La logistique de gestion de crise fait de plus en plus parler d’elle. En effet, que ce soit au sujet de conflits géopolitiques ou de catastrophes naturelles, ou encore lorsqu’il s’agit d’urgences de proximité, on ne peut plus passer à côté de la gestion de crise pour faire face à des faits internationaux ou nationaux. La logistique de gestion de crise œuvre pour que les secours soient optimisés et que l’aide et le ravitaillement en nourriture, eau, médicaments, soit apportés rapidement aux zones sinistrées. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse, dans le cadre d’une coopération avec le département logistique d’EADS, visent à apporter une réponse à ces défis. Nous présentons, dans ce contexte, des solutions basées sur une approche de modélisation, optimisation et simulation orientée agents de flux logistiques. Les problèmes de gestion de flux abordés nous ont permis d’étudier et développer trois volets d’investigation : un module d’aide au positionnement des zones logistiques qui permet de minimiser les distances entre les zones et d’optimiser leurs nombre et ce pour une meilleure circulation des flux, une approche innovante pour l’ordonnancement distribué des tâches de livraison qui permet d’apporter une solution à un problème de gestion des flux fortement distribué, et finalement un agent holonique qui permet de fournir une estimation de la consommation à venir d’un site logistique, en alliant l’expertise des logisticiens aux modèles à base de logique floue. Pour démontrer l’efficacité des approches utilisées, un démonstrateur baptisé OBAC (Optimisation à Base d’Agents Communicants) a été réalisé, intégrant toutes ces approches et applications militaires / Nowadays, crisis management logistics is facing new challenges. Indeed, geopolitical conflicts, natural disasters or emergencies can cause big damages and so require rapid and effective response. Due to their sudden occurrence, we are countering a high disturbances context: a Crisis Management Supply Chain (CMSC). Working in such an uncertain environment incites to be equipped with optimization and cooperation mechanisms assuring all the chain actors satisfaction, while acting in a collective way to reach a common objective: the crisis management.In this thesis, we focus on the definition of a modeling approach and an agent-based simulation of the Crisis Management Supply Chain. We propose a decision support system that deals with three problems: the optimal positioning of logistics zones to facilitate the flows circulation, an innovative method for solving a highly-distributed delivery scheduling problem, based on a multi-agent system, for the distribution of relief materials (food, water, clothes, etc.) to the areas affected by the disaster, and finally a need estimating agent to give an accurate forecast of resources’ consumption in the logistic zones. Blending the agent paradigm with the optimization technics helped reach our goals of implementing a large-scale decision support system. The simulation results highlight our contributions

Il est bien connu qu’une nouvelle étude, menée au sein d’une entreprise, est souvent semblable à une étude précédente et par conséquent, peut être structurée selon un processus de référence commun au type d’étude correspondant. Dans notre travail, nous l’avons appelé démarche métier. Il s’agit d’une bonne pratique de réalisation d’un type d’études. La difficulté majeure réside dans la formalisation de cette démarche métier. Les approches traditionnelles de capitalisation des connaissances s’appuyant sur des verbalisations d’experts ont montré leur limite. Souvent réalisées en dehors de l’activité réelle, les experts omettent des détails qui peuvent être d’importance. Notre thèse repose sur l’idée qu’il est possible de construire le processus opérationnel mis en œuvre lors des activités collaboratives de conception, à partir des traces enregistrées lors de l’utilisation de l’outil numérique par les acteurs métier. Le processus opérationnel ainsi construit pourra aider les acteurs métiers et les experts à prendre du recul sur le travail réel et à formaliser et enrichir les démarches métier de l’entreprise. Notre travail s’est déroulé au sein du laboratoire ERPI (Équipe de Recherche sur les Processus Innovatifs) de l’Université de Lorraine et en collaboration avec la société TDC Software dans le cadre d’une thèse CIFRE. Les contributions que nous proposons sont les suivantes : • Un double cycle de capitalisation pour des activités instrumentées,• Une approche globale de gestion des démarches métier,• Une ontologie OntoProcess modélisant des aspects organisationnels génériques (séparant clairement des concepts liés aux traces et d’autres liés aux démarches métier) et des extensions métiers spécifiques à l’outil utilisé,• Un système multi-agents supportant l’approche globale de gestion des démarches métiers et s’appuyant sur l’ontologie OntoProcess,• Un système à base de traces permettant de construire un processus opérationnel à partir des traces enregistrées lors d’une étude / It is well known in the enterprises that each new projectto be carried out is usually similar to a certain previous projects. Those projects can be structured according to a common reference process depending on their type. In the dissertation, we call this reference process of the enterprise’s good practices the “expertise business process”. The main difficulty lies in the formalization of the expertise business process. The traditional knowledge capitalization approaches based on the experts’ debriefings showed their limits: the experts often leave out details which may be of relevance because the debriefings are habitually realizedexternally to the activities. Our thesis relies on the idea that it is possible to construct the operational process, implemented during the collaborative activities in a product development study, from the traces recorded by the used IT tools. The constructed operational process allows the business actors and experts to step back on their work and formalize the new deducted experience to enhance the expertise business processes of the firm. Our work had taken place in the ERPI (Equipe de Recherche sur les Processus Innovatifs) laboratory of the “Université de Lorraine” under a partnership with TDC Software society and through a CIFRE Convention. This dissertation offers five key contributions: • A double cycle to capitalize over the instrumented activities. • A global approach for the management of expertise business processes. • An ontology “OntoProcess” to conceive the generic organizational aspects, separating distinctly the concepts related to traces from those related to the business process, and providing extensions in function of the used tools. • A multi-agents system based on the ontology “OntoProcess” to support the presented global approach of the expertise business processes management. • A trace based system that allows the construction of the operational process from the traces registered over the study

