Presque aussi ancienne que l'informatique elle-même la lecture optique automatique a maintenant plus de trente ans. Comme l'informatique, elle a connu une évolution constante les systèmes lourds, peu flexibles et entièrement câblés du début laissent peu à peu la place à d'autres beaucoup plus légers, flexibles (orientés multipolice) et plus faciles à mettre en oeuvre (logique programmée). Deux facteurs en sont responsables. - Le premier a trait aux algorithmes employés : les premiers algorithmes, inspirés des méthodes connues de détection des signaux radio, ont laissé la place à des algorithmes basés sur l'analyse des caractères ; la structure de ceux-ci variant peu d'une police à l'autre, les machines deviennent du coup multipolice. - Le second est un facteur proprement technologique : l'avènement du microprocesseur. Il permet d'augmenter l'intelligence des algorithmes en les distribuant sur les différentes parties d'un même système. Les machines construites autour d' un seul processeur sont ainsi remplacées par d'autres, aussi rapides mais plus fiables et plus compactes, ayant une structure multiprocesseur.

L'émergence des systèmes pair-à-pair et la possibilité de réaliser des calculs et d'échanger des données par des services web conduit à des systèmes d'intégration de données à large échelle où l'évaluation de requêtes et d'autres traitements complexes sont réalisés par composition de services. Un problème important dans ce type de systèmes est l'absence de connaissances globales. Il est difficile par exemple de choisir le meilleur pair pour le routage des requêtes, le meilleur service lors de la composition de services ou de décider parmi les données locales à un pair celles à rafraîchir, à mettre en cache, etc. La notion de choix implique celle de classement. Bien qu'il soit possible de comparer et classer des entités d'après leur contenu ou d'autres métadonnées associées, ces techniques sont généralement basées sur des descriptions homogènes et sémantiquement riches. Une alternative intéressante dans le contexte d'un système à large échelle est le classement basé sur les liens qui exploite les relations entre les différentes entités et permet de faire des choix fondés sur des informations globales. Cette thèse présente un nouveau modèle générique de classement de services fondé sur leurs liens de collaboration. Nous définissons une importance globale de service en exploitant des connaissances spécifiques sur sa contribution aux autres services à travers les appels reçus et les données échangées. L'importance peut être calculée efficacement par un algorithme asynchrone sans génération de messages supplémentaires. La notion de contribution est abstraite et nous avons étudié son instanciation dans le cadre de trois applications: (i) le classement de services basé sur les appels où la contribution reflète la sémantique des services ainsi que leur utilisation avec le temps; (ii) le classement de services par l'utilisation des données où la contribution des services est fondée sur l'utilisation de leurs données pendant l'évaluation des requêtes dans un entrepôt distribué; (iii) la définition des stratégies de cache distribuées qui sont basées sur la contribution d'une mise en cache des données à réduire la charge du système.

Plusieurs méthodes d'optimisation sont proposées. Un algorithme original d'antialiassage rapide est présenté pour améliorer la qualité des images sans trop augmenter les temps de calcul. Une méthode de construction d'une table de couleurs variable par quantification des couleurs dans un OCTREE en utilisant le balayage de PEANS est étudiée.

K. E. Iverson a défini le langage APL en 1962 dans un ouvrage intitulé "A Programming Language". Malgré les difficultés nouvelles que posait ce langage aux implémenteurs, des interprètes APL furent rapidement disponibles chez I.B.M., d'abord à titre expérimental en 1965, puis commercialisés sur ordinateurs 1130 et 360 (R3,R7). En effet, ce langage s'était d'emblée révélé intéressant pour toutes les applications réclamant plus de programmation que de longs calculs. Depuis cette époque, d'autres interprètes APL ont vu le jour chez d'autres constructeurs (R 1,R2,R5). Réalisés pour la plupart sur de gros ordinateurs, ils réclament des ressources hors de proportion avec les moyens habituels des ingénieurs ou des étudiants. Parallèlement, de nombreuses recherches ont été menées pour tenter d'accélérer l'interprétation du langage. P.S. Abrams a, en premier, introduit certaines notions fondamentales d*optimisation et envisagé la construction d'un matériel muni d'un code machine très voisin du langage APL (I5). Plusieurs propositions tendant à restreindre le langage afin de pouvoir le compiler plus facilement ont été faites (IlO,Il3,Il5,Il6,Il8). Chez Hewlett Packard, un système APL a été réalisé et doté d*un compilateur dynamique incrémental générant à partir du langage source un code directement exécutable et pouvant être réutilisé. D'autres approches, moins théoriques, ont consisté à réaliser un maximum de fonctions possibles au niveau matériel, en microprogrammant un sous-interprète scalaire ou vectoriel et en rédigeant ensuite dans l'APL restreint ainsi obtenu l'interprète complet.

