Le calcul scientifique est souvent associé au calcul numérique. Pourtant dans de nombreuses disciplines scientifiques il est nécessaire d'aller au-delà du calcul approché : nécessité de certification des résultats, calculs dans des structures mathématiques discrètes, instabilité des algorithmique numériques. Le calcul exact s'attache donc à donner des résultats exacts ou certifiés. Cependant, la principale obstruction à l'utilisation du Calcul Formel est bien souvent les faibles performances des systèmes commerciaux y compris pour les opérations fondamentales comme l'algèbre linéaire. L'objectif de ces travaux est donc de réduire l'écart entre le calcul exact et le calcul numérique, tant sur le plan algorithmique, que sur le plan logiciel. Les défis sont multiples : développer une arithmétique efficace dans les structures discrètes ; concevoir des algorithmes ayant un terme dominant de complexité optimal même en tenant compte de la croissance des données intermédiaires ; transcrire ces algorithmes dans des logiciels combinant efficacité pérenne, interfaçage et généricité.

The race to computing power increases every day in the simulation community. A few years ago, scientists have started to harness the computing power of Graphics Processing Units (GPUs) to parallelize their simulations. As with any parallel architecture, not only the simulation model implementation has to be ported to the new parallel platform, but all the tools must be reimplemented as well. In the particular case of stochastic simulations, one of the major element of the implementation is the pseudorandom numbers source. Employing pseudorandom numbers in parallel applications is not a straightforward task, and it has to be done with caution in order not to introduce biases in the results of the simulation. This problematic has been studied since parallel architectures are available and is called pseudorandom stream distribution. While the literature is full of solutions to handle pseudorandom stream distribution on CPU-based parallel platforms, the young GPU programming community cannot display the same experience yet. In this thesis, we study how to correctly distribute pseudorandom streams on GPU. From the existing solutions, we identified a need for good software engineering solutions, coupled to sound theoretical choices in the implementation. We propose a set of guidelines to follow when a PRNG has to be ported to GPU, and put these advice into practice in a software library called ShoveRand. This library is used in a stochastic Polymer Folding model that we have implemented in C++/CUDA. Pseudorandom streams distribution on manycore architectures is also one of our concerns. It resulted in a contribution named TaskLocalRandom, which targets parallel Java applications using pseudorandom numbers and task frameworks. Eventually, we share a reflection on the methods to choose the right parallel platform for a given application. In this way, we propose to automatically build prototypes of the parallel application running on a wide set of architectures. This approach relies on existing software engineering tools from the Java and Scala community, most of them generating OpenCL source code from a high-level abstraction layer.

Le développement d'applications avec une architecture Pair-à-Pair (P2P) est devenu de plus en plus important en ingénierie du logiciel. Aujourd'hui, un grand nombre d'organisations de tailles et secteurs différents compte d'une manière croissante sur la collaboration entre multiples acteurs (individus, groupes, communautés, etc.) pour accomplir des tâches essentielles. Ces applications P2P ont généralement un comportement récursif que plusieurs approches de modélisation ne peuvent pas décrire et analyser (ex. les approches basées sur les automates à états finis). Un autre challenge qui concerne le développement d'applications P2P est le couplage fort entre la spécification d'une part, et les technologies et protocoles sous-jacents d'autre part. Cela force les développeurs à faire des efforts considérables pour trouver puis comprendre des informations sur les détails de ces couches basses du P2P. De plus, ce couplage fort oblige les applications à s'exécuter dans des environnements figés. Par conséquent, choisir par exemple un autre protocole pour répondre à un nouveau besoin à l'exécution devient une tache très difficile. Outre ces points, les applications P2P sont souvent spécifiées avec une faible capacité à déléguer des traitements entre les pairs, et se focalisent surtout sur le partage et le stockage de données. Ainsi, elles ne profitent pas pleinement de la puissance de calcul et de traitement offerte par le réseau P2P sous-jacent. Dans cette thèse, nous présentons une approche qui combine les principes du développement orienté composants et services avec des techniques issues des Grammaires Attribuées et d'analyses de flot de données (techniques utilisées surtout dans la construction de compilateurs) afin de faciliter la spécification, l'analyse et le déploiement d'applications dans des architectures P2P. Cette approche incorpore: i) Un langage formel nommé DDF (de l'anglais Data-Dependency Formalism) pour spécifier les applications et construire leurs graphes de dépendances de données. Un graphe de dépendances de données est nommé DDG (de l'anglais Data-Dependency Graph) et est défini pour être une représentation abstraite de l'application spécifiée. ii) Une méthode d'analyse qui utilise le graphe de dépendances de données pour inférer et calculer diverses propriétés, y compris certaines propriétés que les model-checkers ne peuvent pas calculer si le système présente un comportement récursif. iii) Un intergiciel nommé SON (de l'anglais Shared data Overlay Network) afin de développer et d'exécuter des applications dans une architecture P2P sans faire face à la complexité des couches sous-jacentes. Cela grâce essentiellement au couplage faible (par une approche orientée services) et à la fonctionnalité de génération de code automatique.

