La capacité des systèmes conventionnels de production d'énergie éolienne et marémotrice à fournir au réseau une énergie fiable et stable à tout moment est un nouveau défi en raison des fluctuations météorologiques, qui ont un impact significatif et direct sur la production d'énergie. C'est pourquoi l'hybridation des systèmes de production d'énergie éolienne et hydrolienne ont été étudiées pour améliorer l'intégration des énergies éolienne et marémotrice sur le réseau électrique.Cette étude nous a amené à développer des contributions liées à deux axes principaux :Le premier axe est focalisé sur un nouveau concept d'hybridation de deux sources énergétiques différentes en termes de propriétés physiques, l’éolien et l’hydrolienne à axe horizontal, basé sur un couplage électromécanique de ces deux systèmes. Les deux ressources sont l’énergie éolienne et l’énergie des courants marins. Le concept est développé en utilisant les similitudes fonctionnelles des turbines et les similarités en conversion d’énergie de leurs chaînes énergétiques. Pour appliquer ce concept en premier lieu, les paramètres de la génératrice asynchrone à double alimentation installée dans l’émulateur du GREAH sont identifiés. Ensuite, la chaîne de conversion de puissance est modélisée mathématiquement et simulée dans un environnement MATLAB / SIMULINK. Nous avons développé deux stratégies de commande.Une stratégie à vitesse fixe appelé "Contrôle direct de la vitesse", et une stratégie à vitesse variable basée sur la recherche de puissance maximale, dénommée "Contrôle indirecte de vitesse". Enfin, ce concept a été implémenté pratiquement sur l’émulateur en temps réel du laboratoire. Les résultats obtenus ont été analysés et discutés suite à ces travaux.Le deuxième axe est consacré à un concept que l’on appelle «temps accélérée» de simulation ou « temps virtuel ». Par la suite, ce concept a été mis en œuvre sur l’émulateur multi physique disponible au laboratoire GREAH. Ce concept (temps accélérée) est basé sur la réduction des échantillons de profil de vent afin de diminuer le temps de simulation et faciliter la commande en temps réel.Les résultats principaux sont obtenus d’abord dans MATLAB / SIMULINK, puis ont été vérifiés sur l’émulateur en temps réel. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le concept d’hybridation éolienne offshore / éolienne basée sur la flexibilité d’un émulateur multifonctions permettant diverses architectures d’émulation : éoliennes, éoliennes, et systèmes hybrides éoliennes - éoliennes. Nous analysons son impact sur la puissance de sortie du système. Les résultats obtenus sont corrélés aux profils de vitesse du vent et des marées, dans lesquels les propriétés statistiques ayant un impact sur les chaînes énergétiques mondiales pourraient être complémentaires et en particulier en fonction des sites donnés.Contributions principales et perspectives- Développement du concept de couplage électromécanique. Lorsque deux sources d’énergie renouvelables sont « intégrées », on stabilise la fluctuation rapide de la puissance générée, mais sous certaines conditions telles que la présence d’unités de stockage ou d’un système d’embrayage automatique.- Le concept temps accéléréeCette méthode est utilisée pour réduire la taille des données enregistrées du vent ou des courant marins, afin d’accélérer le temps de simulation des unités de production d'énergie avec des résultats raisonnables qui se rapprochent pertinemment des situations réelles.- Etudier et développer le concept de régime d’arbre électrique :Si le couplage électromécanique est difficile à réaliser du point de vue mécanique et que les découplages à arbre unique sont trop fréquents et que les contraintes mécaniques sont élevées, on peut étudier le régime de l'arbre électrique avec deux machines à induction DFIG. Le système peut fonctionner en mode synchrone avec des structures et configurations spécifiques. / The ability of conventional wind and tidal generation systems to provide the grid with reliable and stable power at all times is a new challenge due to weather fluctuations, which have a significant and direct impact on energy production. This is why the hybridization of wind and tidal power generation systems has been studied to improve the integration of wind and tidal power into the electricity grid.This study led us to develop contributions related to two main axes:The first axis is focused on a new concept of hybridization of two different energy sources in terms of physical properties, wind and horizontal axis turbines, based on an electromechanical coupling of these two systems. The two resources are wind energy and marine energy. The concept is developed using the functional similarities of turbines and similarities in energy conversion of their energy chains. To apply this concept first, the parameters of the double fed asynchronous generator installed in the GREAH emulator are identified. Then, the power conversion chain is modeled mathematically and simulated in a MATLAB / SIMULINK environment. We have developed two control strategies.A fixed speed strategy called "Direct Speed Control", and a variable speed strategy based on the search for maximum power, called "Indirect Speed Control". Finally, this concept has been implemented practically on the real-time emulator of the laboratory. The results obtained were analyzed and discussed following this work.The second axis is devoted to a concept called "accelerated time" simulation or "virtual time". Subsequently, this concept was implemented on the multi-physics emulator available at the GREAH laboratory. This concept (accelerated time) is based on reducing wind profile samples in order to decrease simulation time and facilitate real-time control.The main results are obtained first in MATLAB / SIMULINK, then verified on the emulator in real time.The main objective of this thesis is to study the concept of offshore wind / tidal turbine hybridization based on the flexibility of a multi-function emulator that allows various emulation architectures: wind turbines, tidal turbines, and hybrid wind - tidal turbines systems. We analyze its impact on the output power of the system; the obtained results are correlated with wind and tidal speed profiles, in which statistical properties impacting global power chains could be complementary and in particular in function of the given sites. Main contributions and perspectives- Development of the concept of electromechanical coupling.When two renewable energy sources are "integrated", the rapid fluctuation of the power generated is stabilized, but under certain conditions such as the presence of storage units or an automatic clutch system.- The accelerated time conceptThis method is used to reduce the size of the recorded wind or sea current data, to speed up the simulation time of the power generation units with reasonable results that are close to actual situations.- Study and develop the concept of electric shaft regime: If the electromechanical coupling is difficult to achieve from the mechanical point of view and the single shaft decouples are too frequent so high mechanical stress, one can study the electric shaft regime with two DFIG induction machines.There is a regime in which the ratios between the speeds of the different machines are rigorously constant. The system can operate in synchronous mode with specific structures and configurations.

