Genomics and Biotechnology of the Fruits Laboratory
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Modélisation de la combustion d’un spray dans un brûleur aéronautique
Full text linkLa combustion d’hydrocarbures représente encore aujourd’hui une part très majoritaire de la production d’énergie mondiale, en particulier dans la propulsion aérospatiale. La plupart des brûleurs industriels sont alimentés par un carburant sous forme liquide, qui est injecté directement dans la chambre de combustion, ce qui génère une forte interaction entre le spray, l’écoulement turbulent et la zone de combustion. Cette interaction a déjà largement été étudiée, mais certaines questions restent ouvertes. En particulier, la prise en compte de la combustion de goutte isolée dans le cadre de la Simulation aux Grandes Echelles (‘Large Eddy Simulation’ LES) de géométries complexes reste un problème difficile. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la modélisation de la combustion du spray dans le contexte de la LES de configurations complexes avec une approche Euler-Lagrange. Dans un premier temps, un modèle de combustion de gouttes incluant les différents régimes pour la LES, appelé MustARD pour « Multi-State Algorithm for Reacting Droplets », est proposé et validé dans plusieurs configurations académiques de complexité croissante. Dans un deuxième temps, MustARD est évalué sur une configuration de brûleur expérimental et comparé aux modèles classiques sans combustion de gouttes isolées. Cette étude montre que le régime de combustion de gouttes isolées n’est pas négligeable dans une telle configuration et qu’il modifie la structure de flamme. D’autre part, les comparaisons avec les résultats expérimentaux montrent que le modèle MustARD permet d’améliorer la précision des LES de sprays turbulents réactifs. ABSTRACT : The combustion of hydrocarbons still represents the major part of the worldwide production of energy, especially for aerospace. Most industrials burners are fed with liquid fuel that is directly injected in the combustion chamber, generating a strong interaction between the spray, the turbulent flow and the combustion. This interaction has been widely studied, but is not yet fully understood. In particular, modeling individual droplet combustion, in the framework of Large Eddy Simulation (LES) of complex geometries, is a difficult issue. This work aims at improving models for spray combustion, in the context of two-phase reactive LES of complex configurations using an Euler-Lagrange approach. First, a droplet combustion model accounting for the various regimes and called MustARD for « Multi-State Algorithm for Reacting Droplets » is proposed and validated on several academic configurations of growing complexity. Second, MustARD is evaluated in the LES of a lab-scale burner and compared to classical models neglecting individual droplet combustion. Results show in particular the importance of the new model and its impact on the flame structure. Moreover, the comparison with experiments shows that MustARD contributes to improve the numerical prediction of LES of two-phase reacting flows
Hybridation d’algorithmes évolutionnaires et de méthodes d’intervalles pour l’optimisation de problèmes difficiles
No full textL’optimisation globale fiable est dédiée à la recherche d’un minimum global en présence d’erreurs d’arrondis. Les seules approches fournissant une preuve numérique d’optimalité sont des méthodes d’intervalles qui partitionnent l’espace de recherche et éliminent les sous-espaces qui ne peuvent contenir de solution optimale. Ces méthodes exhaustives, appelées branch and bound par intervalles, sont étudiées depuis les années 60 et ont récemment intégré des techniques de réfutation et de contraction, issues des communautés d’analyse par intervalles et de programmation par contraintes. Il est d’une importance cruciale de calculer i) un encadrement précis de la fonction objectif et des contraintes sur un sous-domaine ; ii) une bonne approximation (un majorant) du minimum global. Les solveurs de pointe sont généralement des méthodes intégratives : ils invoquent sur chaque sous-domaine des algorithmes d’optimisation locale afin d’obtenir une bonne approximation du minimum global. Dans ce document, nous nous intéressons à un cadre coopératif combinant des méthodes d’intervalles et des algorithmes évolutionnaires. Ces derniers sont des algorithmes stochastiques faisant évoluer une population de solutions candidates (individus) dans l’espace de recherche de manière itérative, dans l’espoir de converger vers des solutions satisfaisantes. Les algorithmes évolutionnaires, dotés de mécanismes permettant de s’échapper des minima locaux, sont particulièrement adaptés à la résolution de problèmes difficiles pour lesquels les méthodes traditionnelles peinent à converger. Au sein de notre solveur coopératif Charibde, l’algorithme évolutionnaire et l’algorithme sur intervalles exécutés en parallèle échangent bornes, solutions et espace de recherche par passage de messages. Une stratégie couplant une heuristique d’exploration géométrique et un opérateur de réduction de domaine empêche la convergence prématurée de la population vers des minima locaux et évite à l’algorithme évolutionnaire d’explorer des sous-espaces sous-optimaux ou non réalisables. Une comparaison de Charibde avec des solveurs de pointe (GlobSol, IBBA, Ibex) sur une base de problèmes difficiles montre un gain de temps d’un ordre de grandeur. De nouveaux résultats optimaux sont fournis pour cinq problèmes multimodaux pour lesquels peu de solutions, même approchées, sont connues dans la littérature. Nous proposons une application