Les processeurs mono-coeurs traditionnels ne sont plus suffisants pour répondre aux besoins croissants en performance des fonctions avioniques. Les processeurs multi/many-coeurs ont emergé ces dernières années afin de pouvoir intégrer plusieurs fonctions et de bénéficier de la puissance par Watt disponible grâce aux partages de ressources. En revanche, tous les processeurs multi/many-coeurs ne répondent pas forcément aux besoins des fonctions avioniques. Nous préférons avoir plus de déterminisme que de puissance de calcul car la certification de ces processeurs passe par la maîtrise du déterminisme. L’objectif de cette thèse est d’évaluer le processeur many-coeur (MPPA-256) de Kalray dans un contexte industriel aéronautique. Nous avons choisi la fonction de maintenance HMS (Health Monitoring System) qui a un besoin important en bande passante et un besoin de temps de réponse borné.Par ailleurs, cette fonction est également dotée de propriétés de parallélisme car elle traite des données de vibration venant de capteurs qui sont fonctionnellement indépendants, et par conséquent leur traitement peut être parallélisé sur plusieurs coeurs. La particularité de cette étude est qu’elle s’intéresse au déploiement d’une fonction existante séquentielle sur une architecture many-coeurs en partant de l’acquisition des données jusqu’aux calculs des indicateurs de santé avec un fort accent sur le fluxd’entrées/sorties des données. Nos travaux de recherche ont conduit à 5 contributions:• Transformation des algorithmes existants en algorithmes incrémentaux capables de traiter les données au fur et mesure qu’elles arrivent des capteurs.• Gestion du flux d’entrées des échantillons de vibrations jusqu’aux calculs des indicateurs de santé,la disponibilité des données dans le cluster interne, le moment où elles sont consommées et enfinl’estimation de la charge de calcul.• Mesures de temps pas très intrusives directement sur le MPPA-256 en ajoutant des timestamps dans le flow de données.• Architecture logicielle qui respecte les contraintes temps-réel même dans les pires cas. Elle estbasée sur une pipeline à 3 étages.• Illustration des limites de la fonction existante: nos expériences ont montré que les paramètres contextuels de l’hélicoptère tels que la vitesse du rotor doivent être corrélés aux indicateurs de santé pour réduire les fausses alertes. / Traditional single-cores are no longer sufficient to meet the growing needs of performance in avionics domain. Multi-core and many-core processors have emerged in the recent years in order to integrate several functions thanks to the resource sharing. In contrast, all multi-core and many-core processorsdo not necessarily satisfy the avionic constraints. We prefer to have more determinism than computing power because the certification of such processors depends on mastering the determinism.The aim of this thesis is to evaluate the many-core processor (MPPA-256) from Kalray in avionic context. We choose the maintenance function HMS (Health Monitoring System) which requires an important bandwidth and a response time guarantee. In addition, this function has also parallelism properties. It computes data from sensors that are functionally independent and, therefore their processing can be parallelized in several cores. This study focuses on deploying the existing sequential HMS on a many-core processor from the data acquisition to the computation of the health indicators with a strongemphasis on the input flow.Our research led to five main contributions:• Transformation of the global existing algorithms into a real-time ones which can process data as soon as they are available.• Management of the input flow of vibration samples from the sensors to the computation of the health indicators, the availability of raw vibration data in the internal cluster, when they are consumed and finally the workload estimation.• Implementing a lightweight Timing measurements directly on the MPPA-256 by adding timestamps in the data flow.• Software architecture that respects real-time constraints even in the worst cases. The software architecture is based on three pipeline stages.• Illustration of the limits of the existing function: our experiments have shown that the contextual parameters of the helicopter such as the rotor speed must be correlated with the health indicators to reduce false alarms.

