Le développement de créatures artificielles est un domaine de recherche en plein essor. Depuis plus de vingt ans maintenant, de nombreuses techniques sont apparues afin de simuler à plusieurs niveaux des êtres artificiels : en commençant par la simulation de leur comportement au début des années 90, on a ensuite continué en modifiant leur morphologie pour qu'elle soit adaptée à leur environnement. Plus récemment, l'embryogenèse artificielle s'inspire des mécanismes de développement du vivant afin de générer de petites créatures de quelques dizaines à plusieurs centaines de cellules. Le but de ces systèmes est d'une part de mieux comprendre le vivant mais aussi de produire des modèles comportementaux pour les futurs robots modulaires. Après avoir étudié ces différents niveaux de simulation, nous nous sommes aperçus qu'il n'existait pas de modèle transversal permettant une simulation à plusieurs échelles des créatures. Le but de ces travaux est de développer une créature complète en partant d'une cellule unique, possédant différents organes et des fonctionnalités haut niveau. Le but de cette thèse est de construire le modèle chimique de cet ensemble de simulateurs. Nous avons ainsi proposé un modèle basé sur une forte simplification du modèle de développement naturel. Les créatures devront de plus intégrer un métabolisme afin de pouvoir extraire de l'énergie des différents constituants de son environnement. Ce métabolisme est trop souvent oublié dans les modèles de développement de la littérature bien qu'il soit à la base de la vie de tous les êtres vivants. A travers différentes expérimentations que nous avons effectuées, nous avons prouvé que ce modèle est capable de produire différents organes et de les assembler afin de créer un organisme plus complexe. Nous avons aussi montré la possibilité à produire une forme particulière. Enfin, nous avons observé d'importantes capacités d'auto-réparation inhérentes au modèle. Ce modèle de développement est un premier simulateur qui sera inclu dans un ensemble de simulateurs agissants à différentes échelles de la créature. Comme nous le verrons dans les perspectives de ces travaux, nous avons commencé à imaginer un simulateur physique et un simulateur hydrodynamique permettant de plonger une créature en train de se développer dans un monde physique aux lois newtoniennes et un monde hydrodynamique répondant aux équations de Navier et Stokes.

Les grilles et les grappes sont des architectures de plus en plus utilisées dans le domaine du calcul scientifique distribué. Le nombre important de constituants hétérogènes (processeurs, mémoire, interconnexion) dans ces architectures dynamiques font que le risque de défaillance est très important. Compte tenu de la durée considérable de l'exécution d'une application parallèle distribuée, ce risque de défaillance doit être contrôlé par l'utilisation de technique de tolérance aux pannes. <br />Dans ce travail, la représentation de l'état de l'exécution d'un programme parallèle est un graphe, dynamique, de flot de données construit à l'exécution. Cette description du parallélisme est indépendante du nombre de ressources et donc exploitée pour résoudre les problèmes liés à la dynamicité des plateformes considérées. La définition de formats portables pour la représentation des noeuds du graphe résout les problèmes d'hétérogénéité. La sauvegarde du graphe de flot de données d'une application durant son exécution sur une plateforme, constitue des points de reprise pour cette application. Par la suite, une reprise est possible sur un autre type ou nombre de processus. Deux méthodes de sauvegarde / reprise, avec une analyse formelle de leurs complexités, sont présentées : SEL (Systematic Event Logging) et TIC (Theft-Induced Checkpointing). Des mesures expérimentales d'un prototype sur des applications caractéristiques montrent que le surcoût à l'exécution peut être amorti, permettant d'envisager des exécutions tolérantes aux pannes qui passent à l'échelle.

La communication de groupe est un dispositif crucial pour le calcul haute performance notamment sur les grilles de calculs. Tandis que les bibliothèques issues des travaux antérieurs imposent des contraintes spécifiques aux programmeurs (par exemple l'utilisation d'interfaces consacrées) pour effectuer des communications de groupes, cette thèse présente un mécanisme qui se veut plus flexible. En particulier, nous proposons un modèle, où, étant donnée une classe Java, les communications de groupes sont déclanchées par appel aux méthodes publiques de la classe en conservant la notation pointée; de cette façon les communications et les groupes deviennent typés. De plus, des groupes sont automatiquement construits pour collecter les résultats d'une opération collective. Ce système est basé sur un Protocole à Méta-Objets. Cela permet une notation objet et une gestion dynamique des résultats (ex: B groupB = groupA.foo();). Cette flexibilité permet également de gérer les résultats qui sont eux mêmes des groupes d'objets accessibles à distance, et d'utiliser un groupe comme paramètre d'appel de méthode pour que ses membres soient distribués entre les membres d'un groupe d'appel. De plus, des groupes hiérarchiques peuvent être facilement et dynamiquement construits : une importante fonctionnalité de déploiement dans un contexte de grilles. Des mesures de performances et une application numérique démontrent la viabilité de l'approche. Nos derniers travaux mènent à un style de programmation SPMD (Single Program Multiple Data) orienté-objet basé sur les communications de groupes typés et qui permet un contrôle étendu sur des applications de calculs intensifs tout en préservant les bénéfices d'une approche typée. Les groupes d'objets soutenant le calcul distribué sont organisés selon une topologie, c'est à dire l'ajout de la notion d'une identification pour chaque membre dans le groupe SPMD et la possibilité de référencer facilement ses voisins. Les opérations collectives ont été revisitées et étendues par des barrières de synchronisation de façon à fournir un modèle complet de programmation SPMD orienté-objet.

