Dans la gestion des systèmes de soins, la maîtrise des flux hospitaliers et l’anticipation des tensions sont des enjeux majeurs. Le but de cette thèse est de contribuer à l’étude et au développement d’un Système Collaboratif d’Aide à l’Ordonnancement et à l’Orchestration (SysCAOO) des tâches de soins à compétences multiples pour gérer les tensions dans les Services d’Urgences Pédiatriques (SUP) afin d’améliorer la qualité de prise en charge des patients. Le SysCAOO intègre une approche Workflow collaboratif pour modéliser le parcours patient afin d’identifier les dysfonctionnements et les pics d’activités du personnel médical dans le SUP. L’aspect dynamique et incertain du problème nous a conduits à adopter une alliance entre les Systèmes Multi-Agent (SMA) et les Algorithmes Evolutionnaires (AE) pour le traitement et l’ordonnancement des tâches de soins en tenant compte du niveau d’expérience des acteurs du SUP et leurs disponibilités. En cas d’aléas dans le SUP, une coalition d’agents se forme pour collaborer et négocier afin de proposer des décisions d’orchestration du Workflow et minimiser le temps d’attente des patients en cours de leur prise en charge. Les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse justifient l’intérêt de l’alliance entre les SMA et les Métaheuristiques afin de gérer les tensions dans le SUP. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse s’intègrent dans le cadre du projet HOST (Hôpital : Optimisation, Simulation et évitement des tensions) (http://www.agence-nationale-recherche.fr/?Projet=ANR-11-TECS-0010). / Health care systems management and the avoidance of overcrowding phenomena are major issues. The aim of this thesis is to implement a Collaborative Support System for Scheduling and Orchestration (CSSystSO) of multi-skill health care tasks in order to avoid areas bottlenecks in the Pediatric Emergency Department (PED) and improve health care quality for patients. The CSSystSO integrates a collaborative Workflow approach to model patient journey in order to identify dysfunctions and peaks of activities of medical staff in the PED. The dynamic and uncertain aspect of the problem has led us to adopt an alliance between Multi-Agent Systems (MAS) and Evolutionary Algorithms (EA) for health care tasks treatment and scheduling taking into account the level of experience of the PED actors and their availabilities. In case of perturbations in the PED, a coalition of agents is formed to collaborate and negotiate in order to provide orchestration Workflow decisions to minimize the waiting time of patients during their treatment. The experimental results presented in this thesis justify the interest of the alliance between MAS and Metaheuristics to manage overcrowding phenomena in the PED. This work belongs to the project HOST (Hôpital: Optimisation, Simulation et évitement des tensions). (http://www.agence-nationale-recherche.fr/?Projet=ANR-11-TECS-0010).

La Tension dans un Service d’Urgences (SU) est un déséquilibre entre le flux de charge des soins et la capacité de prise en charge sur une durée suffisante pouvant entrainer des conséquences néfastes au bon fonctionnement. Elle se reflète par la surcharge des locaux, l’allongement des délais de traitement et d’attente. Ce qui provoque à la fois l’insatisfaction des patients et l’anxiété du personnel. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet HOST financé par le programme ANR-TECSAN-2011 afin d’élaborer un Système d'Aide à la Gestion de la Tension (SAGeT) assurant trois objectifs:1. L’évaluation multicritère grâce à une panoplie d’indicateurs agrégés par la logique floue afin de résoudre la subjectivité du ressentie humain de la tension. Chaque scénario d’évaluation déclenche des règles de décision spécifiques ciblant ainsi des points de défaillance à surveiller.2. L’anticipation de la demande sur différents horizons temporels : l’application des méthodes SARIMA et SARIMAX est justifiée par la saisonnalité des chroniques de visites et l’influence de certains paramètres externes (épidémies, vacances, météo). De plus, la qualité de l’information venant de l’historique a été améliorée par une recomposition d’historique basée sur la vraisemblance journalière.3. L’amélioration de la gestion des flux et le pilotage de l’activité puisque l’utilisation de SAGeT comme un tableau de bord offre une vue macro sur l’ensemble de l’activité (lits occupés, patients en attente, durées de passages prévisionnelles et allongements excessifs). Les simulations traitent des vrais scénarios de tension observés entre 2011 et 2013 dans le SU Pédiatriques Jeanne de Flandre du CHRU-Lille. / He strain in an Emergency Department (ED) is an imbalance between the total demand load of