La quête de performance a été une constante à travers l’histoire des systèmes informatiques. Il y a plus d’une décennie maintenant, le modèle de traitement séquentiel montrait ses premiers signes d’épuisement pour satisfaire les exigences de performance. Les barrières du calcul séquentiel ont poussé à un changement de paradigme et ont établi le traitement parallèle comme standard dans les systèmes informatiques modernes. Avec l’adoption généralisée d’ordinateurs parallèles, de nombreux algorithmes et applications ont été développés pour s’adapter à ces nouvelles architectures. Cependant, dans des applications non conventionnelles, avec des exigences d’interactivité et de temps réel, la parallélisation efficace est encore un défi majeur. L’exigence de performance en temps réel apparaît, par exemple, dans les simulations interactives où le système doit prendre en compte l’entrée de l’utilisateur dans une itération de calcul de la boucle de simulation. Le même type de contrainte apparaît dans les applications d’analyse de données en continu. Par exemple, lorsque des donnes issues de capteurs de trafic ou de messages de réseaux sociaux sont produites en flux continu, le système d’analyse doit être capable de traiter ces données à la volée rapidement sur ce flux tout en conservant un budget de mémoire contrôlé La caractéristique dynamique des données soulève plusieurs problèmes de performance tel que la décomposition du problème pour le traitement en parallèle et la maintenance de la localité mémoire pour une utilisation efficace du cache. Les optimisations classiques qui reposent sur des modèles pré-calculés ou sur l’indexation statique des données ne conduisent pas aux performances souhaitées. Dans cette thèse, nous abordons les problèmes dépendants de données sur deux applications différentes : la première dans le domaine de la simulation physique interactive et la seconde sur l’analyse des données en continu. Pour le problème de simulation, nous présentons un algorithme GPU parallèle pour calculer les multiples plus courts chemins et des diagrammes de Voronoi sur un graphe en forme de grille. Pour le problème d’analyse de données en continu, nous présentons une structure de données parallélisable, basée sur des Packed Memory Arrays, pour indexer des données dynamiques géo-référencées tout en conservant une bonne localité de mémoire. / A busca por desempenho tem sido uma constante na história dos sistemas computacionais. Ha mais de uma década, o modelo de processamento sequencial já mostrava seus primeiro sinais de exaustão pare suprir a crescente exigência por performance. Houveram "barreiras"para a computação sequencial que levaram a uma mudança de paradigma e estabeleceram o processamento paralelo como padrão nos sistemas computacionais modernos. Com a adoção generalizada de computadores paralelos, novos algoritmos foram desenvolvidos e aplicações reprojetadas para se adequar às características dessas novas arquiteturas. No entanto, em aplicações menos convencionais, com características de interatividade e tempo real, alcançar paralelizações eficientes ainda representa um grande desafio. O requisito por desempenho de tempo real apresenta-se, por exemplo, em simulações interativas onde o sistema deve ser capaz de reagir às entradas do usuário dentro do tempo de uma iteração da simulação. O mesmo tipo de exigência aparece em aplicações de monitoramento de fluxos contínuos de dados (streams). Por exemplo, quando dados provenientes de sensores de tráfego ou postagens em redes sociais são produzidos em fluxo contínuo, o sistema de análise on-line deve ser capaz de processar essas informações em tempo real e ao mesmo tempo manter um consumo de memória controlada A natureza dinâmica desses dados traz diversos problemas de performance, tais como a decomposição do problema para processamento em paralelo e a manutenção da localidade de dados para uma utilização eficiente da memória cache. As estratégias de otimização tradicionais, que dependem de modelos pré-computados ou de índices estáticos sobre os dados, não atendem às exigências de performance necessárias nesses cenários. Nesta tese, abordamos os problemas dependentes de dados em dois contextos diferentes: um na área de simulações baseada em física e outro em análise de dados em fluxo contínuo. Para o problema de simulação, apresentamos um algoritmo paralelo, em GPU, para computar múltiplos caminhos mínimos e diagramas de Voronoi em um grafo com topologia de grade. Para o problema de análise de fluxos de dados, apresentamos uma estrutura de dados paralelizável, baseada em Packed Memory Arrays, para indexar dados dinâmicos geo-localizados ao passo que mantém uma boa localidade de memória. / The quest for performance has been a constant through the history of computing systems. It has been more than a decade now since the sequential processing model had shown its first signs of exhaustion to keep performance improvements. Walls to the sequential computation pushed a paradigm shift and established the parallel processing as the standard in modern computing systems. With the widespread adoption of parallel computers, many algorithms and applications have been ported to fit these new architectures. However, in unconventional applications, with interactivity and real-time requirements, achieving efficient parallelizations is still a major challenge. Real-time performance requirement shows up, for instance, in user-interactive simulations where the system must be able to react to the user’s input within a computation time-step of the simulation loop. The same kind of constraint appears in streaming data monitoring applications. For instance, when an external source of data, such as traffic sensors or social media posts, provides a continuous flow of information to be consumed by an online analysis system. The consumer system has to keep a controlled memory budget and deliver a fast processed information about the stream Common optimizations relying on pre-computed models or static index of data are not possible in these highly dynamic scenarios. The dynamic nature of the data brings up several performance issues originated from the problem decomposition for parallel processing and from the data locality maintenance for efficient cache utilization. In this thesis we address data-dependent problems on two different applications: one on physically based simulations and another on streaming data analysis. To deal with the simulation problem, we present a parallel GPU algorithm for computing multiple shortest paths and Voronoi diagrams on a grid-like graph. Our contribution to the streaming data analysis problem is a parallelizable data structure, based on packed memory arrays, for indexing dynamic geo-located data while keeping good memory locality.

