Cadre méthodologique couplant données et connaissances pour la maintenance prédictive en contexte nucléaire

Doctorante : Amaratou MAHAMADOU SALEY

Laboratoire INSA : DISP - Décision et Information pour les Systèmes de Production

École doctorale : ED512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

L'émergence des technologies numériques, des systèmes connectés et de l'IA ouvre de nouvelles perspectives pour faire évoluer les pratiques de maintenance, surtout dans une industrie comme le nucléaire. La surveillance peut devenir plus continue, plus intelligente et plus prédictive. Cette thèse CIFRE avec INEO Nucléaire vise à intégrer les nouvelles possibilités offertes par l'industrie 4.0 sans remettre en cause les pratiques de terrain éprouvées.C'est dans ce contexte que s'inscrit notre question de recherche centrale: Comment exploiter conjointement les données disponibles et les connaissances capitalisées du domaine nucléaire pour améliorer la maintenance d'un système en production, en tenant compte de l'hétérogénéité et de la complémentarité des sources d'information? Nous proposons une méthodologie globale, structurée autour du PHM (Prognostics and Health Management) et conçue pour articuler données et connaissances à chaque étape. Dans chacune de ces étapes, les connaissances issues de l'expertise terrain, des documents techniques ou des historiques de maintenance jouent un rôle actif pour guider l'analyse
des données, enrichir les modèles, ou interpréter les résultats. À partir de cette contribution méthodologique, 3 des phases du PHM sont explorées en détail: détection, diagnostic et pronostic. La première spécialisation vise à l'amélioration de la détection précoce des défauts sur des équipements nucléaires fonctionnant selon un cycle de production. Nous y spécialisons notre méthodologie globale en une méthodologie pour la détection originale basée sur un clustering multi-échelle permettant de détecter les signaux faibles annonciateurs de défaillances. La deuxième spécialisation se concentre sur l'amélioration du diagnostic dans le cas de machines tournantes au sein des installations nucléaires. Nous spécialisons notre méthodologie globale pour proposer une méthodologie hybride qui combine les données hétérogènes obtenues par augmentation des données, les connaissances explicites et tacites du domaine et les techniques d'apprentissage automatiques pour isoler les anomalies détectées et identifier leurs
causes probables. Enfin, la troisième spécialisation porte sur le pronostic. Elle explore comment les connaissances peuvent être exploitées pour améliorer la prédiction des défaillances sur des équipements nucléaires critiques selon un horizon défini. L'ensemble de ces contributions vise à faire progresser la maintenance prédictive en alimentant le PHM avec des connaissances pour intégrer durablement données et expertises dans une même méthodologie rigoureuse, outillée et opérationnelle et testée sur des équipements de l'industrie nucléaire. Nos résultats confirment la valeur ajoutée de l'hybridation des approches à bases des données et celles à bases de connaissances dans un environnement industriel exigeant.
 

Rôle de la rhéologie et de la physicochimie de l'interface dans la réponse tribologique et dynamique des systèmes frottants en composites C/C

Doctorant : Simone CIPRARI

Laboratoire INSA : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Énergétique, Génie civil, Acoustique)

