Thèse soutenue

Méthodologie de conception pour les systèmes IoT durables
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Auteur / Autrice : Ernesto Quisbert-Trujillo
Direction : Thomas ErnstKarine Evrard Samuel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Nanoélectronique et nanotechnologie
Date : Soutenance le 26/09/2022
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
Jury : Président / Présidente : Blandine Ageron
Examinateurs / Examinatrices : Ian O'Connor
Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Perry, Jean-Pierre Raskin

Résumé

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L’adoption de l’IoT dans nos sociétés modernes a généré une production accrue des dispositifs connectés, et en même temps une augmentation significative des flux de données. C’est la raison pour laquelle, la communauté scientifique s’inquiète de plus en plus de l’impact environnemental de ce secteur. De même, il convient mentionner que, d’ici quelques années, il faudra environ 17 fois plus d’énergie secondaire pour produire des circuits intégrés qu’il n’en fallait en 2016. Et que, malgré les développements technologiques dans les semi-conducteurs ayant permis de concevoir des systèmes plus efficaces ; les résultats des études dans le domaine montrent qu’à moyen et long terme, ces avancées ralentiront voire s'arrêteront complètement, entraînant ainsi une augmentation de la consommation d'énergie secondaire sans précédent, en raison du traitement de données qui ne cesse pas d’augmenter. D’autre part, les recherches menées dans le domaine de l’écoconception de systèmes IoT et leur impact environnemental font face à des défis considérables au cours de la décennie à venir. En effet, ils présentent des inconvénients majeurs, tels que l’inexistence de données ACV, dans certaines phases du cycle de vie ou de l’architecture complète de systèmes IoT, notamment pour l’infrastructure mutualisée. De même, selon une recherche qualitative réalisée au sein des équipes de conception de la Direction des Systèmes du CEA-Leti, il a été constaté que l’application exhaustive des études ACV n'est pas toujours faisable. En effet, il requiert des efforts considérables qui sont liés à la disponibilité de temps des concepteurs, ingénieurs et manageurs. Il a été également observé qu’ils n’ont pas seulement besoin d’un outil simple et pratique d’évaluation des impacts environnementaux et d’écoconception facilitant la prise de décisions, mais, aussi d’un outil qui s’adapte subtilement au processus du développement de nouveaux prototypes. Ce travail s'articule autour de l'idée, qu’à partir de l’organisation et de la collecte efficiente de données brutes en une application IoT, il est possible d’obtenir de l’information substantielle. Ainsi, à partir d’une analyse fonctionnelle, il est possible de concevoir un flux de référence essentiel d’un système IoT. Dans ce sens, ce travail se développe sur la base de deux points de réflexion. Premièrement, il énonce deux concepts éminents et indissociables « fonction-capacité » présents dans les composants électroniques et exécutés dans différentes phases opératives de données. À partir de cette relation, ce travail a construit un outil-cadre d’évaluation d’impact environnemental qui met en évidence les éléments essentiels de l’architecture complète des systèmes IoT, et fait également référence à ses interactions, facilitant une estimation rapide et adéquate du flux de référence réel d’un système IoT. Deuxièmement, il fait référence à l’idée de « dispositifs bien approvisionnés ». À l’aide de ce critère, ce travail propose un outil-cadre d’écoconception inscrit dans le processus de développement de prototypes. Il guide la sélection de composants adéquats sous trois critères interdépendants : physique, technique et circulaire, à partir d’un pas préliminaire de conception de flux de données et d’information. Sur la base de ces deux nouveaux outils-cadres, qui en même temps se complémentent, ce travail présente une méthodologie d’éco-innovation facile à appliquer à partir des informations disponibles aux concepteurs. Après avoir réalisé une analyse exhaustive et implémenté les deux outils-cadres dans deux cas d’étude, ce travail propose des recommandations qui sont traduites en 22 guides de conception. Ces directives doivent être adoptées, raffinées et complémentées à d’autres études, sous une approche critique et globale, en utilisant la méthodologie présentée dans ce travail de manière continue, cohérente et automatisée, notamment avec l’adaptation des systèmes d’information.