Les environnements d’informatique en nuage sont des environnements hétérogènes et dynamiques, ce qui les rend complexes à sécuriser. Dans cette thèse, nous proposons un langage et une architecture permettant d’exprimer et d’appliquer des propriétés de sécurité dans un environnement en nuage. Le langage permet à un client de l’informatique en nuage d’exprimer des besoins de sécurité sans préciser comment ils seront appliqués. Le langage se base sur des contextes abstrayant les ressources et des propriétés correspondant aux besoins de sécurité. Les propriétés sont ensuite appliquées en utilisant les mécanismes de sécurité disponibles (tels que SELinux, PAM, iptables ou firewalld) via une architecture autonome. Cette architecture permet d’abstraire et de réutiliser les capacités de sécurité des mécanismes existants. Une propriété de sécurité est ainsi définie comme une combinaison de capacités et peut être appliquée grâce à la collaboration de plusieurs mécanismes. Les mécanismes sont alors automatiquement configurés en accord avec les propriétés établies par l’utilisateur. L’architecture dispose aussi d’un système d’assurance qui lui permet de détecter une défaillance d’un mécanisme ou une erreur d’application. L’architecture peut ainsi répondre aux problèmes rencontrés, par exemple en ré-appliquant des propriétés avec d’autres mécanismes. De plus, le système d’assurance fournit une évaluation de l’application des propriétés. La thèse propose ainsi un système autonome d’application et d’assurance de la sécurité dans des environnements hétérogènes. / Cloud environnements are heterogeneous and dynamic, which makes them difficult to protect. In this thesis, we introduce a language and an architecture that can be used to express and enforce security properties in a Cloud. The language allows a Cloud user to express his security requirements without specifying how they will be enforced. The language is based on contexts (to abstract the resources) and properties (to express the security requirements). The properties are then enforced through an autonomic architecture using existing and available security mechanisms (such as SELinux, PAM, iptables, or firewalld). This architecture abstracts and reuses the security capabilities of existing mechanisms. A security property is thus defined by a combination of capabilities and can be enforced through the collaboration of several mechanisms. The mechanisms are then automatically configured according to the user-defined properties. Moreover, the architecture offers an assurance system to detect the failure of a mechanism or an enforcement error. Therefore, the architecture can address any problem, for instance by re-applying a property using different mechanisms. Lastly, the assurance system provides an evaluation of the properties enforcement. This thesis hence offers an autonomic architecture to enforce and assure security in Cloud environnements.

Les offres de l’informatique en nuage augmentent de plus en plus et les clients ne sont pas capables de lescomparer afin de choisir la plus adaptée à leurs besoins. De plus, les garanties de sécurité proposées parles fournisseurs restent incompréhensibles pour les clients. Cela représente un frein pour l'adoption dessolutions de l’informatique en nuage.Dans cette thèse, nous proposons un mécanisme de courtage des services de l’informatique en nuage quiprend en compte les besoins du client en termes de sécurité.Les besoins exprimés par le client sont de deux natures. Les besoins fonctionnels représentent lesressources et leurs performances. Les besoins non-fonctionnels représentent les propriétés de sécurité etles contraintes de placement des ressources dans le nuage informatique. Nous utilisons le langage Alloypour décrire les offres et les besoins. Nous utilisons l'analyseur Alloy pour l'analyse et la vérification desspécifications du client. Le courtier sélectionne les fournisseurs qui satisfont les besoins fonctionnels et nonfonctionnelsdu client. Il vérifie ensuite, que la configuration du placement des ressources chez lesfournisseurs respecte toutes les propriétés de sécurité exigées par le client.Toutes ces démarches sont effectuées avant le déploiement des ressources dans le nuage informatique.Cela permet de détecter les erreurs et conflits des besoins du client tôt. Ainsi, on réduit les vulnérabilités desressources du client une fois déployées. / The number of cloud offerings increases rapidly. Therefore, it is difficult for clients to select the adequate cloud providers which fit their needs. In this thesis, we introduce a cloud service brokerage mechanism that considers the client security requirements. We consider two types of the client requirements. The amount of resources is represented by the functional requirements. The non-functional requirements consist on security properties and placement constraints. The requirements and the offers are specified using the Alloy language. To eliminate inner conflicts within customers requirements, and to match the cloud providers offers with these customers requirements, we use a formal analysis tool: Alloy. The broker uses a matching algorithm to place the required resources in the adequate cloud providers, in a way that fulfills all customer requirements, including security properties. The broker checks that the placement configuration ensures all the security requirements. All these steps are done before the resources deployment in the cloud computing. This allows to detect the conflicts and errors in the clients requirements, thus resources vulnerabilities can be avoided after the deployment.

