Le travail de thèse de Baudoin Dafflon se situe dans la thématique générale des systèmes auto-organisés, dans la version centrée sur les systèmes multi-agents. Ce travail repose sur l’idée que l’organisation d’un système distribué peut émerger à partir du comportement de chacune des d’entités autonomes et proactives qui le composent. L’organisation émergente satisfait l’objectif confié au système auto-organisé. Cette thèse s’est particulièrement occupé de domaines applicatifs où les systèmes auto-organisés sont formés par des entités matérielles intelligents, en général mobiles, situées dans un environnement physique relativement incertain. Ses études de cas appartiennent à la problématique de la conduite en convoi de flottes de véhicules autonomes.En particulier, B. Dafflon s’est intéressé à la prise de décision pour ce genre de systèmes. Cette question est particulièrement importante lorsque l’environnement est incertain, soit par ce que les entités autonomes en ont une connaissance imparfaite, soit par ce que des phénomènes aléatoires peuvent se produire. Dans ce cas chaque entité doit décider, de façon décentralisée quelle est la meilleure action locale à exécuter pour que l’organisation globale soit préservée. Si bien l’échange d’informations entre entités n’est pas exclu d’emblée pour ce type de systèmes, les travaux de cette Thèse ont été conduits en adoptant la contrainte de non-communication, dans le but d’explorer la portée des approches purement autonomes et locales de la prise de décision par les agents.Parmi les contributions substantielles apportées par cette thèse nous pouvons mentionner les suivants. Premièrement, la proposition d’une architecture qui sépare la fonction décision de la fonction contrôle, ce qui permet de mieux intégrer des fonctionnalités qui prennent en compte l’incertain. Un exemple dans le domaine applicatif (la conduite en convoi) serait l’évitement d’obstacles. Deuxièmement, B. Dafflon propose l’introduction d’une hiérarchie de systèmes multi-agents où la prise de décision est également envisagée comme un processus auto-organisé dans un monde virtuel d’agents. Ce monde virtuel est défini par un processus d’abstraction des informations données par les percepts des agents matériels. Finalement, cette Thèse propose des modèles d’interaction pour ces agents virtuels qui reposent sur des processus physiques (lois d’attraction-répulsion, dynamique des gazes, ...). L’intérêt en est que la décision peut être élaborée de façon calculatoire, en évaluant des indicateurs globaux inspirés des processus physiques modélisés.Les travaux présentés dans cette thèse ont été effectués et ont été financés par le projet ANR-VTT SafePlatoon. / Baudoin Dafflon’s doctoral work is placed in the general frame of self-organised systems. This kind of systems bases on the hypothesis that their organizationcan be the result of the individual behaviour of each one of the autonomous and proactive component entities. This emergent organization satisfies the objectives entrusted to the self-organizing system. This thesis is mainly directed to application domains in which the self-organizing system is composed of intelligent, frequently mobile material devices places in a physical, uncertain environment. Case-studies made included in this Thesis belong to the vehicle platoon problem.This Thesis interests mainlyto the decision-making problem of the self organizing systems of this kind. This aspect is particularly important when the system evolves in an uncertain environment. Uncertainty can be the consequence of an imperfect knowledge of the environment or because of the occurrence of unpredictable events. In those situations the autonomous entities have to decide locally about the best action to be performed in order for the global organization to be maintained. Even if information exchange among autonomous entities is not excluded a-priori, this doctoral work has been done under the restriction of non-communication, in order to investigate the reach of completely de-centralised approaches.Among the contributions of this thesis we can mention the following. Firstly, the proposal of an architecture that separates decision making and control, thereby allowing a simpler integration of uncertainty-management. An example from the application domain (vehicle platoons) is obstacle avoidance. Secondly, this thesis introduces a hierarchy of multi-agent systems such that decision-making is also conceived as a self-organized process in a virtual agent’s world. The later is built from an abstraction process based on the perceptions produced by material agents. Lastly, this thesis proposes physics-inspired interaction mechanisms for virtual agents. Those interaction models based on phenomena such as attraction-repulsion forces or gas dynamics, allow for a computational decision making process based on the laws and properties of the adopted physical models.Doctoral work presented in this Thesis has been done in the framework of the ANR-VTT project.