Les matériaux composites carbone/carbone (C/C) sont utilisés dans de nombreuses applications de freinage haute performance, telles que le freinage aéronautique, dans lesquelles la légèreté et la résistance thermique représentent des exigences cruciales. En raison de l'intérêt croissant pour cette classe de matériaux, un grand nombre de travaux de recherche ont étudié leur réponse tribologique. Un comportement complexe, caractérisé par l'existence de différents régimes de frottement en fonction des principaux paramètres de contact (température, pression, vitesse de glissement, etc.), a été mis en évidence. Malgré la quantité de travaux consacrés à ce sujet, seuls quelques groupes de recherche ont étudié la relation entre la réponse en frottement des matériaux C/C et l'apparition de vibrations instables induites par le frottement (FIV) du système mécanique, soulignant un rôle fondamental joué par la rhéologie de l'interface sur les comportements de frottement conduisant à l'apparition d'instabilités dynamiques au contact. Dans ce cadre, cette thèse étudie le rôle du troisième corps (c'est-à-dire la couche d'interface formée par les particules d'usure et externes) sur la réponse tribologique et dynamique des systèmes de friction C/C. À cette fin, une nouvelle méthode expérimentale d'évaluation du rôle rhéologique du troisième corps est développée, en adoptant une approche indirecte. La technique de nettoyage par ultrasons est appliquée pour retirer la couche de troisième corps d'un contact C/C, ce qui permet d'effectuer des tests sur les mêmes échantillons en présence et en absence de la couche d'interface. La comparaison entre les comportements mesurés met en évidence un rôle prédominant du troisième corps dans le contrôle de la réponse globale en frottement du système, en particulier dans des conditions de température élevée. La réintroduction dans le contact d'un troisième corps externe est également étudiée, en utilisant les échantillons nettoyés, obtenus après des conditions de freinage réelles et après l'élimination de leur troisième corps naturel, en tant que substrats. La validation de cette procédure ouvre la voie à l'essai d'échantillons de troisième corps introduits artificiellement. Des observations MEB complémentaires ont été effectuées pour caractériser la couche de troisième corps observée sur les surfaces de frottement des matériaux C/C conditionnés pendant la vie en service. Des familles morphologiques du troisième corps en accord avec la littérature existante ont été identifiées, et un accent particulier a été mis sur les contaminants hétérogènes observés dans le troisième corps carboné. Ces observations ont conduit au développement des spécimens artificiels du troisième corps, destinés à reproduire le mieux possible la morphologie du troisième corps naturel, en contrôlant la présence et la morphologie des contaminants hétérogènes. À l'aide de cette méthodologie, le rôle du troisième corps et de ses caractéristiques, telles que la morphologie et la composition chimique, sur la réponse frictionnelle et dynamique du contact C/C a été analysé. L'effet de certains contaminants du troisième corps est étudié, révélant une forte sensibilité de la réponse de frottement C/C sur la nature du contaminant, même en présence d'une faible fraction d'éléments hétérogènes dans la couche de troisième corps. Chaque type de contaminant est caractérisé en termes d'effet sur les valeurs moyennes de frottement et sur la relation coefficient de frottement - vitesse, deux aspects fondamentaux pour évaluer leur impact sur l'apparition de vibrations instables induites par le frottement. Des scénarios rhéologiques sont ensuite proposés pour expliquer la réponse tribologique mesurée, en clarifiant les comportements de frottement qui conduisent à l'apparition d'une réponse dynamique instable du système.

 

Développement de matrices alcali-activées pour la stabilisation, la solidification et le stockage des déchets dangereux

Doctorant : Timothée JALLOUX

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale : ED n°34 ML - Matériaux

Les Résidus d'Epuration de Fumée d'incinération d'Ordures Ménagères (REFIOM) constituent une part importante des déchets traités par les Installations de Stockage de Déchets Dangereux (ISDD). En raison de leur fraction soluble élevée et de la présence de métaux lourds facilement lixiviables, ces déchets nécessitent une étape de solidification/stabilisation (S/5) avant stockage, habituellement réalisée par l'ajout de ciment Portland. Cependant, les évolutions de disponibilité des matières premières, la production de nouveaux déchets plus difficiles à stabiliser et la dégradation de l'image du ciment en raison de son impact carbone sont autant de raisons pour SARPI MINERAL FRANCE d'explorer de nouveaux procédés de solidification/stabilisation. Cette thèse s'est donc penchée sur le développement de matrices alcali-activées pour la stabilisation et le stockage des déchets dangereux. Du laitier moulu de hauts fourneaux est ajouté aux REFIOMs en tant qu'aluminosilicate réactif et activé par une solution de soude et de silicates de sodium. Après une caractérisation fine des REFIOMs utilisés, trois axes d'étude ont été explorés: - l'influence de la concentration en activateur, - l'influence de la concentration en silicates de sodium, - l'optimisation de la formulation par l'utilisation d'un co­ produit industriel (calcin) et d'un inhibiteur de corrosion Ca(N03)2. Les caractérisations s'étalent sur des échéances allant jusqu'à 91 jours et ont porté sur la prise des matériaux (appareil de Vicat, étalement à la table à choc), ainsi que sur leur propriétés physiques et mécaniques (masse volumique, porosité et contrainte à rupture en compression). L'évaluation de la stabilisation des polluants a été réalisée par des essais de lixiviation de durée variable (24 h et 64 jours) avec des mesures de la fraction soluble, de la concentration en anions par chromatographie ionique et de la concentration en métaux lourds par ICP. L'identification et l'évolution des phases produites en fonction du temps par l'activation alcaline ont été étudiées par diffraction des rayons X (ORX), spectrométrie infrarouge (FTIR), analyses thermiques différentielles et thermogravimétriques (ATD­ ATG) et microscopie électronique à balayage (MEB). Cette étude a permis, dans un premier temps, de prouver la faisabilité de la 5/5 par activation alcaline dans des conditions cohérentes avec la pratique industrielle. L'efficacité des produits de réaction issus de cette activation sur la stabilisation des ions chlorure et la plupart des métaux lourds a été démontrée. La forte dégradation des propriétés mécaniques et de la stabilisation en présence de macroporosité générée par un dégagement de H2 au cours de la prise des déchets stabilisés a été clairement mise en évidence aux fortes concentrations en activateur. Cette étude a également permis d'approfondir les connaissances sur la dissolution et la précipitation des laitiers en conditions alcalines dans une matrice de déchets fortement salins. Finalement, des conditions de préparation d'une solution de silicates à partir d'un déchet riche en silice, le calcin, ont pu être mises au point et l'usage des nitrates de calcium en temps qu'inhibiteur de corrosion a démontré son efficacité pour résoudre les problèmes de lixiviation engendrés par le dégagement de H2.

