL-based circuits are also discussed with the reconfigurable exploration of basic logic circuits.

Une plateforme de conception est une solution totale qui permet à une équipe de conception de développer un système sur puce. Une telle plateforme se compose d'un ensemble de bibliothèques et de circuits réutilisables (IPs), d'outils de CAO et de kits de conception en conformité avec les flots de conception et les méthodologies supportés. Les spécifications de ce type de plateforme offrent un large éventail d'informations, depuis des paramètres de technologie, jusqu'aux informations sur les outils. En outre, les développeurs de bibliothèque/IP ont des difficultés à obtenir les données nécessaires à partir ces spécifications en raison de leur informalité et complexité. Dans cette thèse, nous proposons des méthodologies, des flots et des outils pour formaliser les spécifications d'une plateforme de conception et les traiter. Cette description proposée vise à être utilisée comme une référence pour générer et valider les bibliothèques et les IPs. Nous proposons un langage de spécification basé sur XML (nommé LDSpecX). De plus, nous présentons une méthode basée sur des références pour créer une spécification fiable en LDSpecX et des mots-clés basés sur des tâches pour en extraire les données efficacement. A l'aide des solutions proposées, nous développons une plateforme de spécification. Nous développons une bibliothèque de cellules standard en utilisant cette plateforme de spécification. Nous montrons ainsi que notre approche permet de créer une spécification complète et cohérente avec une réduction considérable du temps. Cette proposition comble également l'écart entre les spécifications et le système automatique existant pour le développement rapide de bibliothèques/IPs. / A design platform (DP) is a total solution to build a System-On-Chip (SOC). DP consists of a set of libraries/IPs, CAD tools and design kits in conformity with the supported design flows and methodologies. The DP specifications provide a wide range of information from technology parameters like Process-Voltage-Temperature (PVT) corners to CAD tools’ information for library/IP development. However, the library/IP developers have difficulties in obtaining the desired data from the existing specifications due to their informality and complexity. In this thesis, we propose methodologies, flows and tools to formalize the DP specifications for their unification and to deal with it. The proposed description is targeting to be used as a reference to generate and validate libraries (standard cells, I/O, memory) as well as complex IPs (PLL, Serdes, etc.). First, we build a suitable data model to represent all required information for library/IP development and then propose a specification language named Library Development Specification based on XML (LDSpecX). Furthermore, we introduce a reference-based method to create a reliable specification in LDSpecX and task-based keywords to efficiently extract data from it. On the basis of the proposed solutions, we develop a specification platform. Experimentally, we develop a standard cell library from the specification creation to library validation by using the specification platform. We show that our approach enables to create a complete and consistent specification with a considerable reduction in time. It also bridges the gap between the specification and current automatic system for rapid library/IP development.

Depuis une quinzaine d'années, le véhicule électrique est redevenu une problématique importante dans le domaine du génie électrique. L'objectif est maintenant de concevoir de vrais véhicules électriques exploitant notamment la grande souplesse de gestion de cette énergie. Dans cette optique, nous nous sommes intéressé au moteur-roue car il présente plusieurs avantages, en particulier de compacité de la fonction motrice. Cependant la conception d'un tel système impose de très nombreuses contraintes. Entre autres, il faut modéliser le système dans sa globalité et réaliser un compromis entre la masse du moteur et son rendement afin d'optimiser l'autonomie du système. La structure de moteur-roue retenue dans ce travail est un moteur synchrone à aimants permanents Nd-Fe-B, à structure inversée, à forces électromotrices trapézoïdales et alimenté par un onduleur de tension produisant des créneaux de courant, car cette structure présente à la fois un fort couple massique mais aussi un bon rendement. Pour dimensionner ce système, nous avons proposé une procédure originale et efficace comportant deux phases : − une optimisation de structure sur la base de modèles analytiques ; − une validation du dimensionnement optimal à l'aide d'une analyse fine par des modèles numériques. L'approche globale (batterie, convertisseur et moteur) nécessite des modèles analytiques et numériques de l'ensemble du système dans les trois domaines magnétiques, électromécaniques et thermiques. La procédure d'optimisation utilise le logiciel Pascosma, développé par le Laboratoire d'Electrotechnique de Grenoble, pour programmer automatiquement un logiciel de dimensionnement du moteur-roue modélisé. Les modèles ont été validés sur des moteurs de puissances 30 kW et 200 W et la méthodologie de conception a permis l'amélioration d'un moteur d'assistance au pédalage intégré dans le moyeu d'une roue de vélo, nous avons pu diminuer la masse du moteur de près de 50 % tout en améliorant son rendement de trois points.