L’introduction des nouvelles technologies de l’information et de la communication dans les systèmes automatisés entraîne un accroissement de la complexité des fonctions qu’ils supportent. Cet accroissement de la complexité a un impact sur la sécurité des systèmes. En effet, leurs propriétés ne sont plus réductibles aux propriétés de leurs constituants pris isolément mais émergent d’un réseau d’interactions entre ces constituants qui peut être à l’origine de comportements néfastes et difficiles à prévoir. Notre conviction est que le développement sûr de ces systèmes doit combiner des approches pragmatiques orientées « système », qui tiennent compte du facteur d'échelle réel d'une automatisation pour appréhender le fonctionnement global du système et son architecture, avec des approches plus formelles qui permettent de s’assurer que les propriétés intrinsèques des constituants contribuent efficacement au respect des exigences « système » formulées par les utilisateurs. Le travail présenté dans ce mémoire définit donc une approche méthodologique basée sur le formalisme SysML (System Modeling Language) permettant l’identification, la formalisation et la structuration d’exigences globales relatives à un système, puis leur projection, sous forme de propriétés invariantes, sur une architecture de composants. La vérification des exigences de sécurité, repose alors, d’une part, sur un raffinement prouvé (par theroem proving) des exigences « système » permettant d’établir leur équivalence avec un ensemble de propriétés intrinsèques relatives à chacun des composants, et d’autre part, sur la vérification formelle (par model checking) de ces propriétés intrinsèques. / Introduction of new information and communication technology in automated systems leads to a growth of safety functions complexity. System properties are not limited to components properties, they issued from an interactions network that can introduces bad behaviour. Our conviction is that a safe development of such system must involve system oriented approaches in order to apprehend system global behaviour and architecture and more formal approaches allowing verifying that components properties satisfy end users system requirements We define a methodological approach based on SysML formalism (System Modelling Language) allowing global system requirements identification; formalisation and structuring in order to project these requirements on the system components architecture and so obtain local components properties. Then safety requirements verification is based in one hand on proved refinement (using theorem proving) of system requirements to components properties; and, in the other hand, on the formal verification (using model checking) of these components properties.

Au cours de ces dernières années, la sécurité des Systèmes d'Information (SI) est devenue une préoccupation importante, qui doit être prise en compte dans toutes les phases du développement du SI, y compris dans la phase initiale de l'ingénierie des exigences (IE). Prendre en considération la sécurité durant les premières phases du développement des SI permet aux développeurs d'envisager les menaces, leurs conséquences et les contre-mesures avant qu'un système soit mis en place. Les exigences de sécurité sont connues pour être "les plus difficiles des types d’exigences", et potentiellement celles qui causent le plus de risque si elles ne sont pas correctes. De plus, les ingénieurs en exigences ne sont pas principalement intéressés à, ou formés sur la sécurité. Leur connaissance tacite de la sécurité et leur connaissance primitive sur le domaine pour lequel ils élucident des exigences de sécurité rendent les exigences de sécurité résultantes pauvres et trop génériques. Cette thèse explore l'approche de l’élucidation des exigences fondée sur la réutilisation de connaissances explicites. Tout d'abord, la thèse propose une étude cartographique systématique et exhaustive de la littérature sur la réutilisation des connaissances dans l'ingénierie des exigences de sécurité identifiant les différentes formes de connaissances. Suivi par un examen et une classification des ontologies de sécurité comme étant la principale forme de réutilisation. Dans la deuxième partie, AMAN-DA est présentée. AMAN-DA est la méthode développée dans cette thèse. Elle permet l’élucidation des exigences de sécurité d'un système d'information spécifique à un domaine particulier en réutilisant des connaissances encapsulées dans des ontologies de domaine et de sécurité. En outre, la thèse présente les différents éléments d'AMAN-DA : (I) une ontologie de sécurité noyau, (II) une ontologie de domaine multi-niveau, (iii) des modèles syntaxique de buts et d’exigences de sécurité, (IV) un ensemble de règles et de mécanismes nécessaires d'explorer et de réutiliser la connaissance encapsulée dans les ontologies et de produire des spécifications d’exigences de sécurité. La dernière partie rapporte l'évaluation de la méthode. AMAN-DA a été implémenté dans un prototype d'outil. Sa faisabilité a été évaluée et appliquée dans les études de cas de trois domaines différents (maritimes, applications web, et de vente). La facilité d'utilisation et l’utilisabilité de la méthode et de son outil ont également été évaluées dans une expérience contrôlée. L'expérience a révélé que la méthode est bénéfique pour l’élucidation des exigences de sécurité spécifiques aux domaines, et l'outil convivial et facile à utiliser. / In recent years, security in Information Systems (IS) has become an important issue that needs to be taken into account in all stages of IS development, including the early phase of Requirement Engineering (RE). Considering security during early stages of IS