Avec l'évolution des techniques de reconfiguration partielle pour les systèmes embarqués, le besoin d'un modèle de description capable de représenter ces comportements émerge. La plupart des outils disponibles sur le marché, tant académiques qu'industriels, ne prennent pas en compte la modélisation des systèmes à structure dynamique. L'émergence de la modélisation à évènements discrets, notamment Discrete Event System Specification (DEVS), propose des outils formels pour représenter et simuler des modèles. DEVS propose déjà des extensions capable de prendre en compte la modélisation à structure dynamique. Néanmoins, les possibilités offertes par ces extensions rencontrent certaines limites. En particulier, elles ne proposent pas de moyen de gérer l'aspect contexte des composants. De plus, les formalismes existants n'ont pas intégré l'approche ingénierie système. L'ingénierie système met en place des procédures intéressantes, notamment l'architecture dirigée par les modèles, qui propose de séparer la description du système de sa plateforme d'exécution. Un modèle spécifique à une plateforme est ainsi la résultante d'un modèle de description de la plateforme combiné avec un modèle d'application indépendant de toute plateforme. Pour répondre à ces besoins, nous proposons un formalisme de description de modèles prenant en compte ces deux aspects : la modélisation à structure dynamique, et l'ingénierie système. Ce formalisme est basé sur DEVS, et nommé Partially Reconfigurable Discrete Event System Specification (PRDEVS). PRDEVS permet de représenter les modèles à structure dynamique indépendamment de la plateforme de simulation. L'approche présentée peut être appliquée à différents types de cibles, tels le logiciel et le matériel reconfigurable. Cette thèse présente des mises en oeuvre du formalisme abstrait sur ces deux types de plateformes, démontrant ainsi sa capacité à être déployé sur des plateformes réelles. / As partially reconfigurable technologies develop for embedded systems, the need for a proper model to describe its behavior emerges. Most academic and industrial tools available on the market does not address dynamic structure modeling. The arising of discrete-event modeling, in particular, Discrete Event System Specification (DEVS), propose formal tools for representing and simulating models. DEVS has already extension which handles the dynamic structure modeling. However, the capacities of these existing formalism have limitations. Notably, they do not address the components context aspect. Also, the existing formalisms have not integrated the system engineering approach. System engineering brings beneficial procedures, notably modeldriven architecture which proposes to separate the system description from its execution target. A platform-specific model is formed from a platformdescription model coupled with a platform independent model. To address these needs, we propose a model description formalism which takes into consideration these two aspects: dynamic structure modeling and system engineering. This formalism is based on DEVS and called Partially Reconfigurable Discrete Event System Specification (PRDEVS). PRDEVS allows to represent dynamic-structure models independently from the simulation platform. The presented approach can be applied to different types of targets, such as software and reconfigurable hardware. This thesis addresses these two kinds of platforms, demonstrating the suitability of the abstract formalism to actual platforms.