Les émotions et leurs expressions par des agents virtuels sont deux enjeux importants pour les interfaces homme-machine affectives à venir. En effet, les évolutions récentes des travaux en psychologie des émotions, ainsi que la progression des techniques de l’informatique graphique, permettent aujourd’hui d’animer des personnages virtuels réalistes et capables d’exprimer leurs émotions via de nombreuses modalités. Si plusieurs systèmes d’agents virtuels existent, ils restent encore limités par la diversité des modèles d’émotions utilisés, par leur niveau de réalisme, et par leurs capacités d’interaction temps réel. Dans nos recherches, nous nous intéressons aux agents virtuels capables d’exprimer des émotions via leurs expressions faciales en situation d’interaction avec l’utilisateur. Nos travaux posent de nombreuses questions scientifiques et ouvrent sur les problématiques suivantes : Comment modéliser les émotions en informatique en se basant sur les différentes approches des émotions en psychologie ? Quel niveau de réalisme visuel de l’agent est nécessaire pour permettre une bonne expressivité émotionnelle ? Comment permettre l’interaction temps réel avec un agent virtuel ? Comment évaluer l’impact des émotions exprimées par l’agent virtuel sur l’utilisateur ? A partir de ces problématiques, nous avons axé nos travaux sur la modélisation informatique des émotions et sur leurs expressions faciales par un personnage virtuel réaliste. En effet, les expressions faciales sont une modalité privilégiée de la communication émotionnelle. Notre objectif principal est de contribuer l’amélioration de l’interaction entre l’utilisateur et un agent virtuel expressif. Nos études ont donc pour objectif de mettre en lumière les avantages et les inconvénients des différentes approches des émotions ainsi que des méthodes graphiques étudiées. Nous avons travaillé selon deux axes de recherches complémentaires. D’une part, nous avons exploré différentes approches des émotions (catégorielle, dimensionnelle, cognitive, et sociale). Pour chacune de ces approches, nous proposons un modèle informatique et une méthode d’animation faciale temps réel associée. Notre second axe de recherche porte sur l’apport du réalisme visuel et du niveau de détail graphique à l’expressivité de l’agent. Cet axe est complémentaire au premier, car un plus grand niveau de détail visuel pourrait permettre de mieux refléter la complexité du modèle émotionnel informatique utilisé. Les travaux que nous avons effectués selon ces deux axes ont été évalués par des études perceptives menées sur des utilisateurs.La combinaison de ces deux axes de recherche est rare dans les systèmes d’agents virtuels expressifs existants. Ainsi, nos travaux ouvrent des perspectives pour l’amélioration de la conception d’agents virtuels expressifs et de la qualité de l’interaction homme machine basée sur les agents virtuels expressifs interactifs. L’ensemble des logiciels que nous avons conçus forme notre plateforme d’agents virtuels MARC (Multimodal Affective and Reactive Characters). MARC a été utilisée dans des applications de natures diverses : jeu, intelligence ambiante, réalité virtuelle, applications thérapeutiques, performances artistiques, etc. / Emotions and their expressions by virtual characters are two important issues for future affective human-machine interfaces. Recent advances in psychology of emotions as well as recent progress in computer graphics allow us to animate virtual characters that are capable of expressing emotions in a realistic way through various modalities. Existing virtual agent systems are often limited in terms of underlying emotional models, visual realism, and real-time interaction capabilities. In our research, we focus on virtual agents capable of expressing emotions through facial expressions while interacting with the user. Our work raises several issues: How can we design computational models of emotions inspired by the different approaches to emotion in Psychology? What is the level of visual realism required for the agent to express emotions? How can we enable real-time interaction with a virtual agent? How can we evaluate the impact on the user of the emotions expressed by the virtual agent? Our work focuses on computational modeling of emotions inspired by psychological theories of emotion and emotional facial expressions by a realistic virtual character. Facial expressions are known to be a privileged emotional communication modality. Our main goal is to contribute to the improvement of the interaction between a user and an expressive virtual agent. For this purpose, our research highlights the pros and cons of different approaches to emotions and different computer graphics techniques. We worked in two complementary directions. First, we explored different approaches to emotions (categorical, dimensional, cognitive, and social). For each of these approaches, a computational model has been designed together with a method for real-time facial animation. Our second line of research focuses on the contribution of visual realism and the level of graphic detail of the expressiveness of the agent. This axis is complementary to the first one, because a greater level of visual detail could contribute to a better expression of the complexity of the underlying computational model of emotion. Our work along these two lines was evaluated by several user-based perceptual studies. The combination of these two lines of research is seldom in existing expressive virtual agents systems. Our work opens future directions for improving human-computer interaction based on expressive and interactive virtual agents. The software modules that we have designed are integrated into our platform MARC (Multimodal Affective and Reactive Characters). MARC has been used in various kinds of applications: games, ubiquitous intelligence, virtual reality, therapeutic applications, performance art, etc.

