Les travaux présentés dans cette thèse ont été effectués au Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN). Ils portent sur l'observation et la commande des systèmes singuliers non linéaires. Dans un premier temps nous nous sommes intéressés à la synthèse d'observateur et au filtrage H infini des systèmes singuliers bilinéaires. Dans un deuxième temps, nous avons étudié la synthèse d'observateur pour les systèmes singuliers non linéaires Lipschitziens. La dernière partie de ce travail concerne la stabilisation et la commande basée observateurs des systèmes singuliers non linéaires. L'objectif de ce travail a été de proposer des résultats facilement implémentables et de couvrir une large classe de systèmes non linéaires. La contribution principale de ce mémoire a été de proposer des observateurs H infini pour les systèmes singuliers non linéaires, en utilisant le non biais de l'erreur d'estimation. Les paramètres de ces observateurs sont obtenus par la résolution des inégalités matricielles linéaires (LMIs). Le deuxième apport concerne la synthèse de commande stabilisante et l'utilisation d'un des observateurs proposés dans cette thèse pour la synthèse d'une commande basée observateur pour les systèmes singuliers non linéaires. Cette dernière est réalisée grâce à la réécriture des fonctions non linéaires sous des formes adéquates à l'application de la commande des systèmes.

Ces travaux contribuent à définir une nouvelle méthodologie de caractérisation et de prévision de la sensibilité des composants de puissance de type VDMOS vis à vis de l'environnement radiatif naturel. Cette méthodologie est basée sur le test laser d'une part et sur le développement d'un logiciel de prédiction nommé MC DASIE d'autre part. La méthode de caractérisation par laser de MOS de puissance est validée à partir de la comparaison des résultats obtenus avec des accélérateurs de particules. En outre, des cartographies laser de sensibilités sont présentées et l'intérêt du laser comme outil complémentaire des accélérateurs est mis en lumière. Le développement d'une extension du logiciel de prédiction MC DASIE aux MOS de puissance permet de prédire leur sensibilité dans un environnement atmosphérique. A cette fin, des simulations TCAD sont réalisées ; elles permettent une meilleure compréhension du phénomène de Burnout ainsi que la définition de critères de déclenchement et du volume d'interaction.

Ce travail constitue une contribution à l'étude de la synergie entre le vieillissement accéléré et l'évolution de la robustesse aux évènements singuliers pour les technologies MOS avancées. Ce manuscrit expose le travail fait autour de la Caractérisations des mécanismes de dégradation NBTI, HCI, TDDB et Electromigration sur les structures de tests conçues dans le véhicule de test NANOSPACE en technologie CMOS LP 65 nm. Il décrit aussi l'évaluation de la robustesse face aux évènements singuliers après un vieillissement de type NBTI sur les chaines de portes logiques (inverseurs, NOR, bascules D). Cette dernière partie nous a permis de démontrer que le vieillissement de type NBTI améliore la robustesse face aux SET dans ce cas d'étude.