Eco-conception de polymères biosourcés, biodégradables et bio-insectifuges comme alternative aux pesticides chimiques conventionnels

Doctorante : Virginie LACOTTE

Laboratoire INSA : IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères

École doctorale : ED n°34 ML - Matériaux

Les ravageurs des cultures entraînent d'importantes pertes de rendement à l'échelle mondiale. Leur lutte repose principalement sur l'utilisation de pesticides chimiques de synthèse ou de films et filets plastiques, une pratique appelée plasticulture. Toutefois, les pesticides chimiques présentent des risques pour la santé et l'environnement, tandis que les biopesticides manquent souvent de stabilité. Par ailleurs, la plasticulture, reposant sur des polymères fossiles non biodégradables, n'assure pas une protection totale contre les insectes. Bien que des alternatives à base de biopolymères émergent, leurs propriétés physiques doivent encore être améliorées. Les plastiques fonctionnalisés avec des pesticides offrent une solution prometteuse, agissant à la fois comme barrière physique et chimique contre les ravageurs, garantissant la stabilité des pesticides et leur libération contrôlée, et améliorant les propriétés des polymères. Cette thèse explore le potentiel de cette approche innovante en développant un polymère biosourcé, biodégradable et bio-insectifuge. Des huiles essentielles (HEs) ont été incorporées au polybutylène succinate-co-adipate (PBSA) par extrusion à basse température afin de préserver leur stabilité et de créer des films agricoles actifs. La libération contrôlée des HEs dans la matrice PBSA a permis de repousser efficacement les pucerons pendant plus d'un an dans des conditions simulant un environnement agricole. De plus, les HEs ont amélioré l'hydrophobicité et la ductilité des films, réduisant leur sensibilité à l'hydrolyse et au déchirement. Après un an d'exposition, la plupart des formulations ont conservé de bonnes propriétés. Enfin, les films se sont biodégradés rapidement dans le sol, notamment en présence d'HE, atteignant une dégradation quasi complète en quelques mois. La prochaine étape consistera à tester ces films en conditions réelles et contre d'autres ravageurs, tout en s'assurant qu'ils n'aient aucun impact négatif sur les espèces non ciblées. Dans un contexte où des solutions durables pour la protection des cultures sont essentielles à la sécurité alimentaire et à la préservation de l'environnement, ce polymère biosourcé, biodégradable et bio-insectifuge représente une alternative prometteuse et innovante.