L'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) place les modèles au cœur des processus de d'ingénierie logicielle et système. L'IDM permet de maitriser la complexité des logiciels et d'améliorer la rapidité et la qualité des processus de développement. Le Model Driven Architecture (MDA) est une initiative de l'Object Management Group (OMG) définissant un cadre conceptuel, méthodologique et technologique pour la mise-en-œuvre de flots de conception basés sur l'IDM. Le MDA s'appuie particulièrement sur une utilisation intensive des formalismes normalisés par l'OMG pour la mise-en-œuvre des flots IDM (UML pour la modélisation, QVT pour les transformations, etc.). Ce travail s'intéresse à la sémantique d'exécution du langage UML appliqué à l'exécution de modèles des applications temps réel embarquées. Dans ce contexte, l'OMG propose une norme qui définit un modèle d'exécution pour un sous-ensemble d'UML appelé fUML (foundational UML subset). Ce modèle d'exécution définit une sémantique précise non ambigüe facilitant la transformation de modèles, l'analyse, l'exécution de modèles et la génération de code. L'objectif de cette thèse est d'étudier et mettre-en-œuvre un moteur d'exécution de modèles UML pour les systèmes temps réel embarqués en explicitant les hypothèses portant sur la sémantique d'exécution des modèles à un niveau d'abstraction élevé afin de permettre l'exécution d'un modèle le plus tôt possible dans le flot de conception de l'application. Pour cela, nous avons étendu le modèle d'exécution défini dans fUML, en apportant une contribution sur trois aspects importants concernant les systèmes temps réel embarqués : * Gestion de la concurrence: fUML ne fournit aucun mécanisme pour gérer la concurrence dans son moteur d'exécution. Nous répondons à ce problème par l'introduction d'un ordonnanceur explicite permettant de contrôler les différentes exécutions parallèles, tout en fournissant la flexibilité nécessaire pour capturer et simuler différentes politiques d'ordonnancements. * Gestion du temps : fUML ne fixe aucune hypothèse sur la manière dont les informations sur le temps sont capturées ainsi que sur les mécanismes qui les traitent dans le moteur d'exécution. Pour cela, nous introduisons une horloge, en se basant sur le modèle de temps discret, afin de prendre en compte les contraintes temporelles dans les exécutions des modèles. * Gestion des profils : les profils ne sont pas pris en compte par ce standard, cela limite considérablement la personnalisation du moteur d'exécution pour prendre en charge de nouvelles variantes sémantiques. Pour répondre à ce problème, nous ajoutons les mécanismes nécessaires qui permettent l'application des profils et la capture des extensions sémantiques impliquées par l'utilisation d'un profil. Une implémentation de ces différentes extensions est réalisée sous forme d'un plugin Eclipse dans l'outil de modélisation Papyrus UML. / Model Driven Engineering (MDE) places models at the heart of the software engineering process. MDE helps managing the complexity of software systems and improving the quality of the development process. The Model Driven Architecture (MDA) initiative from the Object Management Group (OMG) defines a framework for building design flows in the context of MDE. MDA relies heavily on formalisms which are normalized by the OMG, such as UML for modeling, QVT for model transformations and so on. This work deals with the execution semantics of the UML language applied to embedded real-time applications. In this context, the OMG has a norm which defines an execution model for a subset of UML called fUML (foundational UML subset). This execution model gives a precise semantics to UML models, which can be used for analyzing models, generating code, or verifying transformations. The goal of this PhD thesis is to define and build an execution engine for UML models of embedded real-time systems, which takes into account the explicit hypothesis made by the designer about the execution semantics at a high level of abstraction, in order to be able to execute models as early as possible in the design flow of a system. To achieve this goal, we have extended the fUML execution model along three important axes with regard to embedded real-time systems: - Concurrency: fUML does not provide any mechanism for handling concurrent activities in its execution engine. We address this issue by introducing an explicit scheduler which allows us to control the execution of concurrent tasks. - Time: fUML does not provide any mean to handle time. By adding a clock to the model of execution, we can take into account the elapsed time as well as temporal constraints on the execution of activities. - Profiles: fUML does not take profiles into account, which makes it difficult to personalize the execution engine with new semantic variants. The execution engine we propose allows the use of UML models with profiles, and interprets these profiles as semantic extensions of the execution model. An implementation of these extensions has been realized as an Eclipse plug-in using the Papyrus UML modeling tool.

