Les appareils modernes sont constitués de plusieurs sous-systèmes de différentes sortes qui communiquent et interagissent. L'hétérogénéité de ces sous-systèmes et leurs interactions complexes rendent très délicate leur développement. L'approche d'ingénierie dirigée par les modèles apporte une solution en permettant l'expression de nombreux modèles structurels et comportementaux de natures très diverses. Dans ce contexte, il est nécessaire de construire un modèle unique qui intègre ces différents modèles afin d'y appliquer des méthodes de validation et de vérification pour permettre aux ingénieurs système de comprendre et de valider un comportement global. Cependant, la coordination manuelle des différents modèles qui composent le système est une opération source d'erreurs et les approches automatiques proposent des patrons de coordination ad-hoc pour certaines paires de langages. Dans ces approches, le patron de coordination est souvent encapsulé dans un outil dont il est difficile d'extraire les liens avec le système global. Cette thèse propose le Behavioral Coordination Operator Language (BCOoL), un langage dédié à la spécification de patrons de coordination entre des langages à partir de la définition d'opérateurs de coordination. Ces opérateurs sont employés afin d'automatiser la coordination de modèles exprimés dans ces langages. BCOoL est implémenté comme une suite de plugins qui s'appuient sur l'Eclipse Modeling Framework et présente ainsi un environnement complet pour l'exécution et la vérification de différents modèles coordonnés. / Modern devices embed several subsystems with different characteristics that communicate and interact in many ways. This makes its development complex since a designer has to deal with the heterogeneity of each subsystem but also with the interaction between them. To tackle the development of complex systems, Model Driven Engineering promotes the use of various, possibly heterogeneous, structural and behavioral models. In this context, the coordination of behavioral models to produce a single integrated model is necessary to provide support for validation and verification. It allows system designers to understand and validate the global and emerging behavior of the system. However, the manual coordination of models is tedious and error-prone, and current approaches to automate the coordination are bound to a fixed set of coordination patterns. Moreover, they encode the pattern into a tool thus limiting reasoning on the global system behavior. In this thesis, we propose a Behavioral Coordination Operator Language (B-COoL) to reify coordination patterns between specific domains by using coordination operators between the Domain-Specific Modeling Languages used in these domains. Those operators are then used to automate the coordination of models conforming to these languages. B-COoL is implemented as plugins for the Eclipse Modeling Framework thus providing a complete environment to execute and verify coordinated models. We illustrate the use of B-COoL with the definition of coordination operators between timed finite state machines and activity diagrams. We then use these operators to coordinate and execute the heterogeneous models of a surveillance camera system.

Au niveau système, un ensemble d'experts spécifient des propriétés fonctionnelles et non fonctionnelles en utilisant chacun leurs propres modèles théoriques, outils et environnements. Chacun essaye d'utiliser les formalismes les plus adéquats en fonction des propriétés à vérifier. Cependant, chacune des vues d'expertise pour un domaine s'appuie sur un socle commun et impacte direct ou indirectement les modèles décrits par les autres experts. Il est donc indispensable de maintenir une cohérence sémantique entre les différents points de vue, et de pouvoir réconcilier et agréger chacun des points de vue avant de poursuivre les différentes phases d'analyse. Cette thèse propose un modèle, dénommé PRISMSYS, qui s'appuie sur une approche multi-vue dirigée par les modèles et dans laquelle pour chacun des domaines, chaque expert décrit les concepts de son domaine et la relation que ces concepts entretiennent avec le modèle socle. L'approche permet de maintenir la cohérence sémantique entre les différentes vues à travers la manipulation d'événements et d'horloges logiques. PRISMSYS est basé sur un profil UML qui s'appuie autant que possible sur les profils SysML et MARTE. Le modèle sémantique qui maintien la cohérence est spécifié avec le langage CCSL qui est un langage formel déclaratif pour la spécification de relations causales et temporelles entre les événements de différentes vues. L'environnement proposé par PRISMSYS permet la co-simulation du modèle et l'analyse. L'approche est illustrée en s'appuyant sur une architecture matérielle dans laquelle le domaine d'analyse privilégié est un domaine de consommation de puissance.

