Les systèmes dits Sensor Webs sont des middlewares informatiques assurant la communication entre les capteurs et les applications. En tant que véritables médiateurs, la popularité de ces systèmes n’a cessé de grandir depuis l’apparition des tout premiers capteurs. Plus récemment, l’émergence de nouveaux paradigmes tels que l’Internet des Objets (IoT) a complètement révolutionné les systèmes basés sur les capteurs en général. Parmi eux, les Sensor Webs ne dérogent pas à cette règle et doivent désormais répondre à de nouveaux défis, notamment en termes d’intégration, de Qualité des Observations (QoO) et d’adaptation système. Dans ce travail de recherche, nous proposons une nouvelle génération de Sensor Webs capables d’adapter la QoO distribuée de manière autonomique et de manière spécifique à chaque application (QASWS). Premièrement, nous introduisons un framework générique destiné aux chercheurs et développeurs souhaitant concevoir leur propre solution QASWS. Dans un deuxième temps, nous instancions ce framework et proposons un prototype de plateforme d’intégration pour l’évaluation de la QoO à la demande (iQAS). Après avoir évalué ses performances, nous présentons trois cas d’utilisation pour la plateforme iQAS. Finalement, nous concluons cette étude en imaginant l’apport de certains paradigmes transverses vis-à-vis de la QoO dans un futur proche.

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 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.

L'objectif de cette thèse est la résolution d’un problème d’optimisation multi-objectif sous incertitudes en présence de simulations numériques coûteuses. Une validation est menée sur un cas test de thermique transitoire. Dans un premier temps, nous développons un algorithme d'optimisation multi-objectif basé sur le krigeage nécessitant peu d’appels aux fonctions objectif. L'approche est adaptée au calcul distribué et favorise la restitution d'une approximation régulière du front de Pareto complet. Le problème d’optimisation sous incertitudes est ensuite étudié en considérant des mesures de robustesse pires cas et probabilistes. Le superquantile intègre tous les évènements pour lesquels la valeur de la sortie se trouve entre le quantile et le pire cas mais cette mesure de risque nécessite un grand nombre d’appels à la fonction objectif incertaine pour atteindre une précision suffisante. Peu de méthodes permettent de calculer le superquantile de la distribution de la sortie de fonctions coûteuses. Nous développons donc un estimateur du superquantile basé sur une méthode d'échantillonnage préférentiel et le krigeage. Il permet d’approcher les superquantiles avec une faible erreur et une taille d’échantillon limitée. De plus, un couplage avec l’algorithme multi-objectif permet la réutilisation des évaluations. Dans une dernière partie, nous construisons des modèles de substitution spatio-temporels capables de prédire des phénomènes dynamiques non linéaires sur des temps longs et avec peu de trajectoires d’apprentissage. Les réseaux de neurones récurrents sont utilisés et une méthodologie de construction facilitant l’apprentissage est mise en place.