L’animation faciale est l’un des points clés dans le réalisme des scènes 3D qui mettent en scène des personnages virtuels. Ceci s’explique principalement par les raisons suivantes : le visage et les nombreux muscles qui le composent permettent de générer une multitude d’expressions ; ensuite, notre faculté de perception nous permet de détecter et d’analyser ses mouvements les plus fins. La complexité de ce domaine se retrouve dans les approches existantes par le fait qu’il est très difficile de créer une animation de qualité sans un travail manuel long et fastidieux. Partant de ce constat, cette thèse a pour but de développer des techniques qui contribuent au processus de création d’animations faciales. Trois thèmes sont principalement abordés. Le premier concerne la paramétrisation du visage pour l’animation. La paramétrisation a pour but de définir des moyens de contrôle pour pouvoir déformer et animer le visage. Le second s’oriente sur l’animation, et plus particulièrement sur le transfert d’animation. Le but est de proposer une méthode qui permette d’animer le visage d’un personnage à partir de données variées. Ces données peuvent être issues d’un système de capture de mouvement, ou bien elles peuvent être obtenues à partir de l’animation d’un personnage virtuel qui existe déjà. Enfin, nous nous sommes concentrés sur les détails fins liés à l’animation comme les rides. Bien que ces rides soient fines et discrètes, ces déformations jouent un rôle important dans la perception et l’analyse des émotions. C’est pourquoi nous proposons une technique d’acquisition mono-caméra et une méthode à base de poses références pour synthétiser dynamiquement les détails fins d’animation sur le visage. L’objectif principal des méthodes proposées est d’offrir des solutions afin de faciliter et d’améliorer le processus de création d’animations faciales réalistes utilisées dans le cadre d’applications en temps réel. Nous nous sommes particulièrement concentrés sur la facilité d’utilisation et sur la contrainte du temps réel. De plus, nous offrons la possibilité à l’utilisateur ou au graphiste d’interagir afin de personnaliser sa création et/ou d’améliorer les résultats obtenus / Facial animation is one of the key points of the realism of 3D scenes featuring virtual humans. This is due to several reasons : face and the many muscles that compose it can generate a multitude of expressions ; then, our faculty of perception provides us a great ability to detect and analyze its smallest variations. This complexity is reflected in existing approaches by the fact that it is very difficult to create an animation without a long and a tedious manual work. Based on these observations, this thesis aims to develop techniques that contribute to the process of creating facial animation. Three main themes have been addressed. The first concerns the rigging issue of a virtual 3D face for animation. Rigging aims at defining control parameters in order to deform and animate the face. The second deals with the animation, especially on the animation retargeting issue. The goal is to propose a method to animate a character’s face from various data. These data can be obtained from a motion capture system or from an existing 3D facial animation. Finally, we focus on animation finescale details like wrinkles. Although these are thin and discreet, their deformations play an important part in the perception and analysis of emotions. Therefore we propose a monocular acquisition technique and a reference pose based method to synthetise dynamically animation fine details over the face. The purpose is to propose methods to facilitate and improve the process of creating realistic facial animations for interactive applications. We focused on ease to use in addition to the real-time aspect. Moreover, we offer the possibility to the user or graphist to interact in order to personalize its creation and/or improve the results

De nombreuses applications décisionnelles reposent sur des entrepôts de données. Ces entrepôts permettent le stockage de données multidimensionnelles historisées qui sont ensuite analysées grâce à des outils OLAP. Traditionnellement, les nouvelles données dans ces entrepôts sont chargées grâce à des processus d’alimentation réalisant des insertions en bloc, déclenchés périodiquement lorsque l’entrepôt est hors-ligne. Une telle stratégie implique que d’une part les données de l’entrepôt ne sont pas toujours à jour, et que d’autre part le système de décisionnel n’est pas continuellement disponible. Or cette latence n’est pas acceptable dans certaines applications modernes, tels que la surveillance de bâtiments instrumentés dits "intelligents", la gestion des risques environnementaux etc., qui exigent des données les plus récentes possible pour la prise de décision. Ces applications temps réel requièrent l’intégration rapide et atomique des nouveaux faits dans l’entrepôt de données. De plus, ce type d’applications opérant dans des environnements fortement évolutifs, les données définissant les dimensions d’analyse elles-mêmes doivent fréquemment être mises à jour. Dans cette thèse, de tels entrepôts de données sont qualifiés d’entrepôts de données dynamiques. Nous proposons un modèle de données pour ces entrepôts dynamiques et définissons un espace hiérarchique de données appelé Hierarchical Hybrid Multidimensional Data Space (HHMDS). Un HHMDS est constitué indifféremment de dimensions ordonnées et/ou non ordonnées. Les axes de l’espace de données sont non-ordonnés afin de favoriser leur évolution dynamique. Nous définissons une structure de regroupement de données, appelé Minimum Bounding Space (MBS), qui réalise le partitionnement efficace des données dans l’espace. Des opérateurs, relations et métriques sont définis pour permettre l’optimisation de ces partitions. Nous proposons des algorithmes pour stocker efficacement des données agrégées ou détaillées, sous forme de MBS, dans une structure d’arbre appelée le DyTree. Les algorithmes pour requêter le DyTree sont également fournis. Les nœuds du DyTree, contenant les MBS associés à leurs mesures agrégées, représentent des sections matérialisées de cuboïdes, et l’arbre lui-même est un hypercube partiellement matérialisé maintenu en ligne à l’aide des mises à jour incrémentielles. Nous proposons une méthodologie pour évaluer expérimentalement cette technique de matérialisation partielle ainsi qu’un prototype. Le prototype nous permet d’évaluer la structure et la performance du DyTree par rapport aux autres solutions existantes. L’étude expérimentale montre que le