Les microorganismes constituent la plus grande diversité du monde vivant. Ils jouent un rôle clef dans tous les processus biologiques grâce à leurs capacités d’adaptation et à la diversité de leurs capacités métaboliques. Le développement de nouvelles approches de génomique permet de mieux explorer les populations microbiennes. Dans ce contexte, les biopuces à ADN représentent un outil à haut débit de choix pour l'étude de plusieurs milliers d’espèces en une seule expérience. Cependant, la conception et l’analyse des biopuces à ADN, avec leurs formats de haute densité actuels ainsi que l’immense quantité de données à traiter, représentent des étapes complexes mais cruciales. Pour améliorer la qualité et la performance de ces deux étapes, nous avons proposé de nouvelles approches bioinformatiques pour la conception et l’analyse des biopuces à ADN en environnements parallèles. Ces approches généralistes et polyvalentes utilisent le calcul haute performance (HPC) et les nouvelles approches du génie logiciel inspirées de la modélisation, notamment l’ingénierie dirigée par les modèles (IDM) pour contourner les limites actuelles. Nous avons développé PhylGrid 2.0, une nouvelle approche distribuée sur grilles de calcul pour la sélection de sondes exploratoires pour biopuces phylogénétiques. Ce logiciel a alors été utilisé pour construire PhylOPDb: une base de données complète de sondes oligonucléotidiques pour l’étude des communautés procaryotiques. MetaExploArrays qui est un logiciel parallèle pour la détermination de sondes sur différentes architectures de calcul (un PC, un multiprocesseur, un cluster ou une grille de calcul), en utilisant une approche de méta-programmation et d’ingénierie dirigée par les modèles a alors été conçu pour apporter une flexibilité aux utilisateurs en fonction de leurs ressources matériel. PhylInterpret, quant à lui est un nouveau logiciel pour faciliter l’analyse des résultats d’hybridation des biopuces à ADN. PhylInterpret utilise les notions de la logique propositionnelle pour déterminer la composition en procaryotes d’échantillons métagénomiques. Enfin, une démarche d’ingénierie dirigée par les modèles pour la parallélisation de la traduction inverse d’oligopeptides pour le design des biopuces à ADN fonctionnelles a également été mise en place. / Microorganisms represent the largest diversity of the living beings. They play a crucial rôle in all biological processes related to their huge metabolic potentialities and their capacity for adaptation to different ecological niches. The development of new genomic approaches allows a better knowledge of the microbial communities involved in complex environments functioning. In this context, DNA microarrays represent high-throughput tools able to study the presence, or the expression levels of several thousands of genes, combining qualitative and quantitative aspects in only one experiment. However, the design and analysis of DNA microarrays, with their current high density formats as well as the huge amount of data to process, are complex but crucial steps. To improve the quality and performance of these two steps, we have proposed new bioinformatics approaches for the design and analysis of DNA microarrays in parallel and distributed environments. These multipurpose approaches use high performance computing (HPC) and new software engineering approaches, especially model driven engineering (MDE), to overcome the current limitations. We have first developed PhylGrid 2.0, a new distributed approach for the selection of explorative probes for phylogenetic DNA microarrays at large scale using computing grids. This software was used to build PhylOPDb: a comprehensive 16S rRNA oligonucleotide probe database for prokaryotic identification. MetaExploArrays, which is a parallel software of oligonucleotide probe selection on different computing architectures (a PC, a multiprocessor, a cluster or a computing grid) using meta-programming and a model driven engineering approach, has been developed to improve flexibility in accordance to user’s informatics resources. Then, PhylInterpret, a new software for the analysis of hybridization results of DNA microarrays. PhylInterpret uses the concepts of propositional logic to determine the prokaryotic composition of metagenomic samples. Finally, a new parallelization method based on model driven engineering (MDE) has been proposed to compute a complete backtranslation of short peptides to select probes for functional microarrays.

