Un des fondements de l’Ingénierie Système réside dans la compréhension et la formulation des exigences de différentes parties prenantes pour mieux maîtriser et contrôler la complexité du système à concevoir. L’évaluation des performances du système nécessite par ailleurs la prise en compte des expertises interdisciplinaires qui peuvent être incertaines, voire incomplètes. La prise en compte des interdépendances entre plusieurs domaines d’activité dans la conception et le déploiement d’un système de mobilité urbaine durable est un bon exemple, qui reflète la problématique de l’élicitation des connaissances pluridisciplinaires, puis de leur utilisation dans la définition d’une architecture distribuée. Le renouveau de la mobilité urbaine a en effet fait émerger des alternatives aux déplacements habituels, faisant place à la mobilité douce, à l’usage raisonnée des véhicules personnels, à la multimodalité et à l’inter-mobilité. Dans ce contexte, la convergence tend à s’opérer vers des plateformes numériques offrant des services variés, à la demande, adaptés aux besoins immédiats des usagers. Ces services sont généralement développés par des acteurs du secteur privé qui détiennent à la fois l’expertise et la technologie pour les déployer. Il s’agit donc, pour les pouvoirs publics considérés comme organe de contrôle et de régulation de la mobilité, de définir quelles infrastructures et quels services offrir et selon quelles modalités. Le travail de recherche effectué dans cette thèse vise à proposer puis valider, une démarche générale pour accompagner les décideurs des villes dans la conception et la mise en place des solutions de mobilité du futur. Un cadre méthodologique prenant en compte l’aide au choix de politiques et de partenaires cibles a pour cela été proposé, basé sur une méthode d’analyse multicritère, dans un cadre de décision collective et sous incertitude. Un méta-modèle d’un système de mobilité durable a ensuite été élaboré, à partir des connaissances élicitées d’un ensemble de standards et référentiels, de même qu’une architecture distribuée du système. Afin d’étudier la faisabilité de l’implémentation de cette architecture, en considérant le point de vue de l’aide à la décision, une roadmap de mise en œuvre a enfin été proposée, basée sur un système de recommandations visant à optimiser la réalisation de projets de mobilité nouveaux

Ce document présente les travaux de recherche que j'ai menés sur la problématique de la tolérance aux fautes dans les architectures et systèmes distribués entre 1987 et 1998. Comment concilier efficacité et tolérance aux fautes dans des systèmes construits à partir de composants standard tout en assurant la transparence de la tolérance aux fautes pour les applications ? Cette problématique a été abordée dans le contexte de la conception du système distribué Gothic, d'une architecture multiprocesseur à mémoire partagée tolérante aux fautes, d'une architecture multiprocesseur à mémoire partagée extensible (COMA) à haute disponibilité puis d'un système de mémoire partagée répartie. Le document présente ma démarche dans la conduite de ces travaux, les résultats obtenus et leur validation expérimentale.

L'objet de cette thèse est l'étude d'opérateurs de synthèse adaptés à une architecture banalisée. Une attention particulière a été accordée aux opérateurs améliorant l'aspect réaliste des objets synthétisés. Ce travail a abouti à la réalisation d'opérateurs cablés (calcul d'éclairage, apposition des textures) fonctionnant en temps réel. Cette réalisation confère au système une grande interactivité alliée à un haut degré de réalisme

Les systèmes à commutation représentent une classe particulière de systèmes hybrides. Ils sont décrits par plusieurs modèles de fonctionnement et chaque modèle, définissant un mode du système, est actif sous certaines conditions opératoires particulières. Lorsque la loi de commutation régissant le passage d'un modèle de fonctionnement à l'autre est parfaitement connue, il est aisé de manipuler de tels systèmes car le mode actif peut être connu à chaque instant. Par contre, dans la situation où aucune information n'est disponible sur l'évolution de la loi de commutation, il est plus ardu de procéder au diagnostic ou encore de synthétiser une loi de commande sur ces systèmes. Il est abordé ici le problème de la reconnaissance du mode actif sur la base d'observations de l'entrée et de la sortie du système. L'identification des paramètres de la loi de commutation est ensuite étudiée sous l'hypothèse de la connaissance de la structure de la loi de commutation.