DyTree est une solution efficace pour la matérialisation partielle d’un cube de données dans un environnement dynamique. / Data warehouses are being used in many applications since quite a long time. Traditionally, new data in these warehouses is loaded through offline bulk updates which implies that latest data is not always available for analysis. This, however, is not acceptable in many modern applications (such as intelligent building, smart grid etc.) that require the latest data for decision making. These modern applications necessitate real-time fast atomic integration of incoming facts in data warehouse. Moreover, the data defining the analysis dimensions, stored in dimension tables of these warehouses, also needs to be updated in real-time, in case of any change. In this thesis, such real-time data warehouses are defined as dynamic data warehouses. We propose a data model for these dynamic data warehouses and present the concept of Hierarchical Hybrid Multidimensional Data Space (HHMDS) which constitutes of both ordered and non-ordered hierarchical dimensions. The axes of the data space are non-ordered which help their dynamic evolution without any need of reordering. We define a data grouping structure, called Minimum Bounding Space (MBS), that helps efficient data partitioning of data in the space. Various operators, relations and metrics are defined which are used for the optimization of these data partitions and the analogies among classical OLAP concepts and the HHMDS are defined. We propose efficient algorithms to store summarized or detailed data, in form of MBS, in a tree structure called DyTree. Algorithms for OLAP queries over the DyTree are also detailed. The nodes of DyTree, holding MBS with associated aggregated measure values, represent materialized sections of cuboids and tree as a whole is a partially materialized and indexed data cube which is maintained using online atomic incremental updates. We propose a methodology to experimentally evaluate partial data cubing techniques and a prototype implementing this methodology is developed. The prototype lets us experimentally evaluate and simulate the structure and performance of the DyTree against other solutions. An extensive study is conducted using this prototype which shows that the DyTree is an efficient and effective partial data cubing solution for a dynamic data warehousing environment.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la validation temporelle ainsi qu'au déploiement d'applications de contrôle industriel à base de composants. La technologie des composants retenue est celle des Blocs Fonctionnels définie dans la norme industrielle IEC 61499. Un Bloc Fonctionnel est défini comme un composant réactif supportant des fonctionnalités d'une application. L'avantage de cette norme, connue dans l'industrie, est la description statique de l'application ainsi que de son support d'exécution. Une première contribution de la thèse est l'interprétation des différents concepts définis dans la norme. Nous précisons, en particulier, la dynamique du composant en vue de décrire un comportement déterministe de l'application. Pour appliquer une validation temporelle exhaustive, nous proposons un modèle de comportement d'un Bloc Fonctionnel à l'aide du formalisme des automates temporisés. D'autre part, nous fournissons une sémantique au concept de réseau de Blocs Fonctionnels pour décrire une application comme une composition de Blocs. Une deuxième contribution de la thèse est le déploiement de tels réseaux sur une architecture distribuée multi-tâches tout en respectant des propriétés sur les temps de réponse de bout en bout. Nous transformons un réseau de Blocs Fonctionnels vers un ensemble de tâches élémentaires dépendantes, appelées actions. Cette transformation permet l'exploitation de résultats d'ordonnancement pour valider la correction temporelle de l'application. Pour déployer les blocs d'une application, nous proposons une approche hybride alliant un ordonnancement statique non-préemptif et un autre ordonnancement en ligne préemptif. L'ordonnancement statique permet la construction des tâches s'exécutant sur chaque calculateur. Ces tâches sont vues comme des séquencements statiques d'actions. Elles sont alors à ordonnancer dynamiquement selon une politique préemptive reposant sur EDF (Earliest Deadline First). Grâce à cette approche, nous réduisons le nombre de commutation de contexte en regroupant les actions au sein des tâches. De plus l'ordonnancement dynamique préemptif augmente la faisabilité du système. Enfin, une dernière contribution est une extension de la deuxième. Nous proposons une approche d'allocation de réseaux de blocs fonctionnels sur un support d'exécution distribué. Cette allocation, basée sur une heuristique de Liste, se repose sur la méthode hybride pour assurer un déploiement faisable de l'application. Le problème d'allocation est de trouver pour chaque bloc fonctionnel le calculateur capable de l'exécuter tout en respectant des contraintes fonctionnelles, temporelles et de support d'exécution. Notons enfin que l'heuristique proposée se base sur une technique de retour-arrière pour augmenter l'espace de solutions. / This thesis deals with the temporal validation and the deployment of component-based industrial control applications. We are interested in the Function Blocks approach, defined in the IEC 61499 standard, as a well known component based technology in the industry. A Function Block is an event triggered component owning data to support the application functionalities. The advantage of this technology is the taking into account of the application and also its execution support. The first thesis contribution deals with the interpretation of the different concepts defined in the standard. In particular, we propose a policy defining a deterministic behavior of a FB. To apply an exhaustive temporal validation of the application, we propose a behavioral model of a Block as Timed Automata. On the other hand, we propose a semantic for the concept of FBs networks to develop industrial control applications. The second thesis contribution deals with the deployment of FBs networks in a distributed multi-tasking architecture. Such deployment has to respect classical End to End Response Time Bounds as temporal constraints. To validate the temporal behavior of an application, we propose an approach transforming its blocks into an actions system with precedence constraints. The purpose is to exploit previous theories on the scheduling of real-time systems. To deploy FBs networks in