L’évolution du commerce international et la croissance des échanges intercontinentaux ont créé un besoin constant pour le transport de marchandises. Dans ce contexte, le transport maritime a connu un grand engouement vu son efficience pour la mobilité de grande quantité de marchandises. Ce mode de transport a été révolutionné par l’introduction des conteneurs, et le développement de nouvelles plateformes multimodales : les terminaux à conteneurs (TC), spécialisés dans la manutention des conteneurs. Ces derniers sont souvent soumis à des contraintes et des exigences qu'ils doivent satisfaire en termes d'efficience, de sécurité et de sûreté de fonctionnement. L’objectif de cette thèse est de gérer les risques liés au transport des conteneurs dans un TC tout en prenant en compte l’aspect collaboratif au niveau d’une chaîne logistique et les activités qui pourraient être réalisées en amont de la livraison des conteneurs. Ceci en garantissant une réconciliation des aspects gestion des risques et performance dans un TC. La mise en œuvre est basée sur une approche multi-paradigme permettant l’urbanisation du système de traçabilité GOST (Géo-localisation Optimisation et Sécurité de Transport) et le développement d’un Système de Gestion d’un Terminal à Conteneurs (SGTC). Concernant la gestion des risques liés au transport des conteneurs, une solution a été proposée en se basant sur la traçabilité et la géo-localisation en s’appuyant sur le système GOST moyennant son urbanisation, le concept de produit intelligent et des architectures orientées services. Le but de cette solution est d’améliorer la collecte des informations relatives à la gestion des risques fournies par les acteurs de la chaîne logistique. Pour ce faire, nous avons tout d’abord procédé à une urbanisation du système GOST afin de l’adapter aux nouvelles exigences. Ensuite, nous avons proposé un enrichissement du concept de produit intelligent afin de développer un modèle du conteneur intelligent approprié. Enfin, nous avons employé les architectures dirigées par les modèles afin d’automatiser la génération du code des services web pour la collecte des données de traçabilité. A cet effet, deux approches pour l’interfaçage du conteneur intelligent aux différents services web ont été proposées. La première est basée sur l’orchestration des services selon la logique des processus métiers. Quant à la seconde, elle est fondée sur l’utilisation d’un bus de communication l’ESB : Entreprise Service Bus.Toutes ces solutions sont intégrées dans le système SGTC qui s’appui sur la technologie Agent. Ce système intègre une approche de gestion des risques et l’évaluation de la performance du TC. L’approche de gestion des risques est basée sur deux processus. Le premier traite le ciblage des conteneurs suspects et est bâti autour d’un système expert enrichi par une méthode d’apprentissage forcé : l’algorithme Apriori. Le second prend en charge la vérification de la ségrégation spatiale durant l’entreposage. Enfin, une étude de cas a été réalisée afin de valider la solution proposée ainsi qu’une simulation pour l’évaluation de la performance. / The international trade evolution and the growth of intercontinental commercial exchanges have created an ongoing need for goods’ transport. In this context, maritime transport knew an enormous craze due to its efficiency for shipping large quantities of goods. This mode of transport has been revolutionized by the introduction of containers and the development of new multimodal platforms specialized in container handling: Container Terminals (CT). These CTs are subject to a set of constraints and requirements that must be satisfied in terms of efficiency, safety, and dependability. This thesis aims to manage the risks related to containers transport in a CT taking into account the collaborative aspect of the supply chain and the activities carried out before the containers’ delivery. Furthermore, it tackles reconciliation of the risk management aspect and performance aspect in CT. The implementation is based on a multi-paradigm approach for the urbanization of GOST traceability system (Geo-localization, Optimization, Securing, and Transport) and the development of a Container Terminal Management System (CTMS). For the risk management related to containers transport, we proposed a tracking and tracing solution based on the urbanization of GOST system, intelligent product concept and service-oriented architectures. This solution aims to improve the collection of information needed for risk management, which are provided by the supply chain actors. For this purpose, first of all, we propose an urbanization of the GOST system to fit t risk management requirements. In a second step, we define an improved intelligent product concept to develop an appropriate intelligent container model. Finally, we used the model driven architectures to automate code generation of web services needed to collect traceability data. For this purpose, two approaches for interfacing the intelligent container to different web services have been proposed. The first is based on services orchestration using business process. The second is founded on the configuration of an Enterprise Service Bus (ESB). All these solutions are integrated in the CTMS system. This system is developed using the Agent technology and aims to integrate risk management approach and the evaluation of the CT performance. Our risk management approach is based on two processes. The first deals with the suspicious containers targeting and it is based on an expert system enriched by a forced learning method: the Apriori algorithm. The second supports the verification of spatial segregation during storage. Finally, a case study was carried out to validate the proposed solution as well as a simulation to evaluate the performance.

