Ce mémoire présente un bilan des travaux de recherches que j'ai dirigé au CRAI (Centre<br />de Recherche en Architecture et Ingénierie) depuis environ dix ans. Avant de développer<br />les deux grandes problématiques qui ont structuré ces années, je voudrais remettre<br />rapidement en perspective mon travail global de recherche dans le vaste mais encore très<br />récent domaine de la recherche en architecture.<br />1.1. LA RECHERCHE EN ARCHITECTURE, QUELS<br />SYSTÈMES DE CONNAISSANCES ?<br />Jusqu'au milieu des années 1960, l'architecture est avant tout un art, c'est-à-dire une<br />pratique reposant largement sur l'expérience, fondée sur des grands traités et infléchie par<br />quelques maîtres.<br />Au niveau le plus empirique, le terme de recherche ne désigne rien d'autre que la pratique<br />quotidienne du concepteur en situation de création pour inventer un dispositif spatial en<br />réponse à des exigences explicites ou implicites.<br />Comme le musicien, le peintre ou le sculpteur, l'architecte est une sorte de « chercheur de<br />formes », un inventeur de langages, un constructeur de sens.<br />Dans cet univers de la recherche-action, le concepteur utilise et produit des connaissances<br />qui relèvent plus d'un savoir-faire que d'un véritable savoir. À cette recherche, tout ancrée<br />dans la projetation, nous donnons le nom de recherche architectonique.<br />Dans ce dispositif, le terme d'architecture désigne donc à la fois un domaine de production<br />(essentiellement les édifices et les espaces urbains) et un savoir-faire largement issu et<br />opératoire dans la pratique du projet. Mais pour être efficace, cette économie de la<br />production architecturale a besoin d'un discours régulateur et légitimateur destiné à<br />permettre des choix tout au long du processus de conception, évaluer les solutions<br />partielles ou globales proposées et juger la qualité des œuvres produites. C'est le rôle des<br />traités, parfois nommés théories.<br />Les traités d'architecture de Vitruve à Le Corbusier bien que théoriques par le recul qu'ils<br />prenaient par rapport aux pratiques de leurs époques respectives ne peuvent pas<br />cependant être considérés comme des théories au sens scientifique du terme. Ce<br />deuxième type de connaissances, auxquelles nous donnons le nom de doctrine est un<br />système de préceptes et d'axiomes transmissibles, orientés par l'action vers l'action. Par<br />différence avec les connaissances souvent singulières et peu externalisables des savoir-

L'objectif de cette thèse sont les corrections liées aux problèmes des mouvements respiratoires en tomographie d'émission. Il a été prouve que les mouvements respiratoires produisent des images floues, ce qui affecte la détection des lésions, les diagnostics, les traitements, etc. La solution proposée a été conçue pour opérer sans aucun dispositif externe. Cette méthode présente un schéma de la correction du mouvement basée sur un modèle inclus dans la reconstruction d'image. Le modèle prend en compte les déplacements et déformations des éléments d'émissions (voxels), lequel permet de considérer les déformations non rigides produites dans le thorax pendant la respiration. De plus, le model de voxel choisit, permet une amélioration aux calculs par rapport aux méthodes classiques. Deux models d'estimation etaitent développes. Un premier model simplifie consiste a adapter un model de respiration connu sur l'anatomie du patient. Le model initial décrit a travers un champ de déplacement les déformations du poumon produit entre les états de respiration extreme.Ce champ de déplacement est ensuite adapte sur l'anatomie du patient. La deuxième méthode a été conçu pour prendre en compte le manque de robustesse provoque par l'utilisation d'un seul sujet quand on construit les champs de déplacement connus. Incorporation de la variation des sujets dans un model statistique de respiration a été développe. La méthodologie a été développe dans un cadre de reconstruction d'image 3D et a été teste avec des données simules et réels.

