Les longueurs d’onde optiques sont une alternative aux liens radio-fréquences pour les transmissions satellite-sol du futur. Elles sont envisagées pour les futurs systèmes de télémesure satellitaires (liens optiques descendants en provenance de satellites LEO) ou de communication (liens optiques bi-directionnels avec des satellites GEO). A sa traversée de l’atmosphère l’onde optique peut être profondément affectée par la turbulence atmosphérique. Elle subit des variations spatiales et temporelles d’amplitude et de phase. Les variations d’amplitudes se traduisent par des variations de la puissance lumineuse collectée (scintillations). Les perturbations de la phase affectent la distribution spatiale de la puissance au foyer du système de détection, qui n’est alors plus limitée par la diffraction. Des pertes peuvent en découler lors du couplage du flux incident à un détecteur optronique ou à une fibre optique monomode. Ces pertes se traduisent par des atténuations du signal reçu et donc par la perte d’informations. Pour s’en abstraire, les études de faisabilité les plus récentes mettent en avant l’utilisation de systèmes d’optique adaptative et de techniques numériques adaptées (codage/entrelacement). Pour limiter la complexité et le coût des systèmes de liens optiques, la définition des techniques de compensation des atténuations peut être menée conjointement. C’est l’objectif principal de cette thèse. Il s’agit d’investiguer les complémentarités des techniques de compensation physiques (optique adaptative) et numériques (entrelacement, codes correcteurs) pour disposer des éléments permettant de définir les systèmes de correction les mieux adaptés.

Au cours des dernières décennies, l’étude de la dynamique autour des points de Lagrange des systèmes Terre-Lune (EMLi) et Terre-Soleil (SELi) a ouvert de nouvelles possibilités pour les orbites et les transferts spatiaux. Souvent modélisés comme des Problèmes à Trois Corps (CR3BP) distincts, ces deux systèmes ont également été combinés pour produire des trajectoires à faible coût dans le système Terre-Lune-Soleil étendu. Cette approximation (PACR3BP) a permis de mettre en évidence un réseau à faible énergie de trajectoires (LEN) qui relie la Terre, la Lune, EML1,2 et SEL1,2. Cependant, pour chaque trajectoire calculée, le PACR3BP nécessite une connexion arbitraire entre les CR3BPs, ce qui complique son utilisation systématique. Cette thèse vise à mettre en place une modélisation à quatre corps non autonome pour l’étude du LEN basé sur un système Hamiltonien périodique cohérent, le Problème Quasi-Bicirculaire (QBCP). Tout d’abord, la Méthode de Paramétrisation est appliquée afin d’obtenir une représentation semi-analytique des variétés invariantes autour de chaque point de Lagrange. Une recherche systématique de connexions EML1,2-SEL1,2 peut alors être effectuée dans l’espace des paramètres : les conditions initiales sur la variété centrale-instable de EML1,2 sont propagées et les trajectoires résultantes sont projetées sur la variété centrale de SEL1,2 . Un transfert est détecté lorsque la distance de projection est proche de zéro. Les familles de transfert obtenues sont corrigées dans un modèle newtonien haute-fidélité du système solaire. La structure globale des connections est largement préservée et valide l’utilisation du QBCP comme modèle de base du LEN.

La sûreté de fonctionnement occupe une place prépondérante dans la conception de systèmes critiques, puisqu'un dysfonctionnement peut être dangereux pour les utilisateurs ou l'environnement. Les concepteurs doivent également démontrer aux autorités de certification que les risques encourus sont acceptables. Pour cela, le concepteurs définissent une architecture contenant un ensemble de mécanismes de sûreté permettant de mitiger ou tout du moins limiter la probabilité d’occurrence des risques identifiés. L'objectif de ce travail est de développer une méthode automatique et générique de synthèse d’architecture assurant formellement le respect d’exigences de sûreté. Cette activité de synthèse est formalisée comme un problème d'exploration de l'espace des architectures c'est-à-dire trouver un candidat appartenant à un espace de recherche fini, respectant les exigences de sûreté. Ainsi nous proposons un processus de résolution complet et correct des problèmes d'exploration basé sur l'utilisation des solveurs SMT. Les contributions principales sont: 1- La formalisation de la synthèse comme un problème de Satisfiabilité Modulo Théorie (SMT) afin d’utiliser les solveurs existants pour générer automatiquement une solution assurant formellement le respect des exigences; 2- Le développement de méthodes d’analyse spécialement conçues pour évaluer efficacement la conformité d’une architecture vis-à-vis d’un ensemble d’exigences; 3- La définition d'un langage KCR permettant de formuler les problèmes d'exploration et l'implantation des méthodes de résolution au sein de l'outil KCR Analyser.

