Depuis leur émergence, les réseaux de capteurs sans fil (WSN) n’ont cessé de se développer devenant un acteur clé dans de nombreuses applications telles que le suivi militaires, la surveillance à distance, la bio-détection et de la domotique. Ces réseaux sont basés sur la norme IEEE 802.15.4 qui est dédié aux réseaux personnels sans fil à faible débit (LR-WPAN) dans la bande de fréquences radio sans licence (868MHz/915MHz/2.4GHz). Faible consommation d'énergie, faible coût de mise en œuvre et le niveau élevé d'intégration sont les principaux défis de ces systèmes. L’émetteur-récepteur est le bloc qui consomme le plus d’énergie dans un nœud capteur, ainsi, la consommation d'énergie du frontal radiofréquence (RFFE) doit être réduite. Pour ce faire, plusieurs approches sont possibles, que ce soit au niveau circuit en enquêtant sur les modes de fonctionnement du transistor ou bien en combinant les fonctionnalités des blocs radiofréquences. Une autre stratégie est d’investiguer le niveau système en proposant de nouvelles architectures de démodulation. Cette thèse explore les exigences et les défis spécifiques pour la conception de circuits intégrés radiofréquences (RFIC) ultra-basse consommation pour les réseaux de capteurs sans fil. Ces travaux ont abouti à la conception d'un démodulateur compact réalisé dans une technologie CMOS 65nm et qui est compatible avec tous les types de modulation. / Since their emergence, Wireless Sensor Networks (WSN) have been growing continually becoming a key player in many applications such as military tracking, remote monitoring, bio-sensing and home automation. These networks are based on IEEE 802.15.4 standard which is dedicated to low rate wireless personal area networks (LR-WPANs) in the unlicensed radio band (868MHz/915MHz/2.4GHz). Low power consumption, low cost of implementation and high level of integration are the main challenges of these systems. As radio frequency transceiver is one of the most power hungry block in wireless sensor node, power consumption of radio frequency front-end (RFFE) must be reduced. To deal with, several approaches are possible, either at circuit level by investigating operating modes of transistors and merging functionalities or at system level by searching novel demodulation architecture. This thesis explores the specific requirements and challenges for the design of ultra-low power radio frequency integrated circuits (RFICs), leading to the design of a compact demodulator implemented in 65 nm CMOS technology and compatible with all modulation schemes.

Dans cette thèse, nous avons proposé des solutions originales et performantes pour l’économie d’énergie dans les réseaux de capteurs sans fil (RCSF). Ces contributions s'organisent autour de deux grands axes : les réseaux de capteurs génériques et les réseaux de capteurs sans fil dédiés aux applications santé. Dans un premier temps, nous avons réalisé un état-de-l’art des mécanismes d'économie d’énergie pour les RCSF. Nous avons ensuite proposé deux solutions originales : la première optimise le déplacement d’une station de base, ainsi que la façon dont les données sont stockées dans les capteurs et routées vers le puit mobile ; la seconde optimise le déploiement de chargeurs mobiles, qui une fois dans le réseau permettent de satisfaire la demande en énergie des nœuds via la transmission d’énergie sans fil sur plusieurs sauts. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux applications des RCSF pour la supervision de patients à distance. Nous avons introduit une nouvelle classification des techniques économes en énergie adaptées à la spécificité de ces applications santé. Nous avons ensuite proposé une nouvelle architecture pour la supervision de patient à distance à l’aide de capteurs sans fil qui permet de prolonger la durée de vie des capteurs et de la station de base. Cette solution prend en compte l’environnement du patient et l’hétérogénéité des appareils. Nos résultats montrent que la durée de vie des réseaux de capteurs sans fil peut être étendue en utilisant les différentes stratégies proposées. L’efficacité de ces approches a été confirmée à l’aide de nombreuses expérimentations numériques et simulations. / In this thesis, we propose new strategies for energy conservation in wireless sensor networks, so that the operational time of these networks can be extended. The work can be divided into two main focus area, namely general wireless sensor networks, and healthcareoriented wearable sensor networks. In the first part of this thesis we provide a comprehensive survey of the existing energy-efficient mechanisms. Then, we propose two new solutions: the first one optimizes the displacement of a mobile base station as well as buffer usage and data routing at sensor nodes; the second one optimizes the deployment of wireless chargers in the network to satisfy the energy demand of the sensors. The second part of this thesis is dedicated to healthcare application where wearable sensors are used to remotely supervise a patient. We begin with a state-of-the-art of the energy-efficient techniques existing in the literature. We then introduce a new energy-efficient architecture that allows to optimize the lifetime of both the sensor and the base station. This is a context-aware solution that takes into consideration heterogeneous devices. Our results show that the lifetime of the sensor networks can be extended using the proposed strategies. All the results obtained are supported by numerical experiments and extensive simulations.

