Les travaux de cette thèse portent sur la stabilisation des systèmes affines commutés. Ces systèmes appartiennent à la classe des systèmes dynamiques hybrides. Ils possèdent de plus la particularité d'avoir des points de fonctionnement non auto-maintenables : il n'existe pas de loi de commutations permettant de maintenir l'état du système en ce point. De ce fait, la stabilisation de ces systèmes en imposant à la loi de commutations une durée minimale entre chaque commutation aboutit à une convergence des trajectoires dans une région de l'espace d'état. Après avoir synthétisé différentes stratégies de commutations échantillonnées construites à partir d'une fonction de commande de Lyapunov en temps continu, nous cherchons à déterminer la région de l'espace dans laquelle converge asymptotiquement l'ensemble des trajectoires du système. Par la résolution d'un problème d'optimisation, une estimation de la taille de cette région est donnée et un lien avec les incertitudes du système y est établi. Un second problème de stabilisation est étudié dans cette thèse, en considérant une stratégie de commande basée observateur par retour de sortie. Cependant, du fait de la nature hybride du système, son observabilité est directement liée à la séquence de commutations. Il est alors nécessaire de garantir à la fois l'observabilité, par une condition algébrique, et la convergence du système vers un point de fonctionnement, par l'existence d'une fonction de commande de Lyapunov.

L'objectif de cette thèse est de proposer une approche générale améliorant le maintien de la cohérence et de la robustesse dans un système multi-agents (SMA) qui recueille collectivement des informations provenant des sources distribuées où certains sources sont défectueuses (volontairement ou non). Dans ce contexte, les informations recueillies collectivement par le système sont une agrégation progressive (non linéaire) des informations recueillies individuellement par chaque agent. Par conséquent, chaque agent a des informations directes (recueillies par lui-même) et des informations indirectes (obtenues grâce à la communication avec d'autres agents). La cohérence du système est définie par la compatibilité des informations recueillies collectivement sur l'environnement exploré avec l'environnement réel. La robustesse du système est définie par la capacité du système de maintenir la cohérence de ses informations, en dépit de l'existence et de l'augmentation des agents défaillants au sein du système.Pour assurer la cohérence du système, nous proposons un modèle de confiance appelé TrustSet, permettant aux agents de raisonner eux-mêmes sur les informations collectées et en particulier de calculer la fiabilité de ces informations. Chaque agent maintient un réseau de confiance et un système d'informations locales construit à partir de la confrontation des informations directes (collectées par l'agent) et des informations indirectes (obtenues à partir des agents rencontrés) pour développer une stratégie de communication locale ou globale garantissant la robustesse du système par rapport aux effets de la dissonance des agents. Ensuite, nous construisons un système multi-agents capable de définir dynamiquement ou de faire émerger des stratégies de déplacement ou de communication adaptées à la perturbation. Une démarche d'auto-organisation se base sur une vision systémique dans laquelle nous considérons un couplage structurel entre les deux composantes du système : le sous-système de collecte d'information directe et le sous-système de communication. Ce mécanisme agit comme un guide pour la communication et pour la limitation de la diffusion d'informations dissonantes dans le système, réduisant ainsi son impact sur le processus de la collecte d'information collective. De nombreuses simulations ont été menées dans le cadre d'une application de cartographie collaborative, afin de montrer l'intérêt de notre approche.

Thesis (Ph. D.)--University of Karlsruhe, 2001. / Includes bibliographical references (p. [193]-201) and subject index. Also available in electronic format on the Internet.