Perception de la direction et de la largeur des sources fantômes dans un contexte de reproduction audio en environnement automobile

Doctorant : Thomas CHARPENTIER

Laboratoire INSA : LVA - Laboratoire Vibrations Acoustique

École doctorale : ED n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique
 

Cette thèse a pour but d'identifier et de caractériser quelques attributs relatifs à la spatialisation sonore dans une voiture, c'est-à-dire ce qui concerne la dispersion spatiale des sources et de l'environnement d'enregistrement. Cette thèse se concentre principalement sur les contenus stéréophoniques à deux canaux, droite et gauche, qui sont le format le plus largement diffusé aujourd'hui. Dans un premier temps, une recherche bibliographique a permis d'identifier et de hiérarchiser les attributs liés à la scène sonore qui peuvent être divisés en deux groupes: la localisation et l'immersion. En comparant les résultats de plusieurs études dans le premier chapitre, il est montré que la direction et de la largeur des sources virtuelles sont les attributs les plus importants dans le contexte automobile. Ainsi, un protocole expérimental de perception de la direction a été développé dans une seconde partie. Une fois le protocole validé, plusieurs expériences ont été réalisées dans des voitures. Les données provenant de ces expériences ont été comparées avec plusieurs modèles perceptifs, basés sur des enregistrements binauraux ou sur des données géométriques. Il est démontré qu'un de ces modèles a la capacité de prédire la position perçue des sources virtuelles. Dans un dernier chapitre, en utilisant les connaissances issues de la première partie ainsi que de la littérature, plusieurs réglages audio ont été proposés afin que le centre d'une piste stéréophonique soit perçu devant un ou les deux passagers avant. A partir de ces réglages, une expérience perceptive de la direction et de la largeur a été réalisée dans une voiture. Les résultats de cette expérience démontrent les limites du modèle validé dans la première partie, car celui-ci fonctionne seulement dans un certain cadre. Cependant, les résultats ont permis de valider et de comparer les différentes approches de réglages. Enfin, les données expérimentales sur la largeur ont été comparées avec plusieurs modèles perceptifs. Deux modèles ont révélé être cohérent avec les données expérimentales : un modèle binaural, basé sur le calcul des indices interauraux et de la probabilité que ceux-ci correspondent à des sources réelles à différents degrés d'azimut, et la fraction latérale de l'énergie. Pour conclure, cette thèse a permis de mettre en lumière un modèle capable de prédire la perception de la direction des sources sonores virtuelles dans le plan horizontal au sein d'un habitacle automobile. Bien qu'il ait été démontré que ce modèle fonctionne uniquement dans un cadre bien défini, le fait même qu'il ait fonctionné nous apporte de précieuses informations sur le mécanisme de perception de la scène sonore dans un tel contexte. De plus, en s'inspirant de ce modèle et d'autres études, il a été prouvé expérimentalement que plusieurs méthodes de réglage permettent de positionner une source virtuelle à une position donnée, de manière à ce qu'elle soit perçue de la même façon par les passagers de gauche et de droite dans leur propre référence. L'avantage de ces méthodes réside dans leur automatisation quasi totale. Par ailleurs, le modèle binaural permet d'estimer la qualité de restitution des sources virtuelles en termes de largeur sur le plan horizontal, et même de direction dans certains cas. Ce modèle peut ainsi être utilisé pour comparer différentes architectures audio ou réglages sans a priori sur les algorithmes employés. Bien entendu, d'autres études sont nécessaires, par exemple pour développer un modèle capable d'estimer la direction d'une source virtuelle dans tous les contextes. De plus, d'autres attributs perceptifs méritent d'être étudiés, tels que la perception de la distance et de l'immersion.

 

Résilience à la collusion dans les mécanismes de places de marché décentralisées

Doctorant : Matthieu BETTINGER

Laboratoire INSA : LIRIS - Laboratoire d'lnfoRmatique en Image et Systèmes d'information

École doctorale : ED512 Infomaths (Informatique et Mathématiques de Lyon)