La problématique générale de cette thèse, qui s'inscrit dans le contexte du projet européen InTraDE (Intelligent Transportation for Dynamic Environment), concerne la modélisation de systèmes de systèmes (SdS). Un SdS est un système composé d'une hiérarchie de systèmes autonomes présents à différents niveaux de représentation. Cette thèse répond au besoin d'outils de modélisation généralistes respectant les caractéristiques fondamentales des SdS, en proposant un formalisme multi-agents mullti-niveaux et les algorithmes qui assurent le respect de ces caractéristiques. L'utilisation d'un modèle multi-agents permet de profiter de l'autonomie naturelle des agents et l'aspect multi-niveaux de notre modèle permet aux entités modélisées de raisonner à propos de l'organisation hiérarchique du système en leur offrant la notion explicite de niveau. En plus de la modélisation des systèmes complexes, cette thèse aborde les problèmatique liées à leur simulation, en particulier, le fait que les ressources informatiques (mémoire et microprocesseur utilisés) nécessaires pour simuler avec précision de tels systèmes sont particulièrement importantes. Nous proposons ainsi une méthodologie pour tirer partie de la capacité des simulations multi-niveaux à produire un compromis entre la précision de la simulation et les ressources informatiques utilisées. / The main problematic of this thesis, which takes place in the context of the european project InTraDE (Intelligent Transportation for Dynamic Environment), deals with the modeling of systems of systems (SoS). A SoS is a system composed of a hierarchy of autonomous systems present in several representation levels. This thesis answers the need of generic modeling tools respecting the fundamental characteristics of SoS, proposing a multi-level multi-agent formalism and algorithms wich insure their respect. The use of a multi-agent model allows to take advantage of the natural autonomy of agents and the multi-level aspect of our model permits to modeled entities to reason about the organisational hierarchy of the system, carrying the explicit notion of level. Besides the modeling of complex systems, this thesis also deals with the problematic related to their simulations, particularly, the fact that computer resources (used memory and microchips) needed to simulate with precision such systems are truly important. We propose a methodology to benefit from the muli-level simulations capacity to produce compromise between the simulation precision and the used computer resources.

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.