Ces travaux concernent les études des algorithmes d'une part pour prédire les quantités thermodynamiques et la structure secondaire des ARN, d'autre part pour l'alignement de séquences. Dans une première partie, nous appliquons un algorithme de Monte Carlo non-Boltzmann pour estimer la densité d'états d' énergie des structures secondaires d'une séquence d'ARN, ou d'une hybridation de deux molécules d'ARN. Nous montrons d'abord que la densité estimée par notre programme est aussi bonne que la densité exacte, et le temps d'exécution de notre pro- gramme est beaucoup plus rapide. Nous calculons ensuite la température de dénaturation d'une hybridation de deux molécules d'ARN. Nous montrons que nos températures de dénaturation sont plus proches des valeurs expérimentales que les deux autres programmes existants. Puis, dans une deuxième partie, nous implémentons un algorithmes de type programmation dynamique qui engendre des structures sous-optimales dans lesquelles, nous espérons de trouver les deux structures fonctionnelles de riboswitch. Nous appliquons d'abord notre programme sur un exemple du riboswitch TPP dans lequel nous avons réussi à détecter ses deux structures fonctionnelles. Nous montrons ensuite que les structures prédites par notre programme sont plus proches de la structure réelle que celles des cinq autres programmes existants. Enfin, dans une troisième partie, nous présentons un algorithme de recherche des alignements sous-optimaux de séquences. Dans le cas de protéines, nous nous intéressons surtout à l'amélioration de la qualité d'alignement de séquences pour un niveau d'identité de séquence de 10-15%. Nous comparons d'abord nos alignements à ceux produits par l'algorithme de Needman-Wunsch. Nous prédisons plus d'alignements de référence que l'algorithme de Needman-Wunsch. Nous calculons ensuite les fréquences des paires de bases alignées et les entropies de position spécifique dans nos alignements sous-optimaux. Nous montrons que les entropies calculées à partir de notre programme sont plus corrélées avec les positions des paires de résidus fiablement alignées selon BAliBASE.

Nous défendons la thèse selon laquelle la modélisation des Algorithmes Génétiques Coévolutionnaires (AGCs) sous forme de systèmes multi-agent organisationnels répond au manque d'expressivité en termes de structure, d'interactions et d'adaptation de ces algorithmes dans les modèles et plateformes existants. Dans cette optique nous introduisons MAS4EVO, Multi-Agent Systems for EVolutionary Optimization, un nouveau modèle agent (re-)organisationnel basé sur Moise+. MAS4EVO est implémenté dans DAFO (Distributed Agent Framework for Optimization), un framework multi-agent organisationnel permettant l'utilisation, la manipulation et la distribution d'AGCs existants et nouvellement créés (hybride et dynamique) pour l'optimisation de problèmes difficiles. Les expérimentations de ces AGCs ont été conduites sur deux problèmes d'optimisation métier, le premier étant un problème de gestion de stock et le second étant un problème de contrôle de topologie dans les réseaux ad hoc sans fil.

Le repliement d'une molécule d'ARN non-codant est initié et stabilisé par ce qu'on appelle les motifs tertiaires. Ces motifs sont présents de manière récurrente dans les ARN de différents organismes vivants; ce qui suggère que leur rôle biologique a été conservé à travers l'évolution. Un recensement exhaustif et détaillé de ces motifs récurrents, incluant nombre d'occurrences et variantes, est donc une étape essentielle pour une meilleure compréhension du phénomène de repliement. Ce recensement peut être obtenu de manière efficace grâce à des méthodes automatiques d'extraction. Un inconvénient majeur des méthodes existantes est que la récurrence d'un motif est démontrée lorsque les occurrences trouvées sont strictement identiques. Dans la réalité, ces occurrences ne sont pas toujours identiques mais similaires en ce sens qu'elles possèdent une sous-structure commune ayant des propriétés biologiques spécifiques. Dans notre approche, une structure tertiaire d'ARN est modélisée par un graphe général étiqueté sur les sommets et les arêtes. Les sommets représentent les nucléotides étiquetés par leur base et leur numéro dans la séquence. Les arêtes représentent les interactions entre les bases étiquetées par leur type d'interaction. Les occurrences d'un motif récurrent deviennent, selon ce modèle, des sous-graphes similaires dont la structure commune est a priori inconnue. Ce type de recherche fait appel au problème du sous-graphe commun maximum bien connu en complexité algorithmique pour être NP-difficile et inapproximable. Ce travail propose (1) une nouvelle mesure de similarité de graphe permettant d'identifier des occurrences similaires d'un motif tertiaire potentiel. Cette mesure est obtenue par un algorithme de calcul d'un sous-graphe commun maximum ayant des propriétés structurales spécifiques, (2) une nouvelle méthode automatique d'extraction et de classification de (familles de) motifs d'ARN récurrents utilisant la nouvelle mesure de similarité. Il existe deux types de motifs tertiaires récurrents : les motifs locaux incrustés dans des éléments de structure secondaire et les motifs d'interaction faisant intervenir deux ou plusieurs éléments de structure secondaire. La méthode d'extraction et classification proposée a été appliquée à un échantillon représentatif de structures d'ARN. Les résultats obtenus ont été expertisés par des biochimistes de l'Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IBMC) de Strasbourg.

