Proposition d'architecture et de processus pour la résilience des systèmes : application aux systèmes critiques à longue durée de vie

The long operational lifecycle of systems and the uncertainty of the environment are a great challenge to engineers. Resilience enhances reliability and safety to take into account the unforeseeable situations, without precedent. The goal is to understand the situation to avoid an accident. The quality of the human-machine interaction is the key issue to achieve this goal. The state of the art explains that sociotechnical systems resilience completes safety approach. Implementaing resilience impacts both system architecture and systems engineering processes. At the end, implementing resilience impacts human-computer interaction, user centred design as well as architecture models. We created the design pattern “to monitor and alert” applied to the function “to avoid” of the resilience. Its goal is to give to the operators the capacity to understand the dynamics of the system, to control at sight vis-a-vis unforeseeable situations, in order to avoid an accident. The proposal contents the processes to be implemented to contribute to the resilience of long lifecycle critical systems. The application to the railway domain is based on the analysis of three accident technical reports. It is declined, on the processes to be implemented to contribute to the resilience of a system, on the design pattern “to monitor and alert” for the architecture of a resilient system and to propose improvements of the user interface. Research forecasts supplement the report.Pour répondre aux enjeux de la longue vie opérationnelle des systèmes et de l’incertitude de l’environnement, la résilience complète la sûreté de fonctionnement pour prendre en compte les situations imprévisibles, sans précédent : l’objectif est de comprendre la situation pour éviter un accident. La qualité de l’interaction homme-machine est essentielle pour atteindre cet objectif. L’état de l’art présente la résilience des systèmes sociotechniques comme complémentaire à la sécurité. Mettre en œuvre la résilience affecte tant l’architecture système que les processus d’ingénierie système. Enfin, elle affecte aussi l’interaction homme-machine, tant son processus de conception centrée utilisateur, ses modèles utilisateur (persona), que ses modèles d’architecture. Nous avons créé le patron de conception « surveiller et alerter » appliqué à la fonction « éviter » de la résilience, pour donner aux opérateurs la capacité de comprendre la dynamique du système, le conduire à vue face à des situations imprévisibles, sans précédent afin d’éviter la survenue d’un accident. La proposition comprend aussi des processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience d’un système critique à longue durée de vie. L’application au domaine ferroviaire s’appuie sur l’analyse de rapports d’enquête technique d’accidents. Elle se décline sur le patron de conception « surveiller et alerter » et sur le persona, in fine pour proposer des améliorations des interfaces utilisateur. Des perspectives de recherche complètent le mémoire

Conception d’une architecture robuste pour l’acquisition de grandeurs physiques dans un système aéronautique critique : application à la mesure de température, pression, couple, et vitesse d’une turbomachine

The acquisition of physical parameters as such as temperature, pressure, torque, and speed are necessary to flight critical systems in order to reach and ensure safety and availability required. Consequently, it requires implementing high technologies and techniques which are able to work in rugged environments.The aim of our work is to design a new architecture for sensor acquisition systems in order to be integrated onto a flight critical system. The goal of the architecture is to ensure data integrity, system's availability and safety relative to airborne critical systems. The solution adds the fault tolerance ability to the signal conditioning. Consequently, we implement additional functionalities, as such as mathematical model of the signal conditioning, in order to make the acquisition system more intelligent.Our research work is partially based on technical specifications from SYRENA project, which is a typical example of flight critical systems, which is the main thematic of our purpose.L’acquisition de paramètres physiques tels que la température, la pression, le couple et la vitesse est nécessaire aux systèmes aéronautiques critiques afin d’atteindre et d’assurer les performances requises de disponibilité et de sécurité de fonctionnement. L’acquisition de ces paramètres physiques nécessite donc la mise en oeuvre de technologies et de techniques hautement éprouvées pouvant supporter les conditions de fonctionnement sévères.L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire est de proposer une nouvelle architecture de chaîne d'acquisition de grandeurs physiques pour être intégrée à un système aéronautique critique. Le but de cette architecture est d'améliorer l'intégrité des données mesurées tout en maintenant leur disponibilité et le niveau de sûreté de fonctionnement propre aux systèmes aéronautiques de haute criticité. La solution se déploie sous la forme d'une amélioration de la tolérance aux défauts de la chaîne de traitement du signal issu du capteur. Pour ce faire, nous intégrons des fonctions supplémentaires, dont le modèle mathématique de la chaîne d'acquisition, rendant ainsi le système plus intelligent.Dans le cadre de nos travaux de recherche, nous nous appuyons sur les spécifications techniques d'un projet industriel typique des systèmes aéronautiques critiques, qui est le coeur de notre thématique principale

Vers une gestion renouvelée du littoral nord-ouest européen : des ingénieurs néerlandais, anglais et françaisde plus en plus « verts » ?