Certaines opérations de maintenance sur sites industriels nécessitent une planification à partir de modèles numériques 3D des scènes où se déroulent les interventions. Pour permettre la simulation de ces opérations, les modèles 3D utilisés doivent représenter fidèlement la réalité du terrain. Ces représentations virtuelles sont habituellement construites à partir de nuages de points relevés sur le site, constituant une description métrologique exacte de l’environnement sans toutefois fournir une description géométrique de haut niveau.Il existe une grande quantité de travaux abordant le problème de la reconstruction de modèles 3D à partir de nuages de points, mais peu sont en mesure de fournir des résultats suffisamment fiables dans un contexte industriel et cette tâche nécessite en pratique l’intervention d’opérateurs humains.Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse visent l’automatisation de la reconstruction,avec comme principal objectif la fiabilité des résultats obtenus à l’issu du processus. Au vu de la complexité de ce problème, nous proposons d’exploiter des connaissances et données a priori pour guider la reconstruction. Le premier a priori concerne la compositiondes modèles 3D : en Conception Assistée par Ordinateur (CAO), les scènes industrielles sont couramment décrites comme des assemblages de primitives géométriques simples telles que les plans, sphères, cylindres, cônes, tores, etc. Nous hiérarchisons l’analyse en traitant dans un premier temps les plans et les cylindres, comme un préalable à la détection de stores. On obtient ainsi une description fiable des principaux composants d’intérêt dans les environnements industriels. Nous proposons en outre d’exploiter un certain nombre de règles régissant la manière dont ces primitives s’assemblent en un modèle CAO, basées surdes connaissances ”métier” caractérisant les scènes industrielles que nous traitons. De plus,nous tirons parti d’un modèle CAO existant d´ecrivant une scène similaire à celle que nous souhaitons reconstruire, provenant typiquement de la reconstruction antérieure d’un site semblable au site d’intérêt. Bien que semblables en théorie, ces scènes peuvent présenterdes différences significatives qui s’accentuent au cours de leur exploitation.La méthode que nous développons se fonde sur une formulation Bayésienne du problème de reconstruction : il s’agit de retrouver le modèle CAO le plus probable vis à visdes différentes attentes portées par les données et les a priori sur le modèle à reconstruire. Les diverses sources d’a priori s’expriment naturellement dans cette formulation. Pour permettre la recherche du modèle CAO optimal, nous proposons une approche basée surdes tentatives d’insertion d’objets générés aléatoirement. L’acceptation ou le rejet de ces objets repose ensuite sur l’am´elioration systématique de la solution en cours de construction. Le modèle CAO se construit ainsi progressivement, par ajout et suppression d’objets, jusqu’à obtention d’une solution localement optimale. / 3D models are often used in order to plan the maintenance of industrial environments.When it comes to the simulation of maintenance interventions, these 3D models have todescribe accurately the actual state of the scenes they stand for. These representationsare usually built from 3D point clouds that are huge set of 3D measurements acquiredin industrial sites, which guarantees the accuracy of the resulting 3D model. Althoughthere exists many works addressing the reconstruction problem, there is no solution toour knowledge which can provide results that are reliable enough to be further used inindustrial applications. Therefore this task is in fact handled by human experts nowadays.This thesis aims at providing a solution automating the reconstruction of industrialsites from 3D point clouds and providing highly reliable results. For that purpose, ourapproach relies on some available a priori knowledge and data about the scene to beprocessed. First, we consider that the 3D models of industrial sites are made of simpleprimitive shapes. Indeed, in the Computer Aided Design (CAD) field, this kind of scenesare described as assemblies of shapes such as planes, spheres, cylinders, cones, tori, . . . Ourown work focuses on planes, cylinders and tori since these three kind of shapes allow thedescription of most of the main components in industrial environment. Furthermore, weset some a priori rules about the way shapes should be assembled in a CAD model standingfor an industrial facility, which are based on expert knowledge about these environments.Eventually, we suppose that a CAD model standing for a scene which is similar to theone to be processed is available. This a priori CAO model typically comes from the priorreconstruction of a scene which looks like the one we are interested in. Despite the factthat they are similar theoretically, there may be significant differences between the sitessince each one has its own life cycle.Our work first states the reconstruction task as a Bayesian problem in which we haveto find the most probable CAD Model with respect to both the point cloud and the a prioriexpectations. In order to reach the CAD model maximizing the target probability, wepropose an iterative approach which improves the solution under construction each time anew randomly generated shape is tried to be inserted in it. Thus, the CAD model is builtstep by step by adding and removing shapes, until the algorithm gets to a local maximumof the target probability.