Les travaux présentés dans ce manuscrit s’appliquent au domaine de la gestion de crise française, et notamment à la phase de réponse qui suit un évènement majeur, comme une crue ou un accident industriel. Suite à l’évènement, des cellules de crise sont activées pour prévenir et traiter les conséquences de la crise. Elles font face, dans l’urgence, à de nombreuses difficultés. Les parties-prenantes sont nombreuses, autonomes et hétérogènes, la coexistence de plans d’urgence engendre des contradictions et des effets en cascade se nourrissent des interconnexions entre réseaux. Ces constats arrivent alors que les données disponibles sur les réseaux informatiques ne cessent de se multiplier. Elles sont, par exemple, émises par des capteurs de mesures, sur des réseaux sociaux, ou par des bénévoles. Ces données sont l’occasion de concevoir un système d’information capable de les collecter pour les interpréter en un ensemble d’information formalisé, utilisable en cellule de crise. Pour réussir, les défis liés aux 4Vs du Big data doivent être relevés en limitant le Volume, unifiant (la Variété) et améliorant la Véracité des données et des informations manipulées, tout en suivant la dynamique (Vélocité) de la crise en cours. Nos états de l’art sur les différentes parties de l’architecture recherchée nous ont permis de définir un tel système d’information. Ce dernier est aujourd’hui capable de (i) recevoir plusieurs types d’évènements émis de sources de données connues ou inconnues, (ii) d’utiliser des règles d’interprétations directement déduites de règles métiers réelles et (iii) de formaliser l’ensemble des informations utiles aux parties-prenantes. Son architecture fait partie des architectures orientées évènements, et coexiste avec l’architecture orientée services du logiciel développé par le laboratoire Centre de Génie Industriel (CGI). Le système d’information ainsi implémenté a pu être éprouvé sur un scénario de crue majeure en Loire Moyenne, élaboré par deux Services de Prévision des Crues (SPC) français. Le modèle décrivant la situation de crise courante, obtenu par le système d’information proposé, peut être utilisé pour (i) déduire un processus de réponse à la crise, (ii) détecter des imprévus ou (iii) mettre à jour une représentation de la situation en cellule de crise. / The present work is applied to the field of French crisis management, and specifically to the crisis response phase which follows a major event, like a flood or an industrial accident. In the aftermath of the event, crisis cells are activated to prevent and deal with the consequences of the crisis. They face, in a hurry, many difficulties. The stakeholders are numerous, autonomous and heterogeneous, the coexistence of contingency plans favours contradictions and the interconnections of networks promotes cascading effects. These observations arise as the volume of data available continues to grow. They come, for example, from sensors, social media or volunteers on the crisis theatre. It is an occasion to design an information system able to collect the available data to interpret them and obtain information suited to the crisis cells. To succeed, it will have to manage the 4Vs of Big Data: the Volume, the Variety and Veracity of data and information, while following the dynamic (velocity) of the current crisis. Our literature review on the different parts of this architecture enables us to define such an information system able to (i) receive different types of events emitted from data sources both known and unknown, (ii) to use interpretation rules directly deduced from official business rules and (iii) to structure the information that will be used by the stake-holders. Its architecture is event-driven and coexists with the service oriented architecture of the software developed by the CGI laboratory. The implemented system has been tested on the scenario of a 1/100 per year flood elaborated by two French forecasting centres. The model describing the current crisis situation, deduced by the proposed information system, can be used to (i) deduce a crisis response process, (ii) to detect unexpected situations, and (iii) to update a COP suited to the decision-makers.

