Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation de phénomènes<br />biologiques pour leur expérimentation à travers un système de réalité<br />virtuelle.<br />Son objet est la définition d'un cadre générique de modélisation et<br />d'implémentation adapté à l'étude des systèmes physiologiques.<br /><br />En premier lieu, le modèle générique proposé s'appuie sur le principe<br />de la réification des interactions en objets actifs autonomes.<br />Ensuite, il permet l'organisation des modèles biologiques en un agencement de systèmes autonomes.<br />Il rassemble alors deux conceptions de l'autonomie : <br />l'une est destinée à concevoir les systèmes de réalité virtuelle et<br />l'autre a pour objet la modélisation en biologie. <br /><br />Le modèle générique est dérivé en un certain nombre d'outils de modélisation pour la biologique.<br />La bibliothèque composée du modèle générique et des outils de modélisation permet alors de réaliser différentes applications.<br />La principale application a pour objet la mise en oeuvre d'un modèle du phénomène d'urticaire allergique.<br />Enfin, un modèle de système autopoïétique minimal est proposé pour<br />illustrer les possibilités de la méthode.

Actuellement, la plupart des simulateurs électromagnétiques se basent sur une résolution des équations aux dérivées partielles ou leurs formes équivalentes. Ces simulateurs ont jusqu'à présent bénéficié d'une augmentation de la puissance informatique compensant les exigences de calcul nécessitées par la croissance de la complexité et de la dimension des objets à modéliser. Cependant la taille des problèmes cruciaux augmente beaucoup plus rapidement que la puissance informatique. Malgré les apports faits pour simplifier les calculs électromagnétiques, la difficulté à tenir compte de tels problèmes complexes nécessite un saut méthodologique important. La méthode dite " énactive ", proposée dans ces travaux, constitue une approche atypique pour la modélisation dynamique d'un environnement naturel et sa simulation en un système de réalité virtuelle. Issue de la modélisation des systèmes multi-agents, elle propose une méthode spécifique pour la modélisation de tels systèmes complexes où de nombreux phénomènes interagissent de nombreuses façons, à des échelles de temps et d'espace pouvant être très différentes. Nous cherchons à suivre l'évolution d'une onde électromagnétique et ses interactions éventuelles avec des objets d'un environnement in virtuo, i.e. à travers un laboratoire virtuel (virtuoscope). Dans ce contexte, cette thèse s'inscrit dans un cadre interdisciplinaire qui allie les outils et les techniques de la réalité virtuelle à la modélisation de phénomènes électromagnétiques. En outre, les phénomènes sont modélisés en tant qu'entités autonomes en interaction. Notre modèle doit donc reposer sur une définition rigoureuse des entités, à savoir les ondes et les milieux, et des interactions qui peuvent avoir lieu afin de reconstituer l'ensemble des phénomènes électromagnétiques " réels " au sein d'un environnement virtuel. Aussi, nous n'avons pas de moyens nous permettant de vérifier ni de valider autrement que par l'expérimentation notre modèle. En ce sens, nous faisons l'enjeu et le pari de parvenir à construire un tel système énactique électromagnétique. Pour cela, nous avons mis au point un ensemble de scénarios d'environnements électromagnétiques, suite au développement de deux modèles de propagation, l'un unidimensionnel et l'autre bidimensionnel. Les résultats seront comparés à des méthodes plus classiques appropriées voire à la théorie lorsque c'est possible.

Actuellement, la plupart des simulateurs électromagnétiques se basent sur une résolution des équations aux dérivées partielles. Ces simulateurs ont jusqu'à présent bénéficié d'une augmentation de la puissance informatique compensant les exigences de calcul nécessitées par la croissance de la complexité et de la dimension des objets à modéliser. Cependant la taille des problèmes cruciaux augmente beaucoup plus rapidement que la puissance informatique. Malgré les apports faits pour simplifier les calculs électromagnétiques, la difficulté à tenir compte de tels problèmes complexes nécessite un saut méthodologique important. La méthode dite " énactive ", proposée dans ces travaux, constitue une approche atypique pour la modélisation dynamique d'un environnement naturel et sa simulation en un système de réalité virtuelle. Issue de la modélisation des systèmes multi-agents, elle propose une méthode spécifique pour la modélisation de tels systèmes complexes où de nombreux phénomènes interagissent de nombreuses façons, à des échelles de temps et d'espace pouvant être très différentes. Nous cherchons à suivre l'évolution d'une onde électromagnétique et ses interactions éventuelles avec des objets d'un environnement in virtuo, i.e. à travers un laboratoire virtuel (virtuoscope). Dans ce contexte, cette thèse s'inscrit dans un cadre interdisciplinaire qui allie les outils et les techniques de la réalité virtuelle à la modélisation de phénomènes électromagnétiques. En outre, les phénomènes sont modélisés en tant qu'entités autonomes en interaction. Notre modèle doit donc reposer sur une définition rigoureuse des entités, à savoir les ondes et les milieux, et des interactions qui peuvent avoir lieu afin de reconstituer correctement l'ensemble des phénomènes électromagnétiques " réels " au sein d'un environnement virtuel. Aussi, nous n'avons pas de moyens nous permettant de vérifier ni de valider autrement que par l'expérimentation notre modèle. En ce sens, nous faisons l'enjeu et le pari de parvenir à construire un tel système énactique électromagnétique. Pour cela, nous avons mis au point un ensemble de scénarios d'environnements électromagnétiques, suite au développement de deux modèles de propagation, l'un unidimensionnel et l'autre bidimensionnel. Les résultats seront comparés à des méthodes plus classiques appropriées voire à la théorie lorsque c'est possible.