De nos jours, la problématique de recherche du meilleur itinéraire est très étudiée dans diverses applications telles que pour le mode de transport doux (vélo) ou piétonnier, pour l’interception d’un objet mobile ou encore pour la combinaison des modes de transport (multimodal). Dans cette optique, notre objectif consiste à chercher un meilleur itinéraire pour les services d’urgence. Notre étude est réalisée en partenariat avec le SMUR du Mans (Sarthe) qui fournit le contexte opérationnel. Dans un premier temps, ce travail de recherche consiste à exploiter l’historique des trajectoires empruntées par le service d’urgence pour avoir une meilleure estimation du temps de parcours. Afin de réaliser cette tâche, nous proposons une méthodologie partant de la phase de la modélisation des objets mobiles passant par une étape d’analyse statistique et de data mining et allant jusqu'aux phases de l’implémentation et de la validation. Concernant la phase de la modélisation, nous proposons une approche qui fait le lien entre une modélisation et une gestion des objets mobiles par des Types Abstraits de Données (TAD) et une modélisation conceptuelle basée sur MADS. En vue d’avoir une meilleure estimation du temps de parcours, une méthode d’Analyse des Correspondances Multiples et une technique de création d’arbres et de règles de décision sont utilisées. Pour le processus de la validation de notre méthode d’estimation du temps de parcours, nous procédons par une comparaison entre les itinéraires proposés par application d’un algorithme de recherche du plus court chemin et les trajectoires empruntées par le service d’urgence. Dans un deuxième temps, et pour pouvoir prendre en considération la temporalité et l’incertitude sur les estimations du temps de parcours causées par les différents types de perturbations, le mode dépendant du temps avec graphe par intervalle et la notion de degré d’optimisme seront retenus pour l’implémentation de notre calculateur. On propose deux versions de recherche d’itinéraires : un seul et unique chemin le plus rapide et les k premiers chemins optimaux. Afin de minimiser le risque de blocage, la deuxième version sera bénéfique dans le cas où deux équipes partent pour une même intervention. Chacune d’entre elles empruntera un chemin différent afin d'optimiser les chances d'arriver rapidement sur les lieux d'intervention.Enfin, et pour prendre en considération en temps réel les événements exceptionnels prévus (manifestations, travaux publics), les changements des caractéristiques physiques du réseau routier, les conditions météorologiques et les événements imprévus (embouteillages, accidents) qui peuvent influer sur le choix d’itinéraires, nous proposons un système d’aide à la prise en compte des perturbations du trafic en temps réel. / The present-day issue of looking for the most appropriate route is widely studied for various applications such as cycling or pedestrians, the interception of a mobile object, multimodal or combining means of transport.With this approach, our objective is to search for the best itinerary for emergency vehicles. Our study has been carried out in partnership with the SMUR (emergency medical assistance) in Le Mans, which has provided an operational context.Our research work firstly dealt with the records of the routes used by emergency vehicles so as to obtain a more accurate estimation of journey times. For this task, our methodology begins with a phase of modelising mobile objects using statistical analysis and data mining to reach phases of implementation and validation. During the modelisation phase, we propose the use of an approach that creates a link between modeling and management of mobile objects by Abstract Data Types (TAD) and conceptual modeling based on MADS. So as to improve estimation of journey time a method of Multiple Correspondence Analysis and a technique for creating trees and decision rules were used. For the validation process of journey time, we compared routes suggested by a research algorithm application for the shortest trip and the routes used by the emergency services.Secondly, so as to take into consideration time value and the uncertainty of journey time estimations due to disturbances, the mode depending on time with graph per interval and the notion of degree of optimism will be retained for the implementation of our calculator. We propose two versions of itinerary research: a single unique fastest route and the first k optimal routes. So as to minimize the risk of blocking, a second version is of benefit in the case of two emergency units leaving for the same intervention. Each will use a different route to maximize the chances of arriving on the scene quickly Intervention.The ultimate stage involved considering in real time the consequences of exceptional foreseen events (demonstrations, roadworks), changes in the physical characteristics of the road network, weather conditions and those that could not be predicted (traffic congestion and accidents) that can influence the choice of a route, for which we propose a system to help in the management of such a disturbance in real time.

