Thèses

Thèses

Angel Barroso. "Etude et optimisation d’un système d’éclairage efficace énergétiquement et adapté
aux besoins de ses utilisateurs (santé, sécurité et qualité de vie)"

Résumé

négligeables. Mais comprendre la perception visuelle du papillotement de lumière, aussi appelé « contraste de luminance ou chromatique temporel », implique de multiples pré-requis. C’est pourquoi, tout au long de ce travail de recherche, nous avons adopté une approche pluridisciplinaire, et faisons appel à des connaissances relatives aux êtres humains : physiologie de l’œil et mécanismes de perception, neurophysiologie, psychologie cognitive, sociologie ; mais également des connaissances relatives à la physique : sources de lumière, photométrie et colorimétrie, notions d’optique géométrique, etc. Le terme « confort » étant souvent utilisé à mauvais escient, nous avons tout d’abord réfléchi à définir avec exactitude les notions de confort en les distinguant des termes « qualité de vie » et « bien-être », trop souvent pris pour synonymes. Afin d’y parvenir, nous avons basé notre étude sur une approche cognitive, et nous nous sommes particulièrement intéressés au cas du confort visuel, en relation avec notre thématique de recherche.

Ensuite, une campagne d’expérimentations sur le papillotement de lumière a été menée. Elle a consisté en l’étude phénoménologique de la perception visuelle du papillotement de lumière dans différents contextes : couleur de l’environnement et axes de perception visuelle pour différentes configurations expérimentales. Pour cela, un dispositif expérimental et interactif a été réalisé. Afin de générer le papillotement de lumière, des diodes électroluminescentes (LEDs) ont été utilisées, et un boîtier de commande a permis la variation de deux paramètres particuliers : la fréquence et le rapport cyclique. Nous avons ainsi crée un signal PWM, et avons fait en sorte que le stimulus soit une lumière indirecte à champ large. De part le logiciel associé aux boîtiers de commande, de nombreux scenarii ont pu être présentés à des observateurs volontaires qui ont exprimé leur ressenti quant à leur perception du papillotement de lumière. Les observateurs ont des caractéristiques visuelles similaires (vision emmétrope) et sont âgés entre 20 et 39 ans. Des expériences préliminaires destinées à caractériser la vision amétrope ont également été réalisées.

Afin de construire des résultats synthétiques à partir des données expérimentales, une méthode d’optimisation a été utilisée et a mis en évidence des couples optimaux de solutions (fréquence et rapport cyclique) quelle que soit la couleur de l’environnement et quel que soit l’axe de perception visuelle. Nous nous sommes ensuite appuyés sur ces résultats pour mettre en place des graphiques de paramètres physiques de confort visuel du papillotement de lumière.

Enfin, une étude applicative du papillotement de lumière a été menée. Elle a consisté en la comparaison de la dégradation colorimétrique de tableaux de musées, via échantillons normalisés, éclairés soit par une lumière continue, soit par une lumière pulsée, à éclairement moyen constant. Les dégradations se sont révélées être du même ordre au bout de 635000 lx.h. L’effet Broca Sulzer ayant été vérifiée dans le cadre de nos expériences (la brillance ressentie est plus grande que la brillance réelle) a ainsi permis d’envisager des économies d’énergie.

Jérémy Boes. Apprentissage du contrôle de systèmes complexes par l'auto-organisation coopérative d'un système multi-agent. Thèse de doctorat, Université de Toulouse, mars / march 2014.

