Les architectures de communication avionique actuelles impliquent un poids et des coûts d'intégration importants à cause de la quantité croissante du câblage et des connecteurs utilisés. Afin de répondre à ces besoins émergents, nous avons proposé dans cette thèse l'intégration des technologies sans fil dans le contexte avionique comme principale solution pour diminuer le poids et la complexité dus au câblage. Tout d’abord, nous avons conçu un réseau avionique de secours basé sur la technologie HRUWB, implémentant un protocole d'arbitrage TDMA et des divers mécanismes de fiabilité pour garantir les exigences de déterminisme et de sûreté. Par la suite, nous avons procédé à l'évaluation des performances de notre proposition en termes de délais en se basant sur des méthodes analytiques. Par ailleurs, nous avons étudié différentes solutions afin d’améliorer les marges d'évolutivité et de fiabilité du système. Enfin, nous avons validé notre réseau proposé à travers une étude de cas avionique réaliste; et les résultats obtenus ont mis en évidence la capacité de notre proposition à garantir les exigences du système en termes de déterminisme et de fiabilité.

L'objectif de ce travail de thèse est de poser, d'analyser et de résoudre le problème multidisciplinaire et multi-objectif de la conception d'avions plus écologiques et plus économiques. Dans ce but, les principaux drivers de l'optimisation des performances d'un avion seront: la géométrie de l'avion, son moteur ainsi que son profil de mission, autrement dit sa trajectoire. Les objectifs à minimiser considérés sont la consommation de carburant, l'impact climatique et le coût d'opération de l'avion. L'étude sera axée sur la stratégie de recherche de compromis entre ces objectifs, afin d'identifier les configurations d'avions optimales selon le critère sélectionné et de proposer une analyse de ces résultats. L'incertitude présente au niveau des modèles utilisés sera prise en compte par des méthodes rigoureusement sélectionnées. Une configuration d'avion hybride est proposée pour atteindre l'objectif de réduction d'impact climatique.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le projet plus global PRISE (Plate-forme de Recherche pour l'Ingénierie des Systèmes Embarqués) dont l'objectif principal est le développement d'une plateforme d'exécution pour les logiciels embarqués. De tels logiciels sont dits critiques et ils sont, par conséquent, soumis à des règles de conception spécifiques. Notamment, ces logiciels doivent répondre à des contraintes de temps réel et ainsi garantir des comportements temporels prédictifs afin de toujours donner des résultats justes avec le respect d'échéances temporelles. L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'utilisation des techniques de la simulation distribuée (et particulièrement de la norme HLA) pour répondre aux besoins de simulation hybride et temps réel de la plate-forme. Afin de respecter ces contraintes et garantir la prédictibilité temporelle d'une simulation distribuée, il faut avoir une vision complète de l'ensemble du problème et notamment des différents niveaux d'actions : applicatif, intergiciel, logiciel, matériel et aussi formel pour la validation du comportement temporel. Cette thèse se base sur la RTI (Run Time Infrastructure, intergiciel HLA) de l'ONERA : le CERTI et propose une démarche méthodologique adaptée à ces différents niveaux d'actions. Des cas d'étude, notamment un simulateur du vol d'un avion, ont été spécifiés, implémentés et expérimentés sur la plate-forme PRISE.

