Dans de nombreuses applications qui présentent un problème de décision ou d'optimisation combinatoire, il est utile de raisonner à différents niveaux d'abstraction. C'est tout d'abord le cas pour des missions d'exploration multi-robots, où l'on peut s'intéresser premièrement à la répartition de tâches d'exploration entre différents robots, puis à la manière dont chaque robot enchaîne les tâches qui lui sont allouées, et enfin à la décomposition de ces enchaînements de tâches sous la forme de déplacements à coordonner pour éviter des collisions ou pour maintenir des liens de communication. C'est aussi le cas pour la gestion d'une constellation de satellites d'observation de la Terre, pour lesquels on peut décider dans un premier temps de la répartition des tâches d'acquisition candidates entre les différents satellites, puis de l'enchaînement de ces acquisitions pour chaque satellite de la constellation, et enfin des commandes élémentaires à envoyer aux instruments pour réaliser effectivement cet enchaînement. C'est encore le cas pour l'implémentation de fonctions sur une architecture avionique, avec en premier lieu une décision concernant l'allocation de fonctions sur des unités de calcul temps réel, puis une décision concernant l'ordonnancement des fonctions sur chaque unité de calcul, et enfin une décision sur la stratégie de routage des données échangées entre fonctions sur un réseau disponible. D'un point de vue général, il est ainsi nécessaire dans ce type d'applications de considérer différents niveaux de décision couvrant allocation des tâches sur des ressources et ordonnancement des tâches sur ces mêmes ressources. Chaque tâche à considérer peut de plus se décomposer en plusieurs sous-tâches, dans le sens par exemple où une tâche de calcul d'une fonction correspond à l'enchaînement d'une tâche de lecture des données utilisées par la fonction, d'une tâche de calcul proprement dite, et d'une tâche d'écriture des sorties de la fonction dans une zone mémoire donnée. En plus de cela, les contraintes des problèmes de décision à résoudre peuvent être représentées avec différents niveaux d'abstraction. Par exemple, en exploration multi-robots, il existe des contraintes portant sur l'énergie disponible pour les robots. Au moment de la répartition des tâches d'exploration entre les robots, il n'est pas forcément possible pour des considérations combinatoires de considérer un modèle dynamique complexe reliant l'énergie disponible à la puissance consommée à chaque instant. On considère alors une consommation d'énergie forfaitaire pour chaque activité et une capacité maximale pour chaque robot. Le modèle d'énergie complexe peut être pris en compte dès lors que les tâches ont été réparties et que l'on synthétise les déplacements des robots. De manière analogue, pour l'agencement des observations d'un satellite, on peut considérer en première approximation qu'il existe une durée forfaitaire requise pour passer d'une observation à la suivante, avant de considérer des modèles cinématiques plus complexes prenant en compte les capacités des actionneurs gyroscopiques et les caractéristiques des zones à imager. Ce sujet de thèse s'intéresse à la définition de modèles et d'algorithmes de décision utilisables pour gérer ces problématiques de décision hiérarchique.

La blockchain est un registre distribué et décentralisé, permettant de stocker et d’échanger des informations de façon sécurisée, sans tiers de confiance. Pour cela,les informations, appelées transactions, sont regroupées au sein de blocs, qui sont ensuite liés entre eux de façon immuable grâce à des procédés cryptographiques. Le registre sert d’historique de toutes les actions menées par les participants du réseau depuis sa création.C’est une technologie en plein essor, de plus en plus utilisée au quotidien. Cet engouement croissant entraîne une explosion du nombre de transactions, ayant pour conséquence directe une forte augmentation de la taille des principales blockchains.Celles-ci deviennent donc plus compliquées à stocker dans leur intégralité, ce qui peut décourager certains nœuds de stocker toute la blockchain et ainsi réduire le niveau de décentralisation.Dans cette thèse, nous proposons un nouveau type de nœud, appelé low storage(LS) node, qui ne stocke plus les blocs en entier, mais des fragments de ceux-ci codés avec un code à effacement. Pour retrouver le bloc initial, un nœud LS commence par télécharger suffisamment de fragments codés depuis d’autres nœuds LS du réseau,puis procède au décodage.L’intérêt de cette approche est qu’elle permet à certains nœuds de stocker une version codée moins volumineuse de la blockchain tout en contribuant à la décentralisation de la blockchain. Elle facilite ainsi le passage à l’échelle des blockchains qui pose actuellement problème.Ce manuscrit présente également BlockHouse, un système complet permettant la location d’espace de stockage libre entre particuliers. La principale innovation est l’utilisation de contrats intelligents (smart contracts) déployés sur la blockchain qui permettent des paiements automatiques et sécurisés basés sur des preuves de récupérabilité des données régulièrement fournies par les serveurs de stockage.