En génie logiciel, les méthodes modernes de développement (ex. le MDA) s'appuient de manière cruciale sur les notions de modélisation et de transformation. Ces méthodes peuvent s'interpréter à l'aide de la théorie des graphes. La difficulté théorique réside aujourd'hui dans l'ajout sur ces graphes de données supplémentaires sur lesquelles il est nécessaire de pouvoir effectuer des calculs. Notre travail s'est focalisé sur le développement d'un cadre mathématique sûr afin d'appliquer ces transformations. Les théories des catégories (à travers le double pushout) et des types inductifs (fonctions de calcul très expressives) nous ont permis de donner une solution unifiée à ce problème dans laquelle une seule opération permet de travailler sur la structure et de calculer avec les attributs en définissant des fonctions entre graphes possédant une partie contravariante pour le travail sur les attributs. De plus, les propriétés usuelles des systèmes de récriture sont vérifiées.

La complexité croissante des systèmes d'information modernes a motivé l'apparition de nouveaux paradigmes (objets, composants, services, etc), permettant de mieux appréhender et maîtriser la masse critique de leurs fonctionnalités. Ces systèmes sont construits de façon modulaire et adaptable afin de minimiser les temps d'arrêts dus aux évolutions ou à la maintenance de ceux-ci. Afin de garantir des propriétés non fonctionnelles (par ex. maintien du temps de réponse malgré un nombre croissant de requêtes), ces systèmes sont également amenés à être distribués sur différentes ressources de calcul (grilles). Outre l'apport en puissance de calcul, la distribution peut également intervenir pour distribuer une tâche sur des nœuds aux propriétés spécifiques. C'est le cas dans le cas des terminaux mobiles proches des utilisateurs ou encore des objets et capteurs connectés proches physiquement du contexte de mesure. L'adaptation d'un système et de ses ressources nécessite cependant une connaissance de son état courant afin d'adapter son architecture et sa topologie aux nouveaux besoins. Un nouvel état doit ensuite être propagé à l'ensemble des nœuds de calcul. Le maintien de la cohérence et le partage de cet état est rendu particulièrement difficile à cause des connexions sporadiques inhérentes à la distribution, pouvant amener des sous-systèmes à diverger. En réponse à ces défi scientifiques, cette thèse propose une abstraction de conception et de déploiement pour systèmes distribués dynamiquement adaptables, grâce au principe du Model@Runtime. Cette approche propose la construction d'une couche de réflexion distribuée qui permet la manipulation abstraite de systèmes répartis sur des nœuds hétérogènes. En outre, cette contribution introduit dans la modélisation des systèmes adaptables la notion de cohérence variable, permettant ainsi de capturer la divergence des nœuds de calcul dans leur propre conception. Cette couche de réflexion, désormais cohérente "à terme", permet d'envisager la construction de systèmes adaptatifs hétérogènes, regroupant des nœuds mobiles et embarqués dont la connectivité peut être intermittente. Cette contribution a été concrétisée par un projet nommé ''Kevoree'' dont la validation démontre l'applicabilité de l'approche proposée pour des cas d'usages aussi hétérogènes qu'un réseau de capteurs ou une flotte de terminaux mobiles. / The growing complexity of modern IT systems has motivated the development of new paradigms (objects, components, services,...) to better cope with the critical size of their functionalities. Such systems are then built as a modular and dynamically adaptable compositions, allowing them to minimise their down-times while performing evolutions or fixes. In order to ensure non-functional properties (i.e. request latency) such systems are distributed across different computation nodes. Besides the added value in term of computational power (cloud), this distribution can also target nodes with dedicated properties such as mobile nodes and sensors (internet of things), physically close to users for interactions. Adapting a system requires knowledge about its current state in order to adapt its architecture to its evolving needs. A new state must be then disseminated to other nodes to synchronise them. Maintaining its consistency and sharing this state is a difficult task especially in case of sporadic connexions which lead to divergent state between sub-systems. To tackle these scientific problems, this thesis proposes an abstraction to design and deploy distributed adaptive systems following the Model@Runtime paradigm. From this abstraction, the proposed approach allows defining a distributed reflexive layer to manipulate heterogeneous distributed nodes. In particular, this contribution introduces variable consistencies in model definition and divergence in system conception. This reflexive layer, eventually consistent allows the construction of distributed adapted systems even on mobile nodes with intermittent connectivity. This work has been realized in an open source project named Kevoree, and validated on various distributed systems ranging from sensor networks to “cloud” computing.

