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

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

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

Les communications multimedia à forte contrainte de délai dominent de plus en plus l'Internet et supportent principalement des services interactifs et de diffusion de contenus multimedia. En raison de la prolifération des périphériques mobiles, les liaisons sans-fil prennent une part importante dans la transmission de ces données temps réel. Un certain nombre de questions doivent cependant être abordées afin d'obtenir une qualité de service acceptable pour ces communications dans ces environnements sans-fil. En outre, la disponibilité de multiples interfaces sans-fil sur les appareils mobiles offre une opportunité d'améliorer la communication tout en exacerbant encore les problèmes déjà présents sur les liaisons sans-fil simples. Pour faire face aux problèmes d'erreurs et de délai de ces liaisons, cette thèse propose deux améliorations possibles. Tout d'abord, une technique d'amélioration pour le protocole de transport multimedia Datagram Congestion Control Protocol (DCCP/CCID4) pour lien long délai (par exemple, lien satellite) qui améliore significativement les performances du transport de la voix sur IP (VoIP). En ce qui concerne les erreurs de lien et le multi-chemin, cette thèse propose et évalue un code à effacement adapté au protocole Stream Transport Control Protocol (CMT-SCTP). Enfin, un outil d'évaluation en ligne de streaming de qualité vidéo, implémentant une méthode cross-layer d'évaluation de la qualité vidéo en temps-réel pour encodeur H.264 est proposé à la communauté réseau en open-source.

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

Les analyses de sûreté de fonctionnement standards sont basées sur la représentation des événements redoutés par des arbres de défaillances, qui les décrivent à l'aide de combinaison logiques d'événements plus basiques (formules Booléennes complexes). Les analyses quantitatives se font avec l'hypothèse que les probabilités d'occurrence de ces événements basiques sont connues. Le but de cette thèse est d'étudier l'impact de l'incertitude épistémique sur les événements élémentaires, ainsi que la propagation de cette incertitude à de plus hauts niveaux. Le problème soulevé est comment calculer l'intervalle de probabilité dans lequel se trouvera l'occurrence d'un événement redouté, lorsque les événements basiques qui le décrivent ont eux-mêmes une probabilité imprécise. Lorsque l'indépendance stochastique est supposée, on se retrouve avec un problème NP-hard. Nous avons donc développé un algorithme permettant de calculer l'intervalle exact dans lequel se trouvera la probabilité d'occurrence d'un événement redouté, grâce à des techniques d'analyse par intervalles. Cet algorithme a également été étendu dans le cas où les probabilités des événements basiques évolueraient en fonction du temps. Nous avons également utilisé une approche par fonctions de croyance pour étudier le cas où l'indépendance stochastique des événements ne peut pas être démontrée : on suppose alors que les probabilités viennent de différentes sources d'information Indépendantes. Dans ce cas, les mesures de plausibilité et de nécessité d'une formule Booléenne complexe sont difficiles à calculer, néanmoins nous avons pu dégager des situations pratiques dans le cadre de leur utilisation pour les Arbres de défaillances pour lesquelles elles se prêtent aux calculs.

Dans cette thèse, les problématiques de la modélisation et du contrôle robuste de l’attitude des grandes structures spatiales flexibles sont considérées. Afin de satisfaire les performances de pointage requises dans les scénarios des futures missions spatiales, nous proposons d’optimiser directement une loi de commande d’ordre réduit sur un modèle de validation d’ordre élevé et des critères qui exploitent directement la structure du modèle. Ainsi, les travaux de cette thèse sont naturellement divisés en deux parties : une partie relative à l’obtention d’un modèle dynamique judicieusement structuré du véhicule spatial qui servira à l’étape de synthèse ; une seconde partie concernant l’obtention de la loi de commande. Ces travaux sont illustrés sur l’exemple académique du système masses-ressort, qui est la représentation la plus simple d’un système flexible à un degré de liberté. En complément, un cas d’étude sur un satellite géostationnaire est traité pour valider les approches sur un exemple plus réaliste d’une problématique industrielle.