Cette thèse étudie le problème de planification de vol et de la maintenance des avions militaires. D’abord, nous étudions la complexité de ce problème d’optimisation. Puis, nous proposons un modèle de programmation linéaire en nombres entiers (PLNE) pour le résoudre. Nous construisons un générateur d’instances et une heuristique pour générer des solutions initiales. Ensuite, nous appliquons l’Apprentissage Automatique pour améliorer la performance des modèles PLNE en utilisant des coupes valides générées à partir des conditions initiales et des coupes apprises à partir de la prédiction des caractéristiques de solutions optimales. Ces coupes sont appliquées à un nouveau modèle PLNE. Le résultat est une réduction du temps de résolution avec peu de pertes d’optimalité et de faisabilité par rapport aux méthodes matheuristiques alternatives. Finalement, nous présentons une nouvelle matheuristique pour résoudre efficacement des grandes instances. La méthode utilise une descente à voisinage variable qui combine la programmation dynamique (DP) et l’horizon glissant. La DP exploite une représentation en graphe de l’espace des solutions de chaque avion. Le résultat est des solutions rapides et presque optimales, et un passage à l’échelle efficace pour des instances de très grande taille.

Le nuage d'électrons se développant dans les chambres à vide du LHC lors de l'opérationdes faisceaux de protons engendre une charge thermique sur le système cryogénique deses aimants supraconducteurs. La valeur de cette charge thermique présente une fortedispersion entre les différents arcs du LHC, pourtant identiques par design, dont certainssont actuellement proches de la limite de la capacité cryogénique. Sous l'effet du nuaged'électrons, le conditionnement de la surface de cuivre des chambres à vide du LHCa lieu, réduisant son rendement d'électrons secondaires. Un tel processus est supposédécroitre l'activité du nuage vers un niveau acceptable pour l'opération du LHC et sembledonc localement mis en défaut. Ce travail a analysé les phénomènes de conditionnementdu cuivre ayant lieu dans le LHC afin d'expliquer les différences d'activités du nuageélectronique observées dans l'accélérateur. L'étude des mécanismes de conditionnementdu cuivre en laboratoire, à température ambiante, en remplaçant le nuage par un canon àélectrons, a mis en évidence le rôle crucial du carbone dans la décroissance du rendementd'électrons secondaires. L'étude du déconditionnement, ayant lieu à la remise à l'air d'unesurface irradiée (étape nécessaire à l'extraction de tubes faisceau du LHC) a permisd'établir une procédure limitant l'effacement de l'état de conditionnement in-situ de cescomposants en vue de l'analyse de leur surface en laboratoire. Des analyses réaliséessur des tubes faisceau extraits d'un aimant à faible charge thermique montrent que cessurfaces présentent des caractéristiques similaires à celles conditionnées en laboratoire.En revanche, les tubes faisceau extraits d'un aimant à forte charge thermique présententdu CuO ainsi qu'un taux de carbone surfacique extrêmement faible. Il est prouvé que cesmodifications résultent de l'opération du LHC et conduisent à un conditionnement altéréde ces surfaces. Ces modifications sont actuellement le meilleur candidat pour expliquerl'origine des différences de charge thermique observées dans le LHC.

Le sillage d’un rotor est difficile à modéliser, et a un impact significatif pour la dynamique du vol des voilures tournantes, leurs vibrations, leurs propriétés acoustiques... De nombreux modèles existent, mais le plus utilisé pour l’application à la mécanique du vol est le modèle à états finis développé par Peters et al. Ce type de modèle permet d’ajuster le prixen temps de calcul et la fidélité de leurs résultats à chaque application. Cette thèse explore le développement de ces modèles et en souligne quelques défauts. Des améliorations sont suggérées mais il semble nécessaire d’appliquer des changements plus drastiques pour dépasser certaines limites. Ainsi, une nouvelle méthode est développée dans un cadre plus générale et homogène, qui ne repose plus sur des hypothèses contraignantes. Cependant ce nouveau modèle n’est pas sans défauts. Ils sont donc analysés et traités afin d’améliorer le modèle. Le nouveau modèle livre donc de bons résultats dans le cas d’un grand nombre d’éléments utilisés, et l’impact d’une approximation plus rapide mais moins précise est souligné.