Dans la ligné des réseaux de stations de travail, les grappes de calculateurs représentent une alternative attrayante, en terme de performance et de coût, comparativement aux machines parallèles traditionnelles, pour l'exécution d'applications parallèles de calcul à haute performance. Une grappe de calculateurs est constituée d'un ensemble de noeuds interconnectés par un réseau dédié à haute performance. Les systèmes à image unique (Single System Image -- SSI) forment une classe de logiciel offrant aux utilisateurs et programmeurs d'une grappe de calculateurs, l'illusion d'une machine unique. Un SSI peut être conçu à différents niveaux (intergiciel, système d'exploitation) selon le degré d'exigence quant à la<br />réutilisation sans modification de modèles de programmation et d'applications existants. Dans notre contexte, les applications visées sont de type MPI ou OpenMP. Comme pour tout système distribué, le système d'interconnexion des noeuds de la grappe se trouve au coeur des performances globales de la grappe et des SSIs.<br /><br />Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la conception d'un système de communication dédié aux systèmes d'exploitation distribués pour grappes. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre de la conception et la réalisation d'un SSI pour l'exécution d'applications haute performance sur grappe de calculateurs.<br /><br />Notre première contribution se situe dans la conception d'un modèle de communication adapté aux communications internes aux services systèmes distribués qui constituent le SSI. En effet, de la performance des communications dépendent les performances globales de la grappe. Les transactions de communication permettent (i) de décrire un message lors de sa création, (ii) d'acheminer efficacement le message en<br />fontion des ressources disponibles, et (iii) de délivrer et traiter le<br />message au plus tôt sur le noeud destinataire.<br /><br />Notre seconde contribution correspond à la conception d'un support au déplacement de processus communiquant par flux de données (socket, pipe, etc.). En effet, au sein d'un SSI, les processus peuvent être déplacés en cours d'exécution par un ordonnanceur global. Les flux dynamiques permettent le déplacement d'une extrémité de communication sans dégradation des performances.<br /><br />Nos propositions ont été mises en oeuvre dans le prototype de SSI Kerrighed, conçu au sein du projet INRIA PARIS de l'IRISA. Ce prototype nous a permis d'évaluer le système de communication proposé. Nous avons montré une réactivité accrue des services systémes distribués ainsi qu'une absence de dégradation des performances des applications communiquant par messages (en particulier MPI) aprés déplacement d'un processus. L'ensemble de ce travail est distribué sous licence GPL en tant que partie de Kerrighed et est disponible à l'adresse: http://www.kerrighed.org.

