La conception des plateformes aéronautiques s’effectue en tenant compte des aspects fonctionnels et dysfonctionnels prévus dans les scénarios d’emploi des aéronefs qui les embarquent. Ces plateformes aéronautiques sont composées de systèmes informatiques temps réel qui doivent à la fois être précises dans leurs calculs, exactes dans l’instant de délivrance des résultats des calculs, et robustes à tout évènement pouvant compromettre le bon fonctionnement de la plateforme. Dans ce contexte, ces travaux de thèse abordent les ordonnancements temps réel tolérants aux fautes. Partant du fait que les systèmes informatiques embarqués sont perturbés par les ondes électromagnétiques des radars, notamment dans la phase d’approche des aéronefs, ces travaux proposent une modélisation des effets des ondes, dite en rafales de fautes. Après avoir exploré le comportement de l’ordonnanceur à la détection d’erreurs au sein d’une tâche, une technique de validation, reposant sur le calcul de pire temps de réponse des tâches, est présentée. Il devient alors possible d’effectuer des analyses d’ordonnançabilité sous l’hypothèse de la présence de rafales de fautes. Ainsi, cette technique de validation permet de conclure sur la faisabilité d’un ensemble de tâches en tenant compte de la durée de la rafale de fautes et de la stratégie de gestion des erreurs détectées dans les tâches. Sur la base de ces résultats, les travaux décrits montre comment envisager l’analyse au niveau système. L’idée sous-jacente est de mettre en évidence le rôle des ordonnancements temps réel tolérants aux fautes dans la gestion des données erronées causées par des perturbations extérieures au système. Ainsi, le comportement de chaque équipement est modélisé, ainsi que les flots de données échangés et la dynamique du système. Le comportement de chaque équipement est fonction de la perturbation subie, et donne lieu à l’établissement de la perturbation résultante, véritable réponse dysfonctionnelle de l’équipement à une agression extérieure.

Le développement et l’utilisation de systèmes complexes multi-utilisateurs, ou encore la mise en réseau de systèmes d’observation ou d’information pose des problèmes complexes de partage de ressources entre les utilisateurs. La particularité de ces systèmes, impliquant plusieurs utilisateurs humains ou entités organisationnelles est que le partage des ressources doit satisfaire les préférences souvent antagonistes des utilisateurs et répondre à des exigences d’équité. Ce travail de thèse a pour objet l’étude des problèmes de partage de ressources indivisibles entre des agents ayant des préférences complexes sur ces ressources. Nous nous intéressons plus particulièrement à la modélisation de problèmes de partage en univers risqué. En effet, dans de nombreux problèmes d’allocation de ressources réels, la part revenant réellement à chaque agent après le partage de la ressource dépend de facteurs exogènes. C’est le cas par exemple dans les systèmes d’observation (satellitaires, capteurs embarqués,...), dans lesquels la réalisation d’une requête donnée dépend non seulement des conditions climatiques sur le secteur à observer, mais aussi du bon fonctionnement du capteur, de l’absence de brouillage du signal, etc. L’introduction de risque dans les problèmes de partage implique la redéfinition des notions classiques de choix social (utilité, absence d’envie, ...), et l’agrégation collective des préférences des agents s’en trouve compliquée. Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes tout d’abord intéressés à l’étude de cette extension au risque du formalisme associé aux problèmes de partage classiques : nous proposons un modèle simple de problèmes de partages de biens indivisibles en présence de risque, toutefois assez général pour rester proche des applications réelles considérées, et nous introduisons une extension générale des méthodes d’évaluation non risquées pour de tels partages. La seconde partie de ce travail de thèse porte sur l’algorithmique associée à ces problèmes, dont la résolution est notablement complexifiée par la présence de ressources risquées. Pour plusieurs critères d’évaluation (choisis car visant à garantir une certaine équité des solutions qu’ils suggèrent), nous proposons des algorithmes de résolution exacte et approchée des problèmes de partage associés.