Le doctorat s'inscrit dans le cadre d'une bourse CIFRE et d'un partenariat entre l'ENSTA Bretagne, l'IRISA et Thales Air Systems. Les préoccupations de ce dernier, et plus particulièrement de l'équipe de rattachement, sont de réaliser des systèmes à logiciels prépondérants embarqués. La complexité de ces systèmes et les besoins de compétitivité associés font émerger la notion de "Model-Based Product Lines(MBPLs)". Celles-ci tendent à réaliser une synergie de l'abstraction de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) et de la capacité de gestion de la capitalisation et réutilisation des Lignes de Produits (LdPs). La nature irrévocablement dynamique des systèmes réels induit une évolution permanente des LdPs afin de répondre aux nouvelles exigences des clients et pour refléter les changements des artefacts internes de la LdP. L'objectif de cette thèse est unique, maîtriser des incréments d'évolution d'une ligne de produits de systèmes complexes, les contributions pour y parvenir sont duales. La thèse est que 1) une variabilité multidimensionnelle ainsi qu'une modélisation relationnelle est requise dans le cadre de lignes de produits de systèmes complexes pour en améliorer la compréhension et en faciliter l'évolution (proposition d'un cadre générique de décomposition de la modélisation et d'un langage (DSML) nommé PLiMoS, dédié à l'expression relationnelle et intentionnelle dans les MBPLs), et que 2) les efforts de spécialisation lors de la dérivation d'un produit ainsi que l'évolution de la LdP doivent être guidé par une architecture conceptuelle (introduction de motifs architecturaux autour de PLiMoS et du patron ABCDE) et capitalisés dans un processus outillé semi-automatisé d'évolution incrémentale des lignes de produits par extension.

Au niveau système, un ensemble d'experts spécifient des propriétés fonctionnelles et non fonctionnelles en utilisant chacun leurs propres modèles théoriques, outils et environnements. Chacun essaye d'utiliser les formalismes les plus adéquats en fonction des propriétés à vérifier. Cependant, chacune des vues d'expertise pour un domaine s'appuie sur un socle commun et impacte direct ou indirectement les modèles décrits par les autres experts. Il est donc indispensable de maintenir une cohérence sémantique entre les différents points de vue, et de pouvoir réconcilier et agréger chacun des points de vue avant de poursuivre les différentes phases d'analyse. Cette thèse propose un modèle, dénommé PRISMSYS, qui s'appuie sur une approche multi-vue dirigée par les modèles et dans laquelle pour chacun des domaines, chaque expert décrit les concepts de son domaine et la relation que ces concepts entretiennent avec le modèle socle. L'approche permet de maintenir la cohérence sémantique entre les différentes vues à travers la manipulation d'événements et d'horloges logiques. PRISMSYS est basé sur un profil UML qui s'appuie autant que possible sur les profils SysML et MARTE. Le modèle sémantique qui maintien la cohérence est spécifié avec le langage CCSL qui est un langage formel déclaratif pour la spécification de relations causales et temporelles entre les événements de différentes vues. L'environnement proposé par PRISMSYS permet la co-simulation du modèle et l'analyse. L'approche est illustrée en s'appuyant sur une architecture matérielle dans laquelle le domaine d'analyse privilégié est un domaine de consommation de puissance. / At the system-level, experts specify functional and non-functional properties by employing their own theoretical models, tools and environments. Such experts attempt to use the most adequate formalisms to verify the defined system properties in a specific domain. Nevertheless, each one of these experts' views is supported on a common base and impacts directly or indirectly the models described by the other experts. Therefore, it is essential to keep a semantic coherence among the different points of view, and also to be able to reconcile and to include all the points of view before undertaking the different phases of the analysis. This thesis proposes a specific domain model called PRISMSYS. This model is based on a model-driven multi-view approach where the concepts, and the relationships between them, are described for each experts' domain. Moreover, these concepts maintain a relation with a backbone model. PRISMSYS allows keeping a semantic coherence among the different views by means of the manipulation of events and logical clocks. PRISMSYS is represented in an UML profile, supported as much as possible by SysML and MARTE. The semantic model, which preserves the view coherence, is specified by using CCSL, a declarative formal language for the specification of causal and temporal relationships between events of different views. The environment proposed by PRISMSYS allows the co-simulation of the model and its analysis. The approach is illustrated taking as case study an electronic system, where the main domain analysis is power consumption.