L'objectif de la thèse est de développer des algorithmes de fusion de données recueillies à l’aide d'un réseau de capteurs sans fil afin de localiser plusieurs sources émettant un agent chimique ou biologique dans l'air. Ces capteurs détectent la concentration de la substance émise, transportée par advection et diffusion, au niveau de leurs positions et de communiquer cette information à un centre de traitement. L’information recueillie de façon collaborative est d'abord utilisée pour localiser les capteurs déployés au hasard et ensuite pour localiser les sources. Les applications comprennent, entre autres, la surveillance environnementale et la surveillance de sites sensibles ainsi que des applications de sécurité dans le cas d'une libération accidentelle ou intentionnelle d'un agent toxique. Toutefois, l'application considérée dans la thèse est celle de la détection et la localisation de mines terrestres. Dans cette approche, les mines sont considérées comme des sources émettrices de produits chimiques explosifs.La thèse comprend une contribution théorique où nous étendons l'algorithme de propagation de la croyance, un algorithme de fusion de données bien connu et largement utilisé pour l'estimation collaborative d'état dans les réseaux de capteurs, au cadre des méthodes à erreurs bornées. Le nouvel algorithme est testé sur le problème de l'auto-localisation dans les réseaux de capteurs statiques ainsi que l'application de suivi d'un objet mobile en utilisant un réseau de capteurs de distance. Autres contributions comprennent l'utilisation d'une approche probabiliste bayésienne avec des techniques d'analyse de données pour localiser un nombre inconnu de sources émettrices de vapeur. / The aim of the thesis is to develop fusion algorithms for data collected from a wireless sensor network in order to locate multiple sources emitting some chemical or biological agent in the air. These sensors detect the concentration of the emitted substance, transported by advection and diffusion, at their positions and communicate this information to a treatment center. The information collected in a collaborative manner is used first to locate the randomly deployed sensors and second to locate the sources. Applications include, amongst others, environmental monitoring and surveillance of sensitive sites as well as security applications in the case of an accidental or intentional release of a toxic agent. However, the application we consider in the thesis is that of landmine detection and localization. In this approach, the land mines are considered as sources emitting explosive chemicals. The thesis includes a theoretical contribution where we extend the Belief Propagation algorithm, a well-known data fusion algorithm that is widely used for collaborative state estimation in sensor networks, to the bounded error framework. The novel algorithm is tested on the self-localization problem in static sensor networks as well as the application of tracking a mobile object using a network of range sensors. Other contributions include the use of a Bayesian probabilistic approach along with data analysis techniques to locate an unknown number of vapor emitting sources.

