Les réseaux électriques sont des infrastructures critiques fortement interconnectées et dépendantes d'autres infrastructures essentielles pour assurer diverses activités humaines. Compte tenu ce rôle clef, le secteur électrique est, et continuera à l'être, une cible privilégiée pour les groupes terroristes. Pour palier à ces attaques terroristes, il est indispensable d'avoir une grande capacité d'anticipation, de moyens de réflexion lors des périodes d'accalmies, et une bonne gestion (de crise) de la part des exploitants. Ainsi, les aléas résultants des attaques terroristes doivent être pris en compte dans l'évaluation de la sécurité du réseau. Cette thèse présente une méthode basée sur l'évaluation du risque, ce qui permet aux exploitants et aux planificateurs d'estimer la sécurité du réseau en considérant l'occurrence d'actes malveillants. L'utilisation de l'inférence probabiliste et de la théorie de la possibilité, permet de prendre en considération les incertitudes liées à la dynamique terroriste ainsi que les incertitudes dues aux prévisions de charge et de production. Nous avons aussi étendu notre méthodologie aux actes de malveillance liés aux cyberattaques sur les systèmes de communication du réseau électrique qui peuvent affecter la sécurité de ce dernier. Les méthodes sont testées avec des réseaux test standards, en prenant comme exemple l'expérience de l'infrastructure électrique Colombienne, fortement menacée par les attaques terroristes.

Les réseaux de capteurs sans fil posent de nombreux défis de conception. Ils doivent en particulier capter les informations provenant de l'environnement, traiter les données acquises, recevoir et retransmettre celles-ci avec une durée de vie devant atteindre plusieurs dizaines d'années selon les applications, sans intervention extérieure. Il est donc nécessaire d'optimiser la consommation d'énergie à tous les niveaux. Ce travail propose de réduire la consommation d'énergie de la partie numérique d'un nœud de réseau grâce à l'utilisation de la logique asynchrone et de communications synchrones entre le logiciel le matériel. Par ailleurs, il est important de gérer dynamiquement la consommation en adaptant dynamiquement les tensions d'alimentation. Cet aspect est traité à l'échelle du système complet, au niveau matériel, grâce à la spécification d'un coprocesseur dédié, au niveau algorithmique et logiciel temps-réel ainsi qu'au niveau des interfaces de communication.

Dans le contexte actuel d'expansion rapide de l'Internet, la compréhension profonde des propriétés statistiques du trafic réseau est essentielle pour que les fournisseurs d'accès puisse offrir la meilleure "Qualité de Service" possible aux utilisateurs. Une avancée majeure dans cette direction a été la découverte en 1993 de l'auto-similarité du trafic, suivie en 1997 par le modèle ON/OFF qui interprète cette propriété par les tailles de fichiers à queue lourde. Bien qu'ils soient d'un grand intérêt, de tels modèles mathématiques s'appuient nécessairement sur des hypothèses simplificatrices qui peuvent en limiter l'applicabilité en situation réelle, en particulier du fait de la complexité du protocole TCP. Dans cette thèse, nous utilisons une approche hybride, basée sur la combinaison de traces de trafic réelles, d'expériences contrôlées et de modèles théoriques, pour aborder certaines questions ouvertes sur le trafic réseau et la Qualité de Service. Nos expériences utilisent une plate-forme contrôlable à grande échelle et un système performant de capture du trafic. Nous abordons dans un premier temps des questions liées au trafic agrégé : nous étendons les modèles existants de longue mémoire et nous proposons un estimateur du paramètre de queue lourde sous échantillonnage. Nous étudions ensuite empiriquement l'impact de la longue mémoire et des queues lourdes sur la Qualité de Service. Nous nous tournons enfin vers le trafic d'une seule source TCP et montrons, à l'aide d'un principe de grandes déviations, qu'il peut être finement caractérisé par une structure multifractale reliée au mécanisme de contrôle AIMD, et naturellement reproduite par des modèles markoviens.