Dans ce travail de thèse on s’intéresse à l’estimation de l’attitude d’un corps rigideen mouvement dans l’espace 3D en utilisant les quaternions comme représentation. Cetteproblématique a été largement étudiée dans la littérature sous divers domaines d’application.L’objectif de la thèse est de proposer de nouvelles méthodes de fusion de données en combinantdes mesures inertielles et magnétiques. Dans un premier temps, nous nous sommesintéressés à l’estimation de l’attitude en cas de mouvement accéléré où l’accélération linéairedu corps n’est plus négligeable devant la gravité. Deux approches ont été proposées dans cecadre. La première utilise un filtre de Kalman adaptatif pour la compensation des accélérationslinéaires. Précisément, des lois de détection ont été développées pour distinguer d’unefaçon automatique les différentes phases de mouvement (statiques et dynamiques). Ainsi, lamatrice de covariance associée à l’accélération linéaire est estimée afin d’ajuster le gain dufiltre. La deuxième approche consiste à intégrer un filtre singulier élaboré sur la base d’unnouveau modèle, dans lequel le modèle du processus est défini en se basant sur les mesuresissues de l’accéléromètre tandis que le modèle d’observation est défini par les mesures issuesdu gyromètres et du magnétomètres. Cette formulation permet de prendre en compte l’effetdes accélérations linéaires d’une manière efficace. Dans un deuxième temps, on s’est focalisésur l’estimation de l’attitude avec utilisation intermittente de gyromètres, considérés commecapteurs énergivores. Nous avons étudié dans ce cas la façon la plus adéquate afin de réduirel’acquisition des mesures de vitesse angulaire tout en gardant une qualité acceptable de l’estimationde l’attitude. Toutes les approches développées ont été validées par des simulationsnumériques ainsi que des expérimentations utilisant des données réelles. / In this PhD. thesis we deal with attitude estimation of accelerated rigid body moving in the 3D space using quaternion parameterization. This problem has been widely studied in the literature in various application areas. The main objective of the thesis is to propose new methods for data fusion to combine inertial gyros) and magnetic measurements. The first challenge concerns the attitude estimation during dynamic cases, in which external acceleration of the body is not negligible compared to the Gravity. Two main approaches are proposed in this context. Firstly, a quatenion-based adaptive Kalman filter (q-AKF) was designed in order to compensate for such external acceleration. Precisely, a smart detector is designed to decide whether the body is in static or dynamic case. Then, the covariance matrix of the external acceleration is estimated to tune the filter gain. Second, we developed descriptor filter based on a new formulation of the dynamic model where the process model is fed by accelerometer measurements while observation model is fed by gyros and magnetometer measurements. Such modeling gives rise to a descriptor system. The resulting model allows taking the external acceleration of the body into account in a very efficient way. The second challenge is related to the energy consumption issue of gyroscope, considered as the most power consuming sensor. We study the way to reduce the gyro measurements acquisition by switching on/off the sensor while maintaining an acceptable attitude estimation. The effciency of the proposed methods is evaluated by means of numerical simulations and experimental tests.

Ce mémoire de thèse traite des effets singuliers produits par les milieux radiatifs sur les capteurs d’images CMOS. Le travail se concentre sur les effets provoqués par les ions lourds sur les capteurs utilisant des pixels 3T à photodiode standard et des pixels 4T et 5T à photodiodes pincées. Dans un premier temps, l’étude se concentre sur l’environnement spatial et l’architecture des capteurs. La comparaison avec la littérature met en évidence les effets les plus critiques sur les capteurs : le SEL et les SET. Les capteurs testés expérimentalement valident les travaux théoriques. Les SET sont comparés aux simulations de l’outil de modélisation STARDUST, et montrent un bon accord pour toutes les puces et les ions. Il est expliqué pourquoi les SET sur les puces 3T sont insensibles aux variations de conception de la photodiode, et pourquoi l’utilisation d’un substrat épitaxié diminue grandement les SET. Une méthode de réduction des SET est implémentée avec succès sur les puces 4T et 5T, et le composant responsable du latchup est identifié. L’ensemble des mécanismes explorés permet de connaitre les paramètres importants pour durcir les imageurs. / This thesis studies the single event effects of space environment in CMOS image sensors (CIS). This work focuses on the effects of heavy ions on 3T standard photodiode pixels, and 4T and 5T pinned photodiode pixels. The first part describes the space radioactive environment and the sensor architecture. The most harmful events (SEL and SETs) are identified thanks to the scientific literature. The experimentally tested sensors agree with the theoretical work. SETs are compared to STARDUST simulations with a good agreement for all ions and sensors. The work explains why the SETs on 3T pixels are insensitive to the various photodiode designs, and they are decreased when an epitaxial substrate is used. A method using anti-blooming was successfully used in 4T and 5T pixels to prevent the spread of the SETs. The mechanism of latchup in 4T pixel sensors is described. All the identified mechanisms are very useful to provide hardening methods for the CISs.