Résumé

Contrôler un système, c'est appliquer les modifications adéquates sur ses entrées de façon à le placer dans un état désiré. Les méthodes habituelles se basent majoritairement sur l'utilisation de modèles mathématiques du système contrôlé, afin de calculer les actions de contrôle à effectuer. Ces méthodes trouvent leurs limites face aux systèmes complexes, qui ont une dynamique non-linéaire, et sont souvent bruités. La construction d'un modèle est alors une tâche ardue, qui peut s'étendre sur plusieurs années. D'une part, se passer de modèle nécessite un contrôleur capable d'apprendre. D'autre part, la distribution du contrôle, c'est-à-dire l'affectation du contrôle de chaque entrée d'un système à des contrôleurs locaux, permet de s'attaquer à la complexité. Mais cela demeure un sujet de recherche actif. Les systèmes multi-agents (SMA), composés d'entités autonomes, se prêtent naturellement aux problèmes distribués et peuvent ainsi beaucoup apporter. En particulier, les systèmes multi-agents adaptatifs (AMAS) s'appuient sur l'auto-organisation des agents pour faire émerger une fonction globale adéquate. Cette auto-organisation est guidée par des principes de coopération. Un AMAS est ainsi doté de fortes capacités d'adaptation. Appliquée au problème du contrôle et de son apprentissage, cette approche conduit à la définition d'un AMAS particulier, présenté dans cette thèse. Les expérimentations, menées sur des simulations ainsi qu'en situation réelle (sur un moteur à combustion), ont montré la capacité du système à apprendre le contrôle de plusieurs entrées en fonction de critères sur plusieurs sorties, tout en étant robuste aux perturbations, et facile à instancier.

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Julien Nigon. "Apprentissage artificiel adapté aux systèmes complexes par auto-organisation coopérative de systèmes multi-agents"

Résumé

La perception visuelle de la lumière est un sujet qui interroge depuis des années. Dans cette recherche, nous nous attachons plus particulièrement au confort visuel des être humains soumis à un papillotement de lumière ou flickering, pouvant présenter des impacts sanitaires non négligeables. Mais comprendre la perception visuelle du papillotement de lumière, aussi appelé « contraste de luminance ou chromatique temporel », implique de multiples pré-requis. C’est pourquoi, tout au long de ce travail de recherche, nous avons adopté une approche pluridisciplinaire, et faisons appel à des connaissances relatives aux êtres humains : physiologie de l’œil et mécanismes de perception, neurophysiologie, psychologie cognitive, sociologie ; mais également des connaissances relatives à la physique : sources de lumière, photométrie et colorimétrie, notions d’optique géométrique, etc. Le terme « confort » étant souvent utilisé à mauvais escient, nous avons tout d’abord réfléchi à définir avec exactitude les notions de confort en les distinguant des termes « qualité de vie » et « bien-être », trop souvent pris pour synonymes. Afin d’y parvenir, nous avons basé notre étude sur une approche cognitive, et nous nous sommes particulièrement intéressés au cas du confort visuel, en relation avec notre thématique de recherche. Ensuite, une campagne d’expérimentations sur le papillotement de lumière a été menée. Elle a consisté en l’étude phénoménologique de la perception visuelle du papillotement de lumière dans différents contextes : couleur de l’environnement et axes de perception visuelle pour différentes configurations expérimentales. Pour cela, un dispositif expérimental et interactif a été réalisé. Afin de générer le papillotement de lumière, des diodes électroluminescentes (LEDs) ont été utilisées, et un boîtier de commande a permis la variation de deux paramètres particuliers : la fréquence et le rapport cyclique. Nous avons ainsi crée un signal PWM, et avons fait en sorte que le stimulus soit une lumière indirecte à champ large. De part le logiciel associé aux boîtiers de commande, de nombreux scenarii ont pu être présentés à des observateurs volontaires qui ont exprimé leur ressenti quant à leur perception du papillotement de lumière. Les observateurs ont des caractéristiques visuelles similaires (vision emmétrope) et sont âgés entre 20 et 39 ans. Des expériences préliminaires destinées à caractériser la vision amétrope ont également été réalisées. Afin de construire des résultats synthétiques à partir des données expérimentales, une méthode d’optimisation a été utilisée et a mis en évidence des couples optimaux de solutions (fréquence et rapport cyclique) quelle que soit la couleur de l’environnement et quel que soit l’axe de perception visuelle. Nous nous sommes ensuite appuyés sur ces résultats pour mettre en place des graphiques de paramètres physiques de confort visuel du papillotement de lumière. Enfin, une étude applicative du papillotement de lumière a été menée. Elle a consisté en la comparaison de la dégradation colorimétrique de tableaux de musées, via échantillons normalisés, éclairés soit par une lumière continue, soit par une lumière pulsée, à éclairement moyen constant. Les dégradations se sont révélées être du même ordre au bout de 635000 lx.h. L’effet Broca Sulzer ayant été vérifiée dans 4 le cadre de nos expériences (la brillance ressentie est plus grande que la brillance réelle) a ainsi permis d’envisager des économies d’énergie.