Contexte: La société IP Leanware est une start-up en pleine expansion. Créée en 2008, son C.A. a quadruplé en 4 ans et elle a implantée deux filiales (Brésil et Etats-Unis). Depuis, sa croissance est à deux chiffres (2015). Elle optimise la performance d’entreprises industrielles par un logiciel (BrainCube) qui identifie les conditions de sur-performance. La thèse, réalisée en CIFRE au sein du service R&D dirigé par Sylvain Rubat du Mérac, se situe à l’interface du contrôle de gestion, de la gestion de production et des systèmes d’information. Objectif : BrainCube gère des données descriptives massives des flux des processus de ses clients. Son moteur d’analyse identifie les situations de sur-performance et les diffusent en temps réel par des interfaces tactiles. BrainCube couple deux flux : informationnels et physiques. La mission est d'intégrer la variable économique. Une étude de la littérature montre qu’une évaluation simultanée en temps réel des flux physiques, informationnels et financiers, couplée à une amélioration continue des processus de production, n'est pas réalisée. Résultat : Une revue de la littérature étudie les pratiques et les méthodes du contrôle de gestion pour proposer une méthode temps réel adaptée aux spécificités de BrainCube. L'étude de cas, basée sur une recherche-ingénierique, propose une méthodologie de modélisation générique de la variable économique. Des modèles génériques décisionnels paramétrables sont proposés. Ils doivent faciliter l'usage d'une information temps réel à forte granularité. Les apports, limites et perspectives mettent en relief l'intérêt des travaux pour l'entreprise et les sciences de gestion. / Context: IP Leanware is a growing start-up. Created in 2008, its consolidated sales has quadrupled in 4 years and established two subsidiaries (Brazil and the United States). Since then, its growth has been two digits (2015). It optimizes the performance of industrial companies with software (BrainCube) that identifies overperformance conditions. The thesis, carried out in CIFRE within the R&D service led by Sylvain Rubat du Mérac, is located at the interface of management control, production management and information systems.Aim: BrainCube manages massive descriptive data of its customers' process flows. Its analysis engine identifies overperformance situations and broadcasts them in real time through tactile interfaces. BrainCube couples two flows: informational and physical. The mission is to integrate the economic variable. A literature study shows that simultaneous real-time evaluation of physical, informational and financial flows coupled with continuous improvement of production processes is not realized.Result: A literature review examines the practices and methods of management control to propose a real-time method adapted to the specificities of BrainCube. The case study, based on an engineering-research, proposes a generic modeling methodology of the economic variable. Configurable generic decision models are proposed. They must facilitate the use of real time information with high granularity. The contributions, limits and perspectives highlight the interest of works for the company and the management sciences.

Dans ce travail, méthodes d'estimation basées sur des images, également connu sous le nom de méthodes directes, sont étudiées qui permettent d'éviter l'extraction de caractéristiques et l'appariement complètement. L'objectif est de produire pose 3D précis et des estimations de la structure. Les fonctions de coût présenté minimiser l'erreur du capteur, car les mesures ne sont pas transformés ou modifiés. Dans la caméra photométrique estimation de la pose, rotation 3D et les paramètres de traduction sont estimées en minimisant une séquence de fonctions de coûts à base d'image, qui sont des non-linéaires en raison de la perspective projection et la distorsion de l'objectif. Dans l'image la structure basée sur le raffinement, d'autre part, de la structure 3D est affinée en utilisant un certain nombre de vues supplémentaires et un coût basé sur l'image métrique. Les principaux domaines d'application dans ce travail sont des reconstitutions d'intérieur, la robotique et la réalité augmentée. L'objectif global du projet est d'améliorer l'image des méthodes d'estimation fondées, et pour produire des méthodes de calcul efficaces qui peuvent être accueillis dans des applications réelles. Les principales questions pour ce travail sont : Qu'est-ce qu'une formulation efficace pour une image 3D basé estimation de la pose et de la structure tâche de raffinement ? Comment organiser calcul afin de permettre une mise en œuvre efficace en temps réel ? Quelles sont les considérations pratiques utilisant l'image des méthodes d'estimation basées sur des applications telles que la réalité augmentée et la reconstruction 3D ? / In this work, image based estimation methods, also known as direct methods, are studied which avoid feature extraction and matching completely. Cost functions use raw pixels as measurements and the goal is to produce precise 3D pose and structure estimates. The cost functions presented minimize the sensor error, because measurements are not transformed or modified. In photometric camera pose estimation, 3D rotation and translation parameters are estimated by minimizing a sequence of image based cost functions, which are non-linear due to perspective projection and lens distortion. In image based structure refinement, on the other hand, 3D structure is refined using a number of additional views and an image based cost metric. Image based estimation methods are usable whenever the Lambertian illumination assumption holds, where 3D points have constant color despite viewing angle. The main application domains in this work are indoor 3D reconstructions, robotics and augmented reality. The overall project goal is to improve image based estimation methods, and to produce computationally efficient methods which can be accomodated into real applications. The main questions for this work are : What is an efficient formulation for an image based 3D pose estimation and structure refinement task ? How to organize computation to enable an efficient real-time implementation ? What are the practical considerations of using image based estimation methods in applications such as augmented reality and 3D reconstruction ?