Whether Dutch, English or French, civil engineers have long been a recognized authority on coastal management.Through their relentless search for technical innovations, engineers have been instrumental in both shaping thecoast – in the case of the Netherlands creating it almost entirely – and imposing on it a technical vision. The socialand ecological movement which characterized the 1970’s brought this engineering vision into question. Thischange in outlook would create real turmoil for the profession. This comparative study attempts to explain hownowadays engineers envision the coast they manage and how, in collaboration with other scientists, they nowderive innovative solutions in line with an integrated coastal management. It appears that the classical opposition,between a vision long imputed to engineers of a static and linear coast and one attributed to other scientists whoview the coast as something larger and more systemic, has become blurred. Cultural differences between the threecountries are more relevant to explain the differences observed. Into the bargain engineers seem to have overtakenthe « green » movement of the last decades to seize new opportunities, professional ones as well as territorial.Qu’ils soient néerlandais, anglais ou français, les ingénieurs du génie civil ont toujours fait autorité en matièred’aménagement du littoral. À travers la recherche constante d’innovations techniques, ils ont contribué à modelerle littoral - voire à le créer de toute pièce aux Pays-Bas - et imposé une vision techniciste de ce territoire entre terreet mer. Le tournant écologique et social qui a caractérisé les années 1970 a remis en question cette vision imposéepar les ingénieurs, créant un véritable bouleversement pour la profession. Cette étude comparée tente d’expliquercomment les ingénieurs se représentent aujourd’hui le littoral qu’ils aménagent, et comment, en concertation avecd’autres scientifiques, ils élaborent désormais des solutions innovantes en adéquation avec une gestion intégrée dulittoral. Il ressort que l’opposition entre vision linéaire et statique du littoral, longtemps imputée aux ingénieurs, etcelle, plus large et systémique, généralement attribuée aux autres scientifiques, s’estompe. Des différencesculturelles entre les trois pays semblent plus pertinentes pour expliquer les avancées observées. Par ailleurs, lesingénieurs semblent être en train de dépasser et de s’approprier le mouvement « vert » des dernières décenniespour saisir de nouvelles opportunités, tant professionnelles que territoriales.Of ze nu Nederlands, Engels of Frans zijn, de waterbouwers zijn autoriteit als het aankomt op het beheren van dekust. Met hun niet aflatende zoektocht naar innovatieve technieken hebben ze een bijdrage geleverd aan hetvormen van de kustlijn – of om het even welke deel van Nederland dan ook – en hebben ze de kustlijn gevormd opeen technocratische wijze. De ecologische en sociale omwenteling, kenmerkend voor de jaren ’70, heeftvraagtekens gezet bij deze, door ingenieurs opgelegde, visie en veroorzaakte een serieuze omwenteling in hetvakgebied. Deze studie probeert uit te leggen hoe de ingenieur vandaag de dag de kust behartigt en hij hoetegenwoordig in overleg met andere wetenschappen nieuwe oplossingen ontwikkelt die in lijn zijn met eenintegraal kustbeheer. Het blijkt dat het onderscheid tussen de rechtlijnige en statische visie over de kust, langtoegeschreven aan ingenieurs, en de bredere en systematische aanpak, over het algemeen toegeschreven aanandere wetenschappers, vervaagt. Culturele verschillen tussen de drie landen lijken een belangrijkere reden te zijnvoor de geconstateerde ontwikkelingen. Daarnaast lijken de ingenieurs zich de "groene" kennis in de afgelopendecennia eigen gemaakt te hebben om nieuwe kansen te grijpen, zowel voor hun vak als voor hun omgeving

Rêves et réactivation de la mémoire : fenêtre sur la consolidation de la mémoire durant le sommeil