Les réseaux de capteurs sans fils enfouis (RCSFE) sont des réseaux comportant des capteurs et leurs antennes enfouis dans la matière, en particulier enfouis dans le sol. Ils présentent un grand intérêt dans de nombreux domaines d’activités, comme le contrôle de l’environnement, l’agriculture de précision, la navigation et la sécurité. Les systèmes existants sont à bandes étroites et fonctionnent à des fréquences inférieures à 1 GHz. Ces systèmes impliquent l’utilisation d’antennes encombrantes, ce qui complique leur déploiement et peut conduire à des coûts élevés. De plus l’utilisation de largeurs de bandes étroites limite les débits de communications possibles et la résolution envisageables dans les applications de localisation. Enfin, les systèmes actuels sont gourmands en énergie, ce qui limite la durée de vie des éléments enfouis.Pour remédier à ces inconvénients pour certaines applications des RCSFE, on propose dans cette thèse d’utiliser la technique ultralarge bande (ULB) en bande normalisée 3,1 – 10,6 GHz dans les RCSFE. Cette technique permet l’utilisation d’antennes compactes, la simplification du déploiement, l’amélioration de la précision de localisation et l’augmentation du débit de communication et de la durée de vie des capteurs.Pour étudier la faisabilité des RCSFE ULB, nous avons conçu et réalisé trois antennes ULB compactes et en analyser l’effet du sol sur les performances de ces antennes ULB enfouies et sur les liens de communication ULB enfoui. En comparaison à un fonctionnement dans l’air, l’enfouissement dans le sol décale la bande passante de l’antenne vers les basses fréquences. Ce décalage augmente avec la teneur en eau du sol. L’atténuation apportée par le canal ULB enfoui augmente avec la fréquence de fonctionnement, la profondeur d’enfouissement et la teneur en eau du sol. Cependant, nous avons montré que des liaisons fiables sont possibles pour des distances de propagation dans le sol inférieures à 30 cm et des teneurs en eau inférieures à 20% / Wireless underground sensor networks (WUSN) consist of sensors which are buried in a medium with their antennas, in particular in soil. They attract a huge interest in different fields, like environment monitoring, precise agriculture, navigation and security. The existing narrowband systems operate at frequencies below 1 GHz. These systems imply the use of cumbersome antennas, which complicates the deployment and increases its cost. Furthermore, the use of narrow bandwidths limits the possible communication data rates and the potential resolution in localization applications. Finally, current systems are very energy consuming, which limits the lifetime of the underground elements.To overcome these drawbacks for certain applications of WUSN, we propose in this thesis the use of ultra wideband technology (UWB), in the normalized band 3.1 - 10.6 GHz, in WUSN. This technique allows the use of compact antennas, simplifying deployment, improving the localization accuracy and increasing communication data rates and the lifetime of the underground sensors.In order to assess the feasibility study of UWB WUSN, we have designed and realized three compact UWB antennas and analyzed the effect of soil on the performances of these underground UWB antennas and on the underground UWB communication links. Compared with operating in free space, burying the antenna shifts the antenna bandwidth towards low frequencies. This shift increases with soil water content. The attenuation introduced by the buried UWB channel, increases with the operating frequency, the burial depth and the soil moisture. However, we have shown that reliable communications are possible for distances of propagation in soil smaller than 30 cm and soil water contents below 20%

Les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) sont constitués d’un grand nombre de noeuds de capteurs qui sont généralement alimentés par batterie et conçu pour fonctionner pendant une grande période. Les domaines d’application sont nombreux et variés, tel que le domaine environnementale, médicale et militaire.L’atout majeur de ce dispositif est un déploiement à grande échelle sans aucune maintenance. Les capteurs n’ont pas besoin d’une infrastructure établie pour parvenir à transmettre des données vitales à l’étude de l’environnement. Il est nécessaire également de garantir une bonne qualité de service, car les réseaux de capteurs sans fils doivent intégrer des mécanismes qui permettent aux utilisateurs de prolonger la durée de vie du réseau en entier, car chaque noeud est alimenté par une source d’énergie limitée et généralement irremplaçable.C’est pourquoi, il est nécessaire d’optimiser la consommation d’énergie à tous les niveaux de conception de ce type de réseau. Par conséquent, la minimisation de la consommation d’énergie est un facteur de conception des plus importants dans les réseaux de capteurs.Le but de cette thèse est étudier les différents techniques de routages existant dans un contexte sans fil multi-saut afin d’obtenir de meilleures performances. Nous portons notre étude sur les protocoles de routages les plus connus afin de proposer dans une deuxième partie un nouveau protocole de routage permettant d’optimiser la consommation d’énergie dans les réseaux de capteurs sans fil, en gardant une qualité de service optimale. / Wireless sensor networks (WSNs) are composed of a large number of sensor nodes that are typicallybattery-powered and designed to operate for a long period. Application areas are many and varied, such as the environmental field, medical and military.The major advantage of this device is a large-scale deployment without any maintenance. The sensors do not need to achieve an established infrastructure to transmit vital data to the study of the environment. It is also necessary to ensure good quality service, because without son sensor networks must incorporate mechanisms that allow users to extend the life of the entire network, as each node is supplied by a limited power source and generally irreplaceable. Therefore, it is necessary to optimize the power consumption at all levels of design of this type of network. Accordingly, minimization of power consumption is one of the most important design factors in sensor networks.The aim of this thesis is study the different existing routing techniques in a context without multi-hop son to get better performance. We carry our study of the most popular routing protocols to offer in a second part a new routing protocol for optimizing energy consumption without son sensor networks, keeping an optimal quality of service.