Ce travail porte sur la modélisation pour la simulation et la prédiction des paramètres de performance des photodiodes à avalanche polarisée en mode Geiger en technologie CMOS, ou SPADs CMOS, pour Lidars spatiaux. Ce travail de thèse vise à développer une méthodologie basée sur : des modèles de la physique du semi-conducteur, des mesures fournissant des informations sur le procédé technologique visé et des outils commerciaux de simulation. Ceci, dans le but de simuler les paramètres de performance des SPADs en se rapprochant autant que possible de la réalité du procédé technologique afin d’améliorer les prédictions. Des SPADs ont été conçues et caractérisées de manière à acquérir les paramètres de performances et les confronter aux résultats de simulation pour valider notre approche.De plus, la conception des SPADs s’est faite en regard des spécifications Lidar du CNES et d’Airbus Defence and Space en vue d’obtenir des structures permettant d’améliorer nos connaissances en matière de : compréhension des mécanismes physiques, conception et méthode de caractérisation des SPADs CMOS. Ceci, dans l’intention d’étudier la possibilité d’intégrer ces détecteurs dans leurs futurs systèmes Lidars spatiaux.

Les transmissions optiques en espace libre pour des liaisons satellite-satellite ou satellite-sol sont en plein essor. Les systèmes les plus performants aujourd’hui reposent sur l’utilisation de laser à état solide ou d’émetteurs en configuration Master Oscillator Power Amplifier (MOPA) comprenant une source laser, un modulateur externe et un amplificateur fibré type Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA). Ces deux types de sources laser présentent plusieurs inconvénients qui peuvent être rédhibitoires dans le cadre d’applications spatiales : poids et taille élevés, sensibilité aux radiations, forte consommation de puissance. C’est sur ce constat que s’appuie ce travail de thèse qui consiste en le développement de MOPA de haute puissance à 1,5μm intégrés monolithiquement sur InP. La thèse a vu la conception de deux types de MOPAs, l’un avec des guides en arête (shallow ridge) et l’autre avec des guides enterrés (Semi-Insulating Buried Heterostructure ou SIBH). Des simulations de propagation et de mode optique ont pu valider les dessins des guides. Ces MOPAs incluent un laser DFB, un modulateur à électro-absorption et un amplificateur évasé. Plusieurs angles d’évasement ont été testés. La fabrication en salle blanche des composants a permis plusieurs développements technologiques, notamment les étapes de fabrication de MOPA et de SOA évasés en SIBH. Les MOPA shallow ridge réalisés démontrent une puissance de 380 mW en CW et un fonctionnement monomode spectral. Des mesures de S21 ont ensuite été réalisées sur des MOPA et des SOA SIBH de puissance de structure similaire aux MOPA SIBH. Ces mesures ont permis le développement d’un modèle de fonction de transfert de SOA. Le modèle basé sur des paramètres mesurables donne une excellente concordance avec les mesures et permet de trouver le temps de vie des porteurs. Des mesures de diagramme de l’oeil sur des SOA modulés directement ont été effectuées. Bien que le taux d’extinction soit faible (<1 dB), la modulation à 5 Gbps ou 10 Gbps donne un oeil ouvert, limité par la puissance du générateur de signaux numériques. Ces résultats ouvrent la voie vers la recherche de points d’opération et de configurations optimales pour des MOPA et SOA pour des applications transmissions de données.