aéronautique dans laquelle la résolution de conflits est modélisée par un problème d’optimisation sous contraintes universellement quantifiées, et résolue par des techniques d’intervalles spécifiques. Enfin, nous certifions l’optimalité de la meilleure solution connue pour le cluster de Lennard-Jones à cinq atomes, un problème ouvert en dynamique moléculaire. ABSTRACT : Reliable global optimization is dedicated to finding a global minimum in the presence of rounding errors. The only approaches for achieving a numerical proof of optimality in global optimization are interval-based methods that interleave branching of the search-space and pruning of the subdomains that cannot contain an optimal solution. The exhaustive interval branch and bound methods have been widely studied since the 1960s and have benefitted from the development of refutation methods and filtering algorithms, stemming from the interval analysis and interval constraint programming communities. It is of the utmost importance: i) to compute sharp enclosures of the objective function and the constraints on a given subdomain; ii) to find a good approximation (an upper bound) of the global minimum. State-of-the-art solvers are generally integrative methods, that is they embed local optimization algorithms to compute a good upper bound of the global minimum over each subspace. In this document, we propose a cooperative framework in which interval methods cooperate with evolutionary algorithms. The latter are stochastic algorithms in which a population of individuals (candidate solutions) iteratively evolves in the search-space to reach satisfactory solutions. Evolutionary algorithms, endowed with operators that help individuals escape from local minima, are particularly suited for difficult problems on which traditional methods struggle to converge. Within our cooperative solver Charibde, the evolutionary algorithm and the intervalbased algorithm run in parallel and exchange bounds, solutions and search-space via message passing. A strategy combining a geometric exploration heuristic and a domain reduction operator prevents premature convergence toward local minima and prevents the evolutionary algorithm from exploring suboptimal or unfeasible subspaces. A comparison of Charibde with state-of-the-art solvers based on interval analysis (GlobSol, IBBA, Ibex) on a benchmark of difficult problems shows that Charibde converges faster by an order of magnitude. New optimality results are provided for five multimodal problems, for which few solutions were available in the literature. We present an aeronautical application in which conflict solving between aircraft is modeled by an universally quantified constrained optimization problem, and solved by specific interval contractors. Finally, we certify the optimality of the putative solution to the Lennard-Jones cluster problem for five atoms, an open problem in molecular dynamics
Optimisation, étude de la cinétique et dimensionnement de la production des biopesticides à base de souches de Bacillus thuringiensis isolées du sol Libanais
No full textParmi les méthodes alternatives respectueuses de l'environnement pour la lutte contre les ravageurs et la protection des cultures agricoles, les bioinsecticides à base de Bacillus thuringiensis sont les plus largement utilisés. L’activité insecticide de B.thuringiensis réside dans la production d’inclusions cristallines protéiques appelées δ-endotoxines qui sont formées au cours de la sporulation. En préalable à ces travaux, de nouvelles souches de B.thuringiensis ont été isolées du sol libanais et ont montré un potentiel insecticide élevé, supérieur à des souches classiquement utilisées. Dans le cadre du développement d'une production industrielle, au Liban, de biopesticides à base de ces souches de B.thuringiensis, ce travail a visé à optimiser la production des δ-endotoxines afin d'augmenter les rendements et de réduire les coûts de production. A l'échelle industrielle, le milieu de culture des bactéries représente une part importante du coût de production. Ainsi, l'effet, sur la concentration des δ-endotoxines, de substitution des sources synthétiques coûteuses d'azote, de carbone et de minéraux, par un sous-produit de la minoterie de blé (le son de blé) a été étudié. L’efficacité de ce sous-produit agro-industriel comme source complète de nutriments, disponible localement à faible prix, a été prouvée pour des fermentations submergées de deux souches différentes toxiques contre des diptères ou des lépidoptères. La comparaison du milieu son de blé à d’autres milieux (synthétiques ou non), classiquement utilisés en bibliographie, a montré que ce milieu présente de nombreux avantages en termes de productivité, de rendement relatif des δ-endotoxines et de coût. Parallèlement à ce travail, une méthode simple et rapide de purification des cristaux a été développée de façon à obtenir des cristaux protéiques purs à 99 % nécessaires comme standards pour le dosage des cristaux dans le milieu de fermentation. Un autre objectif du travail a été d’analyser l'effet de l'aération sur la cinétique de croissance et de sporulation d'une nouvelle souche de B.thuringiensis var kurstaki. Les différentes conditions d’aération testées en fermenteurs de 2 L, caractérisées par le coefficient volumétrique de transfert de dioxygène (KLa), ont permis de montrer l’importance de ce paramètre et de l’optimiser pour obtenir la meilleure productivité en biopesticides. Le meilleur rendement en protéines de toxines a été obtenu dans un milieu son de blé 6 % (masse/volume) dans des conditions d’aération correspondant à un KLa de 65,5 h-1 alors que la meilleure productivité