Nous nous situons toujours «aux frontières de» pour contempler : devant une porte, une fenêtre, un cadre, un espace ou un miroir. Ma réflexion commence à partir de ma fenêtre, mon espace intime. « Aux frontières du virtuel : depuis ma fenêtre » nous incite à tenter de découvrir où se cache la gravité des choses, où se situe l'essence même des choses où leur «existence pure», à travers la notion de virtuel si difficilement perceptible. Cette thèse s'articule en trois grandes parties : Virtualité espace interne et externe ; Virtualité : l'apparition par-delà : photographies et reflets dans l’art ; Virtualité : au-delà de la disparition. Dans la philosophie orientale (Taoïsme et Bouddhisme) et la philosophie occidentale, la notion de virtuel concerne tous les phénomènes universels qui nous entourent, y compris ce qui a trait à notre propre regard ou à notre esprit. Elle évoque quelques concepts contradictoires : «le visible et l’invisible», «la présence et l’absence», «l’apparition et la disparition», «l’émergence et l’évanescence», etc. Elles les lie l’un et l’autre comme les deux faces d’une même monnaie. En Orient, le virtuel peut se retrouver dans la notion de vide qui est intimement liée à celle d'existence, comme cette recherche qui concerne ce qui n’est pas toujours visible, peu souvent perceptible par un regard. Dans la peinture Shansuie, le vide peut signifier un nuage, le vent ou l’eau. Nous nous situons toujours dans une transition temporelle ou un passage physique où il est difficile de percevoir ce qui va apparaitre et ce qui est présent, face à nous. / We always situate "the borders" to contemplate: a front door, a window, a frame, a space or a mirror. My reflection starts from my window, my intimate space. "In the virtual borders: from my window'' drives us to try to find out where things gravity hiding or is the essence of things or their "pure existence" through the concept of virtual which is hardly noticeable. This thesis has three main parts: Virtuality: internal and external space; Virtuality: the appearance beyond: photographs and reflections in the art; virtuality beyond the disappearance. In Eastern philosophy (Buddhism and Taoism) and Western philosophy, the concept of virtual respect all universal phenomena around us, including respect to our own eyes or mind. It evokes some conflicting concepts: "the visible and the invisible", "the presence and absence", "The appearance and disappearance", "the emergence and evanescence" etc. It binds both of them as two sides of the same coin. In the Eastern countries, the virtual can be found in the vacuum concept which is intimately linked to that of existence, as this research regarding what is not always visible, rarely discernible by eye. In painting Shan shui, the vacuum may mean a cloud, wind or water. We always situate in a time of transition or a physical place where it is difficult to see what will appear and what is present, facing us.

