Nous nous intéressons à la fois à la modélisation des fréquences des mots dans les collections textuelles et aux modèles probabilistes de recherche d'information (RI). Concernant les modèles statistiques de fréquences de mots, nous portons notre attention sur l'étude du phénomène de rafale (burstiness). Nous établissons une propriété sur les distributions de probabilité caractérisant leur capacité à modéliser ce phénomène et nous étudions ensuite les distributions Beta Negative Binomial et Log-Logistique pour la modélisation des fréquences de mots. Nous portons ensuite notre attention sur les modèles probabilistes de RI et leur propriétés fondamentales. Nous pouvons montrer que les modèles classiques ne reposent pas sur des lois de probabilité en rafale, même si des propriétés fondamentales comme la concavité des modèles permettent implicitement de le prendre en compte. Nous introduisons ensuite une nouvelle famille de modèles probabiliste pour la recherche d'information, fondé sur la notion d'information de Shannon et qui permet d'établir un lien conséquent entre les propriétés importantes des modèles de RI et le phénomène de rafale. Enfin, nous étudions empiriquement et théoriquement les modèles de rétro-pertinence. Nous proposons un cadre théorique qui permet ainsi d'expliquer leurs caractéristiques empiriques et leur performances. Ceci permet entre autres de mettre en avant les propriétés importantes des modèles de retro-pertinence et de montrer que certains modèles de référence sont déficients.

Les systèmes logiciels s'orientent vers des environnements de plus en plus hétérogènes et dynamiques. Cette évolution est induite par différents facteurs : explosion des dispositifs embarqués avec de fortes capacités de calcul, adoption rapide des services distants fournis par des tiers, mobilité des usagers et évolution du contexte associé, etc. Ces facteurs ouvrent de grandes possibilités pour la construction de nouveaux services numériques dans des domaines aussi divers que la santé, le divertissement, la domotique, ou encore le transport. Ces nouveaux domaines d'applications demandent la mise en œuvre des opérations d'intégration dans des contextes dynamiques et hétérogènes. Il est aujourd'hui admis que les approches à services facilitent l'intégration logicielle par la définition de protocoles standard de découverte et de liaison. La problématique d'intégration, au sens médiation, reste néanmoins entière. Le problème principal abordé par cette thèse est l'intégration de services dans des contextes hétérogènes et dynamiques. Plus précisément, nous avons conçu un modèle à composant spécifique à l'intégration logicielle, nommé CILIA. Ce modèle repose sur des composants, appelés médiateurs, et sur un langage d'assemblage de ces médiateurs. CILIA reprend les grands principes du Génie Logiciel tels que l'abstraction, la séparation de préoccupations et la modularité, et s'appuie sur des patrons d'intégration bien connus (Enterprise Integration Patterns). CILIA est implanté sous la forme d'un framework dynamique qui permet la mise à jour à l'exécution des solutions d'intégration. Ce framework CILIA est pleinement opérationnel et disponible en open source. Il est utilisé dans plusieurs projets collaboratifs.

Cette thèse a pour objet la modélisation individu-centrée des systèmes sociaux. Une première partie orientée aide à la décision présente un modèle d'évolution des populations rurales fortement inspiré des données. Une seconde partie, plus théorique, étudie divers mécanismes permettant à un individu d'accepter ou de résister à une influence sociale. Nous proposons tout d'abord un modèle individu-centré de la dynamique des municipalités rurales européennes, implémenté pour le département du Cantal. Nous proposons un nouvel algorithme de génération des populations initiales ne nécessitant pas d'échantillon de population (approche classique). Nous concevons et paramétrons un modèle de la dynamique de l'individu face au marché du travail basé sur les données de la " European Labour Force Survey ". Il inclut des heuristiques originales de transition d'états tel qu'actifs, inactifs, chômeurs, ... prenant en compte l'âge, la profession et le secteur d'activité de l'individu. Nous déterminons les dynamiques non fondés sur des données individuelles en testant la capacité de dynamiques simples à produire des résultats proches des données agrégées disponibles. Est ainsi conçu un modèle de mobilité résidentielle, expliquant partiellement la migration et intégrant décision de déménager et choix d'une nouvelle résidence. La seconde partie de la thèse étudie les effets collectifs de différents mécanismes permettant aux individus de résister à ou d'accepter une influence sociale. Un premier mécanisme étudié est un filtre cognitif impliquant qu'un individu ne reçoit pas une information incongruente ou peu importante. Les individus " filtreurs " exhibent le biais de primauté car leur attitude n'est déterminée que par les premiers éléments reçus et se montrent négatifs alors que le message diffusé par un media est neutre. Le taux d'individus négatifs dans la population est accru ou diminuer par l'échange direct d'information entre les individus. Un second mécanisme est un rejet de la tentative d'influence qui mène l'individu à différencier davantage son attitude de celle de son interlocuteur. Il intervient lorsque l'individu éprouve un inconfort lié au fait qu'il est à la fois en accord et en désaccord avec son interlocuteur. Le couplage de ce rejet à un mécanisme d'attraction entre individus en accord entraîne un nombre moindre de groupes d'opinion différentes à l'échelle de la population (ie par rapport au nombre de groupes obtenus avec le seul mécanisme d'attraction).