Les systèmes RFID sont de plus en plus utilisés dans des applications critiques fonctionnant dans des environnements perturbés (ferroviaire, aéronautique, chaînes de production ou agroalimentaire) ou dans des applications où la sécurité est essentielle (identification, lutte contre la contrefaçon). Pourtant, ces systèmes faibles coûts, initialement conçus pour des applications de masse non critiques, sont peu robustes par nature. Pour les applications critiques, les défaillances des puces RFID peuvent avoir des conséquences catastrophiques ou créer des failles de sécurité importantes. Ces défaillances peuvent avoir des origines nombreuses : par exemple, des origines matérielles dues au vieillissement naturel des circuits intégrés ou à des attaques (optiques, électromagnétiques, en tension). Il est donc d'usage dans les applications critiques d'accroître la robustesse des systèmes RFID par la mise en œuvre de redondance matérielle. Cependant cette redondance accroît le coût du déploiement des systèmes RFID ainsi que la complexité des protocoles et middleware associés. L'amélioration de la robustesse des tags permet de grandement limiter cette redondance. L'objectif de la thèse est d'accroitre la robustesse des tags UHF passifs en proposant et validant de nouvelles architectures numériques de puces RFID robustes à la fois aux défaillances et aux attaques matérielles. Les approches de durcissement des circuits intégrés étudient généralement leur robustesse par simulation et ce de manière indépendante à la validation de leur conception. La méthode la plus courante afin de valider la robustesse d'un circuit repose sur l'injection de fautes par simulation. Pour les puces RFID, ce type d'approche par simulation est problématique car les performances des puces dépendent de nombreux paramètres difficilement modélisables globalement. En effet, le fonctionnement d'un tag dépend de son environnement électromagnétique, du nombre de tags présents dans le système, des protocoles mis en œuvre. Aussi, nous avons développé une méthodologie basée sur le prototypage permettant d'éviter des simulations complexes et chronophages. La puce RFID prototype est alors implantée dans un FPGA. Ainsi, dès la phase de conception, cette puce peut être validée fonctionnellement dans un environnement réel. De plus, en utilisant différentes techniques d'instrumentation permettant l'injection de fautes dans les circuits numériques sur FPGA, il est alors possible d'analyser l'effet sur l'ensemble du système des fautes injectées dans le tag. Dans cette thèse, dans un premier temps, le prototype fonctionnel d'un tag RFID a été développé. Dans un second temps, ce prototype a été instrumenté pour pouvoir réaliser des injections de fautes en ligne ou hors ligne. Ensuite, le comportement du système RFID en présence de fautes dans ce tag RFID a été évalué. L'analyse des effets de ces fautes sur le système a permis de proposer, de mettre en œuvre et de valider de nouvelles architectures numériques de tags RFID robustes. Ce nouvel environnement de prototypage et d'injection de fautes a également permis de démontrer les effets de nouvelles attaques contre les systèmes RFID reposant sur l'insertion de tags fautifs ou malveillants dans les systèmes. Enfin, cette approche a permis d'évaluer les méthodes de détection des tags fautifs. / RFID tags are more and more used for critical applications within harsh environments (aeronautics, railways) or for secure applications such as identification, countermeasure against counterfeiting. However, such low cost systems, initially designed for non-critical applications with a high volume, are not robust by themselves. For critical applications, a malfunction of RFID chip may have serious consequences or induce a severe security breach for hackers. Dysfunctions can have many origins: for instance, hardware issues can be due to aging effects or can also be due to hackers attack such as optical or electromagnetic fault injection. It is thus a common practice for critical applications to increase the robustness of RFID system. The main purpose of this PhD Thesis is to increase UHF tags robustness by proposing new digital architectures of RFID chips which would be resilient against both hardware attacks and natural defects.Usual design techniques for robustness IC improvement consist in evaluating the design robustness by simulation and to do this independently of the design validation. The main technique for robustness evaluation is the simulation based faults injection. Within the RFID context such an approach only based on simulation has several drawbacks. In fact, simulations often are inaccurate because the system behavior relies on several parameters such as the global electromagnetic environment, the number of tags present in the reader field, the RFID protocol parameters.The purposes of this PhD are to develop a design method dedicated to RFID system based on hardware prototyping in order to avoid time consuming simulations and then to evaluate the design within a real environment.The hardware prototyping based on FPGA allows the design to be validated in a real environment. Moreover, using instrumentation techniques for fault injection within FPGA , it will be then possible to analyze the effects of faulty tags on the global system in terms of safety and security and then to propose countermeasures.In this thesis an FPGA based emulation platform called RFIM has been developed. This platform is compliant to EPC C1 Gen2 RFID standard. The RFID tag emulator has been validated functionally in a real environment. The RFIM platform uses the instrumentation technique for injecting faults in the digital tag circuit. Through fault injection campaigns RFIM platform can analyze the effect on the entire system of the faults injected into the tag, and ten validate new robust digital architectures.The RFIM platform has been used to demonstrate the effects of further attacks against RFID systems based on the insertion of faulty or malicious tag that contains a hardware Trojan. Finally, RFIM platform helps to develop countermeasures against the fault effects. These countermeasures have been implemented and tested in a real RFID environment with several tags and reader.