Les effets dus à la radiation peuvent provoquer des pannes dans des circuits intégrés. Lorsqu'une particule subatomique, fait se déposer une charge dans les régions sensibles d'un transistor cela provoque une impulsion de courant. Cette impulsion peut alors engendrer l'inversion d'un bit ou se propager dans un réseau de logique combinatoire avant d'être échantillonnée par une bascule en aval.Selon l'état du circuit au moment de la frappe de la particule et selon l'application, cela provoquera une panne observable ou non. Parmi les événements induits par la radiation, seule une petite portion génère des pannes. Il est donc essentiel de déterminer cette fraction afin de prédire la fiabilité du système. En effet, les raisons pour lesquelles une perturbation pourrait être masquée sont multiples, et il est de plus parfois difficile de préciser ce qui constitue une erreur. A cela s'ajoute le fait que les circuits intégrés comportent des milliards de transistors. Comme souvent dans le contexte de la conception assisté par ordinateur, les approches hiérarchiques et les techniques d'abstraction permettent de trouver des solutions.Cette thèse propose donc plusieurs nouvelles techniques pour analyser les effets dus à la radiation. La première technique permet d'accélérer des simulations d'injections de fautes en détectant lorsqu'une faute a été supprimée du système, permettant ainsi d'arrêter la simulation. La deuxième technique permet de regrouper en ensembles les éléments d'un circuit ayant une fonction similaire. Ensuite, une analyse au niveau des ensemble peut être faite, identifiant ainsi ceux qui sont les plus critiques et qui nécessitent donc d'être durcis. Le temps de calcul est ainsi grandement réduit.La troisième technique permet d'analyser les effets des fautes transitoires dans les circuits combinatoires. Il est en effet possible de calculer à l'avance la sensibilité à des fautes transitoires de cellules ainsi que les effets de masquage dans des blocs fréquemment utilisés. Ces modèles peuvent alors être combinés afin d'analyser la sensibilité de grands circuits. La contribution finale de cette thèse consiste en la définition d'un nouveau langage de modélisation appelé RIIF (Reliability Information Ineterchange Format). Ce langage permet de décrire le taux des fautes dans des composants simples en fonction de leur environnement de fonctionnement. Ces composants simples peuvent ensuite être combinés permettant ainsi de modéliser la propagation de leur fautes vers des pannes au niveau système. En outre, l'utilisation d'un langage standard facilite l'échange de données de fiabilité entre les partenaires industriels.Au-delà des contributions principales, cette thèse aborde aussi des techniques permettant de protéger des mémoires associatives ternaires (TCAMs). Les approches classiques de protection (codes correcteurs) ne s'appliquent pas directement. Une des nouvelles techniques proposées consiste à utiliser une structure de données qui peut détecter, d'une manière statistique, quand le résultat n'est pas correct. La probabilité de détection peut être contrôlée par le nombre de bits alloués à cette structure. Une autre technique consiste à utiliser un détecteur de courant embarqué (BICS) afin de diriger un processus de fond directement vers le région touchée par une erreur. La contribution finale consiste en un algorithme qui permet de synthétiser de la logique combinatoire afin de protéger des circuits combinatoires contre les fautes transitoires.Dans leur ensemble, ces techniques facilitent l'analyse des erreurs provoquées par les effets dus à la radiation dans les circuits intégrés, en particulier pour les très grands circuits composés de blocs provenant de divers fournisseurs. Des techniques pour mieux sélectionner les bascules/flip-flops à durcir et des approches pour protéger des TCAMs ont étés étudiées. / The main objective of this thesis is to develop techniques that can beused to analyze and mitigate the effects of radiation-induced soft errors in industrialscale integrated circuits. To achieve this goal, several methods have been developedbased on analyzing the design at higher levels of abstraction. These techniquesaddress both sequential and combinatorial SER.Fault-injection simulations remain the primary method for analyzing the effectsof soft errors. In this thesis, techniques which significantly speed-up fault-injectionsimulations are presented. Soft errors in flip-flops are typically mitigated by selectivelyreplacing the most critical flip-flops with hardened implementations. Selectingan optimal set to harden is a compute intensive problem and the second contributionconsists of a clustering technique which significantly reduces the number offault-injections required to perform selective mitigation.In terrestrial applications, the effect of soft errors in combinatorial logic hasbeen fairly small. It is known that this effect is growing, yet there exist few techniqueswhich can quickly