des protéines de toxines a été atteinte dans le milieu 9 % pour un KLa de 102 h-1. Sur la base de cette étude, le dimensionnement de la production de B.thuringiensis à l’échelle 1000 L a été réalisé. L’unité de production a été construite et les premiers essais réalisés ont permis de produire de façon satisfaisante des lots de biopesticides. L’ajustement des protocoles industriels reste à faire. ABSTRACT : Among the safe and environment friendly methods for the fight against pests and agricultural crops protection, Bacillus thuringiensis based biopesticides are the most widely used. The insecticidal activity of B. thuringiensis resides in the production of protein crystal inclusions called δ-endotoxins, which are formed during sporulation. Preliminary to this work, new B. thuringiensis strains were isolated from Lebanese soil and showed higher insecticidal potential than the conventionally used strains. As part of the development of an industrial production, in Lebanon, of biopesticides based on these strains of B.thuringiensis, this work aimed to optimize the production of δ-endotoxins to increase yields and reduce the cost of mass production. At industrial scale, the bacteria culture medium represents a significant part of the production cost. Thus, the effect on the concentration of the δ-endotoxins, of substituting expensive synthetic sources of nitrogen, carbon, and minerals, with a byproduct of wheat mill (wheat bran) was studied. The effectiveness of this agro-industrial by-product available locally at low prices, as complete source of nutrients, in submerged fermentations of two different strains of B.thuringiensis toxic against Lepidoptera and Diptera, has been proven. The comparison of the wheat bran medium to other mediums (synthetic or not), conventionally used in the bibliography, has shown that this medium this medium has many advantages in terms of productivity, relative yield of δ-endotoxins and cost. In parallel to this work, a simple and quick method of crystal purification was developed to obtain pure protein crystals to 99 % required as standards for the determination of crystals concentration in the fermentation medium. Another objective of the study was to analyze the effect of aeration on growth and sporulation kinetics of a new strain of B.thuringiensis var kurstaki. The different aeration conditions tested in fermenters of 2 L, characterized by the volumetric oxygen transfer coefficient (KLa), permitted to show the importance of this parameter and to optimize it to get the best biopesticides productivity. The best yield of toxin proteins relative to the wheat bran ratio in the culture medium was obtained in the 6 % (weight/volume) medium in aeration conditions corresponding to a KLa of 65.5 h-1, while the highest productivity of toxin proteins has been reached in the 9 % medium for KLa of 102 h-1. On this study basis, the scale up of B. thuringiensis production was performed in a bioreactor of 1000 L. The production unit was built and the first tests carried out have produced satisfactory batches of biopesticides. Industrial protocols are still to be adjusted
Assimilation de données ensembliste et couplage de modèles hydrauliques 1D-2D pour la prévision des crues en temps réel. Application au réseau hydraulique "Adour maritime"
No full textLes inondations sont un risque naturel majeur pour les biens et les personnes. Prévoir celles-ci, informer le grand public et les autorités sont de la responsabilité des services de prévision des crues. Pour ce faire ils disposent d'observations in situ et de modèles numériques. Néanmoins les modèles numériques sont une représentation simplifiée et donc entachée d'erreur de la réalité. Les observations quant à elle fournissent une information localisée et peuvent être également entachées d'erreur. Les méthodes d'assimilation de données consistent à combiner ces deux sources d'information et sont utilisées pour réduire l'incertitude sur la description de l'état hydraulique des cours d'eau et améliorer les prévisisons. Ces dernières décennies l'assimilation de données a été appliquée avec succès à l'hydraulique fluviale pour l'amélioration des modèles et pour la prévision des crues. Cependant le développement de méthodes d'assimilation pour la prévision en temps réel est contraint par le temps de calcul disponible et par la conception de la chaîne opérationnelle. Les méthodes en question doivent donc être performantes, simples à implémenter et peu coûteuses. Un autre défi réside dans la combinaison des modèles hydrauliques de dimensions différentes développés pour décrire les réseaux hydrauliques. Un modèle 1D est peu coûteux mais ne permet pas de décrire des écoulement complexes, contrairement à un modèle 2D. Le simple chainage des modèles 1D et 2D avec échange des conditions aux limites n'assure pas la continuité de l'état hydraulique. Il convient alors de coupler les modèles, tout en limitant le coût de calcul. Cette thèse a été financée par la région Midi-Pyrénées et le SCHAPI (Service Central d'Hydrométéorolgie et d'Appui à la Prévisions des Inondations) et a pour objectif d'étudier l'apport de l'assimilation de données et du couplage de modèles pour la prévision des crues. Elle se décompose en deux axes : Un axe sur l'assimilation de données. On s'intéresse à l'émulation du filtre de Kalman d'Ensemble (EnKF) sur le modèle d'onde de crue. On montre, sous certaines hypothèses, qu'on peut émuler l'EnKF avec un filtre de Kalman invariant pour un coût de calcul réduit. Dans un second temps nous nous intéressons à l'application de l'EnKF sur l'Adour maritime avec un modèle Saint-Venant. Nous en montrons les limitations