healthcare treatment and resources ability to support it during a convenient horizon, which may results negative consequences on the smooth running of the activity. It is reflected by overcrowding, longer treatment and waiting times which causes both patients dissatisfaction and anxiety of personnel. This thesis is part of the HOST project funded by the ANR-TECSAN-2011 program to develop a Management Support System of Strain (MSSS) ensuring three objectives:1. Multi-criteria evaluation through a variety of indicators aggregated by fuzzy logic to solve the subjectivity of the human feeling of strain. Each evaluation scenario involves specific decision rules targeting to supervise failure points.2. Demand forecasting through several time horizons: applying SARIMA and SARIMAX methods is justified by the time series seasonality of visits and the influence of some external parameters (epidemics, holidays, weather). In addition, the quality of the historical information has been improved by a history rebuilding based on the daily likelihood.3. Improving flow management and activity monitoring since the use of MSSS as a dashboard provides a macro view of the whole activity (beds occupied, waiting, estimated length of stay, excessive elongation).The simulations address real strain scenarios observed between 2011 and 2013 in the Pediatric ED Jeanne de Flandre of the Regional University Hospital of Lille (France).

Le service des urgences est un important service de soins qui représente le goulot d'étranglement de l'hôpital. Les urgences sont souvent confrontées à des problèmes de tension dans de nombreux pays à travers le monde. L'une des causes de la tension dans les urgences est l'interférence permanente entre trois types de patients : les patients déjà programmés, les patients non programmés et les patients non programmés urgents. Le but de cette thèse est de contribuer à l'étude et au développement d'un système d’aide à la décision pour améliorer la prise en charge des patients aussi bien en mode de fonctionnement normal qu’en mode tension. Deux principaux processus ont été développé. Un processus d’ordonnancement à horizon glissant en utilisant un algorithme mimétique avec l’intégration des opérateurs génétiques contrôlés pour déterminer un calendrier optimal de passage des patients. Le deuxième processus d’orchestration dynamique, à base d’agents communicants, tient compte de la nature dynamique et incertaine de l'environnement des urgences en actualisant continuellement ce calendrier. Cette orchestration pilote en temps réel le workflow du parcours patient, améliore pas à pas les indicateurs de performance durant l'exécution. Grâce aux comportements des agents et aux protocoles de communication, le système proposé a établi un lien direct en temps réel entre les performances requises sur le terrain et les actions afin de diminuer l'impact de la tension. Les résultats expérimentaux, mis en œuvre au CHRU de Lille, indiquent que l’application de nos approches permet d’améliorer les indicateurs de performance grâce aux pilotage par les agents du workflow en cours exécution. / The emergency department is an important care service that represents the hospital's bottleneck. Emergencies often face overcrowding problems in many countries worldwide. One of the causes of the emergency department overcrowding is the permanent interference between three types of arriving patients: already programmed patients, non-programmed patients and urgent non-programmed patients. The aim of this thesis is to contribute to the study and development a decision support system to improve patient management in both normal and overcrowding situation. Two main processes have been developed. A rolling-horizon scheduling process using a memetic algorithm with the integration of controlled genetic operators to determine an optimal schedule for patient. The second dynamic orchestration process, based on communicating agents, takes into account the dynamic and uncertain nature of the emergency environment by continually updating this schedule for patient. This orchestration monitoring in real time the workflow of the patient pathway improves step by step the performance indicators during the execution. Through agent behaviors and communication protocols, the proposed system has established a direct real-time link between the required performances and the effective actions in order to decrease the overcrowding impact. The experimental results in this thesis, implemented at the Regional University Hospital Center (RUHC) of Lille, justify the interest of the application of our approaches to improve the performance indicators thanks to the agents driven patient pathway workflows during their execution.