estimate the extent of combinatorial SER for an entireintegrated circuit. The third contribution of this thesis is a hierarchical approachto combinatorial soft error analysis.Systems-on-chip are often developed by re-using design-blocks that come frommultiple sources. In this context, there is a need to develop and exchange reliabilitymodels. The final contribution of this thesis consists of an application specificmodeling language called RIIF (Reliability Information Interchange Format). Thislanguage is able to model how faults at the gate-level propagate up to the block andchip-level. Work is underway to standardize the RIIF modeling language as well asto extend it beyond modeling of radiation-induced failures.In addition to the main axis of research, some tangential topics were studied incollaboration with other teams. One of these consisted in the development of a novelapproach for protecting ternary content addressable memories (TCAMs), a specialtype of memory important in networking applications. The second supplementalproject resulted in an algorithm for quickly generating approximate redundant logicwhich can protect combinatorial networks against permanent faults. Finally anapproach for reducing the detection time for errors in the configuration RAM forField-Programmable Gate-Arrays (FPGAs) was outlined.

On considère des germes de champs de vecteurs holomorphes singuliers trimimensionnels, appelés noeud-cols doublement résonants. Ces champs de vecteurs correspondent à des systèmes différentiels bidimensionnels à singularité irrégulière, et dont la partie linéaire possède deux valeurs propres non-nulles opposées. Ce type de singularité apparait par exemple à l'infini dans les équations de Painlevé PI,...,PV après compactification à poids de l'espace, pour des valeurs génériques des paramètres. Depuis Boutroux, l'étude de ces singularités a générè de nombreux travaux de recherche. Récemment, plusieurs auteurs ont fournis des informations nouvelles, en étudiant notamment les phénomènes de Stokes non-linéaires et quasi-linéaires associés, en donnant des formules de connexion. Les coefficients de Stokes quasi-linéaires sont invariants sous l'action de changement de coordonnées analytiques locaux, mais ne forment pas un système complet d'invariants analytiques. L'objectif de ce travail de thèse est de fournir une classification analytique générale et complète des noeud-cols doublement résonants. L'idée pour cela est d'adapter les travaux de Martinet et Ramis, généralisés ensuite par Stolovitch. Dans une première partie on fournit une classification formelle, i.e. sous l'action de changements de coordonnées formels, en exhibant des formes normales formelles. Dans un second temps, on étudiera l'existence de normalisations sectorielles (analytiques sur des secteurs), généralisant ainsi un théorème de Hukuhara-Kimura-Matuda. Enfin, on étudiera les recollements entre ces applications normalisantes dans les domaines d'intersections: c'est ce que l'on appellera les difféomorphismes de Stokes. Il s'agira là d'étudier des isotropies sectorielles de la forme normale. On verra que la donnée d'une forme normale formelle et d'un couple de difféomorphismes de Stokes fournira un système complet d'invariants analytiques. Enfin, dans une quatrième et dernière partie, nous calculerons certains de ces invariants pour la singularité irrégulière à l'infini de la première équation de Painlevé. / We consider germs of analytic singular vector fields in dimension three, called doubly-resonant saddle-nodes. These vector fields correspond to irregular two-dimensional systems with a pair of two opposite non-zero eigenvalues. This king of singularity appears for instance at infinity in Painlevé equations PI,...,PV, after a weighted compactifcation, for generic values of the parameters. Since Boutroux, the study of these singularities has generated many researches. Recently, several authors provided new informations, by studying for instance the associated non-linear and quasi-lineair Stokes phenomenas and by giving connection formulas. Quasi-linéaire Stokes coefficients are invariant under local analytic change of coordinates, but do not form a complete set of invariants for analytic classification. The goal of this work is to provide a complete analytic classification of doubly-resonant saddle-nodes. The idea for this is to adapt the works of Martinet and Ramis, generalized then by Stolovitch. In the first part, we give a formal classification, based on the existence on unique formal normal forms. In the second part, we prove the existence of sectorial nomalizing maps (analytic over sectors), generalizing a theorem by Hukuhara-Kimura-Matuda. In the third part, we study the Stokes diffeomorphisms, and more generaly the sectorials isotropies of the normal form. We obtain a complet set of analytic invariants. Finally, in the fourth part, we compute some of these invariants in the case of the first Painlevé equation.