dans sa version classique et montrons les avantages apportés par des méthodes complémentaires d'inflation et d'estimation des covariances d'erreur d'observation. L'apport de l'assimilation des données in situ de hauteurs d'eau sur des cas synthétiques et sur des crues réelles a été démontré et permet une correction spatialisée des hauteurs d'eau et des débits. En conséquence, on constate que les prévisions à court terme sont améliorées. Nous montrons enfin qu'un système de prévisions probabilistes sur l'Adour dépend de la connaissance que l'on a des forçages amonts ; un axe sur le couplage de modèles hydrauliques. Sur l'Adour 2 modèles co-existent : un modèle 1D et un modèle 2D au niveau de Bayonne. Deux méthodes de couplage ont été implémentées. Une première méthode, dite de "couplage à interfaces", combine le 1D décomposé en sous-modèles couplés au 2D au niveau frontières liquides de ce dernier. Une deuxième méthode superpose le 1D avec le 2D sur la zone de recouvrement ; le 1D force le 2D qui, quand il est en crue, calcule les termes d'apports latéraux pour le 1D, modélisant les échanges entre lit mineur et lit majeur. Le coût de calcul de la méthode par interfaces est significativement plus élevé que celui associé à la méthode de couplage par superposition, mais assure une meilleure continuité des variables. En revanche, la méthode de superposition est immédiatement compatible avec l'approche d'assimilation de données sur la zone 1D. L'apport, sur la zone 2D, de l'assimilation des observations in situ des hauteurs d'eau sur la zone 1D a été mis en évidence pour un fort événement de crue de la Nive en Janvier 2014. ABSTRACT : Floods represent a major threat for people and society. Flood forecasting agencies are in charge of floods forecasting, risk assessment and alert to governmental authorities and population. To do so, flood forecasting agencies rely on observations and numerical models. However numerical models and observations provide an incomplete and inexact description of reality as they suffer from various sources of uncertianties. Data
assimilation methods consists in optimally combining observations with models in order to reduce both uncertainties in the models and in the observations, thus improving simulation and forecast. Over the last decades, the merits of data assimilation has been greatly demonstrated in the field of hydraulics and hydrology, partly in the context of model calibration or flood forecasting. Yet, the implementation of such methods for real application, under computational cost constraints as well as technical constraints remains a challenge. An other challenge arises when the combining multidimensional models developed over partial domains of catchment. For instance, 1D models describe the mono-dimensional flow in a river while 2D model locally describe more complex flows. Simply chaining 1D and 2D with boundary conditions exchange does not suffice to guarantee the coherence and the continuity of both water level and discharge variables between 1D and 2D domains. The solution lies in dynamical coupling of 1D and 2D models, yet an other challenge when computational cost must be limited. This PhD thesis was funded by Midi-Pyrénées region and the french national agency for flood forecasting SCHAPI. It aims at demonstrating the merits of data assimilation and coupling methods for floof forecasting in the framework of operational application. This thesis is composed of two parts : A first part dealing with data assimilation. It was shown that, under some simplifying assumptions, the Ensemble Kalman filter algorithm (EnKF) can be emulated with a cheaper algorithm : the invariant Kalman filter. The EnKF was then implemented ovr the "Adour maritime" hydraulic network on top of the MASCARET model describing the shallow water equations. It was found that a variance inflation algorithm can further improve data assimlation results with the EnKF. It was shown on synthetical and real cases experiments that data assimilation provides an hydraulic state that is in great agreement with water level observations. As a consequence of the sequential correction of the hydraulic state over time, the forecasts were also greatly improved by data assimilation over the entire hydraulic network for both assimilated and nonassimilated variables, especially for short term forecasts. It was also shown that a probabilistic prediction system relies on the knowledge on the upstream forcings ; A second part focusses on hydraulic models coupling. While the 1D model has a great spatial extension and describes the mono-dimensional flow, the 2D model gives a focus on the Adour-Nive confluence in the Bayonne area. Two coupling methods have been implemented in this study : a first one based on the exchange of the state variables at the liquid boundaries of the models and a second one where the models are superposed. While simple 1D or chained 1D-2D solutions provide an incomplete or discontinuous description of the hydraulic state, both coupling methods provide a full and dynamically coherent description of water level and discharge over the entire 1D-2D domain. On the one hand, the interface coupling method presents a much higher computational cost than the superposition methods but the continuity is better preserved. On the other hand, the superposition methods allows to combine data assimilation of the 1D model and 1D-2D coupling. The positive impact of water level in-situ observations in the 1D domain was illustrated over the 2D domain for a flood event in 2014
Influence multi-échelle des facteurs environnementaux dans la répartition du Desman des Pyrénées (Galemys pyrenaicus) en France