Les places de marché décentralisées dans le Web3 cherchent à protéger leurs utilisateurs contre la censure, les biais et les points de défaillance uniques qui peuvent exister dans leurs homologues centralisés. Pourtant, certains mécanismes ont tendance à rester centralisés, par exemple le moteur de recherche permettant de découvrir de nouvelles ressources sur le marché. De telles vulnérabilités ont été exploitées sur des places de marché décentralisées ces dernières années : il est d'autant plus essentiel de fournir des mécanismes de protection. Dans cette thèse, nous proposons des protocoles pour assurer la fiabilité et l'équité des mécanismes des places de marché, notamment par la résilience à la collusion d'acteurs malveillants. Tout d'abord, pour traiter la sélection décentralisée d'un sous-ensemble de participants parmi une population comprenant des acteurs malveillant, nous proposons un protocole basé sur la blockchain pour éviter que les acteurs malveillants n'influencent la sélection à leur avantage. Ensuite, en considérant des ensembles de participants sélectionnés qui travailleront ensemble sur des tâches dans une place de marché décentralisée de ressources cloud, dans un environnement sans accès à des informations fiables ou non confidentielles, nous présentons un mécanisme d'incitation qui punit ou récompense collectivement les participants aux tâches en fonction du résultat de leurs tâches. Nous décrivons et évaluons également la manière d'atteindre un taux de réussite cible des tâches de la place de marché : l'algorithme que nous proposons est capable d'atteindre les objectifs définis et de réduire par 5 à 10 fois le taux d'échec par rapport à un système sans protection. Par ailleurs, nous montrons comment les fournisseurs du moteur de recherche d'une place de marché décentralisée peuvent favoriser un sous-ensemble d'utilisateurs du moteur de recherche. Nous protégeons ces moteurs de recherche avec notre protocole COoL-TEE, qui permet aux utilisateurs honnêtes d'éviter les fournisseurs malveillants de ce moteur de recherche, qui retardent de manière sélective les réponses au profit des utilisateurs qui les soudoient. Les utilisateurs honnêtes collaborent avec des environnements d'exécution de confiance (Trusted Execution Environment, TEE) au sein des machines hôtes des fournisseurs du moteur de recherche, afin de sélectionner des fournisseurs proches, rapides et honnêtes. A partir de simulations d'utilisateurs envoyant des requêtes depuis le monde entier à des fournisseurs géo-distribués hébergés dans des centres de données, nous illustrons comment COoL-TEE réduit l'avantage des utilisateurs malveillants à un niveau proche d'un scénario sans attaques. Enfin, de nombreux protocoles traditionnels et basés sur les TEEs requièrent des mesures temporelles fiables pour leur logique d'exécution, y compris COoL­ TEE. Cependant, des attaquants qui contrôlent le système d'exploitation sont capables d'attaquer la perception du temps du TEE et, par conséquent, de manipuler les protocoles utilisant les mesures temporelles fournies. Nous contribuons une implémentation publique du protocole d'état-de-l'art Triad, dont le code source est fermé, et nous menons des attaques sur celui-ci de manière empirique. Sa calibration peut être manipulée pour affecter la vitesse d'horloge perçue par le TEE. En outre, les attaques sur une machine compromise peuvent se propager aux machines honnêtes participant au protocole de temps de confiance de Triad. Nous discutons comment atténuer ces vulnérabilités afin d'améliorer la résilience contre de telles attaques.

Caractérisations physiques et électriques de composants verticaux à base GaN

Doctorant : Maroun DAGHER

Laboratoire INSA : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon

École doctorale : ED34 ML - Matériaux

La demande progressive des composants de puissance pour des applications à haute tension a conduit à une révolution dans le domaine d'électronique de puissance. Le nitrure de gallium (GaN) présente les propriétés nécessaires pour ces applications tels qu'un champ électrique critique élevé et une vitesse de saturation importante et ainsi, il servira comme une solution alternative du silicium dont les propriétés limitent les performances à haute tension. Des structures latérales à base de GaN sont déjà commercialisées, mais elles ne profitent pas complètement des propriétés exceptionnelles du GaN pour atteindre les limites théoriques en termes de tenue en tension. Bien que les structures verticales résolvent la limitation de fonctionnalité des structures latérales pour les applications à haute tension, mais cela n'évite pas que d'autres facteurs empêchent l'exploitation pleine des avantages du GaN. Ainsi, les travaux de cette thèse se concentrent sur la compréhension des facteurs, liés à la qualité du matériau et à l'optimisation des procédés de croissance et de fabrication, et empêchant les composants verticaux GaN-sur-GaN d'atteindre une tenue en tension optimale. Des caractérisations physiques micro-Raman sont employées pour étudier les défauts structuraux et le dopage, alors
que des caractérisations électriques DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) sont réalisées pour identifier l'origine et le type des défauts. La corrélation entre ces caractérisations va conduire à des conclusions sur l'origine des limitations électriques.