Dans ce travail, nous présentons une approche de couplage de modèles orientée agent pour la modélisation des systèmes complexes spatiaux. L’idée principale est d’utiliser l’espace comme medium d’interaction entre les modèles à coupler pour leur permettre de coexister et d’interagir conformément à un ensemble de règles qui régissent ces interactions. En jouant le rôle de facteur de couplage, l’espace permet aux agents chargés du couplage d’échanger des données et nous permet d’observer les résultats concrets du couplage des différents modèles constituant le système complexe spatial étudié. Cette approche est composée d’une méthodologie et d’un métamodèle de couplage orienté-agent. Notre métamodèle est basé sur une architecture organisationnelle (AGRE) et de type holonique qui prend en considération la spécificité, l’autonomie et l’échelle de calcul de chaque modèle. Cette notion de holon nous permet de gérer l’hétérogénéité des formalismes et des échelles spatio-temporelles des modèles. En effet, l’hétérogénéité spatiale est gérée par la décomposition des agents de collecte et de spatialisation jusqu’à atteindre le niveau d’abstraction souhaité. Ces agents peuvent passer d’un niveau à l’autre en adaptant l’échelle spatiale de l’espace à l’échelle spatiale du modèle grâce à des fonctions de conversion. L’hétérogénéité temporelle est gérée par un agent de temps qui permettra de calculer la future date d’exécution du modèle et un agent scheduler qui se chargera de l’ordonnancement de ces dates sur l’échelle de temps de la simulation. Nous prenons le système urbain de Métouia (Tunisie), comme exemple de système complexe spatial à étudier pour répondre aux besoins des urbanistes en termes d’aide à la décision en aménagement et tester notre approche de couplage coupling4modeling. / In This work we present an agent-based approach for coupling models in the context of complex spatial systems. The main idea of our approach called Coupling4Modeling is the use of the space as a medium of interactions between the coupling agents to allow them to co-exist and interact according to a set of rules that govern these interactions. By playing the role of coupling factor, space allows coupling agents to exchange data and to observe the results of pragmatic coupling of different models constituting the studied spatial complex sys-tem. This approach consisting in a methodology and an agent-oriented metamodel of coupling. Our metamodel is based on an organizational (AGRE) with holonic architecture that takes into consideration the specificity, autonomy and the calculation scale of each model. This notion of holon allows us to manage the heterogeneity of formalisms and spatio-temporal scales of models. In fact, spatial heterogeneity is managed by the decomposition of the collector and the interpreter agents until reaching the desired level of abstraction. These agents can move from one level to another by adapting the spatial scale of the space to the spatial scale of the model through conversion functions. The temporal heterogeneity is managed by a time agent that will calculate the future date in the execution of the model and a scheduler agent that will schedule these dates following the time scale of the simulation. We take the urban system of Metouia (Tunisia) as an example of spatial complex system, to study with details and to test our coupling4modeling approach. The main goal is to meet the needs of urbanists in terms of decision support in urban planning and to test our coupling approach coupling4modeling.

Le doctorat s'inscrit dans le cadre d'une bourse CIFRE et d'un partenariat entre l'ENSTA Bretagne, l'IRISA et Thales Air Systems. Les préoccupations de ce dernier, et plus particulièrement de l'équipe de rattachement, sont de réaliser des systèmes à logiciels prépondérants embarqués. La complexité de ces systèmes et les besoins de compétitivité associés font émerger la notion de "Model-Based Product Lines(MBPLs)". Celles-ci tendent à réaliser une synergie de l'abstraction de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) et de la capacité de gestion de la capitalisation et réutilisation des Lignes de Produits (LdPs). La nature irrévocablement dynamique des systèmes réels induit une évolution permanente des LdPs afin de répondre aux nouvelles exigences des clients et pour refléter les changements des artefacts internes de la LdP. L'objectif de cette thèse est unique, maîtriser des incréments d'évolution d'une ligne de produits de systèmes complexes, les contributions pour y parvenir sont duales. La thèse est que 1) une variabilité multidimensionnelle ainsi qu'une modélisation relationnelle est requise dans le cadre de lignes de produits de systèmes complexes pour en améliorer la compréhension et en faciliter l'évolution (proposition d'un cadre générique de décomposition de la modélisation et d'un langage (DSML) nommé PLiMoS, dédié à l'expression relationnelle et intentionnelle dans les MBPLs), et que 2) les efforts de spécialisation lors de la dérivation d'un produit ainsi que l'évolution de la LdP doivent être guidé par une architecture conceptuelle (introduction de motifs architecturaux autour de PLiMoS et du patron ABCDE) et capitalisés dans un processus outillé semi-automatisé d'évolution incrémentale des lignes de produits par extension. / The PhD (CIFRE fundings) was supported by a partnership between three actors: ENSTA Bretagne, IRISA and Thales Air Systems. The latter's concerns, and more precisely the ones from the affiliation team, are to build embedded software-intensive systems. The complexity of these systems, combined to the need of competitivity, reveal the notion of Model-Based Product Lines (MBPLs). They make a synergy of the capabilities of modeling and product line approaches, and enable more efficient solutions for modularization with the distinction of abstraction levels and separation of concerns. Besides, the dynamic nature of real-world systems induces that product line models need to evolve continually to meet new customer requirements and to reflect changes in product line artifacts. The aim of the thesis is to handle the increments of evolution of complex systems product lines, the contributions to achieve it are twofolds. The thesis claims that i) a multidimensional variability and a relational modeling are required within a complex system product line in order to enhance comprehension and ease the PL evolution (Conceptual model modularization framework and PliMoS Domain Specific Modeling Language proposition; the language is dedicated to relational and intentional expressions in MBPLs), and that ii) specialization efforts during product derivation have to be guided by a conceptual architecture (architectural patterns on top of PLiMoS, e.g.~ABCDE) and capitalized within a semi-automatic tooled process allowing the incremental PL evolution by extension.