Les réseaux cibles des applications distribuées ont connu une évolution significative ces dernières années, faisant apparaître un dynamisme croissant. Une première caractéristique des réseaux dynamiques est la volatilité, qui implique que certaines machines du réseau peuvent être amenées à ne plus participer à l'application, de façon temporaire ou définitive. Une autre caractéristique est apparue avec l'avènement de l'informatique mobile : dans un contexte où les machines sont mobiles et communiquent par radio, la portée limitée des transmissions induit de fréquents changements de topologie du réseau. Nos travaux concernent deux catégories de réseaux dynamiques. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux applications relevant du Grid Computing et plus particulièrement aux applications parallèles ciblant des grappes non dédiées, c'est-à-dire à des ensembles de stations de travail hétérogènes banalisées reliées par des réseaux d'interconnexion eux aussi banalisés, offrant donc des performances variables. Dans un deuxième temps, nous avons considéré des réseaux cibles de l'informatique ambiante. Nous avons en particulier étudié les réseaux mobiles ad hoc discontinus, c'est-à-dire des réseaux formés spontanément à partir de machines mobiles communiquant par radio directement entre elles, sans passer par une infrastructure fixe, et dont la topologie est telle qu'ils ne se présentent pas sous la forme d'une seule composante connexe mais plutôt d'un ensemble d'îlots de communication distincts. Pour faciliter le développement et l'exploitation des applications distribuées sur réseaux dynamiques, il apparaît utile de s'appuyer sur des paradigmes de programmation de haut niveau tel que ceux mis en avant dans l'approche orientée composants et l'approche orientée services. Ces approches permettent notamment un découplage entre les entités de l'application, facilitant la gestion de la complexité du développement et du déploiement des applications dans un environnement dynamique. La plupart des technologies de composants et de services ont été conçues pour des réseaux stables et ne conviennent généralement pas aux applications sur réseaux dynamiques. Les travaux que nous avons menés ont eu pour objectif de faciliter l'exploitation des composants et services dans un contexte dynamique. Nous nous sommes surtout focalisés sur le support à l'exécution des applications bâties à partir de composants et services, ce support prenant la forme d'un intergiciel, c'est-à-dire d'un ensemble de services logiciels construits au-dessus des systèmes d'exploitation et des protocoles de communication, et invoqués par les composants de l'application. Nos contributions sont présentées à travers trois projets principaux : le projet Concerto, portant sur la définition d'un modèle de composants parallèles associé à un intergiciel pour des applications devant être déployées sur des grappes de stations de travail banalisées ; le projet Cubik, étendant le modèle de composants Fractal et proposant un support pour le déploiement et l'exécution de composants ubiquitaires pour réseaux dynamiques ; et le projet Sarah, s'attachant à la construction d'une plate-forme à services bâtie au dessus d'un protocole de communication adapté aux réseaux mobiles ad hoc discontinus.

La Science des Réseaux est apparue comme un domaine d'étude fondamental pour modéliser un grand nombre de systèmes synthetiques ou du monde réel. La découverte du graphe petit monde et du graphe sans échelle dans ces réseaux a révolutionné la façon d'étudier, d'analyser, de modéliser et de traiter ces réseaux. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude des réseaux ayant ces propriétés et souvent qualifiés de réseaux complexes. À notre avis, les recherches menées dans ce domaine peuvent être regroupées en quatre catégories: l'analyse, la structure, le processus/organisation et la visualisation. Nous abordons des problèmes relatifs à chacune de ces catégories tout au long de cette thèse. Les premiers chapitres introduisent l'état de l'art nécessaire aux lecteurs. Les chapitres 3,4,5,6 et 7 abordent chacun un problème spécifique auquel nous proposons une solution. Dans le chapitre 3, nous présentons une méthode de visualisation analytique pour analyser les réseaux complexes. En s'appuyant sur cette méthode, nous introduisons une nouvelle métrique pour déterminer la présence de sommets largement connectés. Nous détaillons dans le chapitre 4 un ensemble de modèles pour générer des réseaux artificiels ayant les propriétés petit monde et sans échelle. Nous proposons un nouveau modèle générant des réseaux de ce type et qui contiennent, de plus, des structures communautaires. En extension des résultats d'analyse obtenus au chapitre 3, nous introduisons un algorithme de clustering agglomératif dans le chapitre 5. Dans le chapitre 6, nous abordons la question de la visualisation de ces réseaux complexes grâce à un système qui combine simplification et clustering avec des algorithmes de mise en page dédiée. Nous abordons enfin dans le chapitre 7 la question de l'évaluation de la qualité des clusters pour les réseaux complexes qui n'ont pas de sommets largement connectés. Nous concluons chaque chapitre par des perspectives de recherches dédiées. Enfin, nous résumons nos résultats et concluons cette thèse en proposant quelques futurs axes de recherches basés sur nos découvertes.