Mohamed Amine BOUAZZOUNI. "Processus sécurisés de dématérialisation de cartes sans contact"

Résumé :

Au fil des années, la technologie sans contact NFC s'est imposée dans notre quotidien au travers des différents services proposés. Les cas d'utilisation sont nombreux allant des cartes de fidélité, des cartes de transport, des cartes de paiement sans contact jusqu'aux cartes de contrôle d'accès. Cependant, les premières générations des cartes NFC ont une sécurité minimale reposant sur l'hypothèse de leur
non-clonabilité. De multiples vulnérabilités ont été découvertes et leur exploitation a permis des copies frauduleuses. Afin de remédier à ces vulnérabilités, une nouvelle génération de cartes à la sécurité augmentée a vu le jour. Ces cartes permettent une authentification avec un lecteur basée sur des algorithmes de chiffrements symétriques tels
qu'AES, DES, et 3DES. Elles sont plus robustes que la première génération mais ont subi des également une attaque en reverse-engineering.
Pour garantir et améliorer le niveau de sécurité du système de contrôle d'accès, nous proposons dans le cadre de l'opération neOCampus, la dématérialisation sécurisée de la carte sans contact sur un smartphone muni de la technologie NFC. Cette dématérialisation nous permet d'exploiter la puissance de calcul et la capacité de stockage du smartphone afin de déployer des algorithmes d'authentification plus robustes. Cependant, l'OS du smartphone ne peut être considéré comme un environnement de confiance. Afin de répondre à la problématique du stockage et du traitement sécurisés sur un smartphone, plusieurs solutions ont été proposées : les Secure Elements (SE), les Trusted Platform Module (TPM), les Trusted Execution Environment (TEE) et la virtualisation. Afin de stocker et de traiter de manière sécurisée les données d'authentification, le TEE apparait comme la solution idéale avec le meilleur compromis sécurité/performances. Cependant, de nombreux smartphones n'embarquent pas encore de TEE. Pour remédier à cette contrainte, nous proposons une architecture basée sur l'utilisation de
TEEs déportés sur le Cloud. Le smartphone peut le contacter via une liaison Wi-Fi ou 4G. Pour se faire, un protocole d'authentification basé sur IBAKE est proposé.
En plus de ce scénario nominal, deux autres scénarii complémentaires ont été proposés permettant d'accompagner le développement et la démocratisation des TEE non seulement dans le monde des smartphones mais aussi sur des dispositifs peu onéreux comme le Raspberry Pi 3. Ces architectures déploient le même algorithme d'authentification que le scénario nominal. Nous proposons aussi une architecture hors ligne permettant à un utilisateur de s'authentifier à l'aide d'un jeton de connexion en cas d'absence de réseaux sans fil. Cette solution permet de la contrainte sur la connectivité du smartphone à son Cloud.
Nous procédons à une évaluation de l'architecture de dématérialisation et de l'algorithme d'authentification en termes de performances et de sécurité. Les opérations cryptographiques du protocole d'authentification sont les plus coûteuses. Nous avons alors procédé à leur évaluation en nous intéressant en particulier aux opérations de chiffrement IBE et à la génération de challenges ECC. Nos implémentations ont été évaluées pour l'infrastructure Cloud et l'environnement mobile.
Nous avons ensuite procédé à une validation du protocole d'authentification sur les trois architectures sélectionnées à l'aide de l'outil Scyther. Nous avons montré, que pour les trois scénarii, la clé de session négociée via le protocole d'authentification restait secrète durant tout le protocole. Cette caractéristique nous garantit que les données d'authentification clé resteront secrètes et que la phase d'identification de la personne est protégée tout en préservant l'ergonomie du système existant.

