N° d'ordre Année

N° d'ordre : 2308 Année : 2005


THESE


Présentée au

LABORATOIRE D'ANALYSE ET D'ARCHITECTURE DES
SYSTEMES DU CNRS

en vue de l'obtention du titre de

Docteur de l’Institut National Polytechnique de Toulouse

Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique, Télécommunications
Spécialité : Conception de Circuits Microélectroniques et Microsystèmes

par

Rémy MAURICE

Ingénieur en Science des Matériaux




CONTRIBUTION A LA METHODOLOGIE DE CONCEPTION
SYSTEME :
APPLICATION A LA REALISATION D’UN MICROSYSTEME
MULTICAPTEURS COMMUNICANT POUR LE GENIE CIVIL




Soutenue le 15 Décembre 2005, devant la Commission d'Examen :

Rapporteurs
Gaston CAMBON Professeur à l’université de Montpellier II
Isabelle DUFOUR Chargée de recherche - HDR à l’université de Bordeaux I

Examinateurs
Delphine BOUCHET Ingénieur, EDF R&D
Eric CAMPO Maître de conférences - HDR à l’université Toulouse II, Directeur de thèse
Daniel ESTEVE Directeur de recherche CNRS, Co-Directeur de thèse
Mario PALUDETTO Professeur à l’université Paul Sabatier, Toulouse III

Invité
Alain BASCOUL Professeur à l’université Paul Sabatier, Toulouse III



REMERCIEMENTS

Le travail présenté dans ce mémoire résulte de la collaboration entre la société Electricité De
France Recherche et Développement (EDF R&D) et le Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des
Systèmes du Centre National de Recherche Scientifique (LAAS-CNRS).

J’exprime tous mes remerciements à Madame Claire Laurent, responsable du département
Optimisation des Performances des Process (OPP) à EDF R&D et Messieurs Jean-Claude Laprie
et Malik Ghallab, directeurs successifs du LAAS, pour m’avoir accueilli dans leur établissement
respectif. Je remercie également Madame Anne-Marie Gué responsable du groupe Microsystèmes
et Intégration des Systèmes du LAAS-CNRS.

Mes remerciements s’adressent tout particulièrement à mon directeur de thèse Eric Campo
pour la confiance qu’il m’a témoignée en acceptant la direction de mes travaux ainsi que pour son
soutien et ses conseils scientifiques.

Ils s’adressent aussi chaleureusement à Daniel Estève pour avoir co-encadré et guidé mes
recherches. Sa grande disponibilité et ses conseils constructifs m’ont guidé tout au long de cette
thèse.

Ils s’adressent également à Delphine Bouchet, ingénieur à EDF R&D, sans qui ce travail
n’aurait probablement pas vu le jour. Ses conseils pertinents, sa détermination, son regard
opérationnel a guidé le travail jusqu’au bout.

Je remercie sincèrement Monsieur Mario Paludetto qui m’a fait le très grand honneur de
présider mon jury et de participer à l’amélioration de mes travaux par ses conseils judicieux. Je
remercie également Monsieur Gaston Cambon et Madame Isabelle Dufour pour avoir
soigneusement rapporté sur mon manuscrit et Monsieur Alain Bascoul pour avoir accepté avec
beaucoup d’amabilité d’examiner mon travail dans sa partie applicative du Génie Civil.

Je tiens également à témoigner toute ma reconnaissance à l’équipe de recherche Ingénierie
des Communications en informAtique Réseaux et Electronique sans fil (ICARE) de l’IUT de
Blagnac, notamment à son directeur Jean-Jacques Mercier pour m’avoir permis de disposer des
équipements de son laboratoire. Je remercie également les doctorants et particulièrement Salim El
Homsi, Nicolas Fourty, Céline Guilleminot, et Adrien Van Den Bossche pour leur accueil très
chaleureux et les échanges fructueux.

Je voudrais tout spécialement adresser mes remerciements aux doctorants investis sur les
travaux thématiques de plate-forme de conception système, à savoir Hernan Duarte, David Guihal,
Juan Carlos Hamon, Adel Ouardani, Petra Shmitt qui ont accepté de partager avec moi leur temps,
leurs idées et leurs motivations sur ce projet de recherche.

Un grand Merci bien sure à mes collègues Gustavo Ardila Rodriguez, Patrick Abgrall, Eric
Besson, Sylvain Bonhomme, Samuel Charlot, Ahmed Dkissi, Christophe Escriba, Craig Ferguson,
Jan Sudor pour les discussions quotidiennes brillantes diverses et variées.

Enfin je voudrais remercier mes parents, mon frère, mes sœurs, ma belle famille et
particulièrement mon épouse Marilyne qui ont œuvré dans l’ombre et qui n’ont cessé de m’apporter
leur soutien au cours de ces trois années.






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SOMMAIRE
LISTE DES FIGURES....................................................................................................................9
GLOSSAIRE ................................................................................................................................11
INTRODUCTION GENERALE.....................................................................................................13
CHAPITRE 1................................................................................................................................15
PROBLEMATIQUE SCIENTIFIQUE ET INDUSTRIELLE ..........................................................15
1.1 Introduction ........................................................................................................................15
1.2 Etat de l’art des microsystèmes de surveillance................................................................15
1.2.1 Les capteurs de surveillance..............................................................................15
1.2.2 Les tendances vers la miniaturisation et l’autonomie.........................................17
1.2.3 Les applications..................................................................................................18
1.2.4 Les techniques d’intégration microsystèmes......................................................19
1.3 Les modes de conception microsystèmes.........................................................................24
1.3.1 Les motivations scientifiques25
1.3.2 La conception descendante selon le cycle en V ................................................25
1.3.3 La plate-forme de conception HiLeS ..................................................................28
1.4 Notre projet ........................................................................................................................30
1.4.1 Le contexte de l’étude ........................................................................................31
1.4.2 Les capteurs utilisés en Génie Civil ...................................................................32
1.4.3 L’établissement du cahier des charges par les méthodes d’analyse fonctionnelle
du besoin et des analogies.................................................................................34
1.4.4 Le plan de travail ................................................................................................41
1.5 Conclusion .........................................................................................................................43
CHAPITRE 2...........45
CONCEPTION « AMONT » D’UN MICROSYSTEME MULTICAPTEURS.................................45
2.1 Introduction ........................................................................................................................45
2.2 Formalisation du cahier des charges.................................................................................45
2.2.1 Position du problème..........................................................................................46

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2.2.2 Proposition et mise en œuvre d’une démarche de formalisation : fonctions et
procédures......................................................................................................... 47
2.2.3 Traçabilité des exigences .................................................................................. 50
2.2.4 Harmonisation avec l’approche UML/SysML..................................................... 54
2.2.5 Utilisation de la méthode UML/SysML sur notre exemple................................. 56
2.2.6 Bilan et recommandations ................................................................................. 61
2.3 Modélisation HiLeS du microsystème............................................................................... 62
2.3.1 Le formalisme HiLeS ......................................................................................... 62
2.3.2 Mise en œuvre sur l’exemple ............................................................................ 64
2.3.3 Difficultés rencontrées et recommandations ..................................................... 69
2.4 La vérification