L'évolution rapide des besoins dus entre autres à l'innovation technique, la concurrence ou la réglementation conduit souvent à décrire le cadre d'étude des systèmes d'information dans des modèles conceptuels, pour faciliter l'évolution du fonctionnement des systèmes. La mise au point de ces modèles s'effectue en plusieurs phase au cours desquelles collaborent plusieurs équipes de nature différente, chaque intervenant apportant sa perception du système à construire en se limitant à la partie de son domaine de spécialisation. Il faut alors concilier les différentes perceptions. L'objectif essentiel de la thèse est de concevoir les mécanismes permettant d'une part d'obtenir le modèle factorisant les concepts communs à plusieurs modèles et, d'autre part, de proposer aux concepteurs une méthodologie de suivi de l'évolution de la factorisation. Pour réaliser la factorisation, nous avons mis en œuvre l'Analyse Formelle de Concepts et l'Analyse Relationnelle de Concepts (ARC) qui sont des méthodes d'analyse de données basées sur la théorie des treillis. Dans un ensemble d'entités décrites par des caractéristiques, les deux méthodes extraient des concepts formels qui associent un ensemble maximal d'entités à un ensemble maximal de caractéristiques partagées. Ces concepts formels sont structurés dans un ordre partiel de spécialisation qui les munit d'une structure de treillis. L'ARC permet de compléter la description des entités par des relations entre entités. La première contribution de la thèse est une méthode d'analyse de l'évolution de la factorisation d'un modèle basée sur l'AFC et l'ARC. Cette méthode s'appuie la capacité de l'AFC et de l'ARC à faire émerger au sein d'un modèle des abstractions thématiques de niveau supérieur, améliorant ainsi la sémantique des modèles. Nous montrons que ces méthodes peuvent aussi être employées pour suivre l'évolution du processus d'analyse avec des acteurs. Nous introduisons des métriques sur les éléments de modélisation et sur les treillis de concepts qui servent de base à l'élaboration de recommandations. Nous effectuons une expérimentation dans laquelle nous étudions l'évolution des 15 versions du modèle de classes du système d'information SIE-Pesticides. La seconde contribution de la thèse est une étude approfondie du comportement de l'ARC sur des modèles UML. Nous montrons l'influence de la structure des modèles sur différentes variables étudiées (comme les temps d'exécution et la mémoire occupée) au travers de plusieurs expérimentations sur les 15 versions du modèle SIE-Pesticides. Pour cela, nous étudions plusieurs configurations (choix d'éléments et de relations dans le méta-modèle) et plusieurs paramètres (choix d'utiliser les éléments non nommés, choix d'utiliser la navigabilité). Des métriques sont introduites pour guider le concepteur dans le pilotage du processus de factorisation et des recommandations sur les configurations et paramétrages à privilégier sont faites. La dernière contribution est une approche de factorisation inter-modèles afin de regrouper au sein d'un modèle l'ensemble des concepts communs à différents modèles sources conçus par différents experts. Outre le regroupement des concepts communs, cette analyse produit de nouvelles abstractions généralisant des concepts thématiques existants. Nous appliquons notre approche sur les 15 versions du modèle du SIE-Pesticides. L'ensemble de ces travaux s'inscrit dans un cadre de recherche dont l'objectif est de factoriser des concepts thématiques au sein d'un même modèle et de contrôler par des métriques la profusion de concepts produits par l'AFC et surtout par l'ARC. / The rapidly changing needs among other things due to technical innovation, competition and regulation often leads to describe the context for the study of conceptual models in information systems to facilitate the evolution of operating systems. The development of these models is carried out in several phases during which several working teams of different nature, providing each participant's perception of the system to be built is limited to the part of his area of specialization. It must then reconcile the different perceptions.The main objective of the thesis is to design mechanisms to obtain a share of the model factoring concepts common to several models and, secondly, to provide designers with a methodology for monitoring the evolution of factorization.To perform the factorization, we have implemented the Formal Concept Analysis and Relational Concepts Analysis (RCA), which are methods of analysis based on the theory of lattice data. In a set of entities described by features, both methods extract formal concepts that combine a maximum of entities to a maximum set of shared characteristics together. These formal concepts are structured in a partial order of specialization that provides with a lattice structure.The CRA can complement the description of the entities by relationships between entities.The first contribution of the thesis is a textbf {method a model for analyzing the evolution of the factorization based on the FCA and the RCA}. This method builds the capacity of the AFC and the CRA to emerge in a model of thematic abstractions higher level, improving semantic models. We show that these methods can also be used to monitor the analytical process with stakeholders. We introduce metrics on the design elements and the concept lattices which are the basis for the development of recommendations. We conduct an experiment in which we study the evolution of the 15 versions of the model class of information-Pesticides EIS system.The second contribution of this thesis is a textbf {depth study of the behavior of the RCA on UML models.} We show the influence of model structure on different variables studied (such as execution time and memory used) through several experiments on 15 versions of the EIS-Pesticides model. For this, we study several configurations (choice of elements and relations in the meta-model) and several parameters (choice of using unnamed elements, choice of using airworthiness). Metrics are introduced to guide the designer in managing the process of factoring and recommendations on the preferred configurations and settings are made.The last contribution is a textbf {approach to inter-model factorization} to group in a model all the concepts common to different source models designed by different experts. In addition to the consolidation of common concepts, this analysis produces new abstractions generalizing existing thematic concepts. We apply our approach on 15 versions of the model EIS-Pesticides.All this work is part of a research framework which aims to factor thematic concepts within a model and control metrics by the profusion of concepts produced by the FCA and especially by RCA.