No full textL’écologie du Desman des Pyrénées (Galemys pyrenaicus), mammifère semi-aquatique endémique de la péninsule ibérique et des Pyrénées, demeure encore très peu connue. Les objectifs de cette thèse, dans le cadre d’un Plan National d’Actions, ont été d’identifier les variables environnementales agissant sur la répartition de l’espèce à différentes échelles spatiales, en considérant sa détectabilité imparfaite (i.e. fausses absences et fausses présences). Une probabilité de détection élevée, mais spatialement hétérogène à l’échelle des Pyrénées françaises, a été mise en évidence. La distribution du Desman des Pyrénées s’est également révélée spatialement structurée et majoritairement influencée par des facteurs propres aux milieux aquatiques, mais en forte régression depuis les années 80. Ces résultats ont permis de proposer des mesures de conservation pour cette espèce menacée. ABSTRACT : The ecology of the Pyrenean desman (Galemys pyrenaicus), a small semi-aquatic mammal endemic to the Iberian Peninsula and the Pyrenees, remains still largely unknown. The aim of this PhD thesis conducted within the framework of a National Action Plan was to identify the environmental variables influencing the Desman distribution at various spatial scales, by accounting for its imperfect detection (i.e. false absences and false presences). A high, but spatially heterogeneous at the French Pyrenees extent, probability of detection was highlighted. The distribution of the Pyrenean Desman was also emphasized to be spatially structured and mainly influenced by aquatic factors, but severely contracting for the last 25 years. These results enabled to suggest conservation measures for this endangered species
Évaluation et analyse des mécanismes de sécurité des réseaux dans les infrastructures virtuelles de cloud computing
No full textCes dernières années, le développement d'Internet a contribué à l'essor du modèle cloud computing, dans lesquels des fournisseurs mettent à disposition des clients des ressources informatiques en tant que services. Ces ressources, généralement hébergées chez le fournisseur, peuvent être des infrastructures informatiques, des plateformes de développement et d'exécution ou des applications. L'objectif est de favoriser la réduction des coûts de déploiement et d'opération de ressources traditionnellement hébergées dans les locaux des clients. Dans le modèle de service Infrastructure as a Service, les clients peuvent créer et administrer des infrastructures virtuelles entières hébergeant tout ou une partie de leur système d'information. Aux bénéfices du modèle cloud sont associés des problématiques de sécurité, comme dans tout système informatique réparti. La diversité des acteurs mêlée à la variété des technologies dans le cloud implique un grand nombre de menaces et rend la sécurisation des données complexe. Pour prévenir et détecter les attaques, des mécanismes de sécurité réseau sont déployés dans le cloud. Nous nous intéressons au contrôle d'accès réseau et à la détection d'intrusion réseau, respectivement assurés par les pare-feu et les systèmes de détection d'intrusion. Or, il n'est pas aisé pour les administrateurs de déployer correctement ces outils de sécurité sans perturber le fonctionnement du cloud. Il est donc essentiel de rechercher régulièrement les faiblesses, déviances ou incohérences dans le déploiement de ces outils. Dans ce manuscrit, nous décrivons les travaux de thèse où nous avons proposé une approche pour l'évaluation et l'analyse automatisée des mécanismes de sécurité réseau dans les infrastructures virtuelles de cloud computing. Notre objectif est de permettre l'audit de manière expérimentale des contrôles d'accès réseau et des systèmes de détection d'intrusion réseau protégeant une infrastructure virtuelle donnée. Afin de solutionner les problèmes liés à la mise en oeuvre d'une telle approche, nous l'avons décomposée en trois phases. La première phase consiste à créer une copie de l'infrastructure à analyser, de manière à ne pas perturber la production du client durant les opérations d'audit. La deuxième phase concerne l'analyse des contrôles d'accès, où le but est de déterminer les canaux de communications réseau entre machines virtuelles. Nous permettons de la réaliser statiquement, à partir des informations des configurations, et dynamiquement, en injectant du trafic réseau. L'intérêt de pouvoir mener deux analyses différentes est d'identifier d'éventuelles déviances dans les résultats obtenus. Dans la troisième phase, les canaux de communications trouvés sont utilisés pour exécuter des campagnes d'attaque réseau avec du trafic d'évaluation rejoué à partir de modèles que nous avons définis. La réaction des systèmes de détection d'intrusion est alors étudiée pour générer des métriques d'évaluation. L'approche développée a donné lieu à un prototype pour les solutions cloud VMware. Ce prototype, testé sur une plateforme de maquettage et d'expérimentations, a permis de valider les méthodes conçues dans le cadre de l'approche. Les résultats expérimentaux obtenus sont encourageants et donnent confiance dans l'élaboration de nouvelles extensions et perspectives de recherche. ABSTRACT : Over the last few years, the development of the Internet contributed to the rise of the cloud computing model, wherein providers offer computing resources as services to clients. These resources, generally hosted by the provider, can be infrastructures, development and execution platforms or applications. The goal is to boost the reduction of the deployment and operation costs of resources traditionally hosted on-premises. In the Infrastructure as a Service (IaaS), clients can create and administrate entire virtual infrastructures hosting their information system or a part of it. Beside the benefits of the cloud model, security concerns arise, as in any distributed computing system. Mixing the diversity of the actors with the variety of technologies in the cloud implies a great number of threats and makes the securing of data more complex. In order to prevent and detect attacks, network security mechanisms are deployed in the cloud. We are interested in network access control and network intrusion detection, respectively carried out by firewalls and intrusion detection systems. It is not yet easy for administrators to correctly deploy security tools while not disturbing the cloud. Therefore, it is essential to look for weaknesses, discrepancies or inconsistencies in their deployment on a regular basis. In this manuscript, we describe the thesis in which we propose an approach for the automated evaluation and analysis of network security mechanisms in cloud computing virtual infrastructures. Our objective is to allow, in an experimental fashion, the audit of network access controls and network intrusion detection systems protecting virtual infrastructures. To work around the problems due to the implementation of such an approach, we divided it in three phases. The first phase consists in creating a copy of the infrastructure to analyze, to avoid disturbing the client’s business during the audit operations. The second phase is about the analysis of access controls, where the goal is to determine network communication paths between the virtual machines. We allow a static analysis, conducted from configuration information, and a dynamic analysis, performed by injecting network traffic. The interest in achieving two different types of analysis is to identify potential discrepancies in the results. In the third phase, the discovered communication paths are utilized to execute network attack campaigns based on evaluation traffic we replay using models we defined. Then, the reaction of intrusion detection systems is studied to generate evaluation metrics. The developed approach resulted in a prototype for VMware cloud solutions. It has been experimented on a mock-up platform in order to validate the methods we designed as part of our approach. The experimental results we obtained are encouraging and build confidence in the elaboration of new extensions and research perspective
Valorisation chimique des condensats issus de la torréfaction de biomasses : modélisation thermodynamique, conception et analyse de procédés.
Full text linkLa biomasse lignocellulosique est considérée comme une ressource de carbone renouvelable possédant un grand potentiel pour la une valorisation énergétique et chimique. La torréfaction de la biomasse sèche (de type bois) est un procédé de transformation thermique s’effectuant à des températures comprises entre 200°C et 300°C, et un temps de séjour compris entre quelques minutes et plusieurs heures, opérant sous pression atmosphérique et en défaut d’air. Le produit principal de la torréfaction est un combustible solide hydrophobe et stable. Cette opération génère des coproduits gazeux à haute température qui sont habituellement considérés comme des effluents pénalisants, apportant au mieux un appoint d’énergie pour le procédé. Pourtant, de nombreux constituants présents dans les condensats – récupérés par condensation des coproduits de torréfaction – pourraient être valorisés comme produits chimiques bio-sourcés. ABSTRACT : Lignocellulosic biomass is considered as a renewable carbon resource with great potential for the energy and chemical recovery. Torrefaction is a thermal process carried out at temperatures below 300°C, under inert atmosphere, at atmospheric pressure, and with residence times for the solid biomass ranging from few minutes to several hours. Torrefied wood is a solid product constituted by more than 70% of the initial mass with properties close to those of coal. The 30% remaining part is a gaseous effluent, composed of about one third of non-condensable gases – carbon monoxide and carbon dioxide – and two thirds of condensable species. Currently, torrefied wood is the main product of interest and is usually transformed into energetic gases by the gasification process or directly used as coal for combustion. Conversely, gaseous by-products are considered at present time as a waste and in the best case are burned to provide energy to the process. Yet, the recovery and valorization of the condensable fraction as bio-sourced chemicals is worth considering
Optimisation de convertisseurs DC-DC SoC (System on Chip)pour l'automobile
Full text linkL’équipe de conception de Freescale à Toulouse développe des circuits intégrés dédiés au marché de l’automobile pour des applications châssis, sécurité ou loisir. Les contraintes associées à l’embarquement des circuits sont nombreuses : niveau d’intégration, fiabilité, températures élevées, et compatibilité électromagnétique. Les produits conçus par Freescale intègrent des convertisseurs à découpage pour l’alimentation en énergie des microcontrôleurs. Cette thèse a pour objet l’étude de nouvelles topologies de convertisseur d’énergie pour la baisse de l’encombrement et des perturbations électromagnétiques. La structure multiphase répond à la problématique dans son ensemble. Un prototype est réalisé dans une technologie silicium Freescale haute tension 0.25µm. Le volume des composants externes de filtrage est optimisé et réduit. Les mesures sur le prototype montrent des performances en accord avec les objectifs, et des émissions électromagnétiques particulièrement faibles.
