Ce travail de thèse s'est intéressé à la validité des modèles de simulation dans le cadre du développement des systèmes complexes et critiques. Une analyse de l'approche d'ingénierie système, et plus particulièrement de l'aspect modélisation et simulation, a permis de constater qu'il est impossible d'établir de façon directe la validité du modèle de simulation. De nombreux points sont à l'origine de cette impossibilité, comme une mauvaise formulation des objectifs de simulation, une incohérence implémentatoire, les limites du moteur de simulation, etc. La validité d'un modèle de simulation étant définie pour un objectif de simulation, il est apparu important de proposer une approche globale de la M&S, associant un ensemble d'outils capables de détecter des incohérences entre les objectifs de simulation et les modèles du système d'intérêt. Ces outils, à destination de l'utilisateur de la simulation, permettent l'amélioration du niveau de confiance dans le modèle de simulation et donc dans les résultats de simulation. Notre étude se base sur la théorie de la M&S telle que proposée par B.P. Zeigler. En considérant le concept de cadre expérimental qui y est introduit, nous avons pu proposer un cadre méthodologique capable d'exprimer les objectifs de simulation de manière claire. Ce cadre méthodologique nous permet d'étudier les problématiques d'application et d'accommodation de la M& S que nous regroupons sous la problématique de compatibilité. Ainsi, notre premier objectif a été de proposer une approche capable de mesurer l'incohérence entre les objectifs de simulation et le modèle du système. En s'appuyant sur les méthodes formelles et la théorie des automates, nous avons établi un ensemble de métriques capables de mesurer le degré de compatibilité dynamique entre cadre expérimental et modèle du système d'intérêt. Pour cela, nous étudions en premier lieu la compatibilité dynamique entre automates à interface en utilisant la décomposition en arbre. Montrant les limites d'une telle approche, nous sommes passé à l'étude de la compatibilité entre modèles DEVS en utilisant la génération de graphes de classe, autrement appelés graphes d'atteignabilité. Cette étude formelle de la compatibilité nous permet de proposer un ensemble de bonnes propriétés de la simulation. Nous proposons finalement une méthodologie qui permet de guider l'utilisateur de la simulation dans l'élaboration de métriques permettant de mesurer ce niveau de compatibilité. S'appuyant sur les concepts de l'ingénierie dirigée par les modèles, nous proposons un langage dédié à la simulation permettant de guider l'utilisateur de la simulation dans l'évaluation de la validité des modèles de simulation. / This work is focused on the validity of simulation models during development of complex and critical systems. The analysis of the system engineering approach and, especially the modeling and simulation aspect, showed that it was impossible to directly determine simulation models validity. Many aspects can cause this unattainability, such as bad formulation of simulation objectives, implementation inconsistency, limits of the simulation engine, etc. The validity of a simulation model being defined for a specific simulation goal, it seemed important to provide a global M&S approach, combining a set of tools to detect inconsistencies between objectives and models of the system under test. These tools, dedicated to the simulation user, allow to improve confidence level of the simulation model and thus in simulation results. Our study is based on the M& S theory as proposed by B.P. Zeigler. Using the concept of experimental frame, we are able to propose a methodological framework to express simulation objectives clearly. This allows us to study applicability and accommodation, witch we grouped under compatibility issue. Thus, our first objective was to propose an approach able to measure inconsistencies between experimental frame and model of the system. Based on formal methods and automata theory, we propose a set of metrics that measure the degree of dynamic compatibility between experimental frame and model system of interest. For this, we firstly study the dynamic compatibility between interface automata using tree decomposition. Showing limits of this approach, we studied compatibility between DEVS models using reachability graphs analysis. This formal study of the compatibility help us to propose a set of good properties of the simulation. Finally, we propose a methodology to guide the simulation user in metrics development to measure the compatibility level. Based on model-driven engineering approach, we propose a simulation dedicated language, to help users to asses the validity of simulation models.

La modélisation informatique et la simulation sont des activités de plus en plus répandues lors de la conception de systèmes complexes et critiques tels que ceux embarqués dans les avions. Une proposition pour la conception et réalisation d'abstractions compatibles avec les objectifs de simulation est présentée basés sur la théorie de l'informatique, le contrôle et le système des concepts d'ingénierie. Il adresse deux problèmes fondamentaux de fidélité dans la simulation, c'est-à-dire, pour une spécification du système et quelques propriétés d'intérêt, comment extraire des abstractions pour définir une architecture de produit de simulation et jusqu'où quel point le comportement du modèle de simulation représente la spécification du système. Une notion générale de cette fidélité de la simulation, tant architecturale et comportementale, est expliquée dans les notions du cadre expérimental et discuté dans le contexte des abstractions de modélisation et des relations d'inclusion. Une approche semi-formelle basée sur l'ontologie pour construire et définir l'architecture de produit de simulation est proposée et démontrée sur une étude d'échelle industrielle. Une approche formelle basée sur le jeu théorique et méthode formelle est proposée pour différentes classes de modèles des systèmes et des simulations avec un développement d'outils de prototype et cas des études. Les problèmes dans la recherche et implémentation de ce cadre de fidélité sont discutées particulièrement dans un contexte industriel. / In using Modeling and Simulation for the system Verification & Validation activities, often the difficulty is finding and implementing consistent abstractions to model the system being simulated with respect to the simulation requirements. A proposition for the unified design and implementation of modeling abstractions consistent with the simulation objectives based on the computer science, control and system engineering concepts is presented. It addresses two fundamental problems of fidelity in simulation, namely, for a given system specification and some properties of interest, how to extract modeling abstractions to define a simulation product architecture and how far does the behaviour of the simulation model represents the system specification. A general notion of this simulation fidelity, both architectural and behavioural, in system verification and validation is explained in the established notions of the experimental frame and discussed in the context of modeling abstractions and inclusion relations. A semi-formal ontology based domain model approach to build and define the simulation product architecture is proposed with a real industrial scale study. A formal approach based on game theoretic quantitative system refinement notions is proposed for different class of system and simulation models with a prototype tool development and case studies. Challenges in research and implementation of this formal and semi-formal fidelity framework especially in an industrial context are discussed.