Cette thèse présente un ensemble d'objectifs dont le fil conducteur est le programme Décrypthon (projet tripartite entre l'AFM, le CNRS et IBM) où les applications et les besoins ont évolué au fur et à mesure de l'avancée de nos travaux. Dans un premier temps nous montrerons le rôle d'architecte que nous avons endossé pour la conception de la grille Décrypthon. Les ressources de cette grille sont supportées par les cinq universités partenaires (Bordeaux I, Lille I, ENS-Lyon, Pierre et Marie Curie Paris VI et Orsay), ainsi que le réseau RENATER (Réseau National de Télécommunications pour l'Enseignement et la Recherche), sur lequel est connecté l'ensemble des machines. Le Centre de ressources informatiques de Haute Normandie (CRIHAN) participe également au programme, il héberge les données volumineuses des projets scientifiques. Nous présenterons ensuite les expériences que nous avons effectuées sur l'intergiciel DIET afin de tester ses propriétés de façon à explorer sa stabilité dans un environnement à grande échelle comme Grid'5000. Nous nous sommes intéressés, en outre, au projet "Help Cure Muscular Dystrophy", un des projets sélectionnés par le programme Décrypthon. Nous avons conduit des expériences dans le but de préparer la première phase de calcul sur la grille de volontaires "World Community Grid". Nous dévoilerons l'ensemble des étapes qui ont précédées et suivies la première phase calculatoire qui a demandé quelques 80 siècles de temps processeur. Pour terminer, nous avons développé une fonctionnalité à l'intergiciel DIET, le rendant capable de gérer l'exécution de tâches ayant des dépendances. Nous nous sommes intéressés à développer des algorithmes prenant en compte plusieurs applications qui demandent l'accès aux mêmes ressources de manière concurrente. Nous avons validé cette fonctionnalité avec des applications issues des projets du programme Décrython. Ces travaux ont nécessité un développement logiciel important, d'une part sur les applications du Décrypthon elles-mêmes et sur leur portage afin de rendre transparente leur utilisation sur la grille Décrypthon, mais aussi au niveau de l'intergiciel DIET et son écosystème : DIET_Webboard, VizDIET, GoDIET, LogService, MA_DAG, etc. Les résultats présentés ont été obtenus sur trois grilles mises à notre disposition: la grille universitaire du Décrypthon, la grille d'internautes (World Community Grid) et la grille expérimentale Grid'5000.

Dans cette thèse nous présentons un environnement décentralisé pour la mise en oeuvre des calcul intensif sur grille. Nous nous intéressons à des applications dans les domaines de la simulation numérique qui font appel à des modèles de type parallélisme de tâches et qui sont résolues par des méthodes itératives parallèles ou distribuées; nous nous intéressons aussi aux problèmes de planification. Mes contributions se situent au niveau de la conception et la réalisation d'un environnement de programmation GRIDHPC. GRIDHPC permet l'utilisation de tous les ressources de calcul, c'est-à-dire de tous les coeurs des processeurs multi-coeurs ainsi que l'utilisation du protocole de communication RMNP pour exploiter simultanément différents réseaux hauts débits comme Infiniband, Myrinet et aussi Ethernet. Notons que RMNP peut se reconfigurer automatiquement et dynamiquement en fonction des exigences de l'application, comme les schémas de calcul, c.-à-d, les schémas itératifs synchrones ou asynchrones, des éléments de contexte comme la topologie du réseau et le type de réseau comme Ethernet, Infiniband et Myrinet en choisissant le meilleur mode de communication entre les noeuds de calcul et le meilleur réseau. Nous présentons et analysons des résultats expérimentaux obtenus sur des grappes de calcul de la grille Grid5000 pour le problème de l'obstacle et le problème de planification. / This thesis aims at designing an environment for the implementation of high performance computing applications on Grid platforms. We are interested in applications like loosely synchronous applications and pleasingly parallel applications. For loosely synchronous applications, we are interested in particular in applications in the domains of numerical simulation that can be solved via parallel or distributed iterative methods, i.e., synchronous, asynchronous and hybrid iterative method; while, for pleasingly parallel applications, we are interested in planning problems. Our thesis work aims at designing the decentralized environment GRIDHPC. GRIDHPC exploits all the computing resources (all the available cores of computing nodes) using OpenMP as well as several types of networks like Ethernet, Infiniband and Myrinet of the grid platform using the reconfigurable multi network protocol RMNP. Note that RMNP can configure itself automatically and dynamically in function of application requirements like schemes of computation, i.e., synchronous or asynchronous iterative schemes, elements of context like network topology and type of network like Ethernet, Infiniband and Myrinet by choosing the best communication mode between computing nodes and the best network. We present and analyze a set of computational results obtained on Grid5000 platform for the obstacle and planning problems.