Ce travail, adossé au paradigme de la prise de décision en situation (Klein, Orasanu, Calderwood, & Zsambok, 1993) porte sur le processus de prise de décisions d‘entraîneurs de handball au cours du match. La situation de match, caractérisée par ses aspects dynamiques, coopératifs et compétitifs, donne une conception chaotique de ce processus (Bowes & Jones, 2006). C‘est pourquoi, son étude nécessite de mobiliser plusieurs approches et modèles théoriques (e.g., cognition collective, théorie du focus régulateur [Higgins, 1997], théorie du contrôle [Carver & Scheier, 1982], modèles de persuasion [Chaiken, 1980 ; Petty & Cacioppo, 1986], communication dialogique [Goffman, 1961], modèle de l‘activité coopérative [Hoc, 2001]). Les données, issues de situations réelles de matchs (protocoles verbaux, choix de système défensif) ou d‘entretiens (e.g., auto-confrontations avec technique de rappel stimulé) font l‘objet d‘analyses quantitatives ou qualitatives. Les résultats révèlent les connaissances procédurales des entraîneurs concernant : la gestion de l‘équipe, les informations permettant aux joueurs d‘acquérir ou de mettre à jour des structures de connaissances adaptées à la situation, et les tentatives d‘influence des arbitres. Ces connaissances procédurales sont fonction des conditions du match (notamment le rapport d‘opposition entre les deux équipes) et influencées par des connaissances sur le jeu et les caractéristiques des joueurs. Différents modes de contrôle cognitif et styles de coaching sont aussi mis en évidence. Ainsi, le processus de prise de décisions d‘entraîneurs experts possède des régularités et suit des règles génériques, des heuristiques ou patterns. / This work, based on naturalistic decision-making paradigm (Klein, Orasanu, Calderwood, & Zsambok, 1993) is focused on team sport (handball) coaches decision-making during match. The coaching activity is dynamic and chaotic (Bowes & Jones, 2006) and generated by on-going events, especially during match. Therefore, coaches decision-making studies require to use many theoretical approaches and models (e.g., team cognition, regulatory focus theory [Higgins, 1997], control theory [Carver & Scheier, 1982], persuasive models [Chaiken, 1980 ; Petty & Cacioppo, 1986], dialogic communication [Goffman, 1961], cooperative activity model [Hoc, 2001]). Data have been collected from official games (verbal protocols, defense system choices) or interviews (self-confrontation with stimulated technique recall) and analysed with quantitative and qualitative approach. Results highlight procedural knowledge concerning team management, information allowing players to acquire or update knowledge structures, and influence referee. This procedural knowledge varied depending on the game conditions and is influenced by the coach‘s deep knowledge of the game and player profiles. Results highlight also different cognitive control modes, and different coaching styles. There exist contextual factors effects on procedural knowledge and cognitive control modes. Among these factors, ratio of strength between the two teams appears especially salient. Therefore, our empirical studies show that expert coaches‘ decision-making process have some regularity and follow generic rules, heuristics or patterns

La perception visuelle est un élément déterminant pour interagir avec notre environnement. Lors des activités physiques et sportives, la prise d'informations visuelles permet notamment à un athlète d'extraire et de sélectionner les indices visuels nécessaires pour anticiper le mouvement adverse. L'analyse de cette prise d'informations visuelles a fait l'objet de nombreuses recherches dans le domaine sportif, cependant toutes les méthodes employées semblent limitées sur le plan fonctionnel ou matériel. Ce travail a pour objectif l'évaluation et la mise en oeuvre d'une nouvelle méthodologie d'analyse de la prise d'informations visuelles fondée sur l'utilisation des environnements virtuels. Cette méthodologie est appliquée à l'activité du gardien de but de handball en situation de duel. Dans un premier temps, nous comparons les performances des gardiens de but face à notre méthodologie avec ceux obtenus face à une séquence filmée afin de démontrer l'intérêt des environnements virtuels dans ce domaine. Puis, nous abordons la mise en place de notre méthodologie en nous focalisant sur l'influence du niveau de détail et de la représentation graphique de l'action de tir sur la performance du gardien de but de handball. Enfin, nous utilisons notre méthodologie pour étudier la prise d'informations visuelles du gardien de but de handball. Plus précisément, nous estimons l'importance relative des informations visuelles issues de la trajectoire du ballon et du mouvement de tir

Les problématiques industrielles actuelles de prise de décision stratégique des entreprises dans un contexte complexe (mondialisation, incertitude des marchés et des besoins clients, évolution des produits, etc.) sont actuellement gérées via un recentrage sur le coe ur de métier. Cela conduit les entreprises à externaliser une partie de leurs activités traditionnelles, et à travailler en chaînes logistiques de plus en plus complexes. Cette démarche n'est pas toujours étayée par des évaluations quantitatives des avantages et des inconvénients d'une telle externalisation. <br />Nous partons du constat inverse : une solution pour diminuer les coûts des produits ou des services peut être d'intégrer des activités amont ou aval. <br />Nous proposons de caractériser et quantifier deux stratégies : intégration " verticale " par rachat et intégration " virtuelle " par développement d'un partenariat fort. <br /><br />Nous identifions des modèles mathématiques représentatifs de l'intégration, verticale, virtuelle et de Black-Scholes. Ils sont ensuite utilisés comme support de l'analyse de la performance économique. Ces modèles sont résolus de manière analytique et numérique (grâce à un simulateur Matlab). Ils constituent ainsi un outil d'aide à la décision.