Les technologies actuelles permettent l'intégration sur une même puce de systèmes complexes (SoCs) qui sont composés de blocs préconçus (IPs) pouvant être interconnectés grâce à un réseau sur la puce (NoCs). De manière générale, les IPs sont validés par diverses techniques (simulation, test, vérification formelle) et le problème majeur reste la validation des infrastructures des communications. Cette thèse se concentre sur la vérification formelle des réseaux sur puce à l'aide d'un outil de preuve automatique, le démonstrateur de théorèmes ACL2. Un méta-modèle pour les réseaux sur puce a été développé et implémenté dans ACL2. Il satisfait des propriétés de correction générique, conséquences logiques d'un ensemble d'obligations de preuve sur les constituants principaux du réseau (topologie, routage, technique de commutation,...). La preuve de correction pour une instance spécifique de réseau sur puce est alors réduite à la vérification de ces obligations de preuve. Cette thèse poursuit les travaux entrepris dans ce domaine en étendant ce méta-modèle dans plusieurs directions : prise en compte plus fine de la modélisation temporelle, du contrôle de flux, des mécanismes de priorités,... Les résultats sont démontrés sur plusieurs réseaux actuels : Hermes (Université fédérale du Rio Grande do Sul, Brésil et LIRMM) et Nostrum (Royal Institute Of Technology, Suéde).

L'objectif principal de cette thèse est d'analyser la performance des réseaux sans fil selon divers scénarios: réseaux fixes, réseaux mobiles, réseaux mono-saut, et réseaux multi-sauts. Dans les deux premières parties de cette thèse, nous nous focalisons sur le placement géométrique des émetteurs simultanés dans le réseau. Dans la première partie, par l'intermédiaire d'une méthode d'accès au médium, nous étudions l'impact de l'emplacement des émetteurs sur la performance du réseau sans fil mono-saut. Nous établissons une structure générale et nous étudions l'emplacement des émetteurs dans le réseau. Ensuite, on compare ces résultats aux résultats obtenus à l'aide d'un par processus ponctuels aléatoires tels que le processus ponctuel de Poisson, ALOHA, le coloriage des nœuds et CSMA. Notre analyse nous permet d'évaluer les gains en performance d'une méthode d'accès au médium efficace qui serait nécessaire pour mettre en œuvre le déploiement optimal des émetteurs. Par exemple, nous montrons que la capacité garantie par une méthode d'accès très complexe est au plus deux fois la capacité d'un contrôle d'accès avec une faible complexité comme ALOHA. Plus tard, nous utilisons des méthodes analytiques pour évaluer les heuristiques pour l'optimisation de la capacité et de la couverture d'un réseau cellulaire existant de façon optimale via l'ajout de stations de base supplémentaires. Dans la deuxième partie, nous étendons notre analyse à un réseau sans fil multi-sauts où nous évaluons la portée de transmission optimale et la capacité du réseau avec différentes méthodes d'accès au médium. Nos analyses dans les deux premières parties de cette thèse nous permettent d'avoir des perspectives par rapport aux limites théoriques de la performance d'une méthode optimisée d'accès au médium pour les réseaux sans fil mono-saut et multi-sauts. Dans la dernière partie, nous concentrons nos efforts sur l'étude du compromi entre les délais et la capacité dans le réseau mobile sans fil. Nous proposons un routage géographique et nous étudions ses propriétés de passage l'échelle. En se basant sur un modèle de mobilité réaliste et des informations disponibles au niveau des nœuds mobiles, notre méthode de routage permet d'obtenir des délais qui sont bornés par une constante lorsque la capacité du réseau augmente de façon quasi-linéaire et quand le nombre de nœuds dans le réseau augmente et tend vers l'infini.

La détection de communautés dans les réseaux est aujourd'hui un domaine ayant donné lieu à une abondante littérature. Depuis les travaux de Girvan et Newman en 2002, des centaines de travaux ont été menés sur le sujet, notamment la proposition d'un nombre important d'algorithmes de plus en plus élaborés. Cependant, la majorité de ces travaux portent sur des communautés statiques dans des réseaux statiques. Or, beaucoup de réseaux de terrains sont en fait dynamiques, ils évoluent au cours du temps. L'apport principal de cette thèse est donc la conception d'un algorithme de détection de communautés dynamiques sur des réseaux temporels. Le manuscrit est découpé en quatre sections : La première est un état de l'art, où sont passés en revu les méthodes existantes pour la détection de communauté, statiques, dynamiques, avec et sans recouvrement. La seconde est la présentation de la solution que nous proposons : iLCD, un framework pour la détection de communautés dynamiques dans les réseaux temporels, ainsi que deux implémentations de ce framework. La troisième partie présente les travaux effectués pour valider iLCD sur le plan statique, c'est à dire valider que les communautés trouvées sont pertinentes comparées à d'autres algorithmes existant sur des réseaux statiques. Pour ce faire, nous proposons des idées originales, afin de pouvoir comparer des méthodes sur des graphes réels. Enfin, la dernière partie est consacrée à la validation de l'aspect dynamique d'iLCD. En effet, la dynamique introduit des données supplémentaires : l'apparition et la disparition de communautés, leur évolution en continue, ainsi que des opérations complexes, telles que la fusion ou la division de communautés au cours du temps. Ce sont ces aspects qui sont validés ici, en étudiant en détail les résultats obtenus sur des réseaux réels.