Ce mémoire présente les avantages de combiner des techniques établies dans le domaine de l'ingénierie de contrôle avec des éléments de l'intelligence calculatoire, en fournissant un certain niveau d'automatisation et la possibilité d'explorer des propositions innovantes pour une meilleure conformité avec les spécifications. L'adoption de cette philosophie est justifiée par la complexité de certains systèmes, où des multiples exigences contradictoires doivent être remplies à chaque point de fonctionnement. L'automaticien se rendra compte parfois que certains choix doivent être faits au détriment d'autres solutions qui pourraient également être explorées. Dans ce contexte, un mécanisme basé sur l'intelligence calculatoire peut accélérer le développement du projet et révéler de nouvelles possibilités. L'apport de ce mécanisme est évalué sur deux études de cas, toutes deux basées sur un modèle variant dans le temps d'un véhicule de lancement, où le séquencement de gain est appliqué aux techniques quadratique linéaire et H-infinie. Dans le cas linéaire quadratique, à part le lissage des gains du régulateur, on obtient l'optimisation du système de contrôle pour toute la trajectoire du véhicule, un fait qui est validé par des simulations hardware-in-the-loop. Dans le cas H- infini, on ajoute la duplication fonctionnelle du compensateur, permettant de l'utiliser également en tant qu'observateur; l'intelligence calculatoire peut être utilisée pour définir la choix de la dynamique d'estimation dans des situations où le nombre des combinaisons (pôles en boucle fermée) est très élevé, afin de fournir les meilleures estimés.

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.

À l'heure actuelle, de nombreux projets d'utilisation de drones s'intéressent à la capacité des véhicules à alterner des phases de vols lentes et des phases de vol rapides. Cela permet entre autre, de traiter une plus grande diversité de missions que celles pouvant être accomplies par des avions conventionnels (approche de bâtiments, évolution en milieu urbain, prises de vue). Cette thèse s'intéresse à la commande de ce type de vecteur, avec l'application au VERTIGO, drone de type VTOL à rotors contrarotatifs et volets déflecteurs de flux. Sur la base d'une campagne en soufflerie, un modèle dynamique et cinématique a été développé. Les modèles obtenus ont permis d'étudier et de piloter l'engin sur un large domaine de vol (du vol stationnaire au vol d'avancement rapide). L'observation du comportement dynamique a conduit au choix de deux structures de pilotages pour couvrir toute l'enveloppe de vol ; une structure de pilotage à gains statiques auto-séquencés de type retour d'états longitudinaux et latéraux pour le vol d'avancement ; et une structure hiérarchique axe par axe pour le vol stationnaire et pseudo stationnaire, proche de ce qui peut être utilisé pour le pilotage des hélicoptères. Des outils d'analyse de robustesse (tel que la µ-analyse) sont utilisés pour prouver la stabilité de la boucle fermée tout au long des trajectoires en vol d'avancement. Un simulateur non linéaire a été développé pour implémenter les lois, analyser le comportement de l'engin durant la phase de transition et a permis une étude sur la génération de trajectoire optimale. Les algorithmes de pilotages ont été implantés sur le calculateur embarqué et une campagne d'essais en vol indoor est également présentée.

Les satellites de communication apparaissent comme une solution particulièrement intéressante pour fournir une connectivité à large bande à un grand nombre d'utilisateurs. La propriété de diffusion naturelle des satellites (et ses bandes de fréquence Ku/Ka) rend leur utilisation évidente pour les services de multidiffusion, multimédia, ainsi que pour l’interconnexion de réseaux à haut débit. Toutefois, les signaux de cette bande de fréquence sont beaucoup plus sensibles aux interférences atmosphériques. La principale innovation permettant de résoudre ces problèmes a été l'adoption du codage et de la modulation adaptatifs. Ceci est le principal moteur de cette thèse car cette adaptabilité rend les systèmes par satellite traditionnels inefficaces. Nous nous concentrons sur un paradigme différent pour traiter ces nouveaux défis. Celui-ci est basé sur l’optimisation conjointe des couches de la pile de protocoles. L'idée fondamentale est le fait que l'adaptabilité de la couche physique doit être suivi au niveau des couches supérieures afin de réaliser une gestion efficace des ressources, ceci afin de respecter les exigences strictes (QoS) des nouveaux services. Nous couvrons plusieurs aspects liés à "l’optimisation réseau"; réaliser une allocation efficace des ressources qui maximise le débit tout en assurant l'équité entre tous les utilisateurs, et ce, en fonction des conditions de canal. Nous avons également mis l'accent sur le choix de la meilleure méthodologie permettant de choisir les outils mathématiques appropriés, l'architecture la plus efficace, des technologies adaptatives sur les couches supérieures, ainsi que la meilleure approche de conception "crosslayer".