La consommation énergétique des centres de calculs et de données, aussi appelés « data centers », représentait 2% de la consommation mondiale d'électricité en 2012. Leur nombre est en augmentation et suit l'évolution croissante des objets connectés, services, applications, et des données collectées. Ces infrastructures, très consommatrices en énergie, sont souvent sur-dimensionnées et les serveurs en permanence allumés. Quand la charge de travail est faible, l'électricité consommée par les serveurs inutilisés est gaspillée, et un serveur inactif peut consommer jusqu'à la moitié de sa consommation maximale. Cette thèse s'attaque à ce problème en concevant un data center ayant une consommation énergétique proportionnelle à sa charge. Nous proposons un data center hétérogène, nommé BML pour « Big, Medium, Little », composé de plusieurs types de machines : des processeurs très basse consommation et des serveurs classiques. L'idée est de profiter de leurs différentes caractéristiques de performance, consommation, et réactivité d'allumage, pour adapter dynamiquement la composition de l'infrastructure aux évolutions de charge. Nous décrivons une méthode générique pour calculer les combinaisons de machines les plus énergétiquement efficaces à partir de données de profilage de performance et d'énergie acquis expérimentalement considérant une application cible, ayant une charge variable au cours du temps, dans notre cas un serveur web.Nous avons développé deux algorithmes prenant des décisions de reconfiguration de l'infrastructure et de placement des instances de l'application en fonction de la charge future. Les différentes temporalités des actions de reconfiguration ainsi que leur coûts énergétiques sont pris en compte dans le processus de décision. Nous montrons par simulations que nous atteignons une consommation proportionnelle à la charge, et faisons d'importantes économies d'énergie par rapport aux gestions classiques des data centers. / The increasing number of data centers raises serious concerns regarding their energy consumption. These infrastructures are often over-provisioned and contain servers that are not fully utilized. The problem is that inactive servers can consume as high as 50% of their peak power consumption.This thesis proposes a novel approach for building data centers so that their energy consumption is proportional to the actual load. We propose an original infrastructure named BML for "Big, Medium, Little", composed of heterogeneous computing resources : from low power processors to classical servers. The idea is to take advantage of their different characteristics in terms of energy consumption, performance, and switch on reactivity to adjust the composition of the infrastructure according to the load evolutions. We define a generic methodology to compute the most energy proportional combinations of machines based on hardware profiling data.We focus on web applications whose load varies over time and design a scheduler that dynamically reconfigures the infrastructure, with application migrations and machines switch on and off, to minimize the infrastructure energy consumption according to the current application requirements.We have developed two different dynamic provisioning algorithms which take into account the time and energy overheads of the different reconfiguration actions in the decision process. We demonstrate through simulations based on experimentally acquired hardware profiles that we achieve important energy savings compared to classical data center infrastructures and management.

Au cours de ces dernières décennies, le développement de Systèmes Mobiles de Cartographie, soutenu par un progrès technologique important, est devenu plus apparent. Il a été stimulé par le besoin grandissant de collecte d'informations géographiques précises sur l'environnement. Nous considérons, au sein de cette thèse, des solutions pour l'acquisition des nuages de points mobiles de qualité topographique (précision centimétrique). Il s'agit, dans cette tâche, de mettre au point des méthodes de qualification des données, et d'en améliorer sur les erreurs systématiques par des techniques d'étalonnage et de recalage adéquates.Nous décrivons une démarche innovante d'évaluation de l'exactitude et/ou de la précision des relevés laser mobiles. Celle-ci repose sur l'extraction et la comparaison des entités linéaires de la scène urbaine. La distance moyenne calculée entre les segments appariés, étant la distance modifiée de Hausdorff, sert à noter les nuages par rapport à des références existantes. Pour l'extraction des arêtes, nous proposons une méthode de détection d'intersections entre segments plans retrouvés via un algorithme de RANSAC enrichi d'une analyse de composantes connexes. Nous envisageons également une démarche de correction de relevés laser mobiles à travers un recalage rigide fondé, lui aussi, sur les éléments linéaires. Enfin, nous étudions la pertinence des segments pour en déduire les paramètres de l'étalonnage extrinsèque du système mobile. Nous testons nos méthodes sur des données simulées et des données réelles acquises dans le cadre du projet TerraMobilita. / Over the past few decades, the development of land-based Mobile Mapping Systems (MMS), supported by significant technological progress, has become more prominent. It has been motivated by the growing need for precise geographic information about the environment. In this thesis, we consider approaches for the acquisition of mobile point clouds with topographic quality (centimeter-level accuracy). The aim is to develop techniques for data quality assessment and improvement. In particular, we eliminate the systematic errors inherent to an MMS data using appropriate calibration and registration methods.We describe a novel approach to assess the accuracy and/or the precision of mobile laser point clouds. It is based on the extraction and comparison of line features detected within the urban scene. The computed average distance between corresponding pairs of line segments, taking advantage of a modified Hausdorff distance, is used to evaluate the MMS data with respect to a reference data set. For edge extraction, we propose a method which relies on the intersections between planes modelled via the RANSAC algorithm refined by an analysis of connected components. We also consider an approach to correct point clouds using a line-based rigid registration method. Finally, we study the use of line segments for estimating the boresight angles of a land-based mobile mapping system. We apply our methods to synthetic data and to real data acquired as part of the TerraMobilita project.