Méthodes et outils pour l'étude diachronique des discours géographiques dans deux encyclopédies françaises.

Doctorante : Alice BRENON

Laboratoire INSA : LIRIS - Laboratoire d'lnfoRmatique en Image et Systèmes d'information

École doctorale : ED512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Dans le cadre du projet GEODE du LabEx ASLAN, cette thèse étudie en diachronie les discours géographiques dans deux encyclopédies françaises. L'Encyclopédie, Dictionnaire Raisonné des sciences, des arts et des métiers (EDdA), emblématique du siècle des Lumières, constitue la borne la plus ancienne de l'intervalle. Celui-ci s'étend jusqu'à la fin du XIXᵉ siècle, représenté par La Grande Encyclopédie, Inventaire raisonné des Sciences, des Lettres et des Arts (LGE). Au travers de trois contributions principales, les travaux abordent des thématiques telles que la préparation des données et l'encodage en particulier, la classification automatique et les analyses textométriques. En confrontant des méthodes simples de la théorie des graphes à des remarques structurelles sur les éléments présents dans les encyclopédies, la première étude souligne les différences fondamentales qui existent entre dictionnaires et encyclopédies en termes de structures et aboutit à la proposition d'un encodage XML-TEi pour représenter une encyclopédie, qui est appliqué sur la première édition numérique de LGE. La comparaison de méthodes de classifications permet ensuite de choisir un modèle pour associer un domaine de connaissance à chaque article du corpus, ce qui rend possible la conduite d'analyses contrastives dans la dernière partie de la thèse. Un examen attentif des erreurs commises par un des classifieurs sur l'EDdA révèle des ressemblances existant entre les domaines et montre une Géographie très au contact des autres sciences au XVIII^e siècle. Pour finir, les deux œuvres sont comparées pour mettre en relief les changements survenus dans la manière d'écrire la Géographie. Un premier développement quantifie puis caractérise la variation dans les articles du domaine (à l'aide de statistiques sur le nombre de mots et leurs longueurs puis en étudiant les mouvements d'entrées entre domaines) Les apports de la textométrie sont enfin utilisés pour approfondir la compréhension des liens entre biographies et discours géographiques.

 

Apprentissage Collaboratif de Confiance : Personnalisation, Confidentialité et Robustesse en Environnements Décentralisés

Doctorant : Yacine BELAL

Laboratoire INSA : LIRIS - Laboratoire d'lnfoRmatique en Image et Systèmes d'information
École doctorale : n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Il y a une vingtaine d'années, l'émergence du Web 2.0 a profondément transformé notre rapport au numérique en permettant aux utilisateurs de créer et partager du contenu sur une multitude de plateformes, générant ainsi un volume croissant de données. Combinée aux récents progrès en apprentissage automatique, cette abondance de données a permis l'apparition de nombreux services basés sur l'apprentissage (e.g., agents conversationnels, assistants vocaux, détection de fraude). Traditionnellement, l'entraînement des modèles sous-jacents à ces services reposait sur la collecte de données sensibles par des entités centralisées, souvent les fournisseurs de service eux-mêmes. Cette centralisation a soulevé de sérieuses préoccupations en matière de confidentialité, comme en témoignent les multiples scandales liés à la vie privée au cours de la dernière décennie. En réponse, plusieurs réglementations, telles que le Règlement Général sur la Protection des Données (RGPD), ont été mises en place. Dans ce contexte, repenser les paradigmes d'apprentissage classiques pour les rendre plus respectueux de la vie privée est devenu essentiel. L'apprentissage fédéré a vu le jour en 2017 avec la promesse de préserver la confidentialité des données en permettant à des utilisateurs d'entraîner collaborativement un modèle sans jamais partager leurs données brutes. Ce paradigme a donné naissance à une classe plus large d'approches appelée apprentissage collaboratif. Il est désormais bien établi que l'apprentissage fédéré souffre de plusieurs limitations, notamment sa dépendance à un serveur central (point de défaillance unique) et sa vulnérabilité à diverses attaques en confidentialité et robustesse. C'est dans cette optique que l'apprentissage par commérage a été proposé, avec la promesse d'une décentralisation totale, s'appuyant sur des protocoles de communication pair-à-pair, dits protocoles de bavardage. Dans ce paradigme, chaque nœud agit comme un mini-serveur fédéré, coordonnant l'apprentissage avec ses voisins via un graphe de communication dynamique. Toutefois, il reste à démontrer si cette approche permet réellement de dépasser les limites de l'apprentissage fédéré, notamment en matière de personnalisation, de protection de la vie privée et de robustesse face aux comportements malveillants. Cette thèse s'attache à explorer ces questions. Dans un premier temps, nous comparons les performances individuelles des modèles produits par ces deux paradigmes, avant de proposer PEPPER, une structure logicielle permettant d'exploiter pleinement le potentiel de l'apprentissage par commérage à des fins de personnalisation, et de surpasser l'approche fédérée sur cet aspect. Dans un second temps, nous introduisons CIA, une attaque d'inférence de communautés utilisée pour auditer les vulnérabilités de confidentialité des deux paradigmes. Cette étude révèle une certaine résilience intrinsèque de l'apprentissage par commérage face à ce type d'attaques d'inférence comparative. Enfin, nous nous penchons sur la robustesse de ce paradigme face aux attaques par empoisonnement de modèles. Bien que sa nature dynamique puisse l'exposer davantage à ce type de menaces, nous proposons GRANITE, un cadre logiciel robuste pour l'apprentissage par commérage sur des graphes dynamiques. Dans l'ensemble, ce travail met en évidence le potentiel de l'apprentissage par commérage à s'imposer comme une alternative crédible à long terme pour des systèmes d'apprentissage décentralisés, transparents et centrés sur l'utilisateur.