Les progrès technologiques réalisés dans le domaine de l'intégration de fonctions sur des surfaces de plus en plus petites a permis le développement de l'informatique diffuse, c'est-à-dire, intégrée dans notre espace et mise en œuvre par des objets du quotidien ou des structures spécifiques. Nous nous intéressons dans ce travail à ces structures couramment appelées " capteurs sans fil " car leur fonction est de capter des informations dans leur environnement et de les transmettre ensuite. Ces structures autonomes sont constituées d'un capteur, d'une partie numérique pour le traitement des données et la gestion de la structure, d'un système de communication et d'une alimentation. Afin d'être discrète, cette structure doit être de petite taille. Dans ce but, il est nécessaire que toutes ses composantes soient intégrées ensemble. L'antenne de la partie communicante est aujourd'hui un frein à cette intégration car les fréquences utilisées font qu'elle a des dimensions très supérieures à celles du reste de la structure et, même intégrée, ses propriétés vont être perturbées par le packaging de la structure. Autre point, ces antennes sont souvent omnidirectionnelles, ce qui, en termes d'économies d'énergie, cruciales dans ce domaine, n'est pas une solution optimale. Dans ce contexte, la première partie de ce rapport présente les applications envisagées et envisageables pour les réseaux de capteurs sans fil. Un historique puis un état de l'art sont ensuite proposés pour identifier les différentes stratégies mises en œuvre dans la conception de plates-formes ainsi que les acteurs académiques et industriels. Une synthèse vient justifier l'orientation à prendre dans le cadre de ce travail et clôt cette partie. La deuxième partie traite de la façon d'appliquer des réseaux d'antennes dans les réseaux de capteurs sans fil. L'idée étant d'utiliser les nœuds du réseau comme éléments du réseau d'antenne, créant ainsi un réseau où les éléments ne sont pas liés physiquement. Cette perspective est étudiée par le biais de deux scénarios caractéristiques des applications des capteurs sans fil. Dans chacun son application est testée et des solutions sont proposées et détaillées grâce à l'outil de calcul Matlab. Une partie finale discute des limitations pour utiliser les réseaux d'antennes dans les réseaux de capteurs sans fil. La dernière partie aborde la conception d'antennes spécifiques aux capteurs sans fil pour des applications en extérieur. Un concept d'antenne-package est présenté et développé sur différentes architectures d'antennes qui ont, de ce fait, des formes en volume. Des structures cubiques et sphériques sont proposées, conçues et simulées. L'attention se porte sur leur diagramme de rayonnement, leur robustesse et leur faculté à pouvoir garder leurs propriétés même placées dans un environnement et avec des composants placés à l'intérieur. Deux structures, une cubique et une demi-boule, présentent des profils intéressants, la deuxième étant un réseau d'antennes à elle-seule. Agile, elle permet de balayer tout le demi-espace supérieur qui l'entoure avec une bonne efficacité. Enfin, une partie conclusive montre la contribution apportée et propose des perspectives de travail en lien avec les antennes et plus généralement avec la partie communicante et l'architecture des nœuds.

Avec la démocratisation des appareils mobiles, les transports en commun sont amenés à proposer de nouveaux services à leur usagers et notamment une connexion à Internet. Le véhicule de transport en commun agit alors comme un routeur mobile fournissant une connexion fiable à ses noeuds et doit pour cela être connecté en permanence à un point d'accès. Les zones de couverture étant limitées par les technologies utilisées et par les obstacles, des changements de réseaux sont alors nécessaires et provoquant différents évènements pouvant impacter les performances des protocoles de Transport : introduction de latences dues à la configuration des interfaces, modification des caractéristiques du chemin utilisé par la communication.. Dans cette thèse nous étudions cet impact en déterminant son origine puis nous proposons des solutions visant à le réduire de deux manières : en réduisant les latences introduites par le changement de réseau et en diminuant l'impact de la modification des caractéristiques du réseau.