Une large quantité de données personnelles sont partagées en temps réel par des utilisateurs en ligne, utilisant de plus en plus des terminaux mobiles avec connexion sans-fil. L'industrie s'efforce d'accumuler et d'analyser ces données pour fournir de nouveaux services ou des améliorations. La recherche fournit un effort équivalent pour permettre de traiter ces données de façon sécurisée et protectrice de la vie privée. Les problèmes de performance des communications temps réels sur terminaux mobiles sur un canal sans-fil sont aussi étudiés. Les codes à effacement sont un moyen courant d'améliorer ces performances. Le secret sharing est un mécanisme permettant de partager des données privées, ne les révélant qu'à un groupe d'utilisateur choisi. Dans cette thèse, nous lions théoriquement les secret sharing schemes et les codes à effacement, pour fournir une source plus riche de solutions aux deux problèmes. Notre objectif est de fournir des solutions ayant le niveau de sécurité souhaité, tout en restant efficace et implémentable. Les contributions de cette thèse sont les suivantes. Nous évaluons l'applicabilité d'une nouvelle classe de codes à effacements à Maximum Distance Séparable (MDS) pour transférer du contenu temps réel à des terminaux mobiles, et nous démontrons que le code systématique réduit grandement la complexité d'exécution et la taille nécessaire des tampons en comparaison du code non systématique, faisant de lui un bon candidat pour une application mobile. Nous proposons un nouveau Layered secret sharing scheme pour le partage en temps réel de données sur des réseaux sociaux (OSNs pour Online Social Network). Le procédé permet de partager automatiquement un profile dans un groupe défini dans un OSN, en utilisant un multi-secret sharing scheme formé de multiples couches. Le procédé ne dépend nullement d'un tiers de confiance. Comparé à un partage simple de chaque attributs (pouvant être un texte, une image ou une vidéo), le procédé ne divulgue aucune information à propos de ce qui est partagé, pas même le nombre de ceux-ci, et il induit une augmentation relativement faible du temps de calcul et des données à envoyer. Finalement, nous étudions les liens entre les codes MDS et les secret sharing schemes, ayant pour motivation l'inefficacité du très populaire Shamir secret sharing scheme. Nous établissons les liens théoriques entre les deux domaines et nous proposons une nouvelle construction de strong ramp schemes à partir de codes MDS. Ceci permet d'utiliser les codes MDS existants et efficaces pour des applications de partage de secret et de calculs distribués et sécurisés. Nous évaluons et montrons une réduction significative de temps de calcul et du coût de communication en utilisant un strong ramp scheme, en comparaison avec le procédé de Shamir.