feasible OS tasks, we propose a Hybrid scheduling approach combining an off-line non-preemptive scheduling and an on-line preemptive one. The off-line scheduling allows to construct OS tasks from FBs, whereas the on-line one allows to schedule these tasks according to the classical EDF policy. A constructed OS task is an actions sequence defining an execution scenario of the application. Thanks to this approach, we reduce the context switching at run-time by merging application actions in OS tasks. In addition, the system feasibility is increased by applying an on-line preemptive policy. Finally, the last thesis contribution is an extension of the previous one. We propose an approach allocating FBs networks in a distributed architecture. Based on a heuristic, such approach uses the hybrid method to construct feasible OS tasks in calculators. The allocation problem of a particular application FB is to look for a corresponding calculator while respecting functional, temporal and execution support constraints. We note that the proposed heuristic is based on a back-tracking technic to increase the solutions space.

Les systèmes électroniques embarqués dans les véhicules ont une complexité sans cesse croissante. Cependant, il est crucial d'en maîtriser le comportement temporel afin de garantir la sécurité ainsi que le confort des passagers. La vérification des contraintes temporelles de bout-en-bout est donc un enjeu majeur lors de la conception d'un véhicule. Dans le contexte de l'architecture logicielle AUTOSAR standard dans les véhicules, nous décomposons la vérification d'une contrainte de bout-en-bout en sous-problèmes d'ordonnancement sur les calculateurs et sur les réseaux de communication que nous traitons ensuite séparément. Dans un premier temps, nous présentons une approche permettant d'améliorer l'utilisation des calculateurs exécutant un grand nombre de composants logiciels, compatible avec l'introduction progressive des plateformes multi-coeurs. Nous décrivons des algorithmes rapides et efficaces pour lisser la charge périodique sur les calculateurs multi-coeurs en adaptant puis en améliorant une approche existant pour les bus CAN. Nous donnons également des résultats théoriques sur l'efficacité des algorithmes dans certains cas particuliers. Enfin, nous décrivons les possibilités d'utilisation de ces algorithmes en fonction des autres tâches exécutées sur le calculateur. La suite des travaux est consacrée à l'étude des distributions de temps de réponse des messages transmis sur les bus CAN. Dans un premier temps nous présentons une approche de simulation basée sur la modélisation des dérives d'horloges des calculateurs communicant sur le réseau. Nous montrons que nous obtenons des distributions de temps de réponse similaires en réalisant une longue simulation avec des dérives d'horloge ou en faisant un grand nombre de courtes simulations sans dérives d'horloge. Nous présentons enfin une technique analytique pour évaluer les distributions de temps de réponse des trames CAN. Nous présentons différents paramètres d'approximation permettant de réduire le nombre très important de calculs à effectuer en limitant la perte de précision. Enfin, nous comparons expérimentalement les résultats obtenus par analyse et simulation et décrivons les avantages et inconvénients respectifs de ces approches / The complexity of electronic embedded systems in cars is continuously growing. Hence, mastering the temporal behavior of such systems is paramount in order to ensure the safety and comfort of the passengers. As a consequence, the verification of end-to-end real-time constraints is a major challenge during the design phase of a car. The AUTOSAR software architecture drives us to address the verification of end-to-end real-time constraints as two independent scheduling problems respectively for electronic control units and communication buses. First, we introduce an approach, which optimizes the utilization of controllers scheduling numerous software components that is compatible with the upcoming multicore architectures. We describe fast and efficient algorithms in order to balance the periodic load over time on multicore controllers by adapting and improving an existing approach used for the CAN networks. We provide theoretical result on the efficiency of the algorithms in some specific cases. Moreover, we describe how to use these algorithms in conjunction with other tasks scheduled on the controller. The remaining part of this research work addresses the problem of obtaining the response time distributions of the messages sent on a CAN network. First, we present a simulation approach based on the modelisation of clock drifts on the communicating nodes connected on the CAN network. We show that we obtain similar results with a single simulation using our approach in comparison with the legacy approach consisting in numerous short simulation runs without clock drifts. Then, we present an analytical approach in order to compute the response time distributions of the CAN frames. We introduce several approximation parameters to cope with the very high computational complexity of this approach while limiting the loss of accuracy. Finally, we compare experimentally the simulation and analytical approaches in order to discuss the relative advantages of each of the two approaches

Les contrôleurs industriels font l’objet de changements de paramètres, de modifications, d’améliorations en permanence. Ils subissent les évolutions technologiques aussi bien matérielles que logicielles (librairies, système d’exploitation, loi de commande...). Malgré ces contraintes, ces contrôleurs doivent obligatoirement assurer toutes les fonctionnalités recouvrant le séquentiel, les protections, l’interface homme machine et la stabilité du système à contrôler. Ces fonctionnalités doivent être couvertes pour une large gamme d’applications. Chaque modification (matérielle ou logicielle) quoique mineure est risquée. Le debogage, l’analyse et la programmation sur site sont énormément coûteux surtout pour des sites de type offshore ou marine. Les conditions de travail sont difficiles et les tests sont réduits au strict minimum. Cette thèse propose deux niveaux de validation en plateforme d’expérimentation : un niveau de validation algorithmique que l’on appelle Validation par Interface Logicielle (VIL) traitée au chapitre 2 ; un niveau de validation physique que l’on appelle Validation par Interface Matérielle (VIM) traitée au chapitre 3. La VIL valide uniquement l’aspect algorithme, la loi de commande et la conformité des