De nombreuses techniques mathématiques utilisées en robotique reposent sur l'identification de paramètres ou sur la construction d'un modèle de type boîte noire (réseaux de neurones par exemple). Dans le premier cas on se donne une équation de mesure dont on ignore certains paramètres, mais pour laquelle on dispose de mesures experimentales du phénomène qu'on cherche à modéliser. Le problème revient alors à trouver les valeurs numériques des paramètres inconnus de l'équation pour obtenir un modèle du système. Cela revient en général à conduire un certain nombre d'expériences puis à faire de la minimisation au sens des moindres carrés pour trouver les paramètres qui expliquent au mieux les mesures obtenues. Dans le deuxième cas on utilise une technique d'approximation universelle permettant de modéliser la réponse du système. Pour cela on corrige l'ensemble des paramètres de l'approximateur à l'aide d'un algorithme adaptatif et d'un ensemble d'exemples. On dispose donc actuellement de deux grandes classes de méthodes : l'une faisant appel à de fortes connaissances préalables (la connaissance de l'équation de mesure) et l'autre ne faisant appel à aucune connaissance préalable. L'objet de cette thèse est de proposer une méthode intermédiaire: l'identification structurelle. Dans ce cadre on ne connaît plus la forme paramétrique de l'équation de mesure mais des informations a-priori sur sa forme générale. Par exemple, on sait que l'équation de mesure est formée d'un polynôme de fonctions quelconques d'une seule variable. Nous montrons qu'il est possible d'inférer cette équation de mesure dès lors que l'on choisit un protocole expérimental approprié et que l'on dispose d'un approximateur universel pour les fonctions d'une seule variable. L'ensemble des polynômes de fonctions trigonométiques multi-variables rentre dans le cadre juste évoqué. On peut donc appliquer cette méthode à de nombreux problèmes trouvés en robotique. On peut par exemple identifier le modèle géométrique d'un bras manipulateur ou trouver l'expression de la jacobienne reliant les mouvements d'un bras aux mouvements d'indices visuels dans une image vidéo. Le modèle fonctionnel obtenu peut être utilisé pour commander le système. C'est ainsi que nous avons réalisé un asservissement visuel avec cette méthode.

Les technologies web ont permis de définir des services accessibles par tous, n'importe où et depuis de multiples terminaux. Si les utilisateurs intègrent maintenant l'usage des interfaces graphiques traditionnelles, la miniaturisation des équipements et l'émergence de nouvelles modalités offrent de nouvelles perspectives en matière d'informatique ubiquitaire.<br /> Dans ce mémoire, nous modélisons l'interaction ubiquitaire selon les principes fondamentaux des modèles de la littérature. Nous proposons une implémentation de notre modèle UbiArch sous forme d'une plate-forme de services et nous mettons à la disposition du concepteur d'applications web un ensemble d'outils interactifs, prêts à être intégrés dans des interfaces web.<br /> Nous illustrons les principes de notre modèle et le fonctionnement de notre plate-forme au travers de trois démonstrateurs. Chacune de ces réalisations intègre les capacités d'interaction des téléphones dans une application web et illustre les apports de notre travail en terme d'interaction multimodale distribuée.

Cette thèse s'intéresse à l'arithmétique modulaire qui est utilisée dans différents domaines : traitement du signal, algorithmique, cryptologie... Dans cette thèse, nous nous focalisons sur l'arithmétique modulaire pour la cryptographie. En particulier, nous essayons de voir ce qui peut être fait pour optimiser les différents protocoles de la cryptographie à clé publique.<br />Cette thèse se divise en quatre parties.<br />La première partie est une introduction à la cryptographie à clé publique. Cette thèse ayant pour objectif d'améliorer les calculs modulaires, nous commençons par présenter dans quels contextes la cryptographie nécessite une arithmétique modulaire efficace. Les principaux protocoles (de ECC ou RSA) ont des besoins en arithmétiques modulaires.<br />La deuxième partie est un état de l'art sur les différents algorithmes existants pour effectuer une arithmétique modulaire complète : addition, inversion et multiplication. Nous y répertorions aussi les différentes classes de moduli existantes. Celle ci sont utilisées en particulier pour l'implantation des protocoles d'ECC.<br />Dans la troisième partie, nous proposons un nouveau système de représentation. Nous y exposons les outils algorithmiques pour effectuer une arithmétique optimisée pour une classe de moduli, ainsi que ceux nécessaires à une arithmétique modulaire pour tous les autres moduli.<br />Dans la dernière partie, nous regroupons plusieurs résultats concernant l'arithmétique modulaire pour de "petits" moduli. Nous proposons un algorithme de multiplication modulaire pour modulo variable, une amélioration des changements de base pour le RNS ainsi qu'une algorithmique basée sur une table mémoire.