Nous nous intéressons dans cette thèse aux grandes architectures parallèles hybrides, c'est-à-dire aux architectures parallèles qui sont une combinaison de processeurs généraliste (Intel Xeon par exemple) et de processeurs accélérateur (GPU Nvidia). L'exploitation efficace de ces grappes hybrides pour le calcul haute performance est au cœur de nos travaux. L'hétérogénéité des ressources de calcul au sein des grappes hybrides pose de nombreuses problématiques lorsque l'on souhaite les exploiter efficacement avec de grandes applications scientifiques existantes. Deux principales problématiques ont été traitées. La première concerne le partage des accélérateurs pour les applications MPI et la seconde porte sur la programmation et l'exécution concurrente de code entre CPU et accélérateur. Les architectures hybrides sont très hétérogènes : en fonction des architectures, le ratio entre le nombre d'accélérateurs et le nombre de coeurs CPU est très variable. Ainsi, nous avons tout d'abord proposé une notion de virtualisation d'accélérateur, qui permet de donner l'illusion aux applications qu'elles ont la capacité d'utiliser un nombre d'accélérateurs qui n'est pas lié au nombre d'accélérateurs physiques disponibles dans le matériel. Un modèle d'exécution basé sur un partage des accélérateurs est ainsi mis en place et permet d'exposer aux applications une architecture hybride plus homogène. Nous avons également proposé des extensions aux modèles de programmation basés sur MPI / threads afin de traiter le problème de l'exécution concurrente entre CPU et accélérateurs. Nous avons proposé pour cela un modèle basé sur deux types de threads, les threads CPU et accélérateur, permettant de mettre en place des calculs hybrides exploitant simultanément les CPU et les accélérateurs. Dans ces deux cas, le déploiement et l'exécution du code sur les ressources hybrides est crucial. Nous avons pour cela proposé deux bibliothèques logicielles S_GPU 1 et S_GPU 2 qui ont pour rôle de déployer et d'exécuter les calculs sur le matériel hybride. S_GPU 1 s'occupant de la virtualisation, et S_GPU 2 de l'exploitation concurrente CPU -- accélérateurs. Pour observer le déploiement et l'exécution du code sur des architectures complexes à base de GPU, nous avons intégré des mécanismes de traçage qui permettent d'analyser le déroulement des programmes utilisant nos bibliothèques. La validation de nos propositions a été réalisée sur deux grandes application scientifiques : BigDFT (simulation ab-initio) et SPECFEM3D (simulation d'ondes sismiques). Nous les avons adapté afin qu'elles puissent utiliser S_GPU 1 (pour BigDFT) et S_GPU 2 (pour SPECFEM3D).

Une idée centrale en ingénierie des systèmes est de construire les systèmes complexes par assemblage de composants. Chaque composant a ses propres caractéristiques, suivant différents points de vue, chacun mettant en évidence différentes dimensions d'un système. Un problème central est de définir le sens la composition de composants hétérogènes afin d'assurer leur interopérabilité correcte. Une source fondamentale d'hétérogénéité est la composition de sous-systèmes qui ont des différentes sémantiques d'execution et d' interaction. À un extrême du spectre sémantique on trouve des composants parfaitement synchronisés par une horloge globale, qui interagissent par transactions atomiques. À l'autre extrême, on a des composants complètement asynchrones, qui s'éxécutent à des vitesses indépendantes et interagissent nonatomiquement. Entre ces deux extrêmes, il existe une variété de modèles intermédiaires (par exemple, les modèles globalement asynchrones et localement synchrones). Dans ce travail, on étudie la combinaison des systèmes synchrones et asynchrones. A ce fin, on utilise BIP (Behavior-Interaction-Priority), un cadre général à base de composants permettant la conception rigoureuse de systémes. On définit une extension de BIP, appelée BIP synchrone, déstiné à modéliser les systèmes flot de données synchrones. Les pas d'éxécution sont décrites par des réseaux de Petri acycliquemunis de données et des priorités. Ces réseaux de Petri sont utilisés pour modéliser des flux concurrents de calcul. Les priorités permettent d'assurer la terminaison de chaque pas d'éxécution. Nous étudions une classe des systèmes synchrones ''well-triggered'' qui sont sans blocage par construction et le calcul de chaque pas est confluent. Dans cette classe, le comportement des composants est modélisé par des 'graphes de flux modaux''. Ce sont des graphes acycliques représentant trois différents types de dépendances entre deux événements p et q: forte dépendance (p doit suivre q), dépendance faible (p peut suivre q) et dépendance conditionnelle (si p et q se produisent alors $p$ doit suivre q). On propose une transformation de modèles LUSTRE et MATLAB/Simulink discret à temps discret vers des systèmes synchrones ''well-triggered''. Ces transformations sont modulaires et explicitent les connexions entre composants sous forme de flux de données ainsi que leur synchronisation en utilisant des horloges. Cela permet d'intégrer des modèles synchrones dans les modèles BIP hétérogènes. On peut ensuite utiliser la validation et l'implantation automatique déjà disponible pour BIP. Ces deux traductions sont actuellement implementées et des résultats expérimentaux sont fournis. Pour les modèles BIP synchrones nous parvenons à générer du code efficace. Nous proposons deux méthodes: une implémentation séquentielle et une implémentation distribués. L'implémentation séquentielle consiste en une boucle infinie. L'implémentation distribuée transforme les graphes de flux modaux vers une classe particulieére de réseaux de Petri, que l'on peut transformer en réseaux de processus de Kahn. Enfin, on étudie la théorie de la conception de modeéles insensibles à la latence (latency-insensitive design, LID) qui traite le problème de latence des interconnexionsdans les systèmes synchrones. En utilisant la conception LID, les systèmes synchrones peuvent être "désynchronisés" en des réseaux de processus synchrones qui peuvent fonctionner à plus haute fréquence. Nous proposons un modèle permettant de construire des modéles insensibles à la latence en BIP synchrone, en représentant les mécanismes spécifiques d'interconnexion par des composants BIP synchrone.