Cette thèse porte sur des techniques de commande à base d’optimisation dans le cadre des systèmes dynamiques Multi-Agents sous contraintes, plus particulièrement liées à l’évitement des collisions. Dans un contexte ensembliste, l’évitement des collisions au sein de la formation se traduit par des conditions de non intersection des régions de sécurité caractéristiques à chaque agent/obstacle. Grace à sa capacité à gérer les contraintes, la commande prédictive a été choisie parmi les méthodes de synthèse fondées sur des techniques d’optimisation. Tout d’abord, une structure de type leader-suiveur est considérée comme une architecture décentralisée élémentaire. La zone de fonctionnement de chaque suiveur est décidée par le leader et puis une loi de commande locale est calculée afin de garantir que les suiveurs restent à l’intérieur de la zone autorisée, permettant d’éviter les collisions. Ensuite, un déploiement des agents fondé sur l’approche de commande prédictive décentralisée, utilisant des partitions dynamiques de Voronoi, est proposé, permettant de ramener chaque agent vers l’intérieur de sa cellule Voronoi. Une des contributions a été de considérer le centre de Chebyshev comme cible à l’intérieur de chaque cellule. D’autres solutions proposent l’utilisation du centre de masse ou du centre obtenu par l’interpolation des sommets. Finalement, des méthodes ensemblistes sont utilisées pour construire un niveau supplémentaire de détection de défauts dans le cadre du système Multi-Agents. Cela permet l’exclusion des agents défectueux ainsi que l’intégration des agents extérieurs certifiés sans défauts dans la formation en utilisant des techniques de commande prédictive centralisée. / This thesis presents optimizationbased control techniques for dynamical Multi-Agent systems (MAS) subject to collision avoidance constraints. From the set-theoretic point of view, collision avoidance objective can be translated into non-overlapping conditions for the safety regions characterizing each agent/obstacle while maintaining the convergence towards a specified formation. Among the successful optimizationbased control methods, Model Predictive Control (MPC) is used for constraints handling. First, a leader-follower structure is considered as a basic decentralized architecture. The followers functioning zone assignment is decided by the leader and then the local linear feedback control is computed such that the follower operates strictly inside its authorized zone, offering anti-collision guarantees. Second, a dynamic Voronoi partition based deployment of the agents using an inner target driver is developed. The main novelty is to consider the Chebyshev center as the inner target for each agent, leading to an optimization-based decentralized predictive control design. In the same topic, other inner targets are considered such as the center of mass or vertex interpolated center. Third, set-theoretic tools are used to design a centralized FDI layer for dynamical MAS, leading to the exclusion of a faulty agent from the MAS formation and the integration of an external healthy/recovered agent in the current formation. The set-based FDI allows detecting and isolating these faulty agents to protect the current formation using centralized predictive control techniques.

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.

Mes travaux de recherche s'inscrivent dans le domaine de l'ingénierie des connaissances et de la réalité virtuelle, les environnements virtuels d'apprentissage humain (EVAH) en constituant le cadre applicatif. Depuis ma thèse, mes activités de recherche portent sur la modélisation des connaissances pour les agents autonomes en environnement virtuel. L'objectif est de concevoir des modèles qui permettent l'explicitation des connaissances nécessaires à l'exécution des comportements de ces agents. Ces travaux se placent dans le contexte de la simulation des activités humaines se déroulant en environnement réaliste. Plus précisément, les activités considérées sont les tâches procédurales et collaboratives. Les modèles que je propose permettent d'une part la simulation de ces activités humaines dans un environnement virtuel et permettent d'autre part, à des utilisateurs humains de « prendre la place » des agents en temps réel dans un but de simulation ou de formation. Un tel environnement peut être considéré comme un système complexe du fait du nombre et de l'hétérogénéité des agents qui le peuplent, du fait de leurs nombreuses interactions et de l'intégration de l'humain dans le système. Notre cadre applicatif est l'apprentissage humain. Les connaissances explicitées décrivent alors le modèle « métier » à transmettre mais également les connaissances spécifiques à la didactique ou à la pédagogie qui servent aux comportements d'agents autonomes jouant les rôles du formateur. J'ai proposé mascaret, un ensemble de modèles permettant l'explicitation des connaissances pour les agents peuplant un environnement virtuel. Ces connaissances portent sur la structure et la dynamique de l'environnement ainsi que sur les procédures que peuvent réaliser des équipes de personnels dans cet environnement. Le langage utilisé pour décrire la connaissance métier est uml ; mascaret peut alors être considéré comme un profil spécifique à la conception d'environnement virtuel. Ainsi, un modèle métier écrit à l'aide de mascaret est une instance du méta-modèle mascaret et est donc une donnée manipulable en temps réel dans la simulation. L'avantage d'uml dans ce cadre est qu'il s'agit d'un langage normalisé et graphique ce qui le rend utilisable par des experts d'un métier spécifique mais non expert de la conception informatique. De plus, uml est un langage unifié dans le sens où le même langage, et donc le même outil, permet de décrire l'aspect statique et dynamique du système abordé. L'explicitation de la connaissance grâce à mascaret permet de prototyper et simuler un système complexe. gaspar est un exemple d'application de type serious game que nous avons conçue pour le compte de DCNS. L'intérêt de mascaret dans cette application est d'une part de pouvoir tester rapidement de nouvelles configurations (géométrie du porte-avions, positions des avions, nouvelles procédures) mais également de pouvoir générer automatiquement un bilan du résultat de la simulation (durée d'une procédure, temps d'occupation d'une ressource...). La deuxième utilisation de mascaret que nous avons démontrée est la conception de situations d'apprentissage. Nous proposons pegase qui s'appuie sur les connaissances métier explicites de la simulation pour proposer des assistances pédagogiques adaptées. De même poseidon, permet au formateur de décrire l'exercice et les actions qui devrons y être menées en s'appuyant sur les connaissances métier explicites. Le fait d'utiliser mascaret permet à ces deux modèles d'être complètement indépendants des modèles métier spécifiques.