La conception asynchrone vise à répondre aux problèmes de plus en plus complexes rencontrés par les concepteurs de circuits synchrones. Les circuits asynchrones, contrairement aux circuits synchrones, ne sont pas commandés par une horloge globale. Même de taille moyenne, ils peuvent montrer un comportement complexe, dû à l'explosion combinatoire dans la chronologie des événements qui peuvent se produire. Il est ainsi essentiel d'appliquer des méthodes rigoureuses de conception et de validation.Ce travail de thèse traite de l'analyse et de la validation automatique des<br />spécifications de circuits asynchrones écrites dans langue CHP, avant leur synthèse avec le flot de conception asynchrone TAST, développé par le groupe CIS de TIMA. Deux approches sont proposées. La première consiste à adapter la vérification symbolique de modèles, initialement dédiée aux circuits synchrones, pour la vérification des circuits asynchrones. Les spécifications de circuits sont alors traduites dans un modèle en VHDL peuso-synchrone et ensuite vérifiées par des outils industriels de vérification symbolique de modèles. Dans la deuxième approche, la sémantique de CHP, initialement donnée en termes de réseaux de Pétri, est reformulée en termes de Systèmes de Transitions Etiquetées Etendus (STEE). Les spécifications de circuits sont alors validées par des méthodes énumératives de vérification de modèles.Pour augmenter les performances de l¹approche énumérative et faire face au problème d'explosion d'états, nous avons développé et implémenté un certain nombre de techniques automatiques de réduction et d¹abstraction.

Dans ce mémoire, nous étudions la complexité algorithmique de plusieurs problèmes combinatoires<br />concernant la comparaison de séquences biologiques. Nous nous pla¸cons successivement du point de vue de<br />chacune des trois principales théories de la complexité algorithmique : la NP-complétude, l'approximabilité<br />et la complexité paramétrique.<br />Dans un premier temps, nous considérons plusieurs formes du problème de l'extraction des motifs communs<br />à un ensemble de séquences donné. Les motifs communs permettent, en pratique, de classifier les protéines<br />grâce à leur structure primaire, par exemple en fabriquant des séquences consensus.<br />En particulier, le problème de la médiane (resp. du centre) pour la distance d'édition consiste à rechercher<br />une séquence consensus minimisant la somme (resp. le maximum) des distances d'édition la séparant de<br />chacune des séquences prises en entrée. Nous affinons les résultats connus sur la difficulté de chacun de ces<br />deux problèmes : nous montrons, par exemple, qu'ils sont tous les deux W[1]-difficiles lorsqu'on les<br />paramétrise par le nombre des séquences étudiées et ce, même dans le cas d'un alphabet binaire. Nous<br />considérons également le problème de la plus longue sous-séquence commune. Ce problème a été<br />exhaustivement étudié dans sa forme usuelle. Or, on trouve dans la nature des séquences d'ADN et d'ARN<br />circulaires qu'il est utile de comparer. Dans ce mémoire, nous menons à bien la première étude du problème<br />de la plus longue sous-séquence commune à plusieurs séquences circulaires et/ou non orientées.<br />Dans un second temps, nous considérons plusieurs problèmes liés à la recherche de similarités approchées<br />entre séquences biologiques. C'est dans ce domaine que l'application de l'informatique à la biologie<br />moléculaire a été la plus fructueuse. En pratique les similarités permettent de déterminer les propriétés des<br />molécules nouvellement séquencées à l'aide de celles des séquences déjà annotées. En effet, une similarité en<br />séquence entraîne généralement une similarité en structure ou en fonction.<br />La plupart des nombreux logiciels dédiés à la détection de similarités locales, mettent en oeuvre des filtres<br />heuristiques : deux portions de séquences ne possédant pas certains motifs spécifiques en commun sont<br />considérées d'emblée comme dissimilaires. Le choix des motifs conditionne la sensibilité et la sélectivité du<br />filtre associé. Dans ce mémoire nous considérons un certain type de motifs appelé graine. Il s'agit en fait de<br />sous-chaînes à trous.<br />Nous étudions plusieurs problèmes algorithmiques liés à la conception de bonnes graines. En particulier,<br />nous montrons que le problème suivant est NP-difficile : étant donnés deux entiers naturels k, m et une<br />graine, décider si le filtre associé est sans perte lorsque l'on restreint la notion de similarité aux paires de<br />mots de même longueur m, séparés par une distance de Hamming au plus k. Notons que plusieurs<br />algorithmes exponentiels ont été proposés pour des généralisations de ce problème.