La quantité d'énergie disponible dans les batteries et le nombre limité de cycles de recharge compliquent singulièrement la conception de réseaux de capteurs sans fil (WSN) autonomes. La récupération d'énergie dans l'environnement direct des nœuds et un stockage d'énergie à base de supercondensateurs sont aujourd'hui considérés comme solutions potentielles pour atteindre une durée de vie du réseau théoriquement infinie. Un gestionnaire d'énergie (PM pour ''Power Manager'') est embarqué dans chaque nœud afin de permettre un fonctionnement en neutralité énergétique (ENO), ce qui veut dire que les énergies récupérées et consommées par un nœud sont équivalentes sur le long terme. Dans cette thèse, nous proposons de nouveaux PMs qui adaptent dynamiquement l'intervalle de réveil des nœuds en fonction de l'énergie récupérée. La faible complexité de nos PMs, leur indépendance vis-à-vis du type de source d'énergie récupérée et leur faible empreinte mémoire facilitent leur implantation sur une plate-forme réelle de réseaux de capteurs sans fil. Par ailleurs, lorsque l'on considère un réseau multi-sauts, une variation trop fréquente de l'intervalle de réveil peut s'avérer pénalisante pour l'établissement de rendez-vous entre les nœuds et risque de fortement dégrader la qualité de services globale. Nous proposons donc un gestionnaire d'énergie (WVR-PM) qui limite autant que possible ces variations et qui permet d'améliorer le débit de près de 60% par rapport aux PMs de l'état de l'art tout en diminuant de 45% l'énergie consommée par une communication réussie. / The limited energy and recharge cycles of batteries are crippling the design of autonomous Wireless Sensor Networks (WSNs). To overcome this issue, everlasting harvested energy and supercapacitor-based energy storage are considered as potential solutions to achieve a theoretically infinite lifetime. A Power Manager (PM) is embedded in each WSN node to respect the Energy Neutral Operation condition (ENO), which means harvested energy is equal to consumed energy for a long period. In this thesis, a set of PMs are proposed for energy harvesting WSN nodes to adapt their average consumed energy by changing the wake-up interval according to the available harvested energy. Our PMs are low complexity, independent of energy sources, small memory footprint and therefore, can be easily implemented on a real EH-WSN node. Another issue addressed in this thesis when considering a multi-hop EH-WSN is the effect of wake-up interval variations to the global QoS. Due to its low harvested energy, a relay node is impractical to synchronize with a transmitter if its wake-up interval regularly changes, therefore degrading the global QoS. A new power manager, named Wake-up Variation Reduction power manager (WVR-PM) is proposed to reduce the variations of the wake-up interval. By using WVR-PM, the throughput of a multi-hop EH-WSN can be improved up to 59% compare to state-of-the-art PMs while the average consumed energy for one successful communication is reduced by 45%.

Les réseaux de capteurs sans fil sont un domaine en plein essor qui montre un potentiel intéressant pour de nombreuses applications. Pour qu’ils soient plus facilement adoptés par les industriels, il est nécessaire de démontrer que leur fonctionnement est fiable, et par conséquent de valider les protocoles utilisés par ces nœuds pour communiquer. Différentes méthodes de validation peuvent être utilisées, mais nous montrons qu’à ce jour, aucune de ces méthodes ne s’est avérée être idéale. Nous avons donc développé un nouvel outil de validation pour ces protocoles, un environnement de simulation appelé SNOOPS, capable d’exécuter le code binaire du protocole compilé sur un modèle de la plateforme hardware du nœud. Le nœud est modélisé en alliant l’émulateur de plateformes virtuelles QEMU au langage de description hardware SystemC, qui est également utilisé pour modéliser les communications en réseau entre les nœuds. Le principal attrait de SNOOPS est de posséder un module observateur qui a pour rôle d’arrêter la simulation si une propriété du protocole a été violée, afin de pouvoir trouver l’origine de l’erreur grâce à un debugger. Les propriétés du protocole à tester sont modélisées en Light Esterel, un langage réactif synchrone, à partir des spécifications du protocole, et compilées en C pour pouvoir être insérées plus simplement dans l’observateur. Un atout supplémentaire de SNOOPS est un module permettant d’interpréter et réinjecter en simulation des trames enregistrées dans un log en format pcap provenant d’expérimentations sur des nœuds physiques. Nous avons testé sur SNOOPS le protocole OCARI développé par EDF R&D et ses partenaires industriels et académiques. / Wireless sensor networks are a thriving area that shows good