The Freescale design team in Toulouse develops integrated circuits for automotive application such as chassis, safety or infotainment. Constraints associated with the embodiment of such circuits are many: die-size, safety, EMC (Electromagnetic Compliance). Switching Mode Power Supplies are integrated in these products to supply power to microcontrollers. This PhD thesis is to study new topologies of power supply to reduce the volume and electromagnetic disturbances. The multiphase structure responds to the raised issue. A prototype is produced in a Freescale 0.25µm high voltage silicon technology. Volume of the external components for filtering is optimized and reduced. Measures show upgrades in performance and reduced electromagnetic emissions
Formal Guaranties for Safety Critical Code Generation: the Case of Highly Variable Languages
Full text linkLes fonctions de commande et de contrôle sont parmi les plus importantes des systèmes embarqués critiques utilisés dans des activités telles les transports, la santé ou la gestion de l’énergie. Leur impact potentiel sur la sûreté de fonctionnement fait de la vérification de leur correction l’un des points les plus critiques de leur développement. Cette vérification est usuellement effectuée en accord avec les normes de certification décrivant un ensemble d’objectifs à atteindre afin d’assurer un haut niveau de qualité du système et donc de prévenir l’apparition de défauts. Cette vérification du logiciel est traditionnellement basée sur de nombreux tests et des activitiés de relectures de code, toutefois les versions les plus récentes des standards de certification permettent l’utilisation de nouvelles approches de développement telles que l’ingénierie dirigée par les modèles et les méthodes formelles ainsi que l’utilisation d’outil pour assister les processus de développement. Les outils de génération automatique de code sont exploités dans la plupart des processus de développement de systèmes embarqués critiques afin d’éviter des erreurs de programmation liées à l’humain et pour assurer le respect des règles de production de code. Ces outils ayant pour vocation de remplacer les humains pour la production de code, des erreurs dans leur conception peuvent causer l’apparition d’erreurs dans le code généré. Il est donc nécessaire de vérifier que le niveau de qualité de l’outil est le même que celui du code produit en s’assurant que les objectifs spécifiées dans les normes de qualification sont couverts. Nos travaux visent à exploiter l’ingénierie dirigée par les modèles et les méthodes formelles pour développer ces outils et ainsi atteindre un niveau de qualité plus élevé que les approches traditionnelles. Les fonctions critiques de commande et de contrôle sont en grande partie conçues à l’aide de langages graphiques à flot de données. Ces langages sont utilisés pour modéliser des systèmes complexes à l’aide de blocs élémentaires groupés dans des librairies de blocs. Un bloc peut être un objet logiciel sophistiqué exposant une haute variabilité tant structurelle que sémantique. Cette variabilité est à la fois liée aux valeurs des paramètres du bloc ainsi qu’à son contexte d’utilisation. Dans notre travail, nous concentrons notre attention en premier lieu sur la spécification formelle de ces blocs ainsi que sur la vérification de ces spécifications. Nous avons évalué plusieurs approches et techniques dans le but d’assurer une spécification formelle, structurellement cohérente, vérifiable et réutilisable des blocs. Nous avons finalement conçu un langage basé sur l’ingénierie dirigées par les modèles dédié à cette tâche. Ce langage s’inspire des approches des lignes de produit logiciel afin d’assurer une gestion de la variabilité des blocs à la fois correcte et assurant un passage à l’échelle. Nous avons appliqué cette approche et la vérification associée sur quelques exemples choisis de blocs issus d’applications industrielles et l’avons validé sur des prototypes logiciels que nous avons développé. Les blocs sont les principaux éléments des langages d’entrée utilisés pour la génération automatique de logiciels de commande et de contrôle. Nous montrons comment les spécifications formelles de blocs peuvent être transformées en des annotations de code afin de simplifier et d’automatiser la vérification du code généré. Les annotations de code sont vérifiées par la suite à l’aide d’outils spécialisés d’analyse statique de code. En utilisant des observateur synchrones pour exprimer des exigences de haut niveau sur les modèles en entrée du générateur, nous montrons comment la spécification formelle de blocs peut être utilisée pour la génération d’annotations de code et par la suite pour la vérification automatique des exigences. Finalement, nous montrons dans quelle mesure les spécifications de blocs permettent de générer des données de qualification tel que des exigences, des tests ou des données de simulation utilisées pour la vérification et le développement de générateurs automatiques de code. ABSTRACT : Control and command softwares play a key role in safety-critical embedded systems used for human related activities such as transportation, healthcare or energy. Their impact on safety makes the assessment of their correctness the central point in their development activities. Such systems verification activities are usually conducted according to normative certification guidelines providing objectives to be reached in order to ensure development process reliability and thus prevent flaws. Verification activities usually relies on tests and proof reading of the software but recent versions of certification guidelines are taking into account the deployment of new development paradigms such as model-based development, and formal methods; or the use of tools in assistance of the development processes. Automatic code generators are used in most safety-critical