Conséquence directe de la popularité croissante des services informatique en nuage, les centres de données se développent à une vitesse vertigineuse et doivent rapidement faire face à des problèmes de consommation d'énergie. Paradoxalement, l'informatique en nuage permet aux infrastructure et applications de s'ajuster dynamiquement afin de rendre l'infrastructure plus efficace en termes d'énergie et les applications plus conformes en termes de qualité de service (QdS). Toutefois, les décisions d'optimisation prises isolément à un certain niveau peuvent indirectement interférer avec (voire neutraliser) les décisions prises à un autre niveau, par exemple, une application demande plus de ressources pour garder sa QdS alors qu'une partie de l'infrastructure est en cours d'arrêt pour des raisons énergétiques. Par conséquent, il devient nécessaire non seulement d'établir une synergie entre les couches du nuage, mais aussi de rendre ces couches suffisamment souples et sensibles pour être en mesure de réagir aux changements d'exécution et ainsi profiter pleinement de cette synergie. Cette thèse propose une approche d'auto-adaptation qui prend en considération les composants applicatifs (élasticité architecturale) ainsi que d'infrastructure (élasticité des ressources) pour réduire l'empreinte énergétique. Chaque application et l'infrastructure sont équipées d'une boucle de contrôle autonome qui leur permet d'optimiser indépendamment leur fonctionnement. Afin de créer une synergie entre boucles de contrôle autour d'un objectif commun, nous proposons un modèle pour la coordination et la synchronisation de plusieurs boucles de contrôle. L'approche est validée expérimentalement à la fois qualitativement (amélioration de QdS et des gains d'énergie) et quantitativement (passage à l'échelle).

Ce mémoire propose une démarche pour définir des politiques de sécurité adaptées aux systèmes d'informations et de communication en santé et social (SICSS). Ces systèmes couvrent l'ensemble des besoins généralement trouvés dans les autres domaines : interopérabilité des systèmes, complexité des organisations, sensibilité des informations et diversité des exigences de sécurité (confidentialité, intégrité, disponibilité et auditabilité).<br />Le but de la méthode présentée est de réaliser un bon compromis entre le respect du principe du moindre privilège et la flexibilité du contrôle d'accès. La première étape consiste à décrire le système, identifier les informations à protéger et caractériser les menaces. La politique de sécurité vient ensuite spécifier comment contrer ces menaces, en exprimant d'une part, un ensemble de propriétés de sécurité qui doivent être satisfaites, et d'autre part, un ensemble de règles permettant de modifier l'état de protection du système. Les politiques de sécurité que nous proposons ont l'originalité de tenir compte du contexte et de l'interopérabilité, et d'être suffisamment souples pour prendre en compte toute amélioration, changement ou mise à jour dans le système.<br />Par ailleurs, un nouveau modèle de contrôle d'accès est ici présenté : le modèle Or-BAC (pour Organization-Based Access Control). Ce modèle permet de prendre en compte des informations de contexte dans l'expression des règles, afin de spécifier un contrôle d'accès fin et adapté. Il est aussi un moyen de spécifier, dans un cadre homogène, plusieurs politiques de sécurité pour des organisations différentes devant coopérer. Or-BAC n'est pas restreint aux permissions, mais permet également de définir des interdictions, des obligations et des recommandations. À cet égard, Or-BAC est capable de spécifier des politiques de sécurité pour les SICSS, comme il peut être appliqué à une gamme très large d'applications complexes, interopérables et distribuées. <br />Or-BAC est d'abord représenté par des diagrammes UML, puis dans un nouveau langage logique fondé sur la logique déontique. Il est par ailleurs intégré dans une modélisation UML d'une démarche sécuritaire globale spécifiant les aspects statiques et dynamiques des phases d'authentification et d'autorisation.<br />Enfin, un prototype a été développé pour illustrer l'application de la politique et du modèle de sécurité dans le cas d'un centre dentaire.