Le sommeil joue un rôle important dans la consolidation de la mémoire. Les expériences nouvellement acquises à l’éveil sont réactivées spontanément durant le sommeil, un processus qui aiderait à consolider et intégrer la mémoire à plus long terme. Il a été suggéré que ces réactivations de mémoire se reflétaient, du moins partiellement, dans le contenu des rêves et que les rêves pouvaient jouer un rôle actif dans la consolidation de la mémoire. L'objectif général de cette thèse de doctorat est ainsi d'évaluer si et comment le rêve est impliqué dans le traitement de la mémoire épisodique et procédurale en utilisant de nouvelles technologies et approches expérimentales pour étudier ces relations. La première étude de cette thèse visait à influencer les réactivations de mémoire durant le sommeil afin de clarifier leurs liens avec les rêves et la mémoire procédurale. Nous avons stimulé ces réactivations de mémoire en réexposant des participants, durant leur sommeil, à un stimulus sonore préalablement associé à un apprentissage moteur, une approche nommée « targeted memory reactivation » (TMR). Nous montrons que la TMR, lorsqu’appliquée en stade de sommeil paradoxal, permet d’améliorer l’apprentissage d’une tâche motrice complexe, soit apprendre à « voler » en réalité virtuelle. De plus, le fait de rêver à des éléments kinesthésiques de la tâche motrice en sommeil paradoxal, mais pas en sommeil lent léger, est associé à une meilleure amélioration à cette tâche (article I). Ces résultats appuient les modèles suggérant que le sommeil paradoxal joue un rôle important dans la consolidation de la mémoire procédurale complexe et suggèrent en outre que la simulation de sensations sensorimotrices dans les rêves pourrait contribuer à ce rôle. Bien que la TMR n’ait pas eu d’impact direct sur les rêves, nous montrons qu’elle peut influencer le décours temporel des incorporations de mémoire dans les rêves sur plusieurs jours. La TMR a amplifié les incorporations tardives de la tâche, soit 1-2 jours plus tard lorsqu’appliquée en sommeil paradoxal, et 5-6 jours plus tard lorsqu’appliquée en sommeil lent profond (article II). Nous suggérons que ces effets à plus long terme pourraient être dus à un mécanisme de marquage (tagging) des traces de mémoire, initiant ou amplifiant leur traitement subséquent au cours de plusieurs nuits de sommeil. De plus, nous montrons que notre expérience immersive en réalité virtuelle a augmenté l’incorporation de sensations de vol dans les rêves, particulièrement la nuit suivant l’exposition à celle-ci (article III). Nous identifions certains facteurs individuels qui sont associés à une plus grande incorporation de la tâche dans les rêves, tels que le fait d’avoir déjà eu des rêves de vols ou des rêves lucides. Un examen plus approfondi des rêves pendant 10 jours suivants l'expérience de réalité virtuelle montre que les sensations de vol sont progressivement décontextualisées du contexte de vol original au fil du temps. Les rêves de vol après l’expérience en réalité virtuelle avaient également des niveaux de contrôle et d'intensité émotionnelle plus élevés que ceux ayant eu lieu avant l’expérience. L'induction de rêves de vol nous a permis de faire une analyse qualitative approfondie sur ceux-ci, menant à une nouvelle proposition de la manière dont les sensations de vol, ou les sensations de mouvement de manière plus générale, peuvent survenir dans les rêves. Ces résultats pourraient à leur tour faciliter le développement de technologies pour mieux influencer et étudier les rêves. Une deuxième étude visait à évaluer quand et comment une source de mémoire épisodique commune à tous les participant – visiter le laboratoire de sommeil – est incorporé dans les rêves. Les résultats montrent que près du tiers des rêves incorporent des éléments du laboratoire, et ce, particulièrement dans les rêves en sommeil paradoxal lors d’une sieste matinale (article IV). Une étude qualitative de ces rêves met de l’avant les manières typiques par lesquelles des éléments du laboratoire réapparaissent dans les narratifs de rêve. Nous proposons l’existence de différentes « pressions intégratives » qui structurent les fragments de mémoire au sein de scénarios de rêves. Souvent, ces scénarios impliquent une certaine pression de performance, sont de nature sociale, projettent le rêveur dans le temps et dans l’espace, ou incorporent des sensations réelles du corps et de l’environnement de sommeil. Étudier le phénomène de « rêver au laboratoire » aide ainsi à clarifier comment les rêves sont