development allows IS developers to envisage threats, their consequences and countermeasures before a system is in place. Security requirements are known to be “the most difficult of requirements types”, and potentially the ones causing the greatest risk if they are not correct. Moreover, requirements engineers are not primarily interested in, or knowledgeable about, security. Their tacit knowledge about security and their primitive knowledge about the domain for which they elicit security requirements make the resulting security requirements poor and too generic. This thesis explores the approach of eliciting requirements based on the reuse of explicit knowledge. First, the thesis proposes an extensive systematic mapping study of the literature on the reuse of knowledge in security requirements engineering identifying the different knowledge forms. This is followed by a review and classification of security ontologies as the main reuse form. In the second part, AMAN-DA is presented. AMAN-DA is the method developed in this thesis. It allows the elicitation of domain-specific security requirements of an information system by reusing knowledge encapsulated in domain and security ontologies. Besides that, the thesis presents the different elements of AMANDA: (I) a core security ontology, (II) a multi-level domain ontology, (III) security goals and requirements’ syntactic models, (IV) a set of rules and mechanisms necessary to explore and reuse the encapsulated knowledge of the ontologies and produce security requirements specifications. The last part reports the evaluation of the method. AMAN-DA was implemented in a prototype tool. Its feasibility was evaluated and applied in case studies of three different domains (maritime, web applications, and sales). The ease of use and the usability of the method and its tool were also evaluated in a controlled experiment. The experiment revealed that the method is beneficial for the elicitation of domain specific security requirements, and that the tool is friendly and easy to use.

Les systèmes de contrôle-commande importants pour la sûreté de fonctionnement doivent répondre à un certain nombre d’exigences, au premier rang desquelles se trouvent les exigences réglementaires, édictées par les autorités nationales et complétées par un ensemble de recommandations pratiques et de textes normatifs. Les exigences de ce domaine sont peu formalisées, les relations de traçabilité, et par conséquent l'organisation des exigences de ce vaste domaine est souvent implicite. Enfin, les passerelles entre contextes nationaux différents sont très peu développées. Les travaux de cette thèse se situent dans ce contexte industriel en partenariat avec EDF R&D et au sein du projet CONNEXION regroupant les acteurs majeurs du contrôle-commande nucléaire français. Les contributions de la thèse s'articulent autour de l'approche INCREMENT (Intrumentation aNd Control regulatory REquirement Modeling Environment) qui adresse les deux premiers challenges présentés, et en particulier : (1) la formalisation du domaine où nous proposons à la fois une description du domaine et un métamodèle permettant une capitalisation et une vue globale d'un référentiel d'exigences, (2) une base outillée pour l'acquisition automatique de documents, un environnement graphique pour la manipulation de modèles et l'apport de techniques de recherche d'information pour la traçabilité des exigences, (3) une approche originale avec une hybridation entre modélisation et recherche d'information pour une amélioration de la traçabilité des exigences. Le métamodèle proposé et ses outils sont utilisés dans l'industrie dans le projet CONNEXION. Notre approche hybride a permis dans nos expérimentations de réduire, en moyenne, la taille de ces espaces de 65% comparé aux approches standard de recherche d'information, sans en dégrader le contenu. / Instrumentation and Control (I&C) Systems important to safety must conform to their requirements, where regulatory requirements are first class entities, written by national safety authorities and completed using a set of national recommendation guides or standards. The global domain knowledge is scattered, not formalized and traceability links and the organization within the domain are implicit. Bridges between different national practices are not developed, whereas the understanding of requirements and practices variability concerns becomes a significant industrial issue. The thesis sets up in an industrial context with EDF R&D and the CONNEXION project that gathered the French nuclear I&C industry. Its contributions are defined around the INCREMENT approach (Instrumentation aNd Control Regulatory Requirement Modeling Environment) that addresses the two first challenges previously introduced. In particular, they consist in: (1) the domain formalization itself by the proposal of a metamodel that allows a high level capitalization of a requirements corpus as well as its organization, (2) a tool-support basis to gather partial knowledge from the textual documents, manipulate such models that conform to the proposed metamodel, and Information retrieval techniques to support better requirements traceability, (3) the proposal of an original hybrid approach, mixing both metamodeling and information retrieval, and combine them in a mutual beneficial joint use. The metamodel and its tool support are used in the industrial context of the CONNEXION project. Where information retrieval techniques for requirements traceability suffer from large sets of false positives limitations, our hybrid approach allowed us to reduce this noise and the size of the candidate links research space by a mean of 65% without decreasing their global quality.