Pour répondre à un marché de plus en plus concurrentiel, les organisations tendent aujourd'hui à se regrouper sous la forme d'organisations virtuelles (OV). Concevoir le système d'information (SI) d'une OV sur la base des SI des organisations participantes pose des problèmes méthodologiques et techniques. En particulier, l'identification et l'expression des besoins, déjà difficile lors du développement d'un SI " classique ", représente un enjeu important. Le SI de l'OV jouant un rôle prépondérant pour la collaboration et la coopération des organisations participantes et l'atteinte de l'objectif commun. Nous proposons des critères permettant d'identifier et de classifier précisément et à un niveau intentionnel, les différentes informations nécessaires à la conception du SI de l'OV ainsi que des modèles graphiques et textuels simples. Notre travail comprend une transformation partielle à partir des modèles intentionnels jusqu'aux modèles de processus métier de base au niveau organisationnel.

Le Web est une source proliférante d'objets multimédia, décrits dans différentes langues natu- relles. Afin d'utiliser les techniques du Web sémantique pour la recherche de tels objets (images, vidéos, etc.), nous proposons une méthode d'extraction de contenu dans des collections de textes multilingues, paramétrée par une ou plusieurs ontologies. Le processus d'extraction est utilisé pour indexer les objets multimédia à partir de leur contenu textuel, ainsi que pour construire des requêtes formelles à partir d'énoncés spontanés. Il est basé sur une annotation interlingue des textes, conservant les ambiguïtés de segmentation et la polysémie dans des graphes. Cette première étape permet l'utilisation de processus de désambiguïsation "factorisés" au niveau d'un lexique pivot (de lexèmes interlingues). Le passage d'une ontologie en paramètre du système se fait en l'alignant de façon automatique avec le lexique interlingue. Il est ainsi possible d'utiliser des ontologies qui n'ont pas été conçues pour une utilisation multilingue, et aussi d'ajouter ou d'étendre l'ensemble des langues et leurs couvertures lexicales sans modifier les ontologies. Un démonstrateur pour la recherche multilingue d'images, développé pour le projet ANR OMNIA, a permis de concrétiser les approches proposées. Le passage à l'échelle et la qualité des annotations produites ont ainsi pu être évalués.