Les turbomachines aéronautiques sont composées de plusieurs roues aubagées dont la fonction est de transférer l’énergie de l’air au rotor. Les roues aubagées des modules compresseur et turbine sont des pièces particulièrement sensibles car elles doivent répondre à des impératifs de performance aérodynamique, de tenue mécanique, de tenue thermique et de performance acoustique. L’optimisation aéro-méca-acoustique ou aéro-thermo-mécanique des aubages consiste à chercher, pour un ensemble de formes aérodynamiques paramétrées (par plusieurs dizaines de variables), celle assurant le meilleur compromis entre la performance aérodynamique du moteur et la satisfaction de plusieurs dizaines de contraintes souvent contradictoires. Cette thèse introduit une méthode d’optimisation basée sur les métamodèles et adaptée à la grande dimension pour répondre à la problématique industrielle des aubages. Les contributions de cette thèse portent sur deux aspects : le développement de modèles de krigeage, et l’adaptation d’une stratégie d’optimisation pour la gestion du grand nombre de variables et de contraintes. La première partie de ce travail traite des modèles de krigeage. Nous avons proposé une nouvelle formulation du noyau de covariance permettant de réduire le nombre de paramètres du modèle afin d’accélérer sa construction. Une des limitations connues du modèle de krigeage concerne l’estimation de ses paramètres. Cette estimation devient de plus en plus difficile lorsque nous augmentons la dimension du phénomène à approcher. En particulier, la base de données nécessite davantage de points et par conséquent la matrice de covariance du modèle du krigeage est de plus en plus coûteuse à inverser. Notre approche consiste à réduire le nombre de paramètres à estimer en utilisant la méthode de régression des moindres carrés partiels (PLS pour Partial Least Squares). Cette méthode de réduction dimensionnelle fournit des informations sur la relation linéaire entre les variables d’entrée et la variable de sortie. Ces informations ont été intégrées dans les noyaux du modèle de krigeage tout en conservant les propriétés de symétrie et de positivité des noyaux. Grâce à cette approche, la construction de ces nouveaux modèles appelés KPLS est très rapide étant donné le faible nombre de paramètres nécessaires à estimer. La validation de ces modèles KPLS sur des cas test académiques ou industriels a démontré leur qualité de prédiction équivalente voire même meilleure que celle des modèles de krigeage classiques. Dans le cas de noyaux de covariance de type exponentiel, la méthode KPLS peut être utilisée pour initialiser les paramètres du krigeage classique, afin d’accélérer la convergence de l’estimation des paramètres du modèle. La méthode résultante, notée KPLS+K, a permis d’améliorer la qualité des modèles dans le cas de fonctions fortement multimodales. La deuxième contribution de la thèse a consisté à développer une stratégie d’optimisation globale sous contraintes pour la grande dimension, en s’appuyant sur les modèles KPLS ou les modèles KPLS+K. En effet, nous avons étendu la méthode d’optimisation auto-adaptative connue dans la littérature sous le nom "Efficient Global Optimisation, EGO" pour gérer les problèmes d’optimisation sous contraintes en grande dimension. Différents critères d’enrichissement adaptatifs ont pu être explorés. Cette stratégie a permis de retrouver l’optimum global sur des problèmes académiques jusqu’à la dimension 50. La méthode proposée a été confrontée à deux types de problèmes industriels, le cas test MOPTA issu de l’industrie automobile (124 variables d’entrée et 68 fonctions contraintes) et le cas test Snecma des aubes de turbomachines (50 variables d’entrée et 31 fonctions contraintes). Les résultats ont permis de montrer la validité de la démarche ainsi que les limites de la méthode pour une application dans un cadre industriel.

L’Internet a complètement révolutionné la façon dont nous communiquons. En parallèle, la croissance importante des réseaux mobiles s'est accompagnée d'une explosion du nombre d’usagers et d'une augmentation exponentielle de la demande. Cependant, l’Internet n'est pas encore, voire n'est pas toujours, universellement accessible. Par exemple, c'est le cas en ce qui concerne l’accès dans les économies émergentes ou dans les régions éloignées, les obstacles physiques empêchant le déploiement de réseaux mobiles et les désastres naturels. C'est dans ce contexte que les réseaux tolérants au délai ont été introduits pour faire face aux environnements caractérisés par des interruptions et des délais de transmission élevés. Ces réseaux, manquent souvent de routes pré-déterminées ou même de toute infrastructure pour permettre une communication de bout-en-bout. Dans ce contexte, tous les nœuds de ces réseaux peuvent interagir en utilisant leurs contacts comme une opportunité de communication. Le paradigme stockage/transport permet à ces nœuds d’exploiter des chemins spatio-temporels créés par ces possibilités de contact afin de livrer des messages au fil du temps. Dans ce travail, nous soulevons ici une question générique : pouvons-nous concevoir une infrastructure mobile et opportuniste qui pourrait aider à transmettre ces messages ? Afin de fournir une telle infrastructure, nous étudions l’application des marches aléatoires temporelles (TRWs) dans réseaux opportunistes. Nous explorons l’application et l’impact de la TRW pour fournir une infrastructure minimale et non-invasive à partir de deux points de vue : le stockage des données et leur transmission.