Depuis leur découverte en 1912, l'origine des rayons cosmiques, composés à 90% de protons, n'est toujourspas connue. Les vestiges de supernovae sont de bons candidats à la production des rayons cosmiquesgalactiques.Pour étudier les sites de production des protons, sensibles aux champ magnétiques, nous nousappuyons sur les rayons gamma (neutres et stables).L'onde de choc créée par l'explosion de la supernova se propage dans un milieu interstellairedense, les nuages moléculaires, pouvant être concidéré comme une cible pour les protons accélérés.L'objectif de ce travail est de rechercher des sites d'émission gamma en coïncidence avec des vestiges etdes nuages moléculaires.Nous avons utilisé pour cela les données du télescope spatial Fermi-LAT et du télescopes au solH.E.S.S.L'analyse conjointe des données a permis de tirer profit des points forts de chaque intrument.La production d'images de la région du ciel étudié est primordiale en astronomie.Nous avons tenté d'améliorer la production des images obtenues avec l'imageur H.E.S.S. en proposant uneméthode de lissage différente de celle employée actuellement. / Since their discovery in 1912, the cosmic rays origin is still unknown.Supernovae remnants (SNR) are good candidates to product Galactic cosmic rays.Because protons are sensitive to magnetic field, we lean on gamma rays, neutrals and stables particles.The shock wave of the SNR go through the interstellar medium which can be dense: the molecular clouds.They can be seen as target for accelerated protons.The objective of this work is to search for gamma-ray emission in coincidence with remnants and molecularclouds.We analysed data from Fermi-LAT space telescope and H.E.S.S., a Tcherenkov ground based telescope.The data joined analysis allow us to get the strong point out of each instrument.The sky view produced from the data is very important in astronomy.We tryied to improve the smoothing method of the images performed in H.E.S.S. analysis.

Cette thèse propose des modèles cartographiques à grande échelle d'environnements urbains et ruraux à l'aide de données en 3D acquises par plusieurs robots. La mémoire contribue de deux manières principales au domaine de recherche de la cartographie. La première contribution est la création d'une nouvelle structure, CoMapping, qui permet de générer des cartes 3D de façon collaborative. Cette structure s’applique aux environnements extérieurs en ayant une approche décentralisée. La fonctionnalité de CoMapping comprend les éléments suivants : Tout d’abord, chaque robot réalise la construction d'une carte de son environnement sous forme de nuage de points.Pour cela, le système de cartographie a été mis en place sur des ordinateurs dédiés à chaque voiture, en traitant les mesures de distance à partir d'un LiDAR 3D se déplaçant en six degrés de liberté (6-DOF). Ensuite, les robots partagent leurs cartes locales et fusionnent individuellement les nuages de points afin d'améliorer leur estimation de leur cartographie locale. La deuxième contribution clé est le groupe de métriques qui permettent d'analyser les processus de fusion et de partage de cartes entre les robots. Nous présentons des résultats expérimentaux en vue de valider la structure CoMapping et ses métriques. Tous les tests ont été réalisés dans des environnements extérieurs urbains du campus de l’École Centrale de Nantes ainsi que dans des milieux ruraux. / This thesis proposes large-scale mapping model of urban and rural environments using 3D data acquired by several robots. The work contributes in two main ways to the research field of mapping. The first contribution is the creation of a new framework, CoMapping, which allows to generate 3D maps in a cooperative way. This framework applies to outdoor environments with a decentralized approach. The CoMapping's functionality includes the following elements: First of all, each robot builds a map of its environment in point cloud format.To do this, the mapping system was set up on computers dedicated to each vehicle, processing distance measurements from a 3D LiDAR moving in six degrees of freedom (6-DOF). Then, the robots share their local maps and merge the point clouds individually to improve their local map estimation. The second key contribution is the group of metrics that allow to analyze the merging and card sharing processes between robots. We present experimental results to validate the CoMapping framework with their respective metrics. All tests were carried out in urban outdoor environments on the surrounding campus of the École Centrale de Nantes as well as in rural areas.