références au niveau calcul sans prendre en compte les signaux de commande physiques et les signaux de retour gérés par l’Unité de Gestion des Entrées/Sorties (UGES). Un exemple de validation d’un contrôleur industriel d’un ensemble convertisseur trois niveaux et machine asynchrone est traité dans le deuxième chapitre avec une modélisation particulièrement adaptée à la VIL. Le dernier chapitre traite la VIM sur différentes bases matérielles (Field Programmable Gate Array (FPGA), processeurs). Cette validation prend en compte l’aspect algorithme et les signaux de commande physique ainsi que les signaux de retour. On y présente plusieurs approches de modélisation, choisies selon la base matérielle d’implémentation du simulateur temps réel. Ces travaux ont contribué aujourd’hui à au processus de validation des contrôleurs dédiés aux applications Oil and Gaz et Marine de General Electric - Power Conversion © (GE-PC) / Industrial controllers are always subjected to parameters change, modifications and permanent improvements. They have to follow off-the-shelf technologies as well as hardware than software (libraries, operating system, control regulations ...). Apart from these primary necessities, additional aspects concerning the system operation that includes sequential, protections, human machine interface and system stability have to be implemented and interfaced correctly. In addition, these functions should be generically structured to be used in common for wide range of applications. All modifications (hardware or software) even slight ones are risky. In the absence of a prior validation system, these modifications are potentially a source of system instability or damage. On-site debugging and modification are not only extremely expensive but can be highly risky, cumulate expenditure and reduce productivity. This concerns all major industrial applications, Oil & Gas installations and Marine applications. Working conditions are difficult and the amount of tests that can be done is strictly limited to the mandatory ones. This thesis proposes two levels of industrial controller validation which can be done in experimental test platform : an algorithm validation level called Software In the Loop (SIL) treated in the second chapter ; a physical hardware validation called Hardware In the Loop (HIL) treated in the third chapter. The SIL validates only the control algorithm, the control law and the computed references without taking into account neither the actual physical commands nor the physical input feedbacks managed by the Input/Output boards. SIL validation of the system where industrial asynchronous motor is fed and regulated by a three level Variable Speed Drive with a three level voltage source converter is treated in the second chapter with a particular modeling approach adapted to such validation. The last chapter presents the HIL validation with various hardware implementations (Field Programmable Gate Array (FPGA), processors). Such validation checks both the control algorithm and the actual physical Input/Output signals generated by the dedicated boards. Each time, the modeling approach is chosen according to the hardware implementation. Currently this work has contributed to the system validation used by General Electric - Power Conversion © (GE-PC) as part of their validation phase that is mandatory for Oil & Gas projects and Marine applications

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objectif de proposer un langage de description temporelle pour des systèmes temps-réel et d’établir les conditions de leur ordonnançabilité sous l’algorithme Earliest Deadline First (EDF). Les langages de description temporelle permettent de spécifier le comportement temporel d’une application indépendamment de son comportement fonctionnel. Le programmeur déclare dans ces langages à quels instants précis doivent être déclenchées et terminées les activités du système. Cette gestion du temps, précise et explicite, apporte au système son caractère déterministe. Le langage proposé, Extended Timing Definition Language (E-TDL), étend des langages dirigés par le temps existants, en particulier Giotto et TDL, en introduisant un nouveau modèle de tâche donné par quatre paramètres : phase, pire temps d’exécution, temps d’exécution logique TEL (intervalle de temps séparant le lancement de la tâche et sa terminaison) et période. L’introduction de ce nouveau modèle de tâche nécessite de revisiter en particulier le problème de l’ordonnançabilité des tâches pour EDF. Cette thèse propose et développe une analyse basée sur la fonction de demande pour des ensembles de tâches décrites en E-TDL et s’exécutant en contexte monoprocesseur. Une condition nécessaire et suffisante est obtenue au travers d’une analyse précise des intervalles séparant les activations de tâches au sein de différents modules s’exécutant indépendamment et pouvant changer de mode à des instants prédéfinis. Une borne de la longueur des intervalles sur lesquels doit s’opérer la vérification est déterminée. Un outil mettant en œuvre cette analyse a été développé. / The goal of this research is to define a time-triggered language for modeling real-time systems and to provide the conditions for their schedulability under Earliest Deadline First (EDF). Time-triggered languages separate the functional part of applications from their timing definition. These languages permit to model the real-time system temporal behavior by assigning system activities to particular time instants. We propose a new time-triggered framework, Extended Timing Definition Language (E-TDL), that enhances the basic task model used in Giotto and TDL while keeping compositional and modular structure brought by the latter. An E-TDL task is characterized by: an offset, a worst case execution time, a Logical Execution Time (a time interval between task release and its termination) and a period. The schedulability analysis of the system based on this new task model should be, in particular for EDF, investigated. We develop, on the concept of the processor demand criterion, conditions for the feasibility of an E-TDL system running on a single CPU under EDF. A necessary and sufficient condition is obtained by considering the global schedules that are made up of execution traces occurring at the same time in distinct modules that are able to switch their modes at predefined instants. We estimate a maximal length of the interval on which the schedulability condition must be checked. A tool suite performing the schedulability analysis of the E-TDL systems is developed.