Dans ce travail, une approche pour la spécification, la vérification formelle et la mise en oeuvre de services Web composés est proposée. Il s'agit d'une approche dirigée par les modèles fidèle aux principes de MDA définis par l'OMG. Elle permet au développeur de s'abstraire des difficultés liées à l'implémentation en travaillant sur les modèles de haut niveau, indépendants de la plateforme ou de la technologie d'implémentation cible. Les modèles sont réalisés à l'aide du langage de modélisation UML. Plus précisément, une extension à UML nommée UML-S est proposée pour adapter le langage au domaine de la composition de services. Les modèles UML-S sont suffisamment expressifs et précis pour être directement transformés en code exécutable tout en conservant leur lisibilité. Ces modèles peuvent également être transformés en descriptions formelles LOTOS afin de procéder à leur vérification formelle. L'approche proposée contribue à réduire les temps et les coûts de développement tout en assurant la fiabilité des services composés.

La complexité croissante des systèmes d'information modernes a motivé l'apparition de nouveaux paradigmes (objets, composants, services, etc), permettant de mieux appréhender et maîtriser la masse critique de leurs fonctionnalités. Ces systèmes sont construits de façon modulaire et adaptable afin de minimiser les temps d'arrêts dus aux évolutions ou à la maintenance de ceux-ci. Afin de garantir des propriétés non fonctionnelles (par ex. maintien du temps de réponse malgré un nombre croissant de requêtes), ces systèmes sont également amenés à être distribués sur différentes ressources de calcul (grilles). Outre l'apport en puissance de calcul, la distribution peut également intervenir pour distribuer une tâche sur des nœuds aux propriétés spécifiques. C'est le cas dans le cas des terminaux mobiles proches des utilisateurs ou encore des objets et capteurs connectés proches physiquement du contexte de mesure. L'adaptation d'un système et de ses ressources nécessite cependant une connaissance de son état courant afin d'adapter son architecture et sa topologie aux nouveaux besoins. Un nouvel état doit ensuite être propagé à l'ensemble des nœuds de calcul. Le maintien de la cohérence et le partage de cet état est rendu particulièrement difficile à cause des connexions sporadiques inhérentes à la distribution, pouvant amener des sous-systèmes à diverger. En réponse à ces défi scientifiques, cette thèse propose une abstraction de conception et de déploiement pour systèmes distribués dynamiquement adaptables, grâce au principe du Model@Runtime. Cette approche propose la construction d'une couche de réflexion distribuée qui permet la manipulation abstraite de systèmes répartis sur des nœuds hétérogènes. En outre, cette contribution introduit dans la modélisation des systèmes adaptables la notion de cohérence variable, permettant ainsi de capturer la divergence des nœuds de calcul dans leur propre conception. Cette couche de réflexion, désormais cohérente "à terme", permet d'envisager la construction de systèmes adaptatifs hétérogènes, regroupant des nœuds mobiles et embarqués dont la connectivité peut être intermittente. Cette contribution a été concrétisée par un projet nommé ''Kevoree'' dont la validation démontre l'applicabilité de l'approche proposée pour des cas d'usages aussi hétérogènes qu'un réseau de capteurs ou une flotte de terminaux mobiles.