façonnés autour de fragments de mémoire et souligne à la fois les avantages et les limites méthodologiques de l’étude des rêves et de la mémoire en laboratoire. Finalement, une troisième étude visait à suivre le décours temporel des sources de mémoire autobiographique des rêves au cours d’une nuit de sommeil entière en utilisant un protocole de réveils en série. Nos résultats montrent que les rêves peuvent combiner plusieurs sources de mémoire, en particulier lorsqu'ils se produisent en stade N1 ou en sommeil paradoxal, ce qui pourrait refléter une plus grande richesse ou capacité intégrative des rêves ayant lieu en ces stades (article V). Nous reproduisons le résultat voulant que les souvenirs récents sont préférentiellement réactivés tôt dans la nuit, tandis que les souvenirs plus lointains sont relativement plus représentés dans les rêves de fin de nuit – nous précisons que cet effet est indépendant des stades de sommeil. La co-activation de plusieurs sources de mémoire dans un même récit de rêve appuie la suggestion que l’une des fonctions du sommeil est d'intégrer les nouvelles connaissances à nos réseaux de mémoire préexistants. Nos résultats suggèrent que cette fonction pourrait être un processus cumulatif au cours d'une nuit de sommeil. Nous montrons entre autres qu'une seule source de mémoire peut être réactivée à plusieurs reprises dans plusieurs rêves, et en différents stades de sommeil, ce qui pourrait permettre un traitement continu ou séquentiel de souvenirs épisodiques avec d'autres souvenirs tout au long de la nuit. Dans l’ensemble, nos études quantitatives et qualitatives des incorporations de mémoire dans les rêves permettent d’éclairer les mécanismes fondamentaux de la formation des rêves ainsi que leurs associations avec le traitement et la consolidation des mémoires épisodique et procédurale. Nos résultats suggèrent qu’un rôle potentiel du rêve dans la mémoire irait au-delà de sa simple réactivation, soutenant des processus de transformation et d’intégration de la mémoire. La création de scénarios multisensoriels et immersifs basés sur des fragments mémoire est possiblement centrale à ces processus et permettrait d’optimiser l’utilisation de la mémoire pour le futur.Sleep plays an important role in memory consolidation. New experiences acquired while awake are reactivated spontaneously during sleep, a process that is thought to facilitate their consolidation and integration into longer-term memory. It has been suggested that these memory reactivations are, at least partially, reflected in dream content and that dreams play an active role in memory consolidation. The general objective of this doctoral thesis is to assess these claims; I examine whether and how dreams are involved in episodic and procedural memory processes by using new technologies and experimental approaches to study relationships between memory and dreaming. Our first study aimed to influence memory reactivations during sleep in order to clarify their relationships with dreams and procedural learning. We experimentally stimulated memory reactivations by re-exposing participants during their sleep to an auditory stimulus previously associated with motor learning, a process called targeted memory reactivation (TMR). We show that TMR, when applied during rapid eye movement (REM) sleep, improves performance of a complex motor task, i.e., learning how to "fly" in a virtual reality (VR) setting. Moreover, dreaming about kinesthetic elements of the motor task in REM sleep, but not in stage 2 sleep, is associated with better improvement on this task (article I). These results support previous models suggesting that REM sleep plays an important role in the consolidation of complex procedural memory and further suggest that the simulation of sensorimotor sensations in dreams contribute to this role. Although TMR did not directly impact dreams, we show that it can influence the time course of memory incorporations in dreams over multiple days. It amplified delayed incorporations of the task 1-2 days later when applied in REM sleep, and 5-6 days later when applied in slow-wave sleep (article II). We suggest that these longer-term effects could be due to a “tagging” mechanism of memory traces, which primes