Cette thèse présente plusieurs contributions permettant d'améliorer la diffusion de vidéos. Dans la première partie de la thèse, nous évaluons et analysons les mécanismes de tolérance d'erreurs (correction et masquage d'erreurs). Les performances de ces différents mécanismes sont évaluées pour des taux de pertes de paquets variables. Les contributions suivantes mettent l'accent sur un code à effacements à la volée, appelée Tetrys, plus efficace que les codes en blocs classiques (Forward Error Correction - FEC). Tout d'abord, nous étudions l'application de Tetrys à la transmission vidéo temps réel par des chemins multiples. Nous proposons un découplage entre l'allocation de la charge et la gestion de la redondance pour Tetrys. Tetrys, lorsqu'il est couplé avec un mécanisme de répartition de charge appelé Encoded Multipath streaming (EMS), surpasse le couplage entre EMS et FEC pour les deux modèles de perte testés (Bernoulli et Gilbert-Elliott) en termes de taux de perte résiduel et de qualiée vidéo. En exploitant la capacité de correction de Tetrys, nous étudions ensuite les performances du décodage tardif où les paquets arrivant en retard sont décodés et utilisés pour stopper la propagation d'erreur. Enfin, une étude plus approfondie sur Tetrys propose un algorithme d'adaptation de la redondance, appelé A-Tetrys, permettant de gérer la dynamique du réseau. Cet algorithme combine des approches réactives et pro-actives pour adapter au mieux le taux de redondance. L'évaluation des performances montre que A-Tetrys parvient à gérer simultanément les variations du taux de perte, du modèle de perte et du délai. Nous étudions ensuite un autre challenge en proposant un nouveau critère d'équité : la qualité vidéo. Nous proposons un algorithme Q-AIMD qui permet un partage équitable de la bande passante en termes de qualité vidéo entre des ux concurrents. Nous présentons un système pour le déploiement de cet algorithme Q-AIMD et nous étudions sa convergence. L'évaluation de différentes métriques de qualité vidéo (PSNR, QP et VQM) montre une diminution importante des écarts de qualité vidéo entre plusieurs flux par rapport à l'approche traditionnelle AIMD qui se base sur le débit. De plus, une autre contribution sur ce sujet propose une nouvelle approche appelée courbe virtuelle. Contrairement à QAIMD qui est une approche décentralisée, la courbe virtuelle est une approche centralisée qui permet à la fois une équité entre les flux vidéo en termes de qualité vidéo et une équité entre les flux non-vidéo et flux vidéo en termes de débit.

Satisfaire les qualités de manoeuvrabilité demeure toujours une contrainte essentielle lors de la conception des commandes de vol. Ces critères de différentes natures sont le fruit d'une longue expérience d'essais en vol et d'analyse de données et il convient de les considérer pour espérer un bon comportement de l'appareil en vol. Dans ce cadre, l'enjeu de cette thèse est d'élaborer des méthodes de synthèse capables de satisfaire au mieux ces critères en respectant d'une part des architectures classiques imposées par le constructeur et, d'autre part, en adoptant une nouvelle architecture de contrôle. Le travail est effectué sur le vol longitudinal d'un avion d'affaire de Bombardier Inc., le Challenger 604. Une première étape consiste à rassembler les qualités de manoeuvrabilité les plus souvent utilisées et de les confronter. Nous étudions plus particulièrement le critère du dropback pour lequel une analyse théorique permet d'établir une formulation pratique utilisable lors d'une synthèse. De plus, la confrontation de ces critères sur un modèle standard met en évidence des critères dominants, qui, une fois satisfaits, impliquent que d'autres critères le sont aussi. Nous pouvons dès lors considérer le problème de satisfaction de ces critères dominants dans le cadre d'une loi de contrôle dont l'architecture est imposée. Nous nous tournons alors du côté des applications gardiennes. Initialement destinées à l'étude de la robustesse, elles sont intégrées dans différents algorithmes pour la synthèse de correcteur. Ce problème s'inscrit dans le cadre plus général de stabilisation par retour de sortie et de synthèse de correcteurs d'ordre réduit. Il en ressort des algorithmes permettant la stabilisation de système et le placement de pôles dans une région du plan complexe. Ceux-ci sont étendus dans le cadre du séquencement du contrôleur sur toute l'enveloppe de vol en fonction de certains paramètres. Nous faisons ensuite fi de la structure du correcteur en conservant seulement les mêmes sorties. L'idée est à présent d'utiliser une synthèse H∞ pour obtenir un correcteur satisfaisant les qualités de manoeuvrabilité grâce à l'appariement avec un modèle de référence; ce correcteur est aussi robuste à des variations de masse et de centrage de l'avion. Grâce aux travaux sur la commande modale robuste, nous pouvons réduire substantiellement l'ordre de ce correcteur ainsi que le structurer afin de nous rapprocher d'une architecture classique. Une méthode d'auto-séquencement de correcteurs, nous permet finalement de séquencer ce correcteur à travers toute l'enveloppe de vol. Deux voies différentes sont donc empruntées pour la résolution du même problème; chacune montre ses avantages et ses inconvénients.