Dans les systèmes informatiques temps réel, les tâches logicielles sont contraintes par le temps. Pour garantir la sûreté du système critique controlé par le système temps réel, il est primordial d'estimer de manière sûre le pire temps d'exécution de chaque tâche. Les performances des processeurs actuels du commerce permettent de réduire en moyenne le temps d'exécution des tâches, mais la complexité des composants d'optimisation de la plateforme rendent difficile l'estimation du pire temps d'exécution. Il existe différentes approches d'estimation du pire temps d'exécution, souvent ségréguées et difficilement généralisables ou au prix de modèles coûteux. Les approches probabilistes basées mesures existantes sont vues comme étant rapides et simples à mettre en œuvre, mais souffrent d'un manque de systématisme et de confiance dans les estimations qu'elles fournissent. Les travaux de cette thèse étudient les conditions d'application de la théorie des valeurs extrêmes à une suite de mesures de temps d'exécution pour l'estimation du pire temps d'exécution probabiliste, et ont été implémentées dans l'outil diagxtrm. Les capacités et les limites de l'outil ont été étudiées grâce à diverses suites de mesures issues de systèmes temps réel différents. Enfin, des méthodes sont proposées pour déterminer les conditions de mesure propices à l'application de la théorie des valeurs extrêmes et donner davantage de confiance dans les estimations.

La complexité et le besoin en bande passante des architectures de communication avionique ne cessent de croitre avec le nombre des calculateurs et l’expansion des données échangées. La technologie AFDX a été introduite pour offrir des communications haut débit (100Mbps) pour les avions de nouvelle génération. Cependant, ce réseau commuté est déployé de manière entièrement redondante, ce qui conduit à des quantités importantes de câbles, augmentant le poids et les coûts d’intégration. Pour faire face à ces problèmes, on propose dans cette thèse l’intégration d’un réseau Ethernet en anneau comme une solution principale pour diminuer le poids et la complexité liés au câblage. Dans ce contexte, notre objectif est de concevoir et valider un nouveau réseau de communication avionique, AeroRing, basé sur de l’Ethernet Gigabit avec une topologie anneau.

L’analyse de compromis d’un modèle système a pour but de minimiser ou de maximiser différents objectifs tels que le coût ou les performances. Les méthodes actuelles de type OOSEM avec SysML ou ARCADIA sont basées sur la classification ; il s’agit de définir les différentes variantes de l’architecture d’un système de base puis d’analyser ces variantes. Dans ces approches, les choix d’architecture sont contraints : la plateforme d’exécution et la topologie sont déjà figées. Nous proposons la notion de « points de décision » pour modéliser les différents choix du système, en utilisant de nouveaux stéréotypes. L’avantage est d’avoir une modélisation plus « compacte » des différentes variantes et de piloter l’exploration des variantes en utilisant des contraintes. Lorsque le concepteur définit l’architecture du système, des points de décisions sont insérés dans le modèle du système. Ils permettent de modéliser la redondance ou le choix d’une instance pour un composant, les variations des attributs d’un composant, ou l’allocation des activités sur les blocs. Les fonctions objectifs sont définies dans un contexte d’optimisation à l’aide du diagramme paramétrique de SysML. Nous proposons des transformations du modèle SysML vers un problème de satisfaction de contraintes pour l’optimisation (CSMOP) dont la résolution nous permet d’obtenir l’ensemble des architectures optimales. Cette transformation est implantée dans un démonstrateur (plug-in Eclipse) permettant une utilisation conjointe de l’outil Papyrus et de solveurs, disponibles sous forme de logiciels libres. La méthode est illustrée avec des cas d’étude constitués d’une caméra stéréoscopique puis d’un drone, l’ensemble étant modélisé avec Papyrus.