Ce travail est consacré aux problèmes de testd’hypothèses pour les processus de Poisson nonhomogènes.L’objectif principal de ce travail est l’étude decomportement des différents tests dans le cas desmodèles statistiques singuliers. L’évolution de lasingularité de la fonction d'intensité est comme suit :régulière (l'information de Fisher finie), continue maisnon différentiable (singularité de type “cusp”),discontinue (singularité de type saut) et discontinueavec un saut de taille variable. Dans tous les cas ondécrit analytiquement les tests. Dans le cas d’un saut detaille variable, on présente également les propriétésasymptotiques des estimateurs.En particulier, on décrit les statistiques de tests, le choixdes seuils et le comportement des fonctions depuissance sous les alternatives locales. Le problèmeinitial est toujours le test d’une hypothèse simple contreune alternative unilatérale. La méthode principale est lathéorie de la convergence faible dans l’espace desfonctions discontinues. Cette théorie est appliquée àl’étude des processus de rapport de vraisemblancenormalisé dans les modèles singuliers considérés. Laconvergence faible du rapport de vraisemblance sousl’hypothèse et sous les alternatives vers les processuslimites correspondants nous permet de résoudre lesproblèmes mentionnés précédemment.Les résultats asymptotiques sont illustrés par dessimulations numériques contenant la construction destests, le choix des seuils et les fonctions de puissancessous les alternatives locales. / This work is devoted to the hypotheses testing problems for inhomogeneous Poisson processes.The main object of the work is the study of the behaviour of different tests in the case of singular statistical models. The “evolution of singularity” of the intensity function is the following: regular (finite Fisherinformation), continuous but not differentiable (“cusp”type singularity), discontinuous (jump type singularity)and discontinuous with variable jump size. In all thecases we describe analytically the tests. In the case ofvariable jump size we present as well the asymptoticproperties of the estimators.In particular we describe the test statistics, the choice ofthresholds and the form of the power functions for thelocal alternatives. The initial problem is always the testof a simple hypothesis against a one-sided alternative.The main tool is the weak convergence theory in thespace of discontinuous functions. This theory is appliedto the study of the normalized likelihood ratio processesin the considered singular models. The weakconvergence of the likelihood ratio processes underhypothesis and under alternatives to the correspondinglimit processes allows us to solve the mentioned aboveproblems.The asymptotic results are illustrated by numericalsimulations which contain the construction of the tests,the choice of the thresholds, and the power functions forlocal alternatives.