\noindent(\large\bf Mots clés spécifiques)~: (\em objet actif, phénomène, milieu-prévision, milieu-expérimentation, aisthesis, praxis, poiesis, prédiction, action, adaptation, entité énactive, modélisation énactive, hypothèse énactive.)<br />\vspace(5mm)<br /><br />\centerline(\LARGE\bf Résumé)<br />\vspace(5mm)<br /><br />Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation des phénomènes naturels<br />pour une instrumentation en un système de réalité virtuelle. Elle fournit les<br />prémices d'une méthodologie de modélisation des systèmes complexes en vue de leur simulation, dite modélisation énactive.<br />La thèse que nous défendons porte sur trois idées principales :<br />\begin(enumerate)<br />\item la modélisation traduit une praxis humaine.<br />\item les phénomènes sont modélisés en tant qu'entités autonomes.<br />\item les interactions entre les entités passent par un milieu qui est créé et fa\c conné par les entités elles-mêmes.<br />\end(enumerate)<br /><br />Premièrement, la modélisation est une activité humaine qui traduit implicitement et doit traduire explicitement une cause finale à la modélisation. Les phénomènes modélisés sont les affordances d'un utilisateur du modèle.<br /><br />Deuxièmement, l'autonomisation des modèles, consistant à donner au modèle du phénomène naturel<br />des capacités de perception, d'action et d'adaptation, est une solution pragmatique efficace<br />pour la modélisation d'un système complexe où de nombreux modèles doivent interagir de multiples fa\c cons.<br /><br />Troisièmement, en déléguant aux modèles la fabrication du milieu dont ils ont besoin pour déterminer leurs interactions,<br />nous pouvons simuler dans un même environnement virtuel des modèles liés à des échelles phénoménologiques<br />très différentes les unes des autres, sans passer par un maillage apriori de l'espace-temps,<br />tout en respectant, par exemple, les lois de conservations en physique.<br /><br />Ces hypothèses conceptuelles sont traduites en un modèle formel pragmatique, dans lequel nous formalisons<br />des notions d'objet actifs, d'entité autonome et d'organisation énactive. La formalisation fournit une méthode de modélisation<br />des phénomènes naturels et d'instrumentation de ces modèles permettant au concepteur de simuler en réalité virtuelle<br />le système multi-modèles à tout moment de la création.<br /><br />Nous appliquons ces idées pour réaliser une animation interactive de la surface de la mer.<br />Le système de réalité virtuelle générant les états de mer doit pouvoir<br />être utilisable par des marins et être crédible aux yeux des océanographes.<br />Le modèle obtenu se nomme IPAS (Interactive Phenomenological Animation of the Sea)<br />et permet l'animation d'un plan d'eau de plusieurs kilomètres carrés.<br />IPAS intègre, d'une part les notions marines<br />de groupe de vagues, de déferlement, de vent synoptique de vent local, de courant et de bathymétrie,<br />d'autre part les notions physiques de conservation de l'action, de stress du vent, de réfraction des vagues de gravités<br />lors des interactions vagues/déferlements/vents/courants/bathymétrie.<br />Les simulations ont lieu en temps réel et ne néces\-sitent aucun pré-calcul.<br /><br />Cette thèse sur la manière de simuler des phénomènes naturels, ouvre de nombreuses perspectives à venir.<br />On pourra, par exemple,<br />\begin(enumerate)<br />\item utiliser le modèle de mer IPAS pour la réalisation d'un environnement virtuel dédié à la sécurité civile (maritime) ou à la pratique de la compétition en voile,<br />\item consolider la validité océanographique d'IPAS et enrichir le modèle en réalisant des expériences virtuelles d'évolution d'états de mer et les comparer avec des résultats théoriques ou expérimentaux,<br />\item prouver son équivalence formelle avec les méthodes numériques classiques de résolution des systèmes d'équations différentielles,<br /> lorsque les entités sont des interactions entre des volumes élémentaires<br /> devant respecter les mêmes lois physiques que celles ayant permis d'établir les équations.<br />\item utiliser la méthode de modélisation pour d'autres phénomènes que la surface de la mer (hydrologie, météorologie, sismologie, biochimie, biologie, pédagogie, sociologie, économie)<br />\end(enumerate)