Dans cette thèse, nous étudions l’adéquation de l’architecture distribuée des processeurs pluricoeurs avec les besoins des concepteurs de systèmes temps réels avioniques. Nous proposons d’abord une analyse détaillée d’un processeur sur étagère (COTS), le KALRAY MPPA®-256, et nous identifions certaines de ses ressources partagées comme étant les goulots d’étranglement limitant à la fois la performance et la prédictibilité lorsque plusieurs applications s’exécutent. Pour limiter l’impact de ces ressources sur les WCETs, nous définissons formellement un modèle d’exécution isolant temporellement les applications concurrentes. Son implantation est réalisée au sein d’un hyperviseur offrant à chaque application un environnement d’exécution isolé et assurant le respect des comportements attendus en ligne. Sur cette base, nous formalisons la notion de partition comme l’association d’une application avec un budget de ressources matérielles. Dans notre approche, les applications s’exécutant au sein d’une partition sont garanties d’être temporellement isolées des autres applications. Ainsi, étant donné une application et son budget associé, nous proposons d’utiliser la programmation par contraintes pour vérifier automatiquement si les ressources allouées à l’application sont suffisantes pour permettre son exécution de manière satisfaisante. Dans le même temps, dans le cas où un budget est effectivement valide, notre approche fournit un ordonnancement et un placement complet de l’application sur le sous-ensemble des ressources du processeur allouées à sa partition.

L'ingénierie des systèmes embarqués repose sur deux activités complémentaires : la modélisation d'une part permet de représenter le système, l'analyse d’autre part permet d'évaluer les diverses propriétés non-fonctionnelles (par exemple des propriétés temporelles via l'analyse d’ordonnancement temps réel). Cette thèse s'intéresse à l'intégration entre ces modèles et analyses: comment appliquer une analyse sur une modèle ? Comment gérer le processus d’analyse ? La première partie de cette thèse présente une approche globale afin de répondre à ces questions. Cette approche s'organise autour de quatre couches applicatives: (1) les modèles qui représentent le système, (2) les accesseurs qui permettent d'extraire des données à partir d'un modèle, (3) l'analyse qui traite des données en entrée pour produire des données ou propriétés en sortie, (4) des contrats qui décrivent les interfaces d'une analyse et permettent d'orchestrer le processus d'analyse. La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'expérimentation de cette approche sur des systèmes réels provenant du domaine aérospatial : un drone, un robot explorateur et un système de gestion de vol. Nous montrons que les accesseurs permettent d’appliquer diverses analyses d’ordonnancement temps réel sur des modèles architecturaux hétérogènes, par exemples décrits avec le standard industriel AADL (Architecture Analysis and Design Language) ou le nouveau langage dirigé par le temps CPAL (Cyber-Physical Action Language). En outre, nous montrons que les contrats peuvent être utilisés afin d’automatiser des procédures d'analyse complexes : quelle analyse peut être appliquée sur un modèle ? Quelles analyses remplissent les objectifs visés ? Peut-on combiner des analyses ? Y-a-t-il des interférences entre les analyses ? Etc.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’amélioration du schéma de Yee pour traiter de manière plus efficace et pertinente les problèmes industriels auxquels nous sommes confrontés à l’heure actuelle. Pour cela, nous cherchons avant tout à diminuer les erreurs numériques de dispersion et à améliorer les modélisations des géométries courbes ainsi que des réseaux de câbles. Pour répondre à ces besoins, une solution basée sur un schéma Galerkin discontinu pourrait être envisagée. Toutefois, l’utilisation d’une telle technique sur la totalité du volume de calcul est relativement coûteuse. De plus, la prise en compte de structures filaires sur un tel schéma n’est pas encore opérationnelle. C’est pourquoi, dans l’optique d’avoir un outil industriel, et après une étude bibliographique, nous nous sommes plutôt orientés sur l’étude d’un schéma éléments finis (FEM) sur maillage cartésien qui possède toutes les bonnes propriétés du schéma de Yee. Notamment, à l’ordre d’approximation spatiale égal à 0 ce schéma FEM est exactement le schéma de Yee, et, pour des ordres supérieurs, il permet de réduire fortement l’erreur de dispersion numérique de ce dernier. Dans le travail de cette thèse, pour ce schéma, nous avons notamment donné un critère de stabilité théorique, étudié sa convergence théorique et fait une analyse de l’erreur de dispersion. Pour tenir compte des possibilités d’ordre d’approximation spatiale variable par direction, nous avons mis en place une stratégie d’affectation des ordres suivant le maillage donné. Ceci nous a permis d’obtenir un pas de temps optimal pour une précision souhaitée tout en réduisant les coûts de calcul. Après avoir porté ce schéma sur des machines de production, différents problèmes de CEM, antennes, IEM ou foudre ont été traités afin de montrer les avantages et le potentiel de celui-ci. En conclusion de ces expérimentations numériques, il s’avère que la méthode est limitée par le manque de précision pour prendre en compte des géométries courbes. Afin d’améliorer cela, nous avons proposé une hybridation entre ce schéma et le schéma GD que l’on peut étendre aux autres schémas comme les méthodes différences finies (FDTD) et volumes finis (FVTD). Nous avons montré que la technique d’hybridation proposée conserve l’énergie et est stable sous une condition que nous avons évaluée de manière théorique. Des exemples de validation ont ensuite été montrés. Enfin, pour tenir compte des réseaux de câbles, un modèle de fils minces d’ordre d’approximation spatiale élevé a été proposé. Malheureusement, celui-ci ne peut pas couvrir l’ensemble des cas industriels et pour remédier à cela, nous avons proposé une hybridation de notre approche avec une équation de ligne de transmission. L’intérêt de cette hybridation a été montré sur un certain nombre d’exemples, que nous n’aurions pas pu traiter par un modèle de structure filaire simple.