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du rejet adaptatif de perturbations sur des structures de contrôle actif de vibrations. L’objectif était de développer des stratégies de commande adaptatives, pour le rejet actif de perturbations, et de les mettre en œuvre sur des procédés réels se trouvant au sein du département Automatique du laboratoire GIPSA-Lab de Grenoble. En première partie, le rejet de perturbations bande étroites inconnues a été traité en utilisant des lois de commande adaptatives en contre réaction basées sur le principe du modèle interne. Ces lois de commande ont été validées expérimentalement sur une plate-forme de suspension active. En deuxième partie, des algorithmes adaptatifs pour l’atténuation de perturbations bande larges par action anticipatrices « feedforward » ont été proposés, analysés, et testés en pratique sur une structure flexible de contrôle actif de vibrations. / This thesis work is a part of adaptive disturbances rejection on some flexible structures in active vibration control (AVC). The objective was to develop adaptive control strategies for the active disturbances rejection, and to implement them on real process located in the Automatic Control Department of GIPSA-Lab in Grenoble. In the first part, the rejection of unknown narrow-band disturbances (Sinusoidal and multi-sinusoidal) was treated using adaptive control laws in « feedback » based on the internal model principle. These control laws have been validated experimentally on an active suspension platform. In the second part, adaptive algorithms for the minimization of the effects of "broadband" disturbances in "feedforward" have been proposed, analyzed and tested in practice on a flexible structure of active vibration control.

L’industrie des transports aéronautique et terrestre voit une augmentation constante de l’électrification de ses fonctions. Les actionneurs mécaniques ou hydrauliques sont au fil des évolutions technologiques remplacés par des actionneurs électriques.Les composants qui dominent le marché actuellement ne semblent plus capables de suivre la tendance. En effet, les composants de puissance à base de silicium règnent toujours sur le marché actuel, grâce à leur faible coût. Ce matériau commence par contre à atteindre ses limites théoriques en termes de performances. Dans ce contexte, différentes structures en semi-conducteurs à large bande interdite sont en train d’émerger afin de succéder au silicium.Cette étude a pour objectif d’évaluer la fiabilité des transistors de puissance à base de Nitrure de Gallium. Ces composants semblent être très prometteurs pour des applications moyennes puissances. Cependant, les mécanismes de défaillance dont peuvent souffrir ces composants ne sont pas encore suffisamment étudiés. L’étude consiste en l’application de vieillissements alliant contraintes thermiques et électriques. Ces vieillissements sont effectués à différentes conditions de tension et de température. L’objectif de cette méthode est, dans un premier temps, d’isoler l’effet de chaque facteur de stress sur l’état des composants, et dans un second temps, d’identifier les mécanismes de défaillances activés en fonction des conditions de vieillissement.Ce travail a permis d’identifier l’existence de différents mécanismes de défaillance pouvant être activés selon les conditions de vieillissement. En effet, il est apparu que la gamme de température de vieillissement utilisée influe grandement sur la prédominance des mécanismes de défaillance activés. Les résultats obtenus remettent en question les normes de qualification actuellement appliquées aux composants en Nitrure de Gallium. Ces normes devraient revoir à la hausse les températures de vieillissement utilisées afin de couvrir des gammes plus proches des températures d’utilisation pour ce type de composants. / The aeronautical and terrestrial transport industries know a steady increase in the electrification of their functions. In fact, the mechanical or hydraulic actuators are gradually replaced by electric ones.The components dominating the market today seem unable to follow the trend anymore. In fact, silicon-based power components still prevail in the current market, thanks to their low cost. However, this material begins to reach its theoretical limits in terms of performance. In this context, different wide bandgap semiconductor structures are emerging to take on from silicon.The aim of this study is to assess the reliability of power transistors based on Gallium Nitride. These components are very promising for medium power applications. However, the failure mechanisms of these components are not yet sufficiently studied. The study consists in the application of aging tests combining thermal and electrical stresses. These agings are carried out under different conditions of tension and temperature. The objective of this method is, firstly, to isolate the effect of each stressor on the state of the components, and secondly, to identify the failure mechanisms activated according to the aging conditions.This work made it possible to identify the existence of different failure mechanisms that can be activated according to the aging conditions. Indeed, it has emerged that the aging temperature range used influences the predominance of activated failure mechanisms. The results challenge the adequacy of current qualification standards for Gallium Nitride components. These standards should revise upwards the aging temperatures used to cover ranges closer to the operating temperatures of this kind of components.