Les cyberattaques contre les infrastructures critiques telles que la distribution d'électricité, de gaz et d'eau ou les centrales électriques sont de plus en plus considérées comme une menace pertinente et réaliste pour la société européenne. Alors que des solutions éprouvées comme les applications antimalware, les systèmes de détection d'intrusion (IDS) et même les systèmes de prévention d'intrusion ou d'auto-cicatrisation ont été conçus pour des systèmes informatiques classiques, ces techniques n'ont été que partiellement adaptées au monde des systèmes de contrôle industriel. En conséquence, les organisations et les pays font recours à la gestion des risques pour comprendre les risques auxquels ils sont confrontés. La tendance actuelle est de combiner la gestion des risques avec la surveillance en temps réel pour permettre des réactions rapides en cas d'attaques. Cette thèse vise à fournir des techniques qui aident les responsables de la sécurité à passer d'une analyse de risque statique à une plateforme de surveillance des risques dynamique et en temps réel. La surveillance des risques comprend trois étapes, chacune étant traitée en détail dans cette thèse : la collecte d'informations sur les risques, la notification des événements de sécurité et, enfin, l'inclusion de ces informations en temps réel dans une analyse des risques. La première étape consiste à concevoir des agents qui détectent les incidents dans le système. Dans cette thèse, un système de détection d'intrusion est développé à cette fin, qui se concentre sur une menace persistante avancée (APT) qui cible particulièrement les infrastructures critiques. La deuxième étape consiste à traduire les informations techniques en notions de risque plus abstraites, qui peuvent ensuite être utilisées dans le cadre d'une analyse des risques. Dans la dernière étape, les informations collectées auprès des différentes sources sont corrélées de manière à obtenir le risque auquel l'ensemble du système est confronté. Les environnements industriels étant caractérisés par de nombreuses interdépendances, un modèle de dépendance est élaboré qui prend en compte les dépendances lors de l'estimation du risque. / Cyber-attacks on critical infrastructure such as electricity, gas, and water distribution, or power plants, are more and more considered to be a relevant and realistic threat to the European society. Whereas mature solutions like anti-malwareapplications, intrusion detection systems (IDS) and even intrusion prevention or self-healing systems have been designed for classic computer systems, these techniques have only been partially adapted to the world of Industrial ControlSystems (ICS). As a consequence, organisations and nations fall back upon risk management to understand the risks that they are facing. Today's trend is to combine risk management with real-time monitoring to enable prompt reactions in case of attacks. This thesis aims at providing techniques that assist security managers in migrating from a static risk analysis to areal-time and dynamic risk monitoring platform. Risk monitoring encompasses three steps, each being addressed in detail in this thesis: the collection of risk-related information, the reporting of security events, and finally the inclusion of this real time information into a risk analysis. The first step consists in designing agents that detect incidents in the system. In this thesis, an intrusion detection system is developed to this end, which focuses on an advanced persistent threat (APT) that particularly targets critical infrastructures. The second step copes with the translation of the obtained technical information in more abstract notions of risk, which can then be used in the context of a risk analysis. In the final step, the information collected from the various sources is correlated so as to obtain the risk faced by the entire system. Since industrial environments are characterised by many interdependencies, a dependency model is elaborated which takes dependencies into account when the risk is estimated.

La conception d’un réseau de communication de sécurité basée sur l’Ethernet temps réel répondant aux exigences de la norme PESSRAL, dérivée de l’IEC 61508, constitue la base de notre travail. Afin d’atteindre cet objectif, nous mettons en oeuvre des mécanismes permettant de réduire la probabilité d’erreur et d’atteindre les niveaux d’intégrité de sécurité (SIL) par l’utilisation d’un système électronique déterministe. Avec un seul canal de communication, notre système doit être capable d’intégrer des fonctions critiques et non critiques sans remettre en cause la certification du système.Lors de cet engagement nous proposons un système de communication industrielle basé sur l’Ethernet temps réel. Les interfaces de communication proposées répondent aux exigences de réactivité, de déterminisme pour garantir les contraintes temporelles imposées par le processus et la norme. Pour assurer la sécurité fonctionnelle des interfaces, nous avons proposé une surcouche de type "safety" qui implémente des fonctions de sécurité selon le concept du canal noir défini dans l’IEC 61508. En nous basant sur ces propriétés, nous avons réussi à classifier les solutions temps réel à base d’Ethernet en trois classes en fonction du temps de cycle. La surcouche "safety", basée sur la redondance de données, a permis de renoncer à la solution de redondance physique. Cette redondance de données duplique le temps de cycle initial du réseau qui satisfait néanmoins aux conditions de sécurité et temporelles de la norme. / The design of a communication network with a real-time Ethernet-based security that meets the requirements of the PESSRAL standard, derived from IEC 61508, is the basis of our work. In order to achieve this goal, we implement mechanisms reducing the residual error probability and achieving Safety Integrity Levels (SIL) via a deterministic electronic system. Through a single communication channel, our system must be able to integrate critical and non-critical functions without compromising the system certification.According to this commitment, we suggest an industrial communication system based on real-time Ethernet. The proposed communication interfaces meet the requirements of responsiveness and determinism in order to guarantee the temporal constraints imposed by the process and the standard. To ensure the functional safety of the interfaces, we have proposed a "safety" overlay that implements security functions according to the concept of the black channel defined in IEC 61508. Based on these properties, we have managed to classify the Ethernet-based real-time solutions into three classes in terms of cycle time. The overlay "safety", based on the redundancy of data, made it possible to give up the solution of physical redundancy. This data redundancy duplicates the initial cycle time of the network, which nonetheless satisfies the security and time conditions of the standard.