les travaux de recherche de Jean-François Nezan s'inscrivent dans le cadre général des méthodes et outils d'aide à la conception de systèmes embarqués. Plus particulièrement, les travaux présentés visent les systèmes électroniques constitués de plusieurs processeurs (MPSoC) et dédiés aux applications de compression/décompression vidéo. L'approche choisie se situe dans le cadre AAA (Adéquation Algorithme Architecture) qui utilise des modèles de descriptions haut-niveau des algorithmes et des architectures parallèles pour automatiser les processus de placement/ordonnancement et pour générer un code optimisé. La présentation montrera les apports à cette problématique issus des travaux encadrés par Jean-François Nezan, précisera également la manière dont ces travaux distincts s'intègrent dans un processus de développement cohérent et évolutif, et enfin donnera les perspectives attendues dans les années à venir.

Les phénomènes physiques complexes peuvent être simulés numériquement par des techniques mathématiques basées souvent sur la discrétisation des équations aux dérivées partielles régissant ces phénomènes. Ces simulations peuvent mener ainsi à la résolution de très grands systèmes. La parallélisation des codes de simulation numérique, c'est-à-dire leur adaptation aux architectures des calculateurs parallèles, est alors une nécessité pour parvenir à faire ces simulations en des temps non-exorbitants. Le parallélisme s'est imposé au niveau des architectures de processeurs et les cartes graphiques sont maintenant utilisées pour des fins de calcul généraliste, aussi appelé "General-Purpose computation on Graphics Processing Unit (GPGPU)", avec comme avantage évident l'excellent rapport performance/prix. Cette thèse se place dans le domaine de la conception de ces applications hautes-performances pour la simulation des machines électriques. Nous fournissons une méthodologie basée sur l'Ingénierie Dirigées par les Modèles (IDM) qui permet de modéliser une application et l'architecture sur laquelle l'exécuter afin de générer un code OpenCL. Notre objectif est d'aider les spécialistes en algorithmes de simulations numériques à créer un code efficace qui tourne sur les architectures GPGPU. Pour cela, une chaine de compilation de modèles qui prend en compte les plusieurs aspects du modèle de programmation OpenCL est fournie. De plus, pour rendre le code raisonnablement efficace par rapport à un code développé à la main, nous fournissons des transformations de modèles qui regardent des niveaux d'optimisations basées sur les caractéristiques de l'architecture (niveau de mémoire par exemple). Comme validation expérimentale, la méthodologie est appliquée à la création d'une application qui résout un système linéaire issu de la Méthode des Éléments Finis pour la simulation de machines électriques. Dans ce cas nous montrons, entre autres, la capacité de la méthodologie de passer à l'échelle par une simple modification de la multiplicité des unités GPU disponibles.

Ce travail présente l'approche UML/PNO (Unified Modelling Language with Petri Net Objects) pour la spécification de systèmes temps réel. La méthode propose d'enrichir la description semi-formelle UML du système par une modélisation formelle basée sur les réseaux de Petri. Les concepts UML de sous-système et d'interface ont été étendus afin d'améliorer la description de la vue système en termes de tructuration, gestion de projet et organisation de la modélisation. L'objectif est également d'adapter la méthode de modélisation système à une approche " orientée composant " pour le temps réel. Le concept " d'objet composé " permet d'intégrer des spécificités temps réel au sein du composant (protocole de communication, contrainte temporelle, effet observable). Le comportement des objets est spécifié à l'aide des réseaux de Petri à places et transitions stochastiques temporelles afin de permettre la validation et la vérification du système en cours de spécification. L'approche de validation propose des traductions semi-automatiques des diagrammes UML en réseaux de Petri. Les techniques classiques de simulation et d'évaluation de performances peuvent alors être appliquées. Ces traductions présentent l'avantage de rassembler, sur un même modèle à réseau de Petri, tous les aspects dynamiques du composant apparaissant dans différents diagrammes UML et de vérifier ainsi la cohérence de son comportement et de son utilisation. La vérification utilise les techniques d'analyse formelle, basées sur l'utilisation conjointe du graphe de classes et de la logique linéaire. Une approche de vérification quantitative des contraintes temporelles est proposée au niveau de l'analyse des besoins et des exigences du système. Une partie de ce travail a été concrétisée par l'intégration d'un module (ArgoPNO) dans l'atelier de génie logiciel ArgoUML. A ce jour, une première automatisation de la démarche de vérification des contraintes temporelles est opérationnelle sur cet outil.

Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie de co-conception des systèmes dynamiquement reconfigurables basés sur FPGA. Notre méthodologie s'appuie sur l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) pour la mise en oeuvre de notre flot de conception, dont la spécification des modèles est décrite avec le profil standard UML MARTE (Modeling and Analysis of Real-Time and Embedded Systems). Les travaux présentés dans ce manuscrit visent à garantir la flexibilité, la réutilisabilité et l'automatisation afin de faciliter le travail du concepteur et d'améliorer sa productivité. La première contribution de cette thèse réside dans la modélisation à haut-niveau d'abstraction permettant de cacher un grand nombre de détails d'implémentation. Nous avons donc défini un flot de conception pour la modélisation des FPGAs dynamiquement reconfigurables, basé sur l'IDM afin d'assurer l'automatisation de la génération de code. Suivant ce flot, plusieurs modèles sont créés moyennant principalement les concepts du profil MARTE. Cependant, la modélisation de certains concepts de la reconfiguration dynamique des FPGAs a nécessité des extensions dans MARTE que nous avons identifiées et intégrées dans un nouveau profil qui étend MARTE baptisé RECOMARTE (Reconfigurable MARTE). La seconde contribution est l'automatisation de la chaîne de transformations et la validation expérimentale. Afin d'assurer l'automatisation de notre flot de conception vers la génération du code, une chaîne de transformations a été utilisée. Le modèle final en MARTE résultant du flot de conception est donné comme entrée à cette chaîne. Nous passons ainsi d'un modèle MARTE/RecoMARTE vers une description intermédiaire selon le standard IP-XACT afin de générer finalement des fichiers décrivant le système complet dans l'environnement XPS de Xilinx. Cette automatisation permet d'accélérer la phase de conception et éviter les erreurs dues à la manipulation directe des détails. Enfin, un exemple d'application de traitement d'image a été élaboré afin de démontrer et valider notre méthodologie. Ceci a fait apparaître les avantages de nos contributions en termes de réutilisabilité de la conception et l'automatisation

Cette thèse présente les fondements théoriques et pratiques d'un système pour l'analyse statique de langages manipulant des documents et données XML. Le système s'appuie sur une logique temporelle de point fixe avec programmes inverses, dérivée du mu-calcul modal, dans laquelle les modèles sont des arbres finis. Cette logique est suffisamment expressive pour prendre en compte les langages réguliers d'arbres ainsi que la navigation multidirectionnelle dans les arbres, tout en ayant une complexité simplement exponentielle. Plus précisément, la décidabilité de cette logique est prouvée en temps 2^O(n) où n est la taille de la formule dont le statut de vérité est déterminé.<br /><br />Les principaux concepts de XML sont traduits linéairement dans cette logique. Ces concepts incluent la navigation et la sémantique de sélection de noeuds du langage de requêtes XPath, ainsi que les langages de schémas (incluant DTD et XML Schema). Grâce à ces traductions, les problèmes d'importance majeure dans les applications XML sont réduits à la satisfaisabilité de la logique. Ces problèmes incluent notamment l'inclusion, la satisfaisabilité, l'équivalence, l'intersection, le recouvrement des requêtes, en présence ou en l'absence de contraintes régulières d'arbres, et le typage statique d'une requête annotée.<br /><br />Un algorithme correct et complet pour décider la logique est proposé, accompagné d'une analyse détaillée de sa complexité computationnelle, et des techniques d'implantation cruciales pour la réalisation d'un solveur efficace en pratique. Des expérimentations avec l'implantation complète du système sont présentées. Le système apparaît efficace et utilisable en pratique sur plusieurs scénarios réalistes.<br /><br />La principale application de ce travail est une nouvelle classe d'analyseurs statiques pour les langages de programmation utilisant des requêtes XPath et des types réguliers d'arbres. De tels analyseurs permettent de s'assurer, au moment de la compilation, de propriétés importantes comme le typage correct des programmes ou leur optimisation, pour un traitement plus sûr et plus efficace des données XML.