or amplifies their subsequent processing over several nights of sleep. Furthermore, we show that our immersive VR task increased the incorporation of flying sensations in dreams, especially the night after exposure to it (article III). We identify individual factors that are associated with the incorporation of the flying task in dreams, such as previous experience with both flying and lucid dreams. A closer look at dreams over 10 days following the VR experience shows that flying sensations become progressively decontextualized from the original flying context over time. Flying dreams after VR exposure also had higher levels of control and emotional intensity compared to baseline flying dreams. The successful induction of flying dreams allowed us to do an in-depth qualitative analysis of them, based on which we propose a new mechanistic explanation of how flying sensations or movements may arise in dreams. These results could facilitate the development of technologies to better influence and study dreaming. Our second study aimed to assess when and how an episodic memory source shared by all participants – visiting the sleep laboratory – is incorporated into dreams. The results show that almost a third of dreams incorporate elements of the laboratory, particularly REM dreams from a morning nap (article IV). A qualitative study of these dreams highlights the typical ways in which elements of the laboratory reappear in dream narratives. We suggest the existence of different “integrative pressures” that structure memory fragments into these dream scenarios. These are often performative or social in nature, project the dreamer in time and space, or incorporate real sensations from the sleeping body or the sleep environment. Studying the phenomenon of dreaming about the laboratory helps clarify how dreams are shaped from memory fragments, and highlights the advantages and methodological limits of laboratory dream and memory studies. Finally, our third study evaluated the time course of autobiographical dream memory sources during an entire night of sleep using a serial awakenings protocol. Our results show that dreams can combine multiple memory sources at once, especially when they occur at sleep onset or in REM sleep, which may reflect a greater dream richness or a more widespread associative memory activation in those stages (article V). We replicate the finding that recent memories are preferentially reactivated early in the night, while more distant memories are relatively more represented in late night dreams – we here clarify that this effect is independent of sleep stages. The coactivation of multiple memory sources in a dream narrative aligns with the suggestion that a function of sleep is to integrate new knowledge with existing knowledge. Our results further suggest that the latter may be a cumulative function of a night of sleep. We show that a single memory source can be repeatedly reactivated in multiple dreams in different sleep stages, which could allow a continuous or sequential processing of episodic memories with other memories across the night. Overall, our quantitative and qualitative studies of memory incorporations in dreams shed light on fundamental mechanisms of dream formation and on their association with episodic and procedural memory processing and consolidation. Our results suggest that a potential role of dreams in memory goes beyond simple reactivation, supporting long-term processes of memory transformation and integration. The creation of immersive and multisensory dream scenarios built upon memory fragments may be key to these processes and to optimizing the use of these memories for the future

Expériences sensibles et design urbain, un projet de recherche création : les productions sonores ordinaires des usagers en espace collectif urbain, le cas des traces sonores de pas