De par son caractère multifactoriel, la lombalgie chronique (LC) reste difficile à définir et ce malgré le nombre important de travaux scientifiques qui y sont consacrés. Son traitement est complexe et a généré le développement de nombreuses approches thérapeutiques dont une option moderne est la prise en charge pluridisciplinaire (PECP). <br />Ce travail de thèse a été réalisé en collaboration avec le Réseau Nord-Pas de Calais du Dos (RENODOS). Les médecins de ce réseau ont mené une réflexion collective sur la faisabilité d'une harmonisation des prises en charge qu'ils proposent et la standardisation des méthodes d'évaluation des patients lombalgiques chroniques.<br />L'objectif principal de ce travail a été d'expérimenter l'applicabilité d'un protocole d'évaluation standardisé au sein du RENODOS à travers l'étude de l'efficacité d'une PECP harmonisée. Il s'agissait également de mettre en exergue l'apport d'une organisation en réseau pour le traitement de la LC. <br />Une première étude a démontré qu'il était possible d'instaurer un langage commun pour l'évaluation du patient lombalgique chronique. Une seconde a quant à elle mis en évidence que les PECP proposées dans les différents centres du réseau se révélaient efficaces et qu'un fonctionnement en réseau apportait une dynamique supplémentaire au bénéfice du patient. <br />Enfin, ce travail présente des perspectives relatives à l'évolution du fonctionnement et à la poursuite de la démarche qualité du réseau.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le contexte d'un certain nombre de projets qui visent la conception, le développement et l'évaluation de systèmes robotiques mobiles pour l'autonomie des personnes à domicile. Deux aspects complémentaires mais néanmoins distincts sont considérés dans ce travail de thèse: 1. La définition d'une interface graphique qui permet aux utilisateurs d'accéder aisément aux fonctionnalités du robot ; 2. La mobilité du système, portant cette interface, dans des environnements intérieurs encombrés, relativement à la personne et dans un certain contexte. Le type d'interface proposée pour l'interaction est un aspect très important notamment en raison de la population cible : des séniors, non experts, souffrants souvent de troubles cognitifs. Les règles générales pour la conception d'une interface sont indépendantes de la technologie et doivent s'inspirées des principes relevant de la psychologie cognitive et des sciences sociales. Afin de rendre l'interface du robot parfaitement adaptée à chaque utilisateur, une méthode de sélection d'icônes a été proposée et expérimentée avec les patients de l'hôpital gériatrique Broca. Les problèmes relatifs à la mobilité autonome du support de l'interface sont particulièrement complexes. Ils reposent sur deux questions centrales qui sont d'une part la localisation de la personne dans l'espace d'évolution du robot et d'autre part la définition de comportements d'interaction. Pour la détection et la localisation de la personne, un détecteur des jambes par laser 2D a été implémenté. La vitesse de la personne et sa trajectoire sont calculées en appliquant un filtre de Kalman étendu sur les données issues du laser. Pour répondre au besoin de donner au robot un comportement flexible par rapport à l'utilisateur, au contexte et aux événements qui se produisent de façon imprévisible, nous avons implémenté un moteur de décision exploitant le logiciel SpirOps. Les entrées de ce moteur décisionnel sont des informations extraites des différents capteurs. Ces informations sont exploitées avec des méthodes de logique floue utilisant une base des règles que nous avons définie et paramétrée pour produire en sortie du moteur des valeurs d'intérêt associés à chaque action que le robot peut exécuter. Le robot peut alors décider dynamiquement quelle est l'action la plus logique et adéquate à réaliser dans les différentes situations.

Chaque organisation a son propre mode de gestion qui mène au succès ou à l'échec. Ces organisations sont guidées par des objectifs et des spécialisations. Parallèlement, la nécessité de réduire les coûts et de se recentrer sur le cœur du métier se développe incessamment au sein du secteur industriel. A cet effet, une nouvelle forme d'organisation nommée "l'externalisation" est apparue. Au delà des avantages inéluctables de l'externalisation sur le niveau stratégique, financier, organisationnel et opérationnel, bon nombres de risques significatifs existent. Ainsi, notre présent travail cherche une réponse fondée sur l'utilisation de la gestion des risques associée à un processus d'externalisation. Selon nous, anticiper les problèmes et les opportunités à venir peut rendre le processus de prise de décisions associé au déroulement des projets plus agile. Dans ce cadre, notre but consiste à proposer des modes et des démarches d'adaptation aux risques liés aux stratégies d'externalisation et à accommoder celles-ci au sein d'un échantillon d'entreprises externalisatrices Tunisiennes. A cet effet, des méthodes multicritères d'aide à la décision et des techniques de développement des systèmes à base de connaissances ont été adapté aux besoins de l'application. L'assistance proposée à ces dernières a consisté à développer un système interactif d'aide à la décision techniquement adapté, économiquement viable, socialement acceptable et écologiquement durable