Le système d’information coopératif (SIC) est un élément central dans le domaine de la coopération interentreprises. Son développement nécessite une attention particulière afin de prendre en considération tous les problèmes émergeants, surtout celui des préoccupations transversales qui posent des difficultés pour la compréhension, la maintenance, l’évolution, et la réutilisation des systèmes développés. Dans les approches usuelles de développement, la construction de ce genre de système part de zéro et nécessite de tout reconstruire à chaque fois. Nos travaux de recherche dans cette thèse examinent comment une approche orientée aspect appliquée de la phase de recueil des exigences à la phase de conception peut être proposée comme un outil permettant de développer des SICs à partir de systèmes d’information (SIs) préalablement existants produits à l’occasion de développements antérieurs. L’utilisation du paradigme Aspect dans cette approche tente de réutiliser des artéfacts des SIs existants afin de développer le futur SIC supportant la coopération interentreprises. / It is often difficult for a single Information System (IS) to accomplish complex requirements. One solution is to combine many different ISs and make them collaborate to realize this task. Information systems composition is an active ongoing area of research in the field of information systems. The result of IS composition produces one type of a so called Cooperative Information System (CIS). Its development requires a particular attention to process all emerging problems, especially the crosscutting concerns that pose difficulties to understand, maintain and reuse such cooperative systems. Moreover, the aspect paradigm is presented as a promising avenue for reusability. Thus, we argue that it is interesting to propose an aspect approach to build a new system in order to accomplish complex tasks based on the reuse of system’s artefacts previously developed. According to our best of knowledge few works have tackled this question. In this thesis, we present an aspect-oriented approach called AspeCiS, applied from the requirements engineering phase until the design phase, in order to develop a CIS from existing ISs by using their artifacts such as requirements, architectures and design. Therefore, this approach is opposed to conventional development ones in which the construction of a new system starts from nothing and needs reinventing everything every time.