embedded systems development in order to avoid human related software production errors and to ensure the respect of development quality standards. As these tools are supposed to replace humans in the software code production activities, errors in these tools may result in embedded software flaws. It is thus in turn mandatory to ensure the same level of correctness for the tool itself than for the expected produced code. Tools verification shall be done according to qualification guidelines. We advocate in our work the use of model-based development and formal methods for the development of these tools in order to reach a higher quality level. Critical control and command software are mostly designed using graphical dataflow languages. These languages are used to express complex systems relying on atomic operations embedded in blocks that are gathered in block libraries. Blocks may be sophisticated pieces of software with highly variable structure and semantics. This variability is dependent on the values of the block parameters and of the block's context of use. In our work, we focus on the formal specification and verification of such block based languages. We experimented various techniques in order to ensure a formal, sound, verifiable and usable specification for blocks. We developed a domain specific formal model-based language specifically tailored for the specification of structure and semantics of blocks. This specification language is inspired from software product line concepts in order to ensure a correct and scalable management of the blocks variability. We have applied this specification and verification approach on chosen block examples from common industrial use cases and we have validated it on tool prototypes. Blocks are the core elements of the input language of automatic code generators used for control and command systems development. We show how our blocks formal specification can be translated as code annotations in order to ease and automate the generated code verification. Code annotations are verified using specialised static code analysis tools. Relying on synchronous observers to express high level requirements at the input model level, we show how formal block specification can also be used for the translation of high level requirements as verifiable code annotations discharged using the same specialised tooling. We finally target the assistance of code generation tools qualification activities by arguing on the ability to automatically generate qualification data such as requirements, tests or simulation results for the verification and development of automatic code generators from the formal block specification
Modélisation d’antennes basses fréquences en présence de sol et d’environnements réalistes
Full text linkCe travail de thèse traite les domaines du rayonnement d'antennes basses fréquences et de la propagation du champ électromagnétique, en présence du sol et d'environnement réalistes. Des éléments qui diffèrent du cas canonique du sol plan homogène et infini sont considérés par le mot "réalistes". Les méthodes numériques classiques pour l'électromagnétisme, en particulier pour la modélisation du rayonnement d'antennes, sont plutôt adaptées à des fréquences au-delà des hautes fréquences et au rayonnement en espace libre. Deux axes de recherche ont été définis comme suit: les effets d'environnements situés en zone proche sur le rayonnement d'antennes filaires basses fréquences et l'étude de systèmes éloignés de la source par la création d'une méthode hybride. En ce qui concerne le rayonnement en zone proche, une méthode des différences finies dans le domaine temporel est utilisée. Celle-ci est lourde d'un point de vue des temps de calculs et de l'occupation de la mémoire, cependant elle est effective du fait du maillage volumique de la scène. Dans le cas de la propagation lointaine, la solution parfaite du rayonnement d'un dipôle infinitésimal électrique vertical au-dessus d'un sol plan homogène infini a été traitée par la création d'un algorithme adaptatif d'intégration numérique. Ce dernier permet d'obtenir les valeurs du champ électromagnétique dans tout l'espace avec une précision numérique contrôlée. Une technique originale d'hybridation a été réalisée entre l'algorithme d'intégration et la méthode des différences finies pour rendre compte efficacement des effets d'éléments lointains sur la propagation du champ. ABSTRACT : This work is about the radiation of low frequency antennas and the propagation of the electromagnetic field, in the presence of soil and realistic environments. Elements that differ from the canonical case of homogeneous infinite and planar ground are considered by the word realistic. Conventional numerical methods for electromagnetism, in particular for modeling the radiation of antennas are rather suitable for frequencies beyond the high frequencies and in free space. Two research areas were defined as follows : the effects of environments located near the low frequency wire antennas and the study of systems far from the source through the creation of a hybrid method. Regarding the near-field radiation, a method of finite-difference in the time-domain is used. It needs a large computer memory size and long solution times, however it is effective because the entire scene is included in a volumetric mesh. In the case of field propagation, the radiation of a vertical electric current element above a homogeneous flat ground has been computed with the creation of an adaptive algorithm for numerical inte- gration. This allows to obtain the values of the electromagnetic field in the whole space with controlled numerical accuracy. An original technique of hybridization was performed between the integration algorithm and the method of finite differences to effectively observ the effects of distant elements on the field propagation