Table Of ContentÉvolution des Architectures des Systèmes Avioniques
Embarqués
Marc Gatti
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Marc Gatti. Évolution des Architectures des Systèmes Avioniques Embarqués. Systèmes embarqués.
UniversitéPierreetMarieCurie-ParisVI,2016. Français. <NNT:2016PA066725>. <tel-01653192>
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THALES AVIONICS – UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE
Dossier de Validation des Acquis de l’Expérience en
vue de l’obtention d’un Doctorat dans l’École
Doctorale Informatique, Télécommunication et
Électronique de Paris, de l’UPMC
Année Universitaire 2015 - 2016
Évolution des Architectures des
Systèmes Avioniques Embarqués
par
Marc GATTI
Directeur Recherche & Technologie de la Division Avionique de Thales
Évolution des Architectures des Systèmes Avioniques Embarqués
"La connaissance s'acquiert par
l'expérience, tout le reste n'est que de
l'information."
Albert Einstein
Mathématicien, Physicien, Scientifique (1879 - 1955)
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Évolution des Architectures des Systèmes Avioniques Embarqués
REMERCIEMENTS
Ce manuscrit concrétise l’aboutissement de ma démarche de VAE pour l’obtention du
Doctorat. Il présente mes travaux effectués au sein de la Division Avionique du Groupe
Thales, principalement au niveau de la Direction Technique Centrale ainsi que dans le
Centre de Compétences Calculateur. Ces travaux sont le fruit d’une étroite collaboration
entre Thales Avionics et les Laboratoires de Recherche dont l’UPMC, Telecom Paristech,
SUPELEC, l’ONERA, IMS, ESTIA Recherche, le GRETHA, l’IAE et l’IRIT.
Je tiens tout d’abord à remercier chaleureusement Philippe BENQUET, VP Recherche et
Technologie de la Division Avionique pour m’avoir accordé sa confiance en me donnant
l’opportunité de soutenir mes travaux.
Je tiens également à remercier mon Directeur de VAE, Patrick GARDA, Professeur à
l’Université Pierre et Marie CURIE, pour ses conseils avisés et le temps qu’il m’a consacré.
Je remercie Pascal FOUILLAT, Professeur à l’Institut Polytechnique de Bordeaux, et
Michel ROBERT, Professeur à l’Université de Montpellier, d’avoir accepté d’être rapporteurs
de ma VAE. Leurs relectures m’ont apporté un regard nouveau sur ma thèse et fait entrevoir
d’autres perspectives de réflexion.
Je remercie Cédric DEMEURE d’avoir accepté de faire partie de mon Jury de VAE. Je le
remercie pour sa minutieuse relecture qui m’a permis d’ouvrir le champ des investigations
futures.
Mes remerciements vont également à Bertrand GRANADO pour m’avoir fait l’honneur
d’accepter d’être Président de mon Jury de VAE et à Alain GONZALEZ Directeur UPMC-
Formation Continue et Président de la Formation Continue Universitaire pour son soutien.
Je tiens à remercier tous les membres de la Direction Technique Centrale et du Centre de
Compétences Calculateur avec qui j’apprécie de travailler au quotidien. Je remercie
également les étudiants que j’ai encadrés pour leur bonne humeur, leurs compétences et
leur aide, et particulièrement Xavier, Michaël, Aurélie, Antoine, Romain, Alexandre, Thomas,
Hicham et Sébastien.
Un très grand merci à mes enfants : Sébastien, Christophe, Stéphanie et Nicolas, ainsi
qu’à leurs conjoints, toujours présents et attentifs, pour leurs encouragements au quotidien.
Merci à mes petits-enfants : Nathan, Enzo, Anna, Lucas et ceux à venir, pour leur joie de
vivre et leurs éclats de rire, un joli moment de détente pour leur Papi pendant la rédaction de
ce manuscrit.
Enfin, je dédie cette thèse et l’ensemble de mes travaux à mon épouse, Lucette, pour son
soutien inconditionnel. Elle a toujours su m’encourager et me pousser à me dépasser. Elle
est ma plus belle motivation.
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Évolution des Architectures des Systèmes Avioniques Embarqués
" A ceux qui ont cru : Ils m'ont
soutenu; A ceux qui n'y ont pas cru :
ils m'ont motivé."