Le concept de processeur multicœurs constitue le facteur dominant pour offrir des hautes performances aux applications parallèles. Afin de développer des applications parallèles capable de tirer profit de ces plate-formes, les développeurs doivent prendre en compte plusieurs aspects, allant de l'architecture aux caractéristiques propres à l'application. Dans ce contexte, la Mémoire Transactionnelle (Transactional Memory - TM) apparaît comme une alternative intéressante à la synchronisation basée sur les verrous pour ces plates-formes. Elle permet aux programmeurs d'écrire du code parallèle encapsulé dans des transactions, offrant des garanties comme l'atomicité et l'isolement. Lors de l'exécution, les opérations sont exécutées spéculativement et les conflits sont résolus par ré-exécution des transactions en conflit. Bien que le modèle de TM ait pour but de simplifier la programmation concurrente, les meilleures performances ne pourront être obtenues que si l'exécutif est capable de s'adapter aux caractéristiques des applications et de la plate-forme. Les contributions de cette thèse concernent l'analyse et l'amélioration des performances des applications basées sur la Mémoire Transactionnelle Logicielle (Software Transactional Memory - STM) pour des plates-formes multicœurs. Dans un premier temps, nous montrons que le modèle de TM et ses performances sont difficiles à analyser. Pour s'attaquer à ce problème, nous proposons un mécanisme de traçage générique et portable qui permet de récupérer des événements spécifiques à la TM afin de mieux analyser les performances des applications. Par exemple, les données tracées peuvent être utilisées pour détecter si l'application présente des points de contention ou si cette contention est répartie sur toute l'exécution. Notre approche peut être utilisée sur différentes applications et systèmes STM sans modifier leurs codes sources. Ensuite, nous abordons l'amélioration des performances des applications sur des plate-formes multicœurs. Nous soulignons que le placement des threads (thread mapping) est très important et peut améliorer considérablement les performances globales obtenues. Pour faire face à la grande diversité des applications, des systèmes STM et des plates-formes, nous proposons une approche basée sur l'Apprentissage Automatique (Machine Learning) pour prédire automatiquement les stratégies de placement de threads appropriées pour les applications de TM. Au cours d'une phase d'apprentissage préliminaire, nous construisons les profiles des applications s'exécutant sur différents systèmes STM pour obtenir un prédicteur. Nous utilisons ensuite ce prédicteur pour placer les threads de façon statique ou dynamique dans un système STM récent. Finalement, nous effectuons une évaluation expérimentale et nous montrons que l'approche statique est suffisamment précise et améliore les performances d'un ensemble d'applications d'un maximum de 18%. En ce qui concerne l'approche dynamique, nous montrons que l'on peut détecter des changements de phase d'exécution des applications composées des diverses charges de travail, en prévoyant une stratégie de placement appropriée pour chaque phase. Sur ces applications, nous avons obtenu des améliorations de performances d'un maximum de 31% par rapport à la meilleure stratégie statique.

Les systèmes multiprocesseurs sur puce, tel que le processeur CELL ou plus récemment Platform 2012, sont des architectures multicœurs hétérogènes constitués d'un processeur host et d'une fabric de calcul qui consiste en plusieurs petits cœurs dont le rôle est d'agir comme un accélérateur programmable. Les parties parallélisable d'une application, qui initialement est supposé etre executé par le host, et dont le calcul est intensif sont envoyés a la fabric multicœurs pour être exécutés. Ces applications sont en général des applications qui manipulent des tableaux trés larges de données, ces données sont stockées dans une memoire distante hors puce (off-chip memory) dont l 'accès est 100 fois plus lent que l 'accès par un cœur a une mémoire locale. Accéder ces données dans la mémoire off-chip devient donc un problème majeur pour les performances. une characteristiques principale de ces plateformes est une mémoire local géré par le software, au lieu d un mechanisme de cache, tel que les mouvements de données dans la hiérarchie mémoire sont explicitement gérés par le software. Dans cette thèse, l 'objectif est d'optimiser ces transfert de données dans le but de reduire/cacher la latence de la mémoire off-chip .

L'utilisation d'équipes de robots a pris de l'ampleur ces dernières années. Cela est dû aux avantages que peut offrir une équipe de robot par rapport à un robot seul pour la réalisation d'une même tâche. Cela s'explique aussi par le fait que ce type de plates-formes deviennent de plus en plus abordables et fiables. Ainsi, l'utilisation d'une équipe de véhicules aériens devient une alternative viable. Cette thèse se concentre sur le problème du déploiement d'une équipe de Micro-Véhicules Aériens (MAV) pour effectuer des missions de surveillance sur un terrain inconnu de morphologie arbitraire. Puisque la morphologie du terrain est inconnue et peut être complexe et non-convexe, les algorithmes standards ne sont pas applicables au problème particulier traité dans cette thèse. Pour y remédier, une nouvelle approche basée sur un algorithme d'optimisation cognitive et adaptatif (CAO) est proposée et évaluée. Une propriété fondamentale de cette approche est qu'elle partage les mêmes caractéristiques de convergence que les algorithmes de descente de gradient avec contraintes qui exigent une connaissance parfaite de la morphologie du terrain pour optimiser la couverture. Il est également proposé une formulation différente du problème afin d'obtenir une solution distribuée, ce qui nous permet de surmonter les inconvénients d'une approche centralisée et d'envisager également des capacités de communication limitées. De rigoureux arguments mathématiques et des simulations étendues établissent que l'approche proposée fournit une méthodologie évolutive et efficace qui intègre toutes les contraintes physiques particulières et est capable de guider les robots vers un arrangement qui optimise localement la surveillance. Finalement, la méthode proposée est mise en œuvre sur une équipe de MAV réels pour réaliser la surveillance d'un environnement extérieur complexe.