potential for many applications. In order for manufacturers to adopt this technology more easily, it is necessary to demonstrate that the operation of these networks is reliable, and therefore validate the protocols used by the network nodes to communicate. Different validation methods can be used, but we show that to date, none of these methods has proved to be ideal. We have therefore developed a new validation tool for these protocols, a simulation environment called SNOOPS. This tool is able to execute the binary code of the compiled protocol on a model of the node’s hardware platform. The node is modeled by combining QEMU, a virtual platform emulator, with SystemC, a hardware description language which is used in this context to model different hardware peripherals as well as the network communications between nodes. SNOOPS’s main appeal is the observer module, whose role is to stop the simulation if a protocol property has been violated, in order to find the error that is at the origin of this violation through a debugger. The properties of the protocol under test are modeled in Light Esterel, a synchronous reactive language, based on the protocol’s specifications. They are then compiled into C to be inserted more simply in the observer. An additional advantage of SNOOPS is a module to interpret and re-inject into simulation frames recorded in a pcap (packet capture) format log, from tests with physical nodes for which the origin of bugs could not be determined. We tested with SNOOPS the OCARI protocol developed by EDF R&D and its industrial and academic partners.

Certaines applications industrielles nécessitent des délais de collecte déterministes et bornés, nous nous concentrons sur l'allocation conjointe de slots temporels et de canaux sans conflit qui minimisent la durée de collecte. Cette allocation permet aux noeuds de dormir dans n'importe quel slot où ils ne sont pas impliqués dans des transmissions. Nous calculons le nombre minimal de slots temporels nécessaire pour compléter la collecte de données brute pour un puits équipé de plusieurs interfaces radio et des demandes de trafic hétérogènes. Nous donnons également des ordonnancements optimaux qui permettent d'atteindre ces bornes optimales. Nous proposons ensuite MODESA, un algorithme centralisé d'allocation conjointe de slots et de canaux. Nous montrons l'optimalité de MODESA dans des topologies particulières. Par les simulations, nous montrons que MODESA surpasse TMCP , un ordonnancement centralisé à base de sous-arbre. Nous améliorons MODESA avec différentes stratégies d'allocation de canaux. En outre , nous montrons que le recours à un routage multi-chemins réduit le délai de collecte.Néanmoins, l'allocation conjointe de slot et de canaux doit être capable de s'adapter aux changements des demandes des noeuds (des alarmes, des demandes de trafic supplémentaires temporaires). Nous proposons AMSA , une solution d'assignation conjointe de slots et de canaux basée sur une technique incrémentale. Pour aborder la question du passage à l'échelle, nous proposons, WAVE , une solution d'allocation conjointe de slots et de canaux qui fonctionne en mode centralisé ou distribué. Nous montrons l'équivalence des ordonnancements fournis par les deux modes. / Some industrial applications require deterministic and bounded gathering delays. We focus on the joint time slots and channel assignment that minimizes the time of data collection and provides conflict-free schedules. This assignment allows nodes to sleep in any slot where they are not involved in transmissions. Hence, these schedules save the energy budjet of sensors. We calculate the minimum number of time slots needed to complete raw data convergecast for a sink equipped with multiple radio interfaces and heterogeneous nodes traffic. We also give optimal schedules that achieve the optimal bounds. We then propose MODESA, a centralized joint slots and channels assignment algorithm. We prove the optimality of MODESA in specific topologies. Through simulations, we show that MODESA is better than TMCP, a centralized subtree based scheduling algorithm. We improve MODESA with different strategies for channels allocation. In addition, we show that the use of a multi-path routing reduces the time of data collection .Nevertheless, the joint time slot and channels assignment must be able to adapt to changing traffic demands of the nodes ( alarms, additional requests for temporary traffic ) . We propose AMSA , an adaptive joint time slots and channel assignment based on incremental technical solution. To address the issue of scalability, we propose, WAVE, a distributed scheduling algorithm for convergecat that operates in centralized or distributed mode. We show the equivalence of schedules provided by the two modes.