Ce travail porte sur le diagnostic et la commande tolérante aux défauts des systèmes linéaires stochastiques. Il se décompose en deux parties: - la première phase du travail présenté porte sur la conception d'un filtre de détection robuste. Il a été défini afin que le résidu directionnel qui en résulte soit le plus insensible possible aux incertitudes de modèle et aux incertitudes stochastiques. L'approche développée diffère des approches classiques existant dans la littérature car le filtre de détection est synthétisé sur la base d'une inversion du système. Une fois paramétrées toutes les inverses à gauche du système (pour remonter à la source des défauts) grâce à l'étude de la structure des zéros infinis du système, les degrés de liberté restant à disposition sont utilisés pour minimiser la sensibilité du résidu généré aux différentes perturbations stochastiques. Cette approche a permis de définir le filtrage d'état optimal d'une partie réduite du vecteur d'état du système de dimension maximale. En d'autres termes, l'effet des défauts sur l'erreur d'estimation d'état du filtre a été réduite à son maximum sous la contrainte que suffisamment d'informations restent disponibles pour les détecter et les localiser dans l'espace de sortie. - la deuxième partie concerne l'intégration du filtre de détection dans une commande tolérante aux défauts. La structure deadbeat de l'espace de détection du filtre est à la base de la conception de deux lois de commande tolérantes aux défauts à réactivité maximale. La première est basée sur le filtre de détection à état augmenté et sur le principe de séparation bien connu dans le cadre LQG. La loi de commande a été obtenue par un rejet des modes non contrôlables. Cette approche a débouché sur une commande de type LTR (Left Transfer Recovery) obtenue par le calcul explicite de l'inverse à gauche du système. Tout comme la première approche, la deuxième loi de commande se fonde sur le filtre de détection mais se caractérise par la définition optimale d'une loi de commande additive. Son application à un benchmark défini dans le cadre du projet IFATIS (Intelligent Fault Tolerant Control in Integrated Systems) a permis de mettre en avant la forte réactivité de la commande face à l'apparition brutale d'un ou de plusieurs défauts sur le système. Il s'avère en effet que la commande mise en oeuvre permet d'annuler plus rapidement les effets néfastes engendrés par les défauts en comparaison d'une commande de type PI standard toujours plus lente à réagir.

Le sujet de la thèse se situe dans le cadre de l'étude des équations différentielles ordinaires et des systèmes dynamiques non linéaires. La thèse présente une étude des attracteurs des systèmes dynamiques dissipatifs. En particulier, l'attracteur chaotique de Lorenz et les cycles limites des systèmes de Liénard. La première partie est dédiée au système de Lorenz. Ce système est obtenu par simplication des équations de Boussinesq fourmulées dans la cadre de la convection de Rayleigh-Bénard. Le système de Lorenz est important car il est le premier à avoir exhibé un comportement chaotique. On utilise des sections transverses (courbes ou surfaces qui ne sont traversées par le flot que dans un seul sens sur toute leur étendue) pour acquerir de l'information sur l'attracteur chaotique du système. Pour cela, on utilise les formes algébriques des intégrales du mouvement pour trouver des équations de sections tranverses. L'existance des ces sections transverses pour des plages de valeurs des paramètres nous permet de donner des limites algébriques à l'attracteur chaotique du systeme quand celui ci existe mais aussi de donner des plages de valeur des paramètres pour lesquelles il n'y a pas de comportement chaotique possible. La deuxième partie de la thèse présente un algorithme formel qui donne accès au nombre de cycles limites des systèmes de Liénard. En plus du nombre, on obtient une approximation algébrique de l'equation ainsi que la multiplicité de chacun de ces cycles. Le grand intérêt de cet algorithme est qu'il ne repose pas sur l'existence d'un petit paramètre (l'algorithme n'est pas perturbatif) et qu'il change le problème initial de résoudre une équation differentielle nonlinéaire en un problème algébrique de compter les racines d'un polynôme à une variable. On obtient aussi grâce à cet algorithme des approximations algébriques des courbes de bifurcations (de Hopf, saddle-node, hétérocline) des systèmes de Liénard.

Le VAL 206 comportant plusieurs machines et/ou plusieurs convertisseurs appartient de fait à la famille des Systèmes Multimachines Multiconvertisseurs (SMM). Ces systèmes se caractérisent par la mise en commun de plusieurs ressources physiques entre les éléments de conversion d'énergie. Il en résulte des couplages (électrique, mécanique ou magnétique) dont la gestion présente des problèmes du point de vue de la commande. La modélisation du VAL 206 présenté dans ce mémoire est réalisée au travers de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) basée sur les échanges énergétiques entre les différents éléments. Cette modélisation a permis d'obtenir un modèle de simulation du système de traction global, une comparaison avec des résultats sur système réel ont validé ce modèle. La démarche systématique d'inversion de la REM a permis d'obtenir une Structure Maximale de Commande (SMC) mettant en évidence les grandeurs électriques mécaniques ainsi que les couplages du processus. Diverses simplifications en sont déduites et il a été démontré que la commande actuelle du VAL 206, correspond à une résolution particulière des couplages du type maître-esclave. Parmi les commandes simplifiées, deux structures pratiques de commande ont été plus particulièrement étudiées. Elles offrent des performances dynamiques intéressantes en présence d'une perte d'adhérence du véhicule. L'inversion de la loi de contact roue-sol pose cependant un problème lié à la non-linéarité et la non-stationnarité de ce phénomène. Une commande à modèle de comportement a été utilisée pour palier à ce problème. Ce type de commande a tout d'abord été étendu aux systèmes multimachines. Son utilisation autorise le maintien des performances dynamiques du véhicule en présence d'un phénomène de patinage. Les diverses lois de commande proposées ont été testées sur un banc d'essai expérimental à puissance réduite, ce qui prouve leur faisabilité.