Objectifs L'objectif de la thèse est de caractériser par PCR quantitative en temps réel (QPCR) l'environnement fongique, bactérien ainsi que l'exposition à d'autres organismes allergisants (acariens et animaux de compagnie). Cette caractérisation des logements a pour but de mieux comprendre les interactions entre les différents micro-organismes de l'environnement intérieur et leurs relations aux maladies allergiques, dans le cadre d'une étude de grande cohorte. L'objectif secondaire est la mise en place de nouvelles QPCR dans d'autres circonstances sanitaires (infections, PHS) afin de mieux caractériser l'impact des microorganismes de l'environnement. L'étude EBRA-ELFE L'étude ELFE incluant 18 319 enfants est la première cohorte française qui s'intéresse au développement des enfants de la naissance à leur majorité dans une approche multi­disciplinaire. Une étude nichée EBRA (Environnement microBiologique et Risque Allergique) est centrée sur l'étude microbiologique des poussières dans les chambres d'enfant. Le mode d'échantillonnage (par capteur électrostatique à poussière, EDC) et d'analyse (QPCR) ont été validés et optimisés pour garantir l'acceptabilité du dispositif et la qualité des quantifications. Un panel de 10 cibles (moisissures, acariens, bactéries) sélectionnées pour leur caractère allergisant, toxique, infectieux ou potentiellement protecteur vis-à-vis des maladies allergiques a été initialement utilisé. Ainsi lors de la première collecte à la naissance des enfants en 2011, 3217 CEP ont été quantifiés par QPCR. Les concentrations de six moisissures (Aspergillus fumigatus, Aspergillus versicolor, Alternaria alternata, Cladosporium sphaerospermum, Penicillium chrysogenum, Stachybotrys chartarum), trois groupes de bactéries (Enterobacteriaceae, Mycobacteria et Streptomyces) et un acarien (Dermatophagoïdes pteronissynus) de l'environnement immédiat du nouveau-né ont été obtenues. Ces données ont permis d'identifier six profils de logements différents avec un gradient géographique E-O recouvrant la distribution des sifflements de l'asthme en France. Un deuxième panel de 10 cibles a été choisi et documenté. Il inclut entre autres des cibles « chien » et « chat » pour proposer un test complet comprenant les allergènes principaux des logements. La collaboration avec le groupe ELFE continue et un projet pour une deuxième campagne d'échantillonnage à 5 ans se met en place. L'utilisation de la QPCR pour caractériser d'autres situations à risque. La QPCR est un outil de quantification standardisé et reproductible et ses applications sont multiples. Au cours de ce travail de thèse, elle a été utilisée pour caractériser d'autres situations à risque : quantifier la présence de Thermoactinomyces vulgaris dans les aérosols des stations de compostages, détecter la présence d'Aspergillus fumigatus dans des environnements pouvant recevoir des patients immunodéprimés, mettre en évidence la présence d'ADN d' Aspergillus fumigatus ou de mucorales dans le sérum de patients immunodéprimés. Conclusion Les outils développés et les résultats obtenus pendant la thèse représentent une avancée pour une meilleure connaissance du monde microbien qui nous entoure et contribueront à mieux comprendre les mécanismes de développement des maladies allergiques / Objectives The aim of the study is to characterize by quantitative real-time PCR (QPCR) fungal, bacterial environment as well as exposure to other allergenic organisms (mites and pets). This characterization of dwellings aims to better understand the interactions between the different micro-organisms of the indoor environment and their relation to allergie diseases. The secondary aim is the use of other QPCRs in other health circumstances (infections, ABPA) te better characterize the impact of environmental microorganisms. The EBRA-ELFE study The ELFE study, which includes 18,319 children, is the first French cohort to study the development of children from birth to majority in a multi-disciplinary approach. A nested study EBRA (MicroBiological Environment and Allergie Risk) focuses on the microbiological compositior of dust in children's rooms. The electrostatic dust collector (EDC) sampling and analysis mode has been validated to guarantee an acceptable system (in terms of cost and constraints for the participants) and to optimize the quality of QPCR quantification. A panel of 10 targets (molds, mites, bacteria) selected for their allergenic, taxie, infectious or potentially protective effect against allergie diseases was initially used. Thus during the first sampling at birth of children in 2011, 3217 EDC were quantified by QPCR. The concentrations of six molds (Aspergillus fumigatus, Aspergillus versicolor, Alternaria alternata, Cladosporium sphaerospermum, Penicillium chrysogenum, Stachybotrys chartarum), three groups of bacteria (Enterobacteriaceae, Mycobacteria and Streptomyces) and one mite (Dermatophagoides pteronissynus) of the immediate environment of the new have been obtained. These data made it possible to identify six different dwelling profiles A second panel of 10 targets was chosen and documented. It includes "dog" and "cat" targets te propose a complete test including the main allergens of the dwellings. The collaboration with thE ELFE group continues and a project for a second 5-year sampling campaign is set up.The use of QPCR for the use of QPCR other risk situations The QPCR is a standardized tool, reproducible, allowing quantification and its applications are multiple. During this work, it was used to characterize other risk situations: presence of Thermoactinomyces vulgaris in the aerosols of composting stations, presence of Aspergillus fumigatus in environments that could receive immunocompromised patients , the presence of Aspergillus fumigatus DNA or mucorales in the serum of immunocompromised patients. Conclusion Tools developed and the results obtained during the study represent a step forward for a better knowledge of the microbial envrionnement and will contribute to a better understanding of the mechanisms of development of allergie diseases