Systèmes de traitement et de stockage distribué confidentiels basés sur les TEEs

Doctorant : Aghile AIT MESSAOUD

Laboratoire INSA : LIRIS - Laboratoire d'lnfoRmatique en Image et Systèmes d'information
École doctorale : n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Les données sont devenues un moteur essentiel du monde numérique, alimentant l'innovation et les stratégies commerciales. Toutefois, leur manipulation s'accompagne d'importants enjeux de sécurité et d'éthique, car elles peuvent contenir des informations sensibles nécessitant une protection stricte. Toute violation peut entraîner des atteintes à la vie privée, des pertes financières et une perte de confiance. Pour garantir leur sécurité, il est crucial de les protéger dans leurs trois états : en transit, au repos et en cours d'utilisation. Les données en transit doivent être chiffrées pour éviter toute interception, celles au repos sécurisées par des contrôles d'accès stricts et un chiffrement robuste, tandis que celles en cours de traitement nécessitent un environnement protégé pour empêcher tout accès non autorisé. Les environnements d'exécution fiables jouent un rôle clé en isolant les données sensibles, même vis-à-vis des processus système ou du système d'exploitation. Cette recherche se divise en deux parties principales. La première porte sur la sécurisation des données en cours d'utilisation, en étudiant l'apprentissage fédéré comme cas d'usage spécifique. Ce paradigme d'apprentissage automatique préservant la confidentialité reste vulnérable aux attaques visant la mémoire principale des dispositifs clients, pouvant révéler des informations sensibles sur les données utilisées pour l'entraînement du modèle. Face à ces menaces, GradSec a été développé pour sécuriser l'apprentissage fédéré contre ces attaques. Cette solution exploite ARM TrustZone, un environnement d'exécution fiable conçu pour les appareils mobiles, afin de protéger les couches critiques du modèle en fonction des attaques identifiées. La seconde partie traite de la sécurisation des données au repos en s'appuyant sur les bases de données dé-valeur en mémoire, choisies pour leur flexibilité et leur capacité à stocker divers types de données via sérialisation. Une analyse approfondie des bases de données dé-valeur basées sur des environnements d'exécution fiables a mis en évidence leurs architectures et composants fondamentaux, tout en révélant leur vulnérabilité aux attaques par canaux auxiliaires. Pour atténuer ce risque, TruShare a été conçu comme un système de stockage distribué confidentiel combinant environnements d'exécution fiables et partage de secret. En fragmentant les données sensibles entre plusieurs nœuds, cette approche rend les fuites de données beaucoup plus complexes pour un attaquant. Ces travaux de recherche visent à répondre aux défis de la sécurité des données dans des environnements non fiables, en garantissant une confidentialité renforcée aussi bien lors du traitement que du stockage des informations.