Les communications par satellites sont l’aboutissement de recherches menées dans les domaines de télécommunications et des technologies spatiales depuis plus de 50 ans. Les premiers satellites souffraient d’un coût exorbitant pour des performances très limitées. Les avancées technologiques apparues dans ces domaines ont permis de rendre ce rapport satisfaisant et commercialement viable ce qui a permis de multiplier leurs lancements et ainsi de mettre en place de véritables réseaux de satellites. À ce jour, il existe de nombreuses constellations de satellites géostationnaires et d’orbites basses utilisées à des fins civiles ou militaires. De manière générale, le routage au sein de ces constellations s’effectue suivant un pré-calcul des routes existantes qui est alors utilisé sur une période donnée et rafraîchi si besoin. Ce type de routage n’étant optimal que sur des topologies déterministes, nous sommes donc amenés à considérer d’autres solutions si l’on relaxe cette hypothèse. L’objectif de cette thèse est d’explorer les alternatives possibles au routage pré-calculé. En tant que piste potentielle, nous proposons de vérifier l’adéquation des protocoles de routage à réplication issus du monde des réseaux tolérants au délai, DTN, aux constellations de satellites. Afin de nous offrir un cadre d’étude pertinent à la vue de cet objectif, nous nous focalisons sur une constellation particulière à caractère quasi-déterministe n’offrant pas une connectivité directe entre tous les nœuds du système. Dans une deuxième partie nous nous intéressons à la modélisation du protocole de routage Binary Spray and Wait. Nous développons un modèle capable de déterminer théoriquement la distribution du délai d’acheminement pour tout type de réseau, homogène et hétérogène.

Les systèmes de communication par satellite d’aujourd’hui reposent principalement sur le multiplexage temporel pour optimiser leurs performances. Chaque utilisateur utilise le canal pendant une fraction de temps connu. Pendant cette période, la modulation et le taux de codage sont choisis de manière à transmettre le plus d’information possible. En pratique, ce schéma est facile à mettre en œuvre ce qui justifie sa popularité. Cependant, il est désormais bien connu que la répartition temporelle n’est pas optimale en termes d’efficacité spectrale offerte aux récepteurs. En effet, la stratégie qui consiste à superposer des données offre de meilleures performances que le multiplexage temporel. C’est dans ce contexte que s’inscrit la problématique de cette thèse. Le travail réalisé propose des applications du codage par superposition dans le domaine des communications par satellite. Tout d’abord, nous étudions la modulation hiérarchique qui est une implémentation du codage par superposition au niveau de la modulation. Les performances de ce type de modulation sont évaluées d’un point de vue théorique et pratique. Dans un deuxième temps, nous quantifions l’amélioration en termes d’efficacité spectrale que peut apporter la modulation hiérarchique pour les systèmes de communication par satellite. Les standards de diffusion par satellite DVB-SH et DVB-S2 fournissent un cadre pratique. Nous montrons que des gains non négligeables sont envisageables selon la configuration du système. Le dernier point abordé concerne un système où des utilisateurs communiquent entre eux à l’aide d’un satellite qui sert de relais. Nous proposons un schéma de communication où plusieurs utilisateurs émettent en même temps en coordonnant leur puissance de transmission. Ainsi, les signaux vont naturellement se superposer. Les récepteurs utilisent deux mécanismes pour le décodage des signaux : le codage réseau couche physique et la démodulation de constellations superposées. Finalement, les gains de performance obtenus dans les différents domaines par le codage par superposition ouvrent des perspectives pour des travaux futurs.

Dans le domaine des réseaux satellitaires, l'apparition de terminaux interactifs à bas-prix nécessite le développement et la mise en œuvre de protocoles d'accès multiple capables de supporter différents profils d'utilisateurs. En particulier, l'Agence Spatiale Européenne (ESA) et le centre d'étude spatial allemand (DLR) ont récemment proposé des protocoles d'accès aléatoires basés sur le codage réseau couche physique et l'élimination itérative des interférences pour résoudre en partie le problème de collisions sur une voie de retour du type Slotted ALOHA. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse qui vise à fournir une amélioration dans des méthodes d'accès aléatoires existantes. Nous introduisons Multi-Slot Coded Aloha (MuSCA) comme une nouvelle généralisation of CRDSA. Au lieu de transmettre des copies du même paquet, l'émetteur envoie plusieurs parties d'un mot de code d'un code correcteur d'erreurs ; chaque partie étant précédée d'un entête permettant de localiser les autres parties du mot de code. Au niveau du récepteur, toutes les parties envoyées par le même utilisateur, y compris celles qui sont interférées par d'autres signaux, participent au décodage. Le signal décodé est ensuite soustrait du signal total. Ainsi, l'interférence globale est réduite et les signaux restant ont plus de chances d'être décodés. Plusieurs méthodes d'analyse de performance basées sur des concepts théoriques (calcul de capacité, évolution des densités) et sur des simulations sont proposées. Les résultats obtenus montrent un gain très significatif de débit global comparé aux méthodes d'accès existantes. Ce gain peut encore être augmenté en variant le taux de découpe des mots de code. En modifiant certains de ces concepts, nous proposons également une application du codage réseau couche physique basée sur la superposition de modulations pour l'accès déterministe à la voie retour des communications par satellite. Une amélioration du débit est aussi obtenue par rapport à des stratégies plus classiques de multiplexage temporal.