Les réseaux de capteurs sans fil sont constitués de noeuds capteurs, capables de récolter des données, de les analyser et de les transmettre. Ces réseaux ont plusieurs applications, en fonction de la zone où ils sont déployés. Application militaire ou de sauvetage dans des zones pouvant être inaccessibles aux humains ; application sanitaire avec des capteurs déployés sur et dans le corps humain ; application de surveillance avec des capteurs sur les voitures d'un ville, ou les arbres d'une forêt. Les noeuds sont autonomes en énergie et il est primordial d'assurer leur longévité sans retarder la récolte des données. La tache principale réalisée par les réseaux de capteurs sans fils consiste à effectuer des mesures et à envoyer ces données jusqu'à un noeud coordinateur. Cette tache d'agrégation est effectuée régulièrement, ce qui en fait la plus consommatrice d'énergie. L'étude approfondie de la consommation d'énergie des capteurs, qui au centre de ma thèse, peut se traduire de différentes manières. Premièrement, nous avons étudié la complexité du problème de l'agrégation de données en utilisant un modèle simplifié pour représenter un réseau de capteurs sans fils. Secondement, nous nous sommes concentrés sur l'estimation de cette durée de vie. Nous présentons WiSeBat, un modèle de batterie et de consommation d'énergie optimisé pour les réseaux de capteurs, implémenté dans le simulateur WSNET. Après validation, nous l'utilisons pour comparer les performances des algorithmes de broadcast efficaces en énergie. / A wireless sensor network is an ad-hoc network connecting small devices equipped with sensors. Such networks are self-organized and independent of any infrastructure. The deployment of a WSN is possible in areas inaccessible to humans, or for applications with a long lifetime requirement. Indeed, devices in a wireless sensor network are usually battery-powered, tolerate failure, and may use their own communication protocols, allowing them to optimize the energy consumption. The main application of WSNs it to sense the environment at different locations and aggregate all the data to a specific node that logs it and can send alerts if necessary. This task of data aggregation is performed regularly, making it the most energy consuming. As reducing the energy consumed by sensor is the leading challenge to ensure sustainable applications, we tackle in this thesis the problem of aggregating efficiently the data of the network. Then, we study lifetime evaluation techniques and apply it to benchmark existing energy-centric protocols.

Cette thèse aborde des nouveaux défis de sécurité dans l'Internet des Objets (IdO). La transition actuelle de l'Internet classique vers l'Internet des Objets conduit à de nombreux changements dans les modèles de communications sous-jacents. La nature hétérogène des communications de l’IdO et le déséquilibre entre les capacités des entités communicantes qui le constituent rendent difficile l'établissement de connexions sécurisées de bout en bout. Contrairement aux nœuds de l’Internet traditionnel, la plupart des composants de l'Internet des Objets sont en effet caractérisés par de faibles capacités en termes d'énergie et de puissance calcul. Par conséquent, ils ne sont pas en mesure de supporter des systèmes de sécurité complexes. En particulier, la mise en place d'un canal de communication sécurisé de bout en bout nécessite l’établissement d'une clé secrète commune entre les deux nœuds souhaitant communiquer, qui sera négociée en s'appuyant sur un protocole d'échange de clés tels que le Transport Layer Security (TLS) Handshake ou l’Internet Key Exchange (IKE). Or, une utilisation directe de ces protocoles pour établir des connexions sécurisées entre deux entités de l’IdO peut être difficile en raison de l'écart technologique entre celles-ci et des incohérences qui en résultent sur le plan des primitives cryptographiques supportées. Le sujet de l'adaptation des protocoles de sécurité existants pour répondre à ces nouveaux défis a récemment été soulevé dans la communauté scientifique. Cependant, les premières solutions proposées n'ont pas réussi à répondre aux besoins des nœuds à ressources limitées. Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles approches collaboratives pour l'établissement de clés, dans le but de réduire les exigences des protocoles de sécurité existants, afin que ceux-ci puissent être mis en œuvre par des nœuds à ressources limitées. Nous avons particulièrement retenu les protocoles TLS Handshake, IKE et HIP BEX comme les meilleurs candidats correspondant aux exigences de sécurité de bout en bout pour l'IdO. Puis nous les avons modifiés de sorte que le nœud contraint en énergie puisse déléguer les opérations cryptographiques couteuses à un ensemble de nœuds au voisinage, tirant ainsi avantage de l'hétérogénéité spatiale qui caractérise l’IdO. Nous avons entrepris des vérifications formelles de sécurité et des analyses de performance qui prouvent la sureté et l'efficacité énergétique des protocoles collaboratifs proposés. Dans une deuxième