Les langages dédiés de modélisation (DSMLs) sont de plus en plus utilisés dans les phases amont du développement des systèmes complexes, en particulier pour les systèmes critiques embarqués. L’objectif est de pouvoir raisonner très tôt dans le développement sur ces modèles et, notamment, de conduire des activités de vérification et validation (V and V). Une technique très utilisée est la vérification des modèles comportementaux par exploration exhaustive (model-checking) en utilisant une sémantique de traduction pour construire un modèle formel à partir des modèles métiers pour réutiliser les outils performants disponibles pour les modèles formels. Définir cette sémantique de traduction, exprimer les propriétés formelles à vérifier et analyser les résultats nécessite une expertise dans les méthodes formelles qui freine leur adoption et peut rebuter les concepteurs. Il est donc nécessaire de construire pour chaque DSML, une chaîne d’outils qui masque les aspects formels aux utilisateurs. L’objectif de cette thèse est de faciliter le développement de telles chaînes de vérification. Notre contribution inclut 1) l’expression des propriétés comportementales au niveau métier en s’appuyant sur TOCL (Temporal Object Constraint Language), une extension temporelle du langage OCL; 2) la transformation automatique de ces propriétés en propriétés formelles en réutilisant les éléments clés de la sémantique de traduction; 3) la remontée des résultats de vérification grâce à une transformation d’ordre supérieur et un langage de description de correspondance entre le domaine métier et le domaine formel et 4) le processus associé de mise en oeuvre. Notre approche a été validée par l’expérimentation sur un sous-ensemble du langage de modélisation de processus de développement SPEM, et sur le langage de commande d’automates programmables Ladder Diagram, ainsi que par l’intégration d’un langage formel intermédiaire (FIACRE) dans la chaîne outillée de vérification. Ce dernier point permet de réduire l’écart sémantique entre les DSMLs et les domaines formels. / Domain specific Modeling Languages (DSMLs) are increasingly used at the early phases in the development of complex systems, in particular, for safety critical systems. The goal is to be able to reason early in the development on these models and, in particular, to fulfill verification and validation activities (V and V). A widely used technique is the exhaustive behavioral model verification using model-checking by providing a translational semantics to build a formal model from DSML conforming models in order to reuse powerful tools available for this formal domain. Defining a translational semantics, expressing formal properties to be assessed and analysing such verification results require such an expertise in formal methods that it restricts their adoption and may discourage the designers. It is thus necessary to build for each DSML, a toolchain which hides formal aspects for DSML end-users. The goal of this thesis consists in easing the development of such verification toolchains. Our contribution includes 1) expressing behavioral properties in the DSML level by relying on TOCL (Temporal Object Constraint Language), a temporal extension of OCL; 2) An automated transformation of these properties on formal properties while reusing the key elements of the translational semantics; 3) the feedback of verification results thanks to a higher-order transformation and a language which defines mappings between DSML and formal levels; 4) the associated process implementation. Our approach was validated by the experimentation on a subset of the development process modeling language SPEM, and on Ladder Diagram language used to specify programmable logic controllers (PLCs), and by the integration of a formal intermediate language (FIACRE) in the verification toolchain. This last point allows to reduce the semantic gap between DSMLs and formal domains.