Clément ADER
Ingénieur Français né le 2 avril 1841 à Muret et
mort le 3 mai 1925 à Toulouse
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Évolution des Architectures des Systèmes Avioniques Embarqués
TABLES DES MATIÈRES
DOCUMENT 1
1 Pourquoi une démarche vers une VAE ....................................................................... 12
1.1 La démarche ................................................................................................................. 12
1.2 L’École Doctorale .......................................................................................................... 14
2 État civil et déroulement de carrière ......................................................................... 16
2.1 État civil ........................................................................................................................ 16
2.2 Déroulement de carrière ............................................................................................... 16
2.2.1 Graphique du déroulement de Carrière .......................................................................... 16
2.2.2 Résumé des activités professionnelles ............................................................................ 17
2.2.3 Résumé des activités académiques ................................................................................. 20
3 Parcours ................................................................................................................... 22
3.1 Parcours Académique ................................................................................................... 22
3.1.1 Formation de Base ........................................................................................................... 22
3.1.2 Formation Continue ......................................................................................................... 22
3.1.3 Formation Complémentaire ............................................................................................ 22
3.1.4 Compléments de formation ............................................................................................ 24
3.2 Parcours Professionnel et de Recherche ........................................................................ 24
3.2.1 Une première expérience professionnelle enrichissante et motivante pour aborder le
métier de la Recherche (1980 – 1984) ........................................................................................... 24
3.2.2 L’évolution vers le Management de Projets Innovants (1987 – 1999) ............................ 26
3.2.3 Acquérir des compétences Industrielles (1999 – 2000) .................................................. 35
3.2.4 Du Management de Projet de Recherche au Management d’une Equipe de Recherche
(2000 – 2007) ................................................................................................................................. 36
3.2.5 Du Directeur de Département au Rôle de Directeur de la Recherche (depuis 2008) ..... 39
3.3 Parcours d’Innovation ou de Recherche appliquée ......................................................... 43
3.4 Congrès internationaux ................................................................................................. 44
3.5 Pôles de compétitivité ................................................................................................... 45
3.5.1 Aerospace Valley (AESE) .................................................................................................. 45
3.5.2 Route des Lasers (RDL) .................................................................................................... 46
4 Brevets ..................................................................................................................... 48
5 Conférences .............................................................................................................. 50
5.1 Conférences Internationales avec Comité de Lecture et Actes Publiés ............................ 50
5.2 Conférences Internationales Sans Comité de Lecture avec Actes publiés ......................... 51
6 Preuves .................................................................................................................... 52
6.1 Diplômes Obtenus ........................................................................................................ 52
6.2 Formations Complémentaires ....................................................................................... 55
6.3 Evolutions Thales .......................................................................................................... 58
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Évolution des Architectures des Systèmes Avioniques Embarqués
6.4 Prix de l’Invention ......................................................................................................... 61
6.5 Conférences .................................................................................................................. 62
6.6 Diffusion des Connaissances et Compétences ................................................................ 70
7 Références ................................................................................................................ 76
8 ANNEXES .................................................................................................................. 78
8.1 Annexe 1 : TRL ou Technology Readiness Level ou Niveau de Maturité Technique .......... 78
1 Table des Illustrations ............................................................................................... 88
2 Introduction générale ............................................................................................... 90
2.1 Contexte ....................................................................................................................... 91
2.2 Problématique .............................................................................................................. 92
2.3 Résumé des contributions ............................................................................................. 94
2.4 Plan du mémoire ........................................................................................................... 96
3 Enjeux industriels et scientifiques .............................................................................. 98
3.1 Contexte Avionique ...................................................................................................... 99
3.1.1 Technologies embarquées dans les systèmes avioniques ............................................... 99
3.1.2 Synthèse ........................................................................................................................ 114
3.2 De l’IMA de première génération (1G) vers l’IMA de seconde génération (2G) ............... 115
3.2.1 Une étape intermédiaire, l’IMA_1,5G ........................................................................... 115
3.2.2 Vers l’IMA_2G ................................................................................................................ 119
4 Démarche scientifique ............................................................................................. 122
4.1 Stratégie de Recherche ................................................................................................ 123
4.2 Les axes d’évolution ..................................................................................................... 124