In this thesis, we explore the heuristic value of a user's footstep sounds in the urban public space. This intention is originally one of a common interest in user sound productions, their productive and active aspects within the daily experience of the city. To achieve this, the concept of sound trace has been developed in order to better understand, categorize and characterize these special and ordinary sounds produced by the user. Often ignored, remaining unconscious to the user, footstep sound traces are part of the sounds he produces, but are not studied in the fields related to urban design. We thus want to learn more about the information content of footstep sound traces, and especially about the potential of action that we believe are related to them. In summary, we want to know what a footstep tells us through the sound traces it makes. We thus state the hypothesis that footstep sound traces carries key informations on its producer, the other users as well as the space, all this throughout the sound experience “in process”. To capture and question this specific aspect of the footstep sound traces, we built a unique methodology that questions the user in real-time on his sound experience. Research design and research project gave us the framework, and the flexibility to develop an innovative tool specifically designed for our problematic : the sound device. The device has been installed on three sites : a terrace and the front of the ENSAG, a footbridge near the studio of a collective of artists and a footbridge located in a city park of Nantes. Between immersion and observations, interviews and video work, in connection with the field of sound art, our research crosses sound, space, and practice dimensions. The analyses reveal the behavior, conduct, micro-movements, gestures, and attitudes made ​​by the users. The results will be of interest in the fields of sound environment as well as architectural and urban design. Indeed, this research offers a better understanding of footstep sound traces roles in the composition of urban public spaces.Dans cette thèse, nous souhaitons explorer la valeur heuristique des sons de pas de l'usager dans l'espace collectif urbain. Cette intention est à l'origine, celle d'un intérêt concernant les productions sonores ordinaires de l'usager, de leurs aspects productifs et actifs à l'intérieur de son expérience quotidienne de la ville. Suite à ce dessein, la notion de trace sonore a été développée afin de mieux saisir, catégoriser et caractériser ces sonorités particulières et ordinaires engendrées par l'usager via ses actions. Souvent ignorées, restant au niveau de l'inconscient de l'usager, les traces sonores de pas font partie de ces sons produits par l'usager, mais qui ne sont pas étudiés dans les domaines liés à l'aménagement. Nous souhaitons alors en connaître davantage sur la teneur des informations que peuvent contenir ces traces sonores de pas et surtout sur les potentiels d'action qui, selon nous, y sont attachés. En résumé, nous cherchons à savoir ce qu'un pas peut nous dire au travers des traces sonores qu'il laisse suite à sa production. C'est ainsi que nous énonçons l'hypothèse que les traces sonores de pas sont porteuses d'informations clés sur l'usager producteur et acteur, sur les autres usagers ainsi que sur l'espace et ce, à même l'expérience sonore en « train de se faire ». Afin de saisir et questionner spécifiquement cette dimension de la trace sonore de pas, une méthodologie singulière a été construite venant interroger l'usager directement sur son vécu sonore, au moment de sa construction. La recherche création et la recherche projet nous ont donné le cadre, mais aussi la latitude nécessaire au développement d'un outil novateur propre à notre problématique : le dispositif sonore. Le dispositif a donc été installé sur quatre sites d'intervention : une terrasse et le parvis de l'ENSAG, une passerelle à proximité des locaux d'un collectif d'artistes et une passerelle située dans un parc urbain à Nantes. Entre immersion et observation, entretien et travail vidéographique, en lien avec le domaine de l'art sonore, notre recherche croise les dimensions sonores, spatiales et usagères. Les analyses conduites s'attardent à révéler et restituer les comportements, conduites, micro-mouvements, gestes et attitudes effectués par les usagers. Les résultats intéresseront le domaine de l'environnement sonore ainsi que le milieu de la conception architecturale et urbaine. En effet, cette recherche propose une meilleure compréhension du rôle des traces sonores de pas dans la composition des espaces collectifs urbains