Les particules de l'environnement radiatif naturel sont responsables de dysfonctionnements dans les systèmes électroniques. Dans le cas d'applications critiques nécessitant une très haute fiabilité, il est primordial de répondre aux impératifs de sûreté de fonctionnement. Pour s'en assurer et, le cas échéant, dimensionner les protections de manière adéquate, il est nécessaire de disposer d'outils permettant d'évaluer la sensibilité de l'électronique vis-à-vis de ces perturbations.L'objectif de ce travail est le développement d'outils à destination des ingénieurs pour la prédiction des aléas logiques induits par les radiations dans les mémoires SRAM. Dans un premier temps, des bases de données de réactions nucléaires sont construites à l'aide du code de simulation Geant4. Ces bases de données sont ensuite utilisées par un outil Monte-Carlo dont les prédictions sont comparées avec des résultats d'irradiations que nous avons effectuées sur des mémoires SRAM en technologie 90 et 65 nm. Enfin, des critères simplifiés reposant sur une amélioration de la méthode SIMPA nous permettent de proposer un outil d'ingénieur pour la prédiction de la sensibilité aux protons ou aux neutrons à partir des données expérimentales ions lourds. Cette méthode est validée sur des technologies de SRAM très largement submicroniques et permet l'estimation des évènements multiples, une problématique croissante pour les applications spatiales, avioniques et terrestres. / Particles from natural radiation environment can cause malfunctions in electronic systems. In the case of critical applications involving a very high reliability, it is crucial to fulfill the requirements of dependability. To ensure this and, if necessary, to adequately design mitigations, it is important to get tools for the sensitivity assessment of electronics towards radiations.The purpose of this work is the development of prediction tools for radiation-induced soft errors, which are primarily intended for end users. In a first step, the nuclear reaction databases were built using the Geant4 toolkit. These databases were then used by a pre-existing Monte-Carlo tool which predictions were compared with experimental results performed on 90 and 65 nm SRAM devices. Finally, simplified criteria enabled us to propose an engineering tool for the prediction of the proton or neutron sensitivity from heavy ion data. This method was validated on deep submicron devices and allows the user to estimate multiple events, which are a crucial issue in space, avionic and ground applications.

Dans ce mémoire, nous avons proposé une méthode basée sur l'utilisation de la généralisation du lemme de Gronwall-Bellman pour garantir des conditions suffisantes de stabilisation asymptotique pour une classe de systèmes non linéaires fractionnaires. Nous avons étendu ces résultats dans la stabilisation asymptotique des systèmes non linéaires singuliers fractionnaires et proposé des conditions suffisantes de stabilité asymptotique de l'erreur d'observation dans le cas de l'étude des observateurs pour les systèmes non linéaires fractionnaires et singuliers fractionnaires. Pour les systèmes non linéaires à dérivée d'ordre entier, nous avons proposé par l'application de la généralisation du lemme de Gronwall-Bellman des conditions suffisantes pour : - la stabilisation exponentielle par retour d'état statique et par retour de sortie statique, - la stabilisation exponentielle robuste en présence d'incertitudes paramétriques, - la commande basée sur un observateur. Nous avons étudié la stabilisation des systèmes linéaires fractionnaires avec les lois de commande suivantes~: retour d'état statique, retour de sortie statique et retour de sortie basé sur un observateur. Puis, nous avons proposé des conditions suffisantes de stabilisation lorsque le système linéaire fractionnaire est affecté par des incertitudes non linéaires paramétriques. Enfin, nous avons traité la synthèse d'un observateur pour ces systèmes. Les résultats proposés pour les systèmes linéaires fractionnaires ont été étendus au cas où ces systèmes fractionnaires sont singuliers. La technique de stabilisation basée sur l'utilisation de la généralisation du lemme de Gronwall-Bellman est étendue aux systèmes non linéaires fractionnaires et aux systèmes non linéaires singuliers fractionnaires. Des conditions suffisantes de stabilisation asymptotique, de stabilisation asymptotique robuste et de commande basée sur un observateur ont été obtenues pour les classes de systèmes non linéaires fractionnaires et non linéaires singuliers fractionnaires. Par ailleurs, une méthode de synthèse d'observateurs pour ces systèmes non linéaires fractionnaires et non linéaires singuliers fractionnaires est proposée. Cette approche est basée sur la résolution d'un système d'équations de Sylvester. L'avantage de cette méthode est que, d'une part, l'erreur d'observation ne dépend pas explicitement de l'état et de la commande du système et, d'autre part, qu'elle unifie la synthèse d'observateurs de différents ordres (observateurs d'ordre réduit, d'ordre plein et d'ordre minimal).