The Sahelian Niger farming systems spatial expansion over the last century is about to reach its end. Meanwhile, rural societies organizations & managements of economic activities have evolved. This research objective is to develop an integrative approach to evaluate the impact of social factors on farming system transitions. The study focuses on three contrasted sites of Sahelian Niger. Regional, village & individual level interviewing tools are used to define differentiated individual behavior rules to be translated into an Agent-based model simulating the populations & their related "terroirs" along two or three generations. The model is based on reactive individual agents acting empirically, i.e. without optimisation processes. The model is realistic concerning the individual behaviors & realistically simulates their impacts on village populations & natural resources. Simulation results show that once dominant unitary families have shifted towards non-cooperative ones around the 70's. Simulations with no transition processes of inheritance system & family organization show that villages specialize themselves: more a "terroir" is well endowed, more its population involves itself in local activities. Introducing such processes, differentiation occurs within the population level, subdividing it into specializing groups according to their village anteriority & manpower & land availability. Introducing development proposals (inorganic fertilizer availability & yield-based inventory credit) reinforce this social differentiation: only well-endowed sites & among them, only favored groups have the saving capacity to get involved. The securizing inventory credit proposal has more success than the intensification-oriented inorganic fertilizer use. Combining different individual-level tools in a multidisciplinary approach is efficient in underlining the impact of micro level constraints on long-term population evolutions in such constrained environments. Such approach may be used in development diagnosis to identify the constraint hierarchy affecting differentially the population. Simulating population behaviors keep open epistemological debates that have strong implications for rural populations.

Le Problème de Transport à la Demande (PTD), consiste à prendre en charge le transport des personnes d'un lieu de départ vers un lieu d'arrivée. Il est caractérisé par un ensemble de demandes de transport et d'un nombre de véhicules disponible. L'ultime objectif dans ce travail de thèse est d'offrir une alternative optimisée au déplacement individuel et collectif. Le PTD est classé parmi les problèmes NP-difficile, la majorité des travaux de recherche ont été concentrés sur l'utilisation des méthodes approchées pour le résoudre.Ce problème est également multicritère, la solution proposée dans ce travail permet à la fois une réduction du temps de voyage et également de la distance parcourue. Dans cette thèse, nous proposons notre contribution à l'étude et à la résolution du problème de transport à la demande multicritère et dynamique en appliquant l'algorithme de recuit simulé multi-objectif. Une grande partie de notre travail concerne la conception, le développement et la validation des approches qui permettent de donner des solutions optimales ou quasi optimales, pour un PTD. Ces approches utilisent une méthode multicritère qui s'appuie sur l'algorithme de recuit simulé. La modélisation du PTD est représentée par une architecture multi-acteurs. Cette architecture met en évidence l'aspect distribué du système ainsi que les interactions et les relations qui peuvent avoir lieu entre les différents acteurs. Nous présentons dans ce travail un Système Multi-Agents pour la planification des itinéraires des véhicules affectés au transport des voyageurs. Les agents de ce système utilisent le module d'optimisation développé dans la première partie

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.