4.2.1 Au niveau Architectural ................................................................................................. 124
4.2.2 Processing : du mono-cœur aux multi-cœurs ............................................................... 127
4.2.3 Du Calculateur à la Notion de Plate-forme Avionique .................................................. 130
4.2.4 Réseau : Évolution ARINC664 ........................................................................................ 133
4.2.5 Operating System .......................................................................................................... 136
4.2.6 Gestion des Entrées / Sorties ........................................................................................ 140
4.2.7 La problématique DSM .................................................................................................. 145
4.2.8 Synthèse ........................................................................................................................ 156
5 Contributions ........................................................................................................... 160
5.1 Recherche de solutions non intrusives permettant de mesurer les effets du vieillissement
des composants électroniques ............................................................................................... 162
5.1.1 Description ..................................................................................................................... 162
5.1.2 Bilan ............................................................................................................................... 165
5.2 Maîtrise des architectures processeurs multi-cœurs COTS dans des environnements
aéronautiques certifiables ...................................................................................................... 166
5.2.1 Description ..................................................................................................................... 166
5.2.2 Bilan ............................................................................................................................... 169
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Évolution des Architectures des Systèmes Avioniques Embarqués
5.3 Conversion analogique / numérique versatile dans un environnement avionique contraint
170
5.3.1 Description ..................................................................................................................... 170
5.3.2 Bilan ............................................................................................................................... 175
5.4 Modélisation et interprétation des effets combinés vieillissement / SEE (Single Event
Effect) dans les technologies d'échelles nanométriques .......................................................... 176
5.4.1 Description ..................................................................................................................... 176
5.4.2 Vieillissement et radiations ........................................................................................... 176
5.4.3 Bilan ............................................................................................................................... 178
5.5 IMA et Multi-cœurs ...................................................................................................... 179
5.5.1 Description ..................................................................................................................... 179
5.5.2 Bilan ............................................................................................................................... 183
5.6 Avionics Networks ....................................................................................................... 184
5.6.1 Description ..................................................................................................................... 184
5.6.2 Bilan ............................................................................................................................... 189
6 RAYONNEMENT SCIENTIFIQUE .......................................................................................... 190
6.1 Congrès internationaux ................................................................................................ 191
6.2 Pôles de compétitivité .................................................................................................. 192
6.2.1 Aerospace Valley (AESE) ............................................................................................... 192
6.2.2 Route Des Lasers™ (RDL)............................................................................................... 193
7 LISTE DES TRAVAUX ET PUBLICATIONS ................................................................................. 196
7.1 Conférences Internationales Avec Comité de Lecture et Actes Publiés (CI_ACL_AP) ....... 197
7.2 Conférences Internationales Sans Comité de Lecture avec Actes publiés (CI_SCL_AP) .... 198
7.3 Conférences Internationales Sans Actes Publiés (CI_SPL_SP) ......................................... 198
7.4 Rapport d’Études ......................................................................................................... 199
7.5 Revues ......................................................................................................................... 199
7.6 Brevets ........................................................................................................................ 199
8 Conclusions et Perspectives ...................................................................................... 202
8.1 Conclusions Générales ................................................................................................. 203
8.1.1 Résumé des travaux effectués ....................................................................................... 203
8.1.2 Limites de l’approche .................................................................................................... 210
8.2 Perspectives ................................................................................................................ 210
8.2.1 Perspectives à court terme ............................................................................................ 210
8.2.2 Perspectives à long terme ............................................................................................. 211
9 Bibliographie ........................................................................................................... 214
10 Abréviations ......................................................................................................... 216
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Évolution des Architectures des Systèmes Avioniques Embarqués
Dossier de Validation des Acquis de l’Expérience en
vue de l’obtention d’un Doctorat dans l’École
Doctorale Informatique, Télécommunication et
Électronique de Paris, de l’UPMC
Mémoire pour l’obtention d’une thèse de
doctorat
École doctorale Informatique, Télécommunications et Électronique de Paris
Université Pierre et Marie Curie
Évolution des Systèmes
Embarqués
Marc GATTI
Directeur Recherche & Technologie de la Division Avionique de Thales
Ce document présente l’ensemble des travaux de Recherche que nous avons conduits sur le
thème proposé
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