D'une manière schématique, l'optimisation dynamique de procédés consiste en trois étapes de base : (i) la modélisation, dans laquelle un modèle (phénoménologique) du procédé est construit, (ii) la formulation du problème, dans laquelle le critère de performance, les contraintes et les variables de décision sont définis, (iii) et la résolution, dans laquelle les profils optimaux des variables de décision sont déterminés. Il est important de souligner que ces profils optimaux garantissent l'optimalité pour le modèle mathématique utilisé. Lorsqu'ils sont appliqués au procédé, ces profils ne sont optimaux que lorsque le modèle décrit parfaitement le comportement du procédé, ce qui est très rarement le cas dans la pratique. En effet, les incertitudes sur les paramètres du modèle, les perturbations du procédé, et les erreurs structurelles du modèle font que les profils optimaux des variables de décision basés sur le modèle ne seront probablement pas optimaux pour le procédé. L'application de ces profils au procédé conduit généralement à la violation de certaines contraintes et/ou à des performances sous-optimales. Pour faire face à ces problèmes, l'optimisation dynamique en temps-réel constitue une approche tout à fait intéressante. L'idée générale de cette approche est d'utiliser les mesures expérimentales associées au modèle du procédé pour améliorer les profils des variables de décision de sorte que les conditions d'optimalité soient vérifiées sur le procédé (maximisation des performances et satisfaction des contraintes). En effet, pour un problème d'optimisation sous contraintes, les conditions d'optimalité possèdent deux parties : la faisabilité et la sensibilité. Ces deux parties nécessitent différents types de mesures expérimentales, à savoir les valeurs du critère et des contraintes, et les gradients du critère et des contraintes par rapport aux variables de décision. L'objectif de cette thèse est de développer une stratégie conceptuelle d'utilisation de ces mesures expérimentales en ligne de sorte que le procédé vérifie non seulement les conditions nécessaires, mais également les conditions suffisantes d'optimalité. Ce développement conceptuel va notamment s'appuyer sur les récents progrès en optimisation déterministe (les méthodes stochastiques ne seront pas abordées dans ce travail) de procédés basés principalement sur l'estimation des variables d'état non mesurées à l'aide d'un observateur à horizon glissant. Une méthodologie d'optimisation dynamique en temps réel (D-RTO) a été développée et appliquée à un réacteur batch dans lequel une réaction de polymérisation par greffage a lieu. L'objectif est de déterminer le profil temporel de température du réacteur qui minimise le temps opératoire tout en respectant des contraintes terminales sur le taux de conversion et l'efficacité de greffage / In a schematic way, process optimization consists of three basic steps: (i) modeling, in which a (phenomenological) model of the process is developed, (ii) problem formulation, in which the criterion of Performance, constraints and decision variables are defined, (iii) the resolution of the optimal problem, in which the optimal profiles of the decision variables are determined. It is important to emphasize that these optimal profiles guarantee the optimality for the model used. When applied to the process, these profiles are optimal only when the model perfectly describes the behavior of the process, which is very rarely the case in practice. Indeed, uncertainties about model parameters, process disturbances, and structural model errors mean that the optimal profiles of the model-based decision variables will probably not be optimal for the process. The objective of this thesis is to develop a conceptual strategy for using experimental measurements online so that the process not only satisfies the necessary conditions, but also the optimal conditions. This conceptual development will in particular be based on recent advances in deterministic optimization (the stochastic methods will not be dealt with in this work) of processes based on the estimation of the state variables that are not measured by a moving horizon observer. A dynamic real-time optimization (D-RTO) methodology has been developed and applied to a batch reactor where polymer grafting reactions take place. The objective is to determine the on-line reactor temperature profile that minimizes the batch time while meeting terminal constraints on the overall conversion rate and grafting efficiency