La reconstruction et la résurrection moléculaire de protéines ancestrales est au coeur de cette thèse. Alors que les données moléculaires fossiles sont quasi inexistantes, il est possible d'estimer quelles étaient les séquences ancestrales les plus probables le long d'un arbre phylogénétique décrivant les relations de parentés entre séquences actuelles. Avoir accès à ces séquences ancestrales permet alors de tester de nombreuses hypothèses biologiques, de la fonction des protéines ancestrales à l'adaptation des organismes à leur environnement. Cependant, ces inférences probabilistes de séquences ancestrales sont dépendantes de modèles de substitution fournissant les probabilités de changements entre acides aminés. Ces dernières années ont vu le développement de nouveaux modèles de substitutions d'acides aminés, permettant de mieux prendre en compte les phénomènes biologiques agissant sur l'évolution des séquences protéiques. Classiquement, les modèles supposent que le processus évolutif est à la fois le même pour tous les sites d'un alignement protéique et qu'il est resté constant au cours du temps lors de l'évolution des lignées. On parle alors de modèle homogène en temps et en sites. Les modèles récents, dits hétérogènes, ont alors permis de lever ces contraintes en permettant aux sites et/ou aux lignées d'évoluer selon différents processus. Durant cette thèse, de nouveaux modèles hétérogènes en temps et sites ont été développés en Maximum de Vraisemblance. Il a notamment été montré qu'ils permettent d'améliorer considérablement l'ajustement aux données et donc de mieux prendre en compte les phénomènes régissant l'évolution des séquences protéiques afin d'estimer de meilleurs séquences ancestrales. A l'aide de ces modèles et de reconstruction ou résurrection de protéines ancestrales en laboratoire, il a été montré que l'adaptation à la température est un déterminant majeur de la variation des taux évolutifs entre lignées d'Archées. De même, en appliquant ces modèles hétérogènes le long de l'arbre universel du vivant, il a été possible de mieux comprendre la nature du signal évolutif informant de manière non-parcimonieuse un ancêtre universel vivant à plus basse température que ses deux descendants, à savoir les ancêtres bactériens et archéens. Enfin, il a été montré que l'utilisation de tels modèles pouvait permettre d'améliorer la fonctionnalité des protéines ancestrales ressuscitées en laboratoire, ouvrant la voie à une meilleure compréhension des mécanismes évolutifs agissant sur les séquences biologiques / The molecular reconstruction and resurrection of ancestral proteins is the major issue tackled in this thesis manuscript. While fossil molecular data are almost nonexistent, phylogenetic methods allow to estimate what were the most likely ancestral protein sequences along a phylogenetic tree describing the relationships between extant sequences. With these ancestral sequences, several biological hypotheses can be tested, from the evolution of protein function to the inference of ancient environments in which the ancestors were adatapted. These probabilistic estimations of ancestral sequences depend on substitution models giving the different probabilities of substitution between all pairs of amino acids. Classicaly, substitution models assume in a simplistic way that the evolutionary process remains homogeneous (constant) among sites of the multiple sequence alignment or between lineages. During the last decade, several methodological improvements were realised, with the description of substitution models allowing to account for the heterogeneity of the process among sites and in time. During my thesis, I developed new heterogeneous substitution models in Maximum Likelihood that were proved to better fit the data than any other homogeneous or heterogeneous models. I also demonstrated their better performance regarding the accuracy of ancestral sequence reconstruction. With the use of these models to reconstruct or resurrect ancestral proteins, my coworkers and I showed the adapation to temperature is a major determinant of evolutionary rates in Archaea. Furthermore, we also deciphed the nature of the phylogenetic signal informing substitution models to infer a non-parsimonious scenario for the adaptation to temperature during early Life on Earth, with a non-hyperthermophilic last universal common ancestor living at lower temperatures than its two descendants. Finally, we showed that the use of heterogeneous models allow to improve the functionality of resurrected proteins, opening the way to a better understanding of evolutionary mechanisms acting on biological sequences