Cette thèse a été co-encadrée par le laboratoire MAPS/AMS de France Telecom R&D (aujourd'hui MAPS/SHINE) et le laboratoire VERIMAG. Le développement de logiciels pour les systèmes embarqués présente de nombreux défis. Cette thèse s'intéresse à ceux posés par les interactions entre les trois phases de conception (les développeurs construisent à partir de spécifications un modèle du système exprimé dans un langage de conception i.e. de programmation), d'implantation (le modèle précédent est compilé en un exécutable du système qui est finalement déployé sur les plateformes réelles) et de validation (un ensemble de techniques sont mises en \oe uvre pour vérifier que le système implanté est correct vis-à-vis des spécifications). Pour cela nous nous intéressons aux caractéristiques du langage de conception et aux techniques de compilation de ce langage. Celles-ci permettent d'obtenir dans notre approche à la fois l'implantation du système et un modèle du système implanté. L'analyse de ce modèle permet la validation de l'implantation, ce qui suppose que ce modèle représente fidèlement le système implanté. Nous proposons la construction d'un langage de conception basé sur l'utilisation de composants logiciels prédéfinis dont le comportement dynamique est supposé connu. Nous illustrons cette démarche par la réalisation d'un prototype complet d'un langage appelé Buzz, inspiré des modèles de programmation à acteurs dans lequel les composants logiciels utilisés sont des composants Think accompagnés de leur modèle comportemental opérationnel constitué d'un composant BIP. Le compilateur associé à Buzz que nous avons développé à partir du compilateur Think existant (Nuptse) génère simultanément une architecture à composants Think pour l'implantation et un modèle à composants BIP à des fins d'analyse. Nous évaluons Buzz à travers deux expériences. La première présente le développement de bout en bout d'un logiciel pour un exemple académique sur lequel nous démontrons la pertinence des choix techniques. Think nous permet un support d'implantation complet (compilation, optimisation, déploiement) et BIP rend possible la vérification d'un ensemble de propriétés dynamiques du système. La deuxième expérience consiste à porter une application réelle de protocole radio utilisée dans des réseaux de capteurs et développée de manière classique, vers Buzz. Cette expérience démontre l'effectivité de notre proposition tant en termes de langage de programmation (l'expressivité de Buzz structure et simplifie le code original) qu'en termes d'outils de compilation et de vérification.

Les travaux de cette thèse se situent à l'intersection des domaines de l'ingénierie système et de l'ingénierie dirigée par les modèles. Un ensemble de processus d'ingénierie des exigences et de conception architecturale système a été proposé. Sur la base du standard MDA, des méthodes de conception et de validation ont été définies et mise en Suvre autour d'un modèle d'information. Celui-ci a été réalisé comme un profil du langage SysML, et permet la vérification formelle de règles et de propriétés systèmes au moyen de contraintes OCL. Afin de compléter la méthodologie sur le plan de la validation système, des modèles en langage VHDL-AMS ont été intégrés à la méthodologie. Cette approche nous a amené à étudier un certains nombre de transformations de modèles, pour lesquelles nous avons choisi de travailler au niveau des métamodèles.