La demande accrue de services en temps rel, comme la vidéo streaming, justifie le besoin d'études qui visent à optimiser le délai de transmission de données. En plus du délai de transmission au niveau physique, les délais nécessaires à l'accès à la ressource et à la récupération de données venant des couches basses peuvent avoir un impact important sur les performances et ne doivent pas être négligés. Aussi, des études cross-layer doivent être menées pour minimiser le délai de transmission de l'information. Comprendre l'impact des mécanismes des couches basses sur les performances de bout-en-bout permet un meilleur dimensionnement du réseau, une adaptation du trafic transmis, ou l'introduction de service à faible priorité. Dans cette thèse, nous avons mesuré l'impact des mécanismes des couches liaison et réseau sur les performances de divers protocols de congestion de la couche transport. Dans le contexte des liens 4G par satellite, nous proposons un ensemble d'outils, Trace Manager Tool (TMT) et Cross Layer InFormation Tool (CLIFT), pour simuler de manière réaliste l'ensemble de la couche OSI dans le simulateur de réseau NS-2. Nous avons montré que, pour l'ensemble des variantes de TCP considérées, quand le débit au niveau transport est proche de la capacité de canal, utiliser ARQ au niveau liaison est optimal. Dans le cas où le taux d'erreur au niveau de la couche physique est plus élevé, H-ARQ permet d'obtenir un meilleur débit au niveau transport. Les dernières spécifications concernant l'accès au lien satellite DVB-RCS2 présentent deux méthodes d'accès (aléatoire et dédié) qui peuvent être implémentées pour permettre aux utilisateurs des services proposés par DVB d'aller sur Internet ou de transmettre des données. Nous avons développé un module pour NS-2, Physical Channel Access (PCA), qui modèle l'accès au canal pour chacune de ces méthodes afin de comparer leur impact sur les performances de bout-en-bout. Nous avons mesuré que les méthodes d'accès dédié permettent un débit plus important et les méthodes d'accès aléatoire une transmission rapide des flots courts. Nous avons donc proposé de mixer ces méthodes d'accès, en fonction de l'évolution dynamique de la charge du réseau et de la taille du flot de données transmis. Finalement, nous avons étudié s'il était possible d'exploiter les données de la gateway du satellite pour introduire un trafic à priorité basse. Nous avons montré qu'il était possible avec Low Ewtra Delay Background Transport (LEDBAT) comme protocole de la couche transport d'introduire un trafic en tâche de fond. Cependant, en fonction de la variation de la charge du réseau, paramétrer correctement des paramètres internes à ce protocole sont nécessaires.

Les communications par satellites sont l’aboutissement de recherches menées dans les domaines de télécommunications et des technologies spatiales depuis plus de 50 ans. Les premiers satellites souffraient d’un coût exorbitant pour des performances très limitées. Les avancées technologiques apparues dans ces domaines ont permis de rendre ce rapport satisfaisant et commercialement viable ce qui a permis de multiplier leurs lancements et ainsi de mettre en place de véritables réseaux de satellites. À ce jour, il existe de nombreuses constellations de satellites géostationnaires et d’orbites basses utilisées à des fins civiles ou militaires. De manière générale, le routage au sein de ces constellations s’effectue suivant un pré-calcul des routes existantes qui est alors utilisé sur une période donnée et rafraîchi si besoin. Ce type de routage n’étant optimal que sur des topologies déterministes, nous sommes donc amenés à considérer d’autres solutions si l’on relaxe cette hypothèse. L’objectif de cette thèse est d’explorer les alternatives possibles au routage pré-calculé. En tant que piste potentielle, nous proposons de vérifier l’adéquation des protocoles de routage à réplication issus du monde des réseaux tolérants au délai, DTN, aux constellations de satellites. Afin de nous offrir un cadre d’étude pertinent à la vue de cet objectif, nous nous focalisons sur une constellation particulière à caractère quasi-déterministe n’offrant pas une connectivité directe entre tous les nœuds du système. Dans une deuxième partie nous nous intéressons à la modélisation du protocole de routage Binary Spray and Wait. Nous développons un modèle capable de déterminer théoriquement la distribution du délai d’acheminement pour tout type de réseau, homogène et hétérogène.

Les systèmes de communication par satellite d’aujourd’hui reposent principalement sur le multiplexage temporel pour optimiser leurs performances. Chaque utilisateur utilise le canal pendant une fraction de temps connu. Pendant cette période, la modulation et le taux de codage sont choisis de manière à transmettre le plus d’information possible. En pratique, ce schéma est facile à mettre en œuvre ce qui justifie sa popularité. Cependant, il est désormais bien connu que la répartition temporelle n’est pas optimale en termes d’efficacité spectrale offerte aux récepteurs. En effet, la stratégie qui consiste à superposer des données offre de meilleures performances que le multiplexage temporel. C’est dans ce contexte que s’inscrit la problématique de cette thèse. Le travail réalisé propose des applications du codage par superposition dans le domaine des communications par satellite. Tout d’abord, nous étudions la modulation hiérarchique qui est une implémentation du codage par superposition au niveau de la modulation. Les performances de ce type de modulation sont évaluées d’un point de vue théorique et pratique. Dans un deuxième temps, nous quantifions l’amélioration en termes d’efficacité spectrale que peut apporter la modulation hiérarchique pour les systèmes de communication par satellite. Les standards de diffusion par satellite DVB-SH et DVB-S2 fournissent un cadre pratique. Nous montrons que des gains non négligeables sont envisageables selon la configuration du système. Le dernier point abordé concerne un système où des utilisateurs communiquent entre eux à l’aide d’un satellite qui sert de relais. Nous proposons un schéma de communication où plusieurs utilisateurs émettent en même temps en coordonnant leur puissance de transmission. Ainsi, les signaux vont naturellement se superposer. Les récepteurs utilisent deux mécanismes pour le décodage des signaux : le codage réseau couche physique et la démodulation de constellations superposées. Finalement, les gains de performance obtenus dans les différents domaines par le codage par superposition ouvrent des perspectives pour des travaux futurs.