Le diagnostic automatique des erreurs de conception est un problème important dans le domaine de la CAO. Bien que des outils automatisés de synthèse soient employés pour générer des structures de circuits "correctes-par-construction", celles-ci sont souvent modifiées manuellement pour refléter des petites<br />modifications faites sur la spécification, ou pour améliorer certaines caractéristiques critiques de la<br />conception. Les outils de vérification peuvent révéler l'existence d'erreurs, mais ils ne donnent aucune<br />information sur leurs emplacements ou la façon de les corriger. Ces outils gènèrent seulement quelques<br />contres-exemples qui mettent en évidence l'erreur. Les concepteurs utilisent ces contre-exemples pour<br />diagnostiquer manuellement leur conception. Le diagnostic manuel est un processus trés lent et trés couteux. Le temps de diagnostic peut être égal, voire supérieur, au temps de conception. Nous présentons dans cette thèse de nouveaux algorithmes pour la localisation et la correction automatique des erreurs simples de conception dans les circuits logiques sous l'hypothèse d'une seule erreur. Les erreurs traitées ici sont : le remplacement d'un composant dans les circuits combinatoires et séquentiels, et une erreur de connexion dans les circuits combinatoires. Le modèle d'une seule erreur exige une stratégie de vérification fréquente, dans laquelle la conception est verifiée après chaque modification, pour que la probabilité d'insertion de plus d'une erreur ne soit pas trop élevée. Notre approche consiste à simuler et analyser automatiquement le circuit sous l'application de vecteurs de test que nous produisons spécialement pour accélérer le diagnostic. Nous avons réalisé deux logiciels prototypes bases sur ces algorithmes. CCDS est l'outil de diagnostic pour les circuits combinatoires, et SCDS est l'outil de diagnostic pour les circuits séquentiels. Ces outils sont actuellement intégrés dans l'environnement de preuves PREVAIL.

In this thesis we study at a concrete practical level how computation with action potentials (spikes) can be performed. We address the problem of pro- gramming a dynamical system modeled as a neural network and considering both, hardware and software implementations. For this, we use a discrete- time spiking neuron model, which has been introduced in Soula et al. (2006), and called BMS in the sequel, whose dynamics is rather rich (see section 1.2.4). On one hand, we propose an efficient method to properly estimate the parameters (delayed synaptic weights) of a neural network from the observa- tion of its spiking dynamics. The idea is to avoid the underlying NP-complete problem (when both weights and inter-neural transmission delays are con- sidered in the parameters estimation). So far, our method defines a Linear Programming (LP) system to perform the parameters estimation. Another aspect considered in this part of the work is the fact that we include a reser- voir computing mechanism (hidden network), which permits us, as we show, to increase the computational power and to add robustness in the system. Furthermore these ideas are applied to implement input-output transforma- tions, with a method learning the implicit parameters of the corresponding transfer function. On the other hand we have worked on the development of numerical implementations permitting us to validate our algorithms. We also made contributions to code methods for spike trains statistics analysis and simu- lations of spiking neural networks. Thus, we co-develop a C++ library, called EnaS, which is distributed under the CeCILL-C free license. This library is also compatible with other simulators and could be used as a plugin. Finally we consider the emergent field of bio-inspired hardware im- plementations, where FPGA (Field Programmable Gate Array) and GPU (Graphic Processing Unit) technologies are studied. In this sense, we evalu- ate the hardware implementations of the proposed neuron models (gIF-type neuron models) under periodic and chaotic activity regimes. The FPGA- based implementation has been achieved using a precision analysis and its performance compared with that based on GPU.

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