L'ingénierie des systèmes complexes et systèmes de systèmes conduit souvent à des activités de modélisation (MA) complexes. Les problèmes soulevés par les MA sont notamment : comprendre le contexte dans lequel elles sont exécutées, comprendre l'impact sur les cycles de vie des modèles qu'elles produisent, et finalement trouver une approche pour les maîtriser. L'objectif principal de cette thèse est d'élaborer une approche formelle pour adresser ce problème. Dans cette thèse, après avoir étudié les travaux connexes en ingénierie système et plus spécifiquement ceux qui portent sur la co-ingénierie du système à faire (le produit) et du système pour faire (le projet), nous développons une méthodologie nommée MODEF pour traiter ce problème. MODEF consiste en: (1) Caractériser les MA comme un système et plus généralement une fédération de systèmes. (2) Construire de manière itérative une architecture de ce système via la modélisation du contenu conceptuel des modèles produits par MA et leur cycle de vie, les tâches réalisées au sein des MA et leurs effets sur ces cycles de vie. (3) Spécifier les attentes sur ces cycles de vie. (4) Analyser les modèles (des MA) par rapport à ces attentes (et éventuellement les contraintes sur les tâches) pour vérifier jusqu'à quel point elles sont atteignables via la synthèse des points (ou états) acceptables. D'un point de vue pratique, l'exploitation des résultats de l'analyse permet de contrôler le déroulement des tâches de modélisation à partir de la mise en évidence de leur impact sur les modèles qu'elles produisent. En effet, cette exploitation fournit des données pertinentes sur la façon dont les MA se déroulent et se dérouleraient de bout en bout. A partir de ces informations, il est possible de prendre des mesures préventives ou correctives. Nous illustrons cela à l'aide de deux cas d'étude (le fonctionnement d'un supermarché et la modélisation de la couverture fonctionnelle d'un système). D'un point de vue théorique, les sémantiques formelles des modèles des MA et le formalisme des attentes sont d'abord données. Ensuite, les algorithmes d'analyse et d'exploitation sont présentés. Cette approche est brièvement comparée avec des approches de vérification des modèles et de synthèse de systèmes. Enfin, deux facilitateurs de la mise en œuvre de MODEF sont présentés. Le premier est une implémentation modulaire des blocs de base de MODEF. Le second est une architecture fédérée (FA) des modèles visant à faciliter la réutilisation des modèles formels en pratique. La formalisation de FA est faite dans le cadre de la théorie des catégories. De ce fait, afin de construire un lien entre abstraction et implémentation, des structures de données et algorithmes de base sont proposés pour utiliser FA en pratique. Différentes perspectives sur les composantes de MODEF concluent ce travail. / The engineering of complex systems and systems of systems often leads to complex modelling activities (MA). Some challenges exhibited by MA are: understanding the context where they are carried out and their impacts on the lifecycles of models they produce, and ultimately providing a support for mastering them. How to address these challenges with a formal approach is the central challenge of this thesis. In this thesis, after discussing the related works from systems engineering in general and the co-engineering of the system to be made (product) and the system for make (project) systems specifically, we position and develop a methodology named MODEF, that aims to master the operation of MA. MODEF consists in: (1) characterizing MA as a system (and more globally as a federation of systems) in its own right; (2) iteratively architecting this system through: the modelling of the conceptual content of the models produced by MA and their life cycles, the tasks carried out within MA and their effects on these life cycles; (3) specifying the expectations over these life cycles and; (4) analysing models (of MA) against expectations (and possibly tasks constraints) - to check how far expectations are achievable - via the synthesis of the acceptable behaviours. On a practical perspective, the exploitation of the results of the analysis allows figuring out what could happen with the modelling tasks and their impacts on the whole state of models they handle. We show on two case studies (the operation of a supermarket and the modelling of the functional coverage of a system) how this exploitation provides insightful data on how the system is end-to-end operated and how it can behave. Based on this information, it is possible to take some preventive or corrective actions on how the MA are carried out. On the foundational perspective, the formal semantics of three kinds of involved models and the expectations formalism are first discussed. Then the analysis and exploitation algorithms are presented. Finally this approach is roughly compared with model checking and systems synthesis approaches. Last but not least, two enablers whose first objectives are to ease the implementation of MODEF are presented. The first one is a modular implementation of MODEF's buildings blocks. The second one is a federated architecture (FA) of models which aims to ease working with formal models in practice. Despite the fact that FA is formalised within the abstract framework of category theory, an attempt to bridge the gap between abstraction and implementation is sketched via some basic data structures and base algorithms. Several perspectives related to the different components of MODEF conclude this work.