Cette thèse s'intéresse en premier lieu à l'analyse des effetsfonctionnels des erreurs dans laconfiguration de FPGAs à base de SRAM. Ces erreurs peuvent provenir deperturbations naturelles(rayonnements, particules) ou d'attaques volontaires, par exemple avecun laser. La famille Virtex IIde Xilinx est utilisée comme premier cas pratique d'expérimentation,puis une comparaison est réaliséeavec la famille AT40K de chez ATMEL. Ceci a permis de mieux comprendrel'impact réel dedifférentes sources de perturbations, et les motifs d'erreur devantréellement être pris en compte pouraméliorer la robustesse d'un circuit implanté sur ce type detechnologie. Cette étude a nécessité ledéveloppement d'outils de conception spécifiques, permettantd'automatiser les analyses. Uneméthodologie innovante est proposée pour l'évaluation de lasensibilité de la mémoire de configurationaux SEUs : une classification des bits de configuration est établie enfonction des effets produits parleur inversion sur le fonctionnement normal de l'application. Cecipermet de déterminer les zones lesplus critiques, autorisant le développement de stratégies deprotection sélectives et à faible coût. / This thesis deals primarily with the analysis of the functionaleffects of errors in the configuration ofSRAM-based FPGAs. These errors can be due either to naturalperturbations (radiations, particles) orto malicious attacks, for example with a laser. The Xilinx Virtex IIfamily is used as first case study,then a comparison is made with the ATMEL AT40K family. This workallowed us a betterunderstanding of the real impact of perturbations, and of the errorpatterns that need to be taken intoaccount when improving the robustness of a circuit implemented on thistype of technology. Thisstudy required the development of specific design tools to automatethe analyses. An innovativemethodology is proposed for the evaluation of the configuration memorysensitivity to SEUs: aclassification of configuration bits is made with respect to theeffects produced on the application by asingle bit-flip. This enables us to identify the most critical areas,and to propose selective hardeningsolutions, improving the global reliability of the application at low cost.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la conception robuste de produit et plus particulièrement sur la phase de pré-dimensionnement dans le cas où un modèle de dimensionnement et un cahier des charges sont déjà définis. Une approche pour réaliser de l’optimisation robuste est proposée pour réduire la dispersion de la fonction objectif du cahier des charges du produit lorsque les paramètres de conception sont sujets aux incertitudes, conserver une bonne performance du produit et assurer une faisabilité des contraintes. Nous proposons ainsi la formulation d’un cahier des charges dit « robuste » transformant la fonction objectif et les contraintes du cahier des charges initial afin d’intégrer une notion de robustesse préalablement définie. La seconde contribution est une analyse des méthodes trouvées dans la littérature pour la propagation d’incertitudes à travers des modèles de dimensionnement. Les variations des paramètres sont alors modélisées par des dispersions probabilistes. L’analyse théorique du fonctionnement de chaque méthode est complétée par des tests permettant d’étudier la précision des résultats obtenus et de sélectionner la méthode utilisée par la suite. L’approche pour l’optimisation robuste de produit proposée dans ce travail est finalement mise en œuvre et testée sur deux études de cas. Elle intègre la méthode de propagation d’incertitudes dans une boucle de l’algorithme d’optimisation de manière à automatiser la recherche d’une solution optimale robuste pour le dimensionnement du produit. / The work presented in this thesis deals with the robust design of products. Particularly, it focuses on the design process preliminary phase where design models and specifications are already defined. A robust optimization approach is proposed. It aims to: reduce the scattering of the objective function included in the product specifications when the uncertainties reach the design parameters, maintain good performance of the product and ensure the constraints feasibility. We propose a new “robust” product specification that changes the objective function and the constraints of the initial specification in order to integrate the concept of robustness previously defined. The second contribution is an analysis of methods found in literature to propagate uncertainties across design models. Design parameter variations are modeled by probability distributions. The theoretical analysis of these methods is completed by numerous tests to investigate the accuracy of the results and to select the method used thereafter. The robust product optimization approach proposed in this work is finally implemented and tested on two case studies. It incorporates the propagation of uncertainties within the optimization loop to automate the search of a robust optimal solution for the design product.