Inès de Courchelle. "Vers une meilleure utilisation des énergies renouvelables : application à des bâtiments scientifiques"

Résumé :

De nos jours, le cloud devient indispensable pour utiliser les services informatiques, mais tous ces services en ligne ont un impact sur notre économie et notre environnement. L'utilisation de centres de calcul est devenue incontournable pour le traitement de l'information et le stockage à grande échelle. De tels systèmes distribués sont énergivores, et on un coût de fonctionnement non négligeable et un impact environnementale qui soulève désormais de nombreuses problématiques. Afin de diminuer l'empreinte écologique et la facture d'électricité, l'utilisation d'énergie renouvelable est une solution adoptée. Cependant, l'intégration des énergies renouvelables dans de tels systèmes est complexe en raison de leur forte dépendance à l'environnement naturel. Afin d'utiliser au mieux ces sources d'énergie vertes, le stockage de celles-ci à plus ou moins long terme est indispensable et permet d'optimiser le rendement énergétique global et assurer le bon fonctionnement des ressources informatiques utilisées. L'utilisation de différentes sources d'énergie introduit une nouvelle problématique liée à leur complémentarité. Pour cela la création de réseau intelligent introduit une meilleure intégrité des flux énergétiques, et permet la communication entre les différents systèmes : producteurs d'énergie, et consommateurs d'énergie.
Les travaux de cette thèse portent sur l'optimisation des flux énergétiques et informatiques dans un réseau intelligent ayant pour but d'alimenter un centre de calcul via des énergies renouvelables. La modélisation d'un tel réseau doit permettre la prise de décision de manière dynamique et autonome sur le centre de calcul et sur les composants qui composent le réseau intelligent. L'objectif est l'optimisation des ressources renouvelables afin de diminuer l'empreinte écologique. Ces travaux tendent à rendre une charge de travail d'un centre de calcul polymorphe, c'est-à-dire, assurer sa compatibilité avec une production renouvelable et de surcroît tendre vers un centre de calcul auto-suffisant, dépendant le moins possible d'énergies non renouvelables.

François-Xavier Decroix. "Apprentissage en ligne de signatures audiovisuelles pour la reconnaissance et le suivi de personnes au sein d’un réseau de capteurs ambiants"

Résumé :

Dans un contexte de ville intelligente, mise à l’échelle d’un campus universitaire, le confort des usagers ainsi que la réduction de l’empreinte écologique représentent deux enjeux majeurs de cette transition. L'intelligence que nous souhaitons apporter aux bâtiments exige une perception des usagers et une ré-identification réalisée tout au long de leur déplacements au sein du bâtiment. En effet, l'optimisation des ressources énergétiques nécessite une caractérisation de leur actimétrie afin que le bâtiment puisse adapter automatiquement ses actionneurs. L'activité humaine étant sujet à plusieurs niveaux d'interprétation nos travaux se focalisent sur l'exploitation de données sonores et visuelles pour assurer un suivi "temps réel" de leur déplacements.
La caractérisation de ces déplacements exploite des données extraites de caméras et de microphones instrumentant une pièce, formant ainsi un réseau épars de capteurs hétérogènes. Nous cherchons alors à extraire de ces données une signature audiovisuelle, soit une caractérisation multimodale de chaque individu, constituant l’élément de base de la ré-identification ainsi qu’une localisation grossière des personnes transitant dans le réseau. Tout en préservant la vie privée de l'individu, la signature doit être discriminante, afin de distinguer les personnes entre elles, et compacte, afin d'optimiser les temps de traitement et permettre au bâtiment de s'auto-adapter. L’objectif de cette multi-modalité est la complémentarité des composantes sonores et visuelles dans ce contexte d’intelligence ambiante. Face au défi que représente l’association des composantes sonores et visuelles de la signature, de nouveaux indices de localisation de source ainsi qu’une adaptation audiovisuelle d’une méthode bayésienne de suivi multi-cibles ont été introduits, représentant les contributions principales de ces travaux.