La « surface », dans les systèmes interactifs tactiles est à la fois le support du toucher et de l’image. Alors qu’au fil du temps les surfaces tactiles se sont transformées dans leur épaisseur, forme et rigidité, la modalité d’interaction se limite, comme sur les premiers dispositifs, à une mise en contact simple du doigt avec l’écran dans un geste qui feint de manipuler ce qui est affiché. Le sens du toucher, même pour des dispositifs tactiles installés dans des systèmes critiques comme dans l’aéronautique ou l’automobile, reste essentiellement sollicité en tant que prolongement de la vision, pour pointer et contrôler. Alors que les théories de la phénoménologie de la perception, de la perception écologique et des interactions tangibles et incarnées reconnaissent l’importance du corps, de la motricité et des interactions avec l’environnement dans les phénomènes perceptifs, il paraît réducteur de continuer à considérer la vision comme sens premier et principal de l’interaction tactile.Nous pensons que la transformation de la forme physique de l’interface tactile est un moyen efficace pour réincarner l’espace d’interaction tactile en utilisant mieux les capacités motrices des utilisateurs ainsi que leurs habiletés à négocier, manipuler et s’orienter dans leur environnement. A partir d’une caractérisation des risques potentiels du développement des interactions tactiles dans le contexte d’un cockpit d’avion de ligne (augmentation de la charge cognitive, sur-sollicitation du canal visuel, altération de la conscience de la situation, etc.), nous explorons les apports d’une interface tactile à changement de forme pour améliorer la collaboration pilotes-système au travers de la conception, la fabrication et l’évaluation de trois prototypes fonctionnels. Avec l’étude qualitative et quantitative du prototype GazeForm, nous montrons que le changement de forme d’une surface tactile en fonction de la position du regard permet de diminuer la charge de travail, améliorer la performance, réduire les mouvements oculaires et améliorer la distribution de l’attention visuelle comparativement à un écran tactile classique. Par l’élaboration du concept Multi-plié nous mettons en évidence les dimensions et propriétés de la transformation par pliure d’une surface d’affichage interactive. Avec les évaluations qualitatives des deux dispositifs illustrant le concept, le premier présentant une série d’écrans tactiles articulés et le deuxième une surface d'affichage tactile « plissable », nous démontrons qu’une surface tactile continue pliable offre un support pertinent à l'interaction incarnée et permet d’augmenter la sensation de contrôle pour la gestion d’un système critique. Enfin, pour généraliser la connaissance produite à d’autres contextes d’usages avec une forte division de l’attention visuelle (conduite automobile, salle de contrôle, appareil tactile portable en mobilité) nous proposons un espace de conception pour les interfaces tactiles reconfigurables.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’amélioration des performances numériques de la méthode Galerkin Discontinu en Domaine Temporel (GDDT), afin de valoriser son emploi industriel pour des problèmes de propagation d’ondes électromagnétiques. Pour ce faire, nous cherchons à réduire le nombre d’éléments des maillages utilisés en appliquant une stratégie de h-déraffinement/p-enrichissement. Dans un premier temps, nous montrons que si ce type de stratégie permet d’améliorer significativement l’efficacité numérique des résolutions dans un cadre conforme, son extension aux maillages non-conformes peut s’accompagner de contre-performances rédhibitoires limitant fortement leur intérêt pratique. Après avoir identifié que ces dernières sont causées par le traitement des termes de flux non-conformes, nous proposons une méthode originale de condensation afin de retrouver des performances avantageuses. Celleci se base sur une redéfinition des flux non-conformes à partir d’un opérateur de reconstruction de traces, permettant de recréer une conformité d’espaces, et d’un produit scalaire condensé, assurant un calcul approché efficace. La stabilité et la consistance du schéma GDDT ainsi défini sont établies sous certaines conditions portant sur ces deux quantités. Dans un deuxième temps, nous détaillons la construction des opérateurs de trace et des produits scalaires associés. Nous proposons alors des flux condensés pour plusieurs configurations non-conformes, et validons numériquement la convergence du schéma GDDT résultant. Puis, nous cherchons à concevoir un algorithme de h-déraffinement/p-enrichissement automatisé, dans le but de générer des maillages hp minimisant les coûts de calcul du schéma. Ce processus est traduit sous la forme d’un problème d’optimisation combinatoire sous plusieurs contraintes de natures très diverses. Nous présentons alors un algorithme de post-maillage basé sur un parcours efficace de l’arbre de recherche des configurations admissibles, associé à un processus de déraffinement hiérarchique. Enfin, nous mettons en œuvre la chaîne de calcul développée sur plusieurs cas-tests d’intérêt industriel, et évaluons son apport en termes de performances numériques.

La thèse concerne la mission INSIGHT qui doit partir vers Mars en 2018. L'un des objectifs principaux est de déterminer l'état du noyau de la planète (liquide ou solide), notamment avec les mesures du sismomètre SEIS qui doit mesurer l'amplitude d'une des harmonique principales de la marée de Phobos. L'objectif de la thèse sera de modéliser les différents signaux d'intérêt (marée de Phobos et bruit de l'instrument) afin de retrouver le signal utile de la meilleure qualité possible. D'autres perturbations seront également étudiées comme le vent sur Mars ou d'autres sources de bruit environnemental. Un second objectif est de développer un code permettant de calculer les forces de marées sur des systèmes binaires, notamment d'astéroïdes de forme quelconques et en déduire les déplacements et contraintes en son sein.