L’optimisation des communications par satellite devient un enjeu crucial pour fournir un accès Internet aux zones blanches et/ou défavorisées et pour supporter des réseaux à grande échelle. Dans ce contexte, l’utilisation des techniques d’accès aléatoires sur le lien retour permet d’améliorer les performances de ces systèmes. Cependant, les techniques d’accès aléatoire classiques comme ‘Aloha’ et ‘Slotted Aloha’ ne sont pas optimales pour la transmission de données sur le lien retour. En effet, ces techniques présentent un taux élevé de pertes de paquets suite aux collisions. Par conséquent, des études récentes ont proposé de nouvelles méthodes d’accès aléatoire pour résoudre les collisions entre les paquets et ainsi, améliorer les performances. En particulier, ces méthodes se basent sur la redondance de l’information et l’annulation successive des interférences. Dans ces systèmes, l’estimation de canal sur le lien retour est un problème difficile en raison du haut niveau de collisions de paquets. Dans une première contribution dans cette thèse, nous décrivons une technique améliorée d’estimation de canal pour les paquets en collision. Par ailleurs, nous analysons l’impact des erreurs résiduelles d’estimation de canal sur la performance des annulations successives des interférences. Même si les résultats obtenus sont encore légèrement inférieurs au cas de connaissance parfaite du canal, on observe une amélioration significative des performances par rapport aux algorithmes d’estimation de canal existants. Une autre contribution de cette thèse présente une méthode appelée ‘Multi-Replica Decoding using Correlation based Localisation’ (MARSALA). Celle-ci est une nouvelle technique de décodage pour la méthode d’accès aléatoire synchrone ‘Contention Résolution diversité Slotted Aloha’ (CRDSA), qui est basée sur les principe de réplication de paquets et d’annulation successive des interférences. Comparée aux méthodes d’accès aléatoire traditionnelles, CRDSA permet d’améliorer considérablement les performances. Toutefois, le débit offert par CRDSA peut être limité à cause des fortes collisions de paquets. L’utilisation deMARSALA par le récepteur permet d’améliorer les résultats en appliquant des techniques de corrélation temporelles pour localiser et combiner les répliques d’un paquet donné. Cette procédure aboutit à des gains en termes de débit et de taux d’erreurs paquets. Néanmoins, le gain offert parMARSALA est fortement dépendant de la synchronisation en temps et en phase des répliques d’un même paquet. Dans cette thèse, nous détaillons le fonctionnement deMARSALA afin de corriger la désynchronisation en temps et en phase entre les répliques. De plus, nous évaluons l’impact de la combinaison imparfaite des répliques sur les performances, en fournissant un modèle analytique ainsi que des résultats de simulation. En outre, plusieurs schémas d’optimisation de MARSALA sont proposés tels que le principe du ‘MaximumRatio Combining’, ou la transmission des paquets à des puissances différentes. Utilisées conjointement, ces différentes propositions permettent d’obtenir une amélioration très significative des performances. Enfin, nous montrons qu’en choisissant la configuration optimale pour MARSALA, le gain de performance est considérablement amélioré.