Cette thèse concerne la conception optimale de systèmes robotisés à haute mobilité pour la chirurgie mini-invasive. Elle este basée sur un processus d'optimisation par algorithmes évolutionnaires mult-objectifs, couplés à une simulation réaliste de la tache chirurgicale qui prend en compte tous les paramètres nécessaires à l'évaluation fidèle des robots. Cette méthodologie de conception a été appliquée au geste de suture lors d'une procédure de pontage coronarien. Elle aboutit à l'obtention d'un instrument chirurgical robotisé adapté, doté de 9 degrés de liberté: DRIMIS. Un prototype en a été réalisé et ses performances cinématiques évaluées.

Ces travaux de thèse proposent une modélisation des structures secondaires d'ARN avec ou sans pseudonoeuds. Selon une approche combinatoire, nous concevons différents modèles de ces structures que nous étudions sous deux aspects. D'une part, nous définissons des modèles de génération aléatoire qui nous permettent de définir une mesure permettant une meilleure reconnaissance des structures biologiques. D'autre part, grâce à des codages appropriés et des bijections vers des langages représentés par des grammaires non-contextuelles, nous dénombrons les structures composant l'espace de prédiction des algorithmes exacts de prédiction de structures secondaires avec pseudonoeuds. La première partie concerne des modèles aléatoires de structures d'ARN sans pseudonoeuds. Nous montrons que ces structures aléatoires constituent une source de bruit pertinente lorsqu'il s'agit de déterminer si les logiciels de comparaison de structures attribuent un meilleur score à des comparaisons entre structures issues de la même famille d'ARN qu'à des alignements entre structures réelles et aléatoires. Nous comparons ensuite la sensibilité et la spécificité de RNAdistance, un programme de comparaison de structures, selon l'usage du score "brut" ou bien de la Z-valeur de ce score. Nous calculons plusieurs Z-valeurs selon différents modèles de structures aléatoires. Nous montrons que la Z-valeur calculée à partir d'un modèle de Markov améliore la détection des ARN de grande taille tandis que la Z-valeur calculée à partir d'un modèle basé sur des grammaires pondérées améliore la détection des ARN de petite taille. Nous nous intéressons ensuite, dans une deuxième partie, aux algorithmes de prédiction de structure secondaire avec pseudonoeuds. Nous complètons tout d'abord la classification de Condon et al. en décrivant les structures par leur graphe de cohérence et nous caractérisons également la restriction planaire de la classe de Rivas et Eddy. Nous étudions ensuite le compromis entre complexité des algorithmes existant et la taille de leur espace de prédiction. Nous dénombrons les structures en les codant par des mots de langages algébriques. Nous en déduisons alors des formules asymptotiques de dénombrement. Nous mettons aussi en évidence une bijection entre la classe de Lyngsø et Pedersen et des cartes planaires ainsi qu'une bijection entre la classe des pseudonoeuds indifférenciés, que nous avons introduite, et les arbres ternaires. Nous montrons alors que les différences de compléxité observées des algorithmes de prédiction ne sont pas toujours justifiées par la taille de l'espace de prédiction. A partir de ces grammaires, nous concevons des algorithmes efficaces de génération aléatoire, uniforme ou non uniforme contrôlée, de structures d'ARN avec pseudonoeuds.

La présente étude concerne l'étude d'optimisation thermique d'une machine électrique. Un modèle nodal est utilisé pour la simulation du champ de température. Ce modèle résout l'équation de la chaleur en trois dimensions, en coordonnées cylindriques et en régime transitoire ou permanent. On prend en compte les deux mécanismes de transport les plus importants : La conduction et la convection. L'évaluation de ce modèle est effectuée par l'intermédiaire de 13 valeurs de débits de référence. C'est en faisant varier ces variables qu'on évalue la performance du refroidissement dans la machine. Avant de partir sur l'étude d'optimisation de cettegéométrie, on a lancé une étude d'optimisation d'un cas plus simple afin de mieux comprendre les différents outils d'optimisation disponibles. L'expérience acquise avec les cas simples est utilisée dans l'optimisation thermique de la machine. La machine est thermiquement évaluée sur la combinaison de deux critères : la température maximale et la température moyenne. Des contraintes ont été additionnées afin d'obtenir des résultats physiquement acceptables. Le problème est résolu à l'aide des méthodes de gradient (Active-set et Point-Intérieur) et des Algorithmes Génétiques.