La Business Intelligence (BI) se définit comme l'ensemble des technologies permettant de traiter, valoriser et présenter les données à des fins de compréhension et de décision. Elle donne aux dirigeants une visibilité sur la performance de leur entreprise afin d'améliorer la capacité de celle-ci à réagir plus rapidement que ses concurrents face à de nouvelles opportunités ou aux risques du marché. La BI s'appuie sur un système d'information spécifique appelé Système d'Information Décisionnel (SID), par opposition aux systèmes d'informations transactionnels. Les SID comportent plusieurs composants qui se résumaient autrefois en un entrepôt de données. Un entrepôt de données est une collection de données intégrées et historisées qui sont utilisées pour la prise de décisions stratégiques au moyen de techniques de traitement analytiques. La majeure partie des outils existants pour le développement des entrepôts de données se focalise sur la structure de stockage des données. L'intérêt est principalement porté à la définition de modèles « en étoile » ou « en flocons », d'intégrer des données provenant de sources hétérogènes, plus que de s'interroger sur les exigences des experts métiers. Considérer les exigences des experts métiers permettrait de développer des SID offrant une meilleure fiabilité dans la prise de décision. Par ailleurs, peu d'approches dirigées par les exigences sont proposées pour la conception des SID. Dans une approche d'ingénierie des exigences pour les SID, le principal but n'est pas de savoir « où » les données doivent être stockées mais « comment » elles devraient être structurées et « pourquoi » elles sont nécessaires. Le « pourquoi » n'est souvent pas connu et encore moins rattaché au « quoi ». Pourtant la prise en compte du « pourquoi » permettrait de justifier le choix des informations opérationnelles ‘justes nécessaires', modélisées et utilisées pour l'aide à la décision. En conséquence, la principale question de recherche à laquelle s'intéresse cette thèse est « comment spécifier les exigences des décideurs pour un système d'information décisionnel qui fournit l'information la plus adéquate». L'élément central de contribution de cette thèse est une méthode d'IE adaptée à un environnement décisionnel. Cette méthode comporte des modèles de produits et un processus qui guide la découverte des exigences et la conception du SID. Ce travail de recherche a également contribué à la définition d'une problématique qui touche directement les exigences du monde industriel et complète les recherches de la communauté scientifique, sa validation et sa résolution par la proposition d'une démarche méthodologique et un ensemble de quatre méta-modèles, quatre modèles et deux modèles complémentaires. La méthode proposée est nommé CADWE (Computer Aided Data Warehouse Engineering). Cette méthode exploite différentes sources pour découvrir les exigences d'un SID : les buts stratégiques de l'organisation, les objectifs stratégiques et tactiques des décideurs, les données des SI opérationnels existants et une base de composants réutilisables intentionnels et opérationnels. A partir de l'ensemble de ces ressources, le processus génère les schémas multidimensionnels du système cible. L'ensemble des éléments cités est le produit de l'implantation du SID. Le processus de la méthode CADWE se décompose en quatre phases qui ont pour but de (1) identifier les buts stratégiques, (2) exprimer les objectifs, (3) découvrir les exigences informationnelles et (4) définir le schéma multidimensionnel. Ce processus fait apparaitre que différents types d'exigences, rattachées à un SID, peuvent être recensées. Les exigences du SID peuvent être de quatre types : Les exigences stratégiques reliées à la stratégie de l'organisation, les exigences tactiques reliées à une perspective, les exigences opérationnalisables reliées à l'information recherchée et les exigences système reliées au système à concevoir. Ces quatre types d'exigences sont répertoriés en deux niveaux : Le niveau intentionnel et le niveau opérationnel. Enfin, la méthode proposée est illustrée au moyen d'une étude de cas industrielle.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la définition d'une plate-forme industrielle favorisant une meilleure intégration des techniques de vérification et de validation des exigences au sein des processus de développement. Cette plate-forme, appelée R2A (pour Requirements To Analysis) est entièrement construite à l'aide de technologies issues de l'ingénierie dirigée par les modèles. Le cœur de la plate-forme est un processus de composition de modèles à deux niveaux de modélisation. Au niveau instance, il produit une spécification globale des exigences à partir d'une collection de spécifications d'exigences partielles, hétérogènes et potentiellement incohérentes. Au niveau de la conception de la plate-forme (niveau meta), il produit le formalisme interne de la plate-forme (types d'information pouvant être capturée et fonctionnalités supportées) à partir de composants de conception embarquant des sémantiques opérationnelles, de composition et de déploiement. Ce processus favorise l'adaptabilité de la plate-forme à des contextes industriels variés. L'obtention d'une spécification globale des exigences (i) autorise l'application des techniques modernes de vérification et de validation pour la détection d'incohérences et (ii) favorise une approche de développement dirigée par les modèles (MDD) dès les premières étapes du développement logiciel (synchronisation exigences et artefacts de développement aval). Dans sa version actuelle, la plate-forme est spécialisée pour le contexte industriel de France Télécom. Elle supporte quatre langages de description des exigences : les diagrammes d'activité et de classes UML, un langage naturel contraint (le RDL, pour Requirements Description Language) et son formalisme interne (le RM, pour Requirements Metamodel). Les fonctionnalités principales sont (i) la génération d'objectifs de test système, (ii) la production d'une première spécification d'analyse et (iii) la vérification de la cohérence des exigences.