This thesis presents a comprehensive set of results, obtained through an innovative experimental methodology, that have important and extensive implications for the fields of integrative biology and complex systems. The main objective of the thesis is to study the inter-individual interactions involved during the initiation and coordination of movement in gregarious vertebrates, and in particular in the sheep Merinos d’Arles (Ovis aries). Key questions are, when an individual initiates a movement, what information is taken into account by conspecifics, how is this information spread across the group, and what mechanisms underlie the collective decision processes? To answer these questions, we created an experimental paradigm to trigger, in a standardized way, the movement of trained individuals that were then placed in a group of naïve conspecifics. Using two types of stimuli, a sound (public) and a vibration (private), we could evaluate the individual response of followers, and the effect of the behavioural state on this response. An additional set of experiments also provided recordings of spontaneous initiations of movement. Our results suggest that every individual in a group can initiate a collective movement. Our quantitative analysis then showed that, in Mérinos sheep, the individual decision to follow depends on a double mimetic effect; individuals take into account both the number of already departed individuals and the number of individuals which have not yet departed. A comparison between three experimental situations reveals that the decision rule is unique and that the behavioural state of potential followers only slightly affects the collective dynamics. Our approach, a combination of experimentation and modelling, provides original results that contribute to the understanding of individual and collective decision-making processes, and of the mechanisms involved during collective movement. The experimental paradigm that was proposed here, and the mathematical tools that were used, open interesting perspectives for new experimental studies and for the generalization of the behavioural rules exposed in this thesis.

This thesis investigates the following question: Can supervised learning techniques be successfully used for finding better solutions to multistage stochastic programs? A similar question had already been posed in the context of reinforcement learning, and had led to algorithmic and conceptual advances in the field of approximate value function methods over the years. This thesis identifies several ways to exploit the combination "multistage stochastic programming/supervised learning" for sequential decision making under uncertainty. Multistage stochastic programming is essentially the extension of stochastic programming to several recourse stages. After an introduction to multistage stochastic programming and a summary of existing approximation approaches based on scenario trees, this thesis mainly focusses on the use of supervised learning for building decision policies from scenario-tree approximations. Two ways of exploiting learned policies in the context of the practical issues posed by the multistage stochastic programming framework are explored: the fast evaluation of performance guarantees for a given approximation, and the selection of good scenario trees. The computational efficiency of the approach allows novel investigations relative to the construction of scenario trees, from which novel insights, solution approaches and algorithms are derived. For instance, we generate and select scenario trees with random branching structures for problems over large planning horizons. Our experiments on the empirical performances of learned policies, compared to golden-standard policies, suggest that the combination of stochastic programming and machine learning techniques could also constitute a method per se for sequential decision making under uncertainty, inasmuch as learned policies are simple to use, and come with performance guarantees that can actually be quite good. Finally, limitations of approaches that build an explicit model to represent an optimal solution mapping are studied in a simple parametric programming setting, and various insights regarding this issue are obtained.

L'objectif de cette thèse est de proposer une approche (MADISE - MAke Decisions in Information Systems Engineering), pour améliorer la prise de décision (DM - Decision-making) dans l'ingénierie des systèmes d'information, basée sur les principes d'ingénierie de méthodes. Cette approche comprend quatre éléments centrés sur la prise de décision : une ontologie, une famille de méthodes, un processus de configuration et un référentiel méthodologique. L'ontologie de prise de décisions (DMO) est une ontologie de connaissances sur la prise de décision. Son objectif principal est de formaliser la situation de DM et les exigences pour la DM. La famille de méthodes de méthodes de prise de décision est une collection de composants de méthodes de prise de décisions. Les composants décrivent les activités de prise de décision associées au contexte spécifique de leur utilisation. Le processus de configuration de famille de méthodes est un processus qui accompagne les ingénieurs des SI dans l'application de la famille de méthodes. Ce processus guide la sélection et le montage des composants dans une méthode d'application adaptée à une situation donnée. Le référentiel méthodologique fournit aux ingénieurs des SI un support méthodologique pour la réalisation des activités de DM. Pour les besoins de l'approche MADISE, certains principes de l'ingénierie des méthodes ont été développés : la notion de famille de méthodes, une approche pour la contextualisation des composants de méthode et une approche basée sur des indicateurs pour la configuration des familles en fonction des situations. Ces éléments sont appliqués à des méthodes de prise de décisions afin d'atteindre les objectifs principaux de recherche.