partie, nous avons porté notre attention sur une classe d’attaques internes que la collaboration entre les nœuds peut induire et que les mécanismes cryptographiques classiques, tels que la signature et le chiffrement, s'avèrent impuissants à contrer. Cela nous a amené à introduire la notion de confiance au sein d'un groupe collaboratif. Le niveau de fiabilité d'un nœud est évalué par un mécanisme de sécurité dédié, connu sous le nom de système de gestion de confiance. Ce système est lui aussi instancié sur une base collaborative, dans laquelle plusieurs nœuds partagent leurs témoignages respectifs au sujet de la fiabilité des autres nœuds. En nous appuyant sur une analyse approfondie des systèmes de gestion de confiance existants et des contraintes de l’IoD, nous avons conçu un système de gestion de confiance efficace pour nos protocoles collaboratifs. Cette efficacité a été évaluée en tenant compte de la façon dont le système de gestion de la confiance répond aux exigences spécifiques à nos approches proposées pour l'établissement de clés dans le contexte de l'IdO. Les résultats des analyses de performance que nous avons menées démontrent le bon fonctionnement du système proposé et une efficacité accrue par rapport à la littérature / This thesis addresses new security challenges in the Internet of Things (IoT). The current transition from legacy Internet to Internet of Things leads to multiple changes in its communication paradigms. Wireless sensor networks (WSNs) initiated this transition by introducing unattended wireless topologies, mostly made of resource constrained nodes, in which radio spectrum therefore ceased to be the only resource worthy of optimization. Today's Machine to Machine (M2M) and Internet of Things architectures further accentuated this trend, not only by involving wider architectures but also by adding heterogeneity, resource capabilities inconstancy and autonomy to once uniform and deterministic systems. The heterogeneous nature of IoT communications and imbalance in resources capabilities between IoT entities make it challenging to provide the required end-to-end secured connections. Unlike Internet servers, most of IoT components are characterized by low capabilities in terms of both energy and computing resources, and thus, are unable to support complex security schemes. The setup of a secure end-to-end communication channel requires the establishment of a common secret key between both peers, which would be negotiated relying on standard security key exchange protocols such as Transport Layer Security (TLS) Handshake or Internet Key Exchange (IKE). Nevertheless, a direct use of existing key establishment protocols to initiate connections between two IoT entities may be impractical because of the technological gap between them and the resulting inconsistencies in their cryptographic primitives. The issue of adapting existing security protocols to fulfil these new challenges has recently been raised in the international research community but the first proposed solutions failed to satisfy the needs of resource-constrained nodes. In this thesis, we propose novel collaborative approaches for key establishment designed to reduce the requirements of existing security protocols, in order to be supported by resource-constrained devices. We particularly retained TLS handshake, Internet key Exchange and HIP BEX protocols as the best keying candidates fitting the end-to-end security requirements of the IoT. Then we redesigned them so that the constrained peer may delegate its heavy cryptographic load to less constrained nodes in neighbourhood exploiting the spatial heterogeneity of IoT nodes. Formal security verifications and performance analyses were also conducted to ensure the security effectiveness and energy efficiency of our collaborative protocols. However, allowing collaboration between nodes may open the way to a new class of threats, known as internal attacks that conventional cryptographic mechanisms fail to deal with. This introduces the concept of trustworthiness within a collaborative group. The trustworthiness level of a node has to be assessed by a dedicated security mechanism known as a trust management system. This system aims to track nodes behaviours to detect untrustworthy elements and select reliable ones for collaborative services assistance. In turn, a trust management system is instantiated on a collaborative basis, wherein multiple nodes share their evidences about one another's trustworthiness. Based on an extensive analysis of prior trust management systems, we have identified a set of best practices that provided us guidance to design an effective trust management system for our collaborative keying protocols. This effectiveness was assessed by considering how the trust management system could fulfil specific requirements of our proposed approaches for key establishment in the context of the IoT. Performance analysis results show the proper functioning and effectiveness of the proposed system as compared with its counterparts that exist in the literature