Made available in DSpace on 2014-07-29T14:57:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 wilane_mestrado.pdf: 4461079 bytes, checksum: da62fa9aebf506f095f41942a579aecc (MD5) Previous issue date: 2010-04-16 / Building and maintaining a Graphical User Interface (GUI) for Enterprise Information Systems usually requires much Software Engineering staff time and effort. This paper describes a model-driven approach to create dynamically and manage these GUIs. In this approach, the Software Engineer designs conceptual models of the information system using object-oriented meta-models. A set of predefined mapping rules is applied to automatically transform and refine the conceptual models in order to generate, in runtime, the look and feel of the GUI, without source code creation. This improves the software usability, assuring consistency and homogeneity of the GUI, increases the productivity of the software engineering staff and simplifies maintenance. In our experiments we have observed an average productivity fifteen times higher than traditional methods of GUI development. / Construir e manter uma Interface Gráfica com Usuário (GUI) para Sistemas de Informação (SI) demanda muito tempo e esforço da equipe de Engenharia de Software. Esta dissertação descreve uma abordagem dirigida por modelos para criar dinamicamente e gerenciar essas interfaces. Nessa abordagem, o Engenheiro de Software projeta um modelo conceitual do sistema de informação usando um meta-modelo orientado a objetos. Um conjunto de regras de mapeamento predefinidas é aplicado para refinar e transformar o modelo conceitual do SI, gerando, em tempo de execução, a sua interface gráfica, com aparência e comportamentos específicos. Esse mecanismo melhora a usabilidade do software, assegurando consistência e homogeneidade das GUIs, aumenta a produtividade da equipe de Engenharia de Software e simplifica a manutenção do SI. Nos experimentos realizados foi observada uma média de produtividade quinze vezes maior do que os métodos tradicionais no desenvolvimento de GUIs.

De nombreux systèmes hétérogènes sont complexes et critiques. Ces systèmes intègrent du logiciel et des composants matériels avec des interactions fortes entre ces composants. Dans ce contexte, il est devenu absolument nécessaire de développer des méthodologies et des techniques pour spéciier et valider ces systèmes.Dans l'ingénierie des systèmes, les exigences sont l'expression des besoins qu'un produit spécifique ou un service doit réaliser. Elles sont définies formellement à de nombreuses occasions dans l'ingénierie des systèmes complexes. Dans ce type de système, deux catégories d'exigence sont présentes : les exigences non-fonctionnelles telles que la performance et la fiabilité, les exigences fonctionnelles telles que la vivacité. Pour valider ces exigences, un environnement permettant de simuler et vérifier ces propriétés est essentiel.Dans notre travail, nous proposons une méthodologie basée sur SysML et combinée avec SystemC et Promela/SPIN pour spéciier et valider des systèmes complexes. Cette approche est basée sur l'ingénierie dirigée par les modèles pour premièrement traduire des modèles SysML en SystemC afin de réaliser des simulations et deuxièmement traduire des diagrammes d'état SysML en Promela/SPINain de vérifier des propriétés temporelles extraites des exigences. Cette approche est expérimentée sur une étude de cas pour démontrer sa faisabilité. / Heterogeneous Systems are complex and become very critical. These systems integrate software andhardware components with intensive interaction between them. In this context, there is a strongnecessity to develop methodologies and techniques to specify and validate these systems.In engineering, the requirements are the expression of needs on what a particular product or a serviceshould be or to make. They are used most of the time in a formal sense in the systems engineering.In this kind of systems, several types of requirements are present: non-functional requirements suchas the performance and the reliability and functional requirements such as the liveliness. To validatethese requirements of a system, an environment to simulate and to check the properties is essential.In our work, we propose a methodology based on SysML combined with SystemC and Promela/SPINto specify and validate complex systems. This approach is based on Model Driven Engineeringtechniques to irstly translate SysML models to systemC with the aim of simulation and to mapSysML behavioral diagrams to Promela/SPIN in order to verify temporal properties extracted fromthe requirements. The approach is experimented on case studies to demonstrate its feasibility.