La planification automatique est un domaine de recherche de l’Intelligence Artificielle qui vise à calculer automatiquement une séquence d’actions menant d’un état initial donné à un but souhaité. Cependant, résoudre des problèmes réalistes est généralement difficile car trouver un chemin solution peut demander d’explorer un nombre d’états croissant exponentiellement avec le nombre de variables. Pour faire face à cette explosion combinatoire, les algorithmes performants ont recours aux heuristiques ou à des solutions hiérarchiques, décomposant le problème en sous-problèmes plus petits et plus simples. Dans une grande majorité des cas, le planificateur doit prendre en compte un certain nombre de contraintes telles que des phases d’actions prédéfinies ou des protocoles. Ces contraintes aident à résoudre le problème en élaguant un grand nombre de branches de l’arbre de recherche. Nous proposons alors une nouvelle méthode pour modéliser et résoudre des problèmes de planification déterministe en se basant sur une approche hiérarchique et heuristique. Nous nous sommes inspirés des formalismes de programmation structurée afin de fournir à l’utilisateur un cadre de travail plus intuitif pour la modélisation des domaines de planification hiérarchique. D’autre part, nous avons proposé un algorithme de planification capable d’exploiter ce formalisme et composer des stratégies à différents niveaux de granularité, ce qui lui permet de planifier rapidement une stratégie globale, tout en étant en mesure de pallier aux difficultés rencontrées à plus bas niveau. Cet algorithme a fait ses preuves face au principal planificateur HTN, SHOP2, sur des problèmes de planification classique.

La validation des charges utiles des satellites de télécommunication nécessite des opérations coûteuses en temps et en personnel. Ce coût augmente régulièrement du fait de la complexité croissante des charges utiles. Il est donc crucial pour Astrium d'optimiser la réalisation des opérations de test. L'objectif de cette thèse CIFRE menée en collaboration entre Astrium et l'Onera est de développer une suite logicielle d'aide à la génération de plans de test. Le problème de génération de plan de test a été modélisé sous forme de graphe orienté à états. La NP-complétude de ce problème a été établie. Des modèles mathématiques ont été construits en programmation linéaire en nombres entiers et en programmation par contraintes en vue d'une résolution par des solveurs génériques. Cependant, ces solveurs génériques se sont heurtés à des problèmes d'insuffisance de mémoire liés à la très grande taille des instances à traiter. Ceci nous a conduits à développer un solveur spécialisé à base de recherche arborescente faisant appel à des mécanismes spécifiques de choix de variables et de valeurs, de propagation de contraintes, de calcul de borne, de retour-arrière, d'apprentissage et de redémarrage. Un solveur spécialisé à base de recherche locale a été développé en parallèle. Les résultats obtenus par ces différents solveurs avec différents paramétrages ont pu être comparés.