La simulation de systèmes d'ingénierie non linéaire complexes tels que les écoulements de fluide compressibles peut être ciblée pour rendre plus efficace et précise l'approximation d'une quantité spécifique (scalaire) d'intérêt du système. En mettant de côté l'erreur de modélisation et l'incertitude paramétrique, on peut y parvenir en combinant des estimations d'erreurs axées sur des objectifs et des raffinements adaptatifs de maillage spatial anisotrope. A cette fin, un cadre élégant et efficace est celui de l'adaptation dite basé-métrique où une estimation d'erreur a priori est utilisée comme indicateur d’adaptation de maillage. Dans cette thèse on propose une nouvelle extension de cette approche au cas des approximations de système portant une composante stochastique. Dans ce cas, un problème d'optimisation est formulé et résolu pour un meilleur contrôle des sources d'erreurs. Ce problème est posé dans le cadre continu de l'espace de métrique riemannien. Des développements algorithmiques sont également proposés afin de déterminer les sources dominates d’erreur et effectuer l’adaptation dans les espaces physique ou des paramètres incertains. L’approche proposé est testée sur divers problèmes comprenant une entrée de scramjet supersonique soumise à des incertitudes paramétriques géométriques et opérationnelles. Il est démontré que cette approche est capable de bien capturé les singularités dans l’escape stochastique, tout en équilibrant le budget de calcul et les raffinements de maillage dans les deux espaces. / The simulation of complex nonlinear engineering systems such as compressible fluid flows may be targeted to make more efficient and accurate the approximation of a specific (scalar) quantity of interest of the system. Putting aside modeling error and parametric uncertainty, this may be achieved by combining goal-oriented error estimates and adaptive anisotropic spatial mesh refinements. To this end, an elegant and efficient framework is the one of (Riemannian) metric-based adaptation where a goal-based a priori error estimation is used as indicator for adaptivity. This thesis proposes a novel extension of this approach to the case of aforementioned system approximations bearing a stochastic component. In this case, an optimisation problem leading to the best control of the distinct sources of errors is formulated in the continuous framework of the Riemannian metric space. Algorithmic developments are also presented in order to quantify and adaptively adjust the error components in the deterministic and stochastic approximation spaces. The capability of the proposed method is tested on various problems including a supersonic scramjet inlet subject to geometrical and operational parametric uncertainties. It is demonstrated to accurately capture discontinuous features of stochastic compressible flows impacting pressure-related quantities of interest, while balancing computational budget and refinements in both spaces.

Les travaux présentés dans cette thèse visent à apporter des outils d’aide à la décision à partir de modèles prenant en compte une représentation Info-Gap des différentes sources de méconnaissance du système. Il est en effet possible en utilisant des simulations numériques de développer des indicateurs de support à la décision sous un certain niveau d’incertitude aléatoire ou épistémique. Le principe de conception est ici utilisé au sens large, et peut entrer sans le cadre du dimensionnement structural de composants, de la définition de l’amplitude d’excitation maximum d’un essai, ou encore de la mise en place d’une distribution de capteurs. Ces différentes méthodologies sont ici développées puis appliquées sur des systèmes académiques et industriels / The work presented in this PhD thesis aims at propose new decision making tools in order to take into account a Info-Gap modelling of the different sources of lack of knowledge. Indeed, numerical simulation allow to develop useful indicators for decision making under a given level of random or epistemic uncertainty. The design principle is hereby used in its very large sense, and can stand for structural component design, maximum load definition fir vibrating test or sensor placement design. In this manuscript, these different methodologies are developed and applied to academic and industrial structures.