Le prochain secteur à être fortement automatisé est sans doute celui du transport routier. D’abord en environnement peu complexe comme c’est déjà le cas sur autoroute, puis à terme dans les scénarios les plus difficiles, comme ceux rencontrés au coeur du trafic urbain. Une étape intermédiaire consiste à introduire des véhicules autonomes en milieu urbain, mais hors du trafic, comme sur des sites fermés. Ces environnements présentent des caractéristiques particulières, comme un encombrement important. Alors, pour être en mesure de naviguer en toute autonomie, les véhicules doivent être à la fois agiles, précis et sûrs, mais aussi efficaces, donc rapides. Ce travail de thèse adresse deux problématiques clés de la navigation autonome en milieu encombré : la planification et le suivi de chemin pour les véhicules à deux trains directeurs (4WS). En effet, la cinématique 4WS est la réponse des constructeurs au besoin d’agilité et nécessite le développement de techniques de commande adaptées. La planification de chemin en temps-réel permet l’évitement d’obstacles, de façon à rendre le service robuste aux aléas de l’environnement. Le contrôle automatique de la direction permet ensuite de suivre ces chemins avec précision. La principale difficulté concernant la planification de chemin est le contraste entre la faible puissance de calcul embarquée sur le véhicule et la forte contrainte temporelle qu’impose le besoin de réactivité. Il s’agit donc de choisir l’approche adéquate et de mettre en place les simplifications algorithmiques les plus efficaces, c’est-à-dire qui réduisent la quantité de calculs nécessaires sans réduire la qualité des chemins générés. De plus, la planification de chemin en milieu encombré pose le problème des impasses dans lesquelles les méthodes les plus réactives restent coincées. De fait, l’approche retenue consiste à construire une fonction de navigation en deux dimensions dont est extrait le chemin. Au sens des critères choisis, il est optimal pour un véhicule circulaire. Des stratégies sont alors mises en place pour adapter cet algorithme aux véhicules 4WS de forme rectangulaire, comme la notion centrale de double-chemin qui permet de représenter la trajectoire d’un mobile à trois degrés de liberté dans un espace en deux dimensions. Enfin, d’autres stratégies et heuristiques sont introduites pour optimiser les performances de l’algorithme de planification et lui permettre de générer des manoeuvres efficaces. Concernant le développement du contrôleur de direction, il s’agit de choisir le modèle d’évolution qui retranscrit au mieux le comportement du véhicule vis-à-vis du double chemin qu’il doit suivre, puis d’en déduire les lois de commande des trains avant et arrière. Ayant été éprouvé par de nombreux travaux, le modèle bicyclette 4WS a été choisi. Ce modèle cinématique permet d’introduire facilement des angles de dérive utiles à la compensation des glissements des pneus sur le sol, qu’ils soient dus à un manque d’adhérence ou à une géométrie imparfaite des trains. Des lois de commande par retour d’état sont ensuite synthétisées et une stratégie de gestion de la saturation des actionneurs est proposée. Enfin, ce premier contrôleur est décliné en une version prédictive qui apporte un suivi de chemin d’une grande stabilité sur les véhicules réels. Les contributions ont toutes été évaluées en simulation et lors d’expérimentations en vraie grandeur sur l’EZ10, une navette électrique 4WS industrielle. Enfin, il se trouve que les performances obtenues dépassent les attentes initiales. / The next sector to be highly automated is probably road transport. First in an uncomplicated environment as is already the case on highway, then eventually in the most difficult scenarios, such as those encountered at the heart of the urban traffic. An intermediate step is to introduce autonomous vehicles in urban areas, but outside traffic, as on closed sites. These environments have particular characteristics, they can be very cluttered. So to be able to navigate autonomously, the vehicles have to be agile, precise and safe, but also efficient, i.e. fast. This thesis addresses two key issues of autonomous navigation in cluttered environments: path planning and tracking for bi-steerable (4WS) vehicles. Indeed, the 4WS kinematics is the response of the manufacturers to the need for agility and requires the development of adapted control techniques. Real-time path planning allows the avoidance of obstacles in order to make the service robust to the vagaries of the environment. The automatic control of the direction then makes it possible to follow these paths with precision. The main difficulty about path planning is the contrast between the low onboard computing power and the high temporal constraints imposed by the need for reactivity. It is thus necessary to choose the appropriate approach and to