Les logiciels embarqués critiques de contrôle-commande sont soumis à des contraintes fortes englobant le déterminisme, la correction logique et la correction temporelle. Nous supposons que les spécifications sont exprimées à l'aide du langage formel de description d'architectures logicielles temps réel multipériodiques Prelude. L'objectif de cette thèse est, à partir d'un programme Prelude ou d'un ensemble de tâches temps réel dépendantes, de générer un code multithreadé exécutable sur une architecture multicoeur tout en respectant la sémantique initiale. Pour cela, nous avons développé une boîte à outil, SchedMCore, permettant : - d'une part, la vérification formelle de l'ordonnançabilité. La vérification proposée est basée sur le parcours exhaustif du comportement avec pas de temps discret. Il est alors possible d'analyser des politiques en-ligne (FP, gEDF, gLLF et LLREF) mais également de calculer une affectation de priorité fixe valide et une séquence valide hors-ligne. - d'autre part, l'exécution multithreadée sur une cible multicoeur. L'exécutif encode les politiques proposées étudiées dans la partie d'analyse d'ordonnançabilité, à savoir les quatre politiques en-ligne ainsi que les séquences valides générées. L'exécutif permet 3 modes d'utilisation, allant de la simulation temporelle à l'exécution temps précis des comportements des tâches. Il est compatible Posix et facilement portable sur divers OS.

L'’imagerie spatiale est aujourd'hui un outil indispensable au développement durable, à la recherche et aux innovations scientifiques ainsi qu’à la sécurité et la défense. Fort de ses excellentes performances électro-optiques, de son fort taux d’intégration et de la faible puissance nécessaire à son fonctionnement, le capteur d’images CMOS apparait comme un candidat sérieux pour ce type d’application. Cependant, cette technologie d’imageur doit être capable de résister à l’environnement radiatif spatial hostile pouvant dégrader les performances des composants électroniques. Un nombre important d’études précédentes sont consacrées à l’impact des effets ionisants sur les imageurs CMOS, montrant leur robustesse et des voies de durcissement face à de telles radiations. Les conclusions de ces travaux soulignent l’importance d’étudier les effets non-ionisants, devenant prépondérant dans les imageurs utilisant les dernières évolutions de la technologie CMOS. Par conséquent, l’objectif de ces travaux de thèse est d’étudier l’impact des effets non-ionisants sur les imageurs CMOS. Ces effets, regroupés sous le nom de déplacements atomiques, sont étudiés sur un nombre important de capteurs d’images CMOS et de structures de test. Ces dispositifs sont conçus avec des procédés de fabrication CMOS différents et en utilisant des variations de règle de dessin afin d’investiguer des tendances de dégradation commune à la technologie d’imager CMOS. Dans ces travaux, une équivalence entre les irradiations aux protons et aux neutrons est mise en évidence grâce à des caractéristiques courant-tension et des mesures de spectroscopie transitoire de niveau profond. Ces résultats soulignent la pertinence des irradiations aux neutrons pour étudier les effets non-ionisants. L’augmentation et la déformation de l’histogramme de courant d’obscurité ainsi que le signal télégraphique aléatoire associé, qui devient le facteur limitant des futures applications d’imagerie spatiale, sont évalué et modélisés. Des paramètres génériques d’évaluation des effets des déplacements atomiques sont mis en évidence, permettant de prévoir le comportement des capteurs d’images CMOS en environnement radiatif spatial. Enfin, des méthodes d’atténuation et des voies de durcissement des imageurs CMOS limitant l’impact des déplacements atomiques sont proposées.

Cette thèse traite de l'optimisation sous incertitude de fonctions coûteuses dans le cadre de la conception de systèmes aéronautiques. Nous développons dans un premier temps une stratégie d'optimisation robuste multiobjectifs par modèles de substitution. Au-delà de fournir une représentation plus rapide des fonctions initiales, ces modèles facilitent le calcul de la robustesse des solutions par rapport aux incertitudes du problème. L'erreur de modélisation est maîtrisée grâce à une approche originale d'enrichissement de plan d'expériences qui permet d'améliorer conjointement plusieurs modèles au niveau des régions de l'espace possiblement optimales. Elle est appliquée à la minimisation des émissions polluantes d'une chambre de combustion de turbomachine dont les injecteurs peuvent s'obstruer de façon imprévisible. Nous présentons ensuite une méthode heuristique dédiée à l'optimisation robuste multidisciplinaire. Elle repose sur une gestion locale de la robustesse au sein des disciplines exposées à des paramètres incertains, afin d'éviter la mise en place d'une propagation d'incertitudes complète à travers le système. Un critère d'applicabilité est proposé pour vérifier a posteriori le bien-fondé de cette approche à partir de données récoltées lors de l'optimisation. La méthode est mise en œuvre sur un cas de conception avion où la surface de l'empennage vertical n'est pas connue avec précision.