Dans un contexte où nous produisons de plus en plus de données personnelles et où nous contrôlons de moins en moins comment et par qui elles sont utilisées, une nouvelle manière de les gérer voit le jour: le « nuage personnel ». En partenariat avec la jeune pousse française Cozy Cloud (https://cozy.io) qui développe une telle technologie, nous définissons à travers ces travaux une manière collaborative d'interroger ces nuages personnels qui respecte la vie privée des utilisateurs.Pour y parvenir nous détaillons dans cette thèse trois contributions : (1) un ensemble de quatre prérequis que tout protocole doit respecter dans ce contexte particulier : l'aléa imposé qui empêche un attaquant d'influencer le déroulement de l'exécution, la dispersion des connaissances qui assure qu'aucun participant ne possède trop d'informations, l'atomicité des tâches qui diminue au maximum le rôle joué par chaque participant directement impliqué dans l'exécution et les communications cachées pour protéger l'identité des participants et les informations échangées ; (2) SEP2P un protocole se basant sur une table de hashage distribuée et CSAR, un protocole permettant de générer un nombre aléatoire, afin de générer une liste aléatoire et vérifiable d'acteurs en accord avec le premier prérequis ; et (3) DISPERS un protocole qui applique les trois derniers prérequis et découpe l'exécution d'une requête de sorte à minimiser les informations accédées par chaque acteur pour minimiser l'impact d'une fuite au cas où un attaquant aurait été sélectionné parmi ces mêmes acteurs. / In a context where we produce more and more personal data and where we control less and less how and by whom they are used, a new way of managing them is on the rise: the "personal cloud". In partnership with the french start-up Cozy Cloud (https://cozy.io) that is developing such technology, we propose through this work a way of collaboratively querying the personal clouds while preserving the privacy of the users.We detail in this thesis three contributions to achieve this objective: (1) a set of four requirements any protocol has to respect in this particular context: imposed randomness to prevent an attacker from influencing the execution of a query, knowledge dispersion to prevent any node from concentrating information, task atomicity to split the execution in as many independent tasks as necessary and hidden communications to protect the identity of the participants as well as the content of their communications; (2) SEP2P a protocol leveraging a distributed hash table and CSAR, another protocol that generates a verifiable random number, in order to generate a random and verifiable list of actors in accordance with the first requirement; and (3) DISPERS a protocol that applies the last three requirements and splits the execution of a query so as to minimize the impact of a leakage (in case an attacker was selected as actor) by providing to each actor the minimum amount of information it needs in order to execute its task.

Enterprise wide area network (WAN) is a private network that connects the computers and other devices across an organisation's branch locations and the data centers. It forms the backbone of enterprise communication. Currently, multiprotocol label switching (MPLS) is commonly used to provide this service. As a recent alternative to MPLS, software-dened wide area networking (SD-WAN) solutions are being introduced as an IP based cloud-networking service for enterprises. SD-WAN virtualizes the networking service and eases the complexity of conguring and managing the enterprise network by moving these tasks to software and a central controller. The introduction of new technologies causes concerns about their security. Also, this new solution is introduced as a replacement for MPLS, which has been considered secure and has been in use for more than 16 years. Thus, there is a need to analyze the security of SD-WAN, which is the goal of this thesis. In this thesis, we perform a security analysis of a commercial SD-WAN solution, by finding its various attack surfaces, associated vulnerabilities and design weaknesses. We choose Nuage VNS, an SD-WAN product provided by Nuage Networks, as the analysis target. As a result, many attack surfaces and security weaknesses were found and reported, especially in the Customer Premises Equipment (CPE). In particular, we found vulnerabilities in the CPE's secure bootstrapping method and demonstrated some attacks by exploiting them. Finally, we propose mitigation steps to avoid the attacks. The results of this thesis will help both the service provider and the SD-WAN solution vendor to know about the attack surfaces and weaknesses of SD-WAN before o ering it to their customers. We also help in implementing the temporary countermeasures to mitigate the attacks. The results have been presented to the service provider and the vendor of the SD-WAN product.