implement the most efficient algorithmic simplifications, i.e. reducing the amount of calculations without reducing the quality of the generated paths. In addition, path planning in cluttered environment raises the problem of dead-ends in which the most reactive methods remain stuck. Then, the adopted approach consists in constructing a navigation function in two dimensions from which the path is extracted. In the sense of the chosen criteria, it is optimal for a circular vehicle. Strategies are then put in place to adapt this algorithm to 4WS vehicles of rectangular shape, such as the central dual-path concept which allows to represent the trajectory of a mobile with three degrees of freedom in a two-dimensional space. Finally, other strategies and heuristics are introduced to optimize the performance of the planning algorithm and allow it to generate efficient maneuvers. Concerning the development of the controller, it is about choosing the evolution model which best reflects the behavior of the vehicle with respect to the dual-path that it must follow and then deducing the front and rear control laws. The 4WS bicycle model has shown itself to be very effective. This kinematic model makes it possible to easily introduce useful side-slip angles allowing to compensate the slippage of the tires on the ground, whether due to a lack of grip or an imperfect geometry of the axles. State feedback control laws are then synthesized and a strategy for managing the saturation of the actuators is proposed. Finally, this first controller is declined in a predictive version that provides a very stable tracking on real vehicles.The contributions were all evaluated in simulation and in full-scale experiments on the EZ10, an industrial 4WS electric shuttle. Finally, it turns out that the performances exceed initial expectations.

Les logiciels de patching audio traditionnels, tels que Max ou Pure Data, sont des environnements qui permettent de concevoir et d’exécuter des traitements sonores en temps réel. Ces logiciels sont mono-utilisateurs, or, dans bien des cas, les utilisateurs ont besoin de travailler en étroite collaboration à l’élaboration ou à l’exécution d’un même traitement. C’est notamment le cas dans un contexte pédagogique ainsi que pour la création musicale collective. Des solutions existent, mais ne conviennent pas forcément à tous les usages. Aussi avons-nous cherché à nous confronter de manière concrète à cette problématique en développant une nouvelle solution de patching audio collaborative, baptisée Kiwi, qui permet l’élaboration d’un même traitement sonore à plusieurs mains de manière distribuée. À travers une étude critique des solutions logicielles existantes nous donnons des clefs de compréhension pour appréhender la conception d’un système multi-utilisateur de ce type. Nous énonçons les principaux verrous que nous avons eu à lever pour rendre cette pratique viable et présentons la solution logicielle. Nous exposons les possibilités offertes par l’application et les choix de mise en œuvre techniques et ergonomiques que nous avons faits pour permettre à plusieurs personnes de coordonner leurs activités au sein d’un espace de travail mis en commun. Nous revenons ensuite sur différents cas d’utilisation de ce collecticiel dans un contexte pédagogique et de création musicale afin d’évaluer la solution proposée. Nous exposons enfin les développements plus récents et ouvrons sur les perspectives futures que cette application nous permet d’envisager. / Traditional audio patching software, such as Max or Pure Data, are environments that allow you to design and execute sound processing in real time. These programs are single-user, but, in many cases, users need to work together and in a tight way to create and play the same sound processing. This is particularly the case in a pedagogical context and for collective musical creation. Solutions exist, but are not necessarily suitable for all uses. We have tried to confront this problem in a concrete way by developing a new collaborative audio patching solution, named Kiwi, which allows the design of a sound processing with several hands in a distributed manner. Through a critical study of the existing software solutions we give keys of comprehension to apprehend the design of a multi-user system of this type. We present the main barriers that we had to lift to make this practice viable and present the software solution. We show the possibilities offered by the application and the technical and ergonomic implementation choices that we have made to allow several people to coordinate their activities within a shared workspace. Then, we study several uses of this groupware in pedagogical and musical creation contexts in order to evaluate the proposed solution. Finally, we present the recent developments and open up new perspectives for the application.