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les phases de validation et de vérification (V&V) des systèmes réactifs temps réel critique (de plus en plus complexes) sont très importantes en termes de coût et de temps. Dans ce contexte, toute méthode et outil permettant d'aider à la réalisation des activités de V&V est d'une très grande importance au cours du développement. Le test fonctionnel est le moyen le plus utilisé au cours de ces phases de V&V. Or, les méthodes de test présentent des limites : un test exhaustif est quasiment impossible à réaliser en raison de la taille et de la complexité des systèmes considérés. Dans ce contexte, les enjeux de la maîtrise de l'effort de test (complexité et coût) sont majeurs, mais les exigences de qualité pour ces systèmes sont très grandes. L'effort de test caractérise tout autant l'élaboration des jeux de test que le diagnostic. Dans cette optique, nous avons défini deux méthodologies basées sur les concepts d'analyse de testabilité et les stratégies de test. La première méthodologie permet d'aider à la définition de jeux de test pertinents et à l'analyse de couverture des systèmes réactifs spécifiés dans un formalisme flot de données SCADE dans le contexte AIRBUS. La seconde propose des méthodes d'aide à la vérification (identification de tests pertinents et localisation de composants défectueux au cours diagnostic) de systèmes sur la chaîne d'assemblage finale (FAL) d'un avion AIRBUS.

Les environnements confinés, tels que les blocs chirurgicaux ou les salles blanches, hébergent des processus complexes auxquels sont associés de nombreux risques. Leur conception, leur réalisation et leur exploitation sont complexes, de par les très nombreuses normes les encadrant.La qualification de ces « environnements normés », afin d’en garantir la qualité de conception, requiert une expertise fine du métier et souffre du manque d’outil en permettant l’automatisation. Partant de ce constat, nous proposons une approche unifiée visant à faciliter la qualification des environnements normés. Celle-ci s’appuie sur une représentation du contexte normatif sous la forme d’un graphe unique, ainsi que sur une modélisation de l’environnement et son objet final par étapes successives permettant une vérification incrémentale de même que la production d’informations nécessaires à la traçabilité lors de l’exploitation. Cette démarche, illustrée au travers du domaine des environnements confinés médicaux, est générique et peut s’appliquer à l’ensemble des environnements normés. / Industrial clean rooms or operating rooms are critical places often hosting dangerous or complex processes. Their design, building and use are thus difficult and constrained by a large amount of standards and rules. Qualifying these environments, in order to ensure their quality, consequently requires a high level of expertise and lacks assisting tools.This leads us to propose a unified approach aiming at easing the qualification process of standardized environments. It relies on a graph-based representation of the set of standards and rules that apply to a specific case, as well as on step-by-step modelling of the whole target environment. The verification process is then eased as it becomes incremental. During each stage, relevant information can also be gathered in order to ensure environment traceability during its use.This approach, applied to medical environments for validation purposes, remains generic and can be applied to any kind of standardized environment.

Les travaux développés dans ce mémoire concernent la formalisation d'un processus sûr d'automatisation en vue de maîtriser la complexité induite par l'intégration de plus en plus importante de technologies de l'information et de la communication au cœur même des processus de production et des produits. Plus précisément, notre travail porte sur l'intégration d'approches méthodologiques, issues du Génie Automatique, et de modèles formels, issus du Génie Informatique et de l'Automatique des Systèmes à Evénements Discrets afin de garantir, a priori, le respect des exigences formulées par les utilisateurs. Notre contribution porte sur deux axes. Le premier concerne l'intégration de techniques de synthèse de la commande dans un processus d'automatisation, incluant les phases de modélisation et de génération d'un code implantable, et leur application à la reconfiguration de systèmes manufacturiers contrôlés par le produit. Le second est basé sur le raffinement formel ou semi-formel de modèles pour identifier et structurer les exigences exprimées à un niveau " système " puis les allouer et les projeter sur une architecture de fonctions, de composants ou d'équipements. Ces travaux ont été initiés dans le cadre de notre thèse en réponse aux besoins de R&D industriels de la Direction des Etudes & Recherche d'EDF, puis ont été poursuivis avec une cible relative aux systèmes manufacturiers et validés dans le cadre de collaborations industrielles variées.