Cette thèse s’inscrit dans le domaine de l’Intelligence Artificielle symbolique. Elle y traite d’une question fondamentale liée à la représentation des connaissances et des raisonnements à base de logique. Plus précisément, elle s’intéresse au problème pouvant se produire lors de l’insertion dans un ensemble de connaissances d’une information qui peut déjà en être déduite. Comment faire en sorte que cette nouvelle information vienne préempter les informations qui permettent son inférence ? Supposons par exemple qu’un ensemble de prémisses contienne l’information “Si l’interrupteur est enclenché alors la pièce est éclairée”. Il est naturel d’espérer que l’ajout d’une règle additionnelle, en un sens plus précise que la première, et qui exprime que “Si l’interrupteur est enclenché et si l’ampoule n’est pas cassée alors la pièce est éclairée”, puisse venir la préempter. En effet, il ne doit plus être suffisant de savoir que “L’interrupteur soit enclenché” pour en conclure que “La pièce est éclairée” : il faut aussi que “L’ampoule ne soit pas cassée”. Remarquons que la seconde règle est consistante avec la première et que les cadres de logiques non monotones et de révision de croyances ou de mise à jour ne traitent pas a priori de ce problème. Nous adressons d’abord cette question dans le cadre de la logique classique et ensuite dans un cadre plus général de représentation à base de logiques non monotones, et particulièrement de celles permettant la représentation de règles avec exceptions reposant sur des tests de consistance. / This thesis is in line with the symbolic Artificial Intelligence domain. It deals with a fondamental issue of the logic-based knowledge and reasoning representation. Most particulary, this thesis is interested in the issue occurring when a piece of information is added to a knowledge set which already entails it. How to make sure that this new piece of information prevails the ones that allow its inference? Suppose for instance that a premisses set contains the piece of information “If the switch is on then the room is lighted”. It is natural to expect that adding an additional rule, in a way more precise than the first one, and which assert that “If the switch is on and if the lamp bulb is not broken then the room is lighted”, could prevail it. Indeed, it will not be sufficient to know that “The switch is on” to conclude that “The room is lighted”: it is now necessary that “The lamp bulb is not broken”. Let us note that the second rule is consistent with the first one and that the non monotonic logics and beliefs revision or update frameworks do not handle this issue in principle. First of all, we adress this issue in the classical logic framework, and secondly in a most general framework of non monotonic logic based representation, and particulary the ones that allow the representation of rules with exceptions subject of consistency test.

La problématique d'interrogation d'une base de données en présence d'une ontologie (OBQA pour "Ontology-based Query Answering") consiste à prendre en compte des connaissances générales, typiquement une ontologie de domaine, lors de l'évaluation d'une requête. Dans le cadre de cette thèse, ces connaissances sont représentées par des formules de la logique du premier ordre appelées "règles existentielles". Les règles existentielles sont aussi connues sous le nom de règles Datalog+/- ou "tuple-generating dependencies". Nous considérons une approche couramment utilisée, qui consiste à réécrire la requête en exploitant les règles de façon à se ramener à un problème classique l'interrogation d'une base de données. Nous définissons un cadre théorique d'étude des algorithmes de réécriture d'une requête conjonctive en une union de requêtes conjonctives, accompagné d'un algorithme de réécriture générique, prenant en paramètre un opérateur de réécriture. Nous proposons ensuite plusieurs opérateurs de réécriture et développons différentes optimisations, que nous évaluons sur des benchmarks du domaine. / The issue of querying a knowledge base, also called Ontology-based Query Answering (OBQA), consists of taking into account general knowledge, typically a domain ontology, when evaluating queries. In this thesis, ontological knowledge is represented by first-order logical formulas, called existential rules. Existential rules are also known as Datalog+/- and tuple-generating dependencies. We adopt a well-known approach, which consists of rewriting the query with the rules to reduce the problem to a classical database query answering problem. We define a theoretical framework to study algorithms that rewrite a conjunctive query into a union of conjunctive queries, as well as a generic rewriting algorithm that takes into account a rewriting operator. Then, we propose several rewriting operators and develop several optimisations, which we evaluate on benchmarks of the domain.

Nous proposons une approche qualitative pour la résolution d'entités et la réparation de liens dans une base de connaissances bibliographiques. Notre question de recherche est : "Comment détecter et réparer les liens erronés dans une base de connaissances bibliographiques en utilisant des méthodes qualitatives ?". L'approche proposée se décompose en deux grandes parties. La première contribution est une sémantique de partitionnement utilisant des critères symboliques et servant à détecter les liens erronés. La seconde contribution est un algorithme réparant les liens erronés. Nous avons implémenté notre approche et proposé une évaluation qualitative et quantitative pour la sémantique de partitionnement ainsi que prouvé les propriétés des algorithmes utilisés pour la réparation de liens. / We propose a qualitative entity resolution approach to repair links in a bibliographicknowledge base. Our research question is: "How to detect and repair erroneouslinks in a bibliographic knowledge base using qualitative methods?" Theproposed approach is decomposed into two major parts. The first contributionconsists in a partitioning semantics using symbolic criteria used in order to detecterroneous links. The second one consists in a repair algorithm restoring link quality.We implemented our approach and proposed qualitative and quantitative evaluationfor the partitioning semantics as well as proving certain properties for the repairalgorithms.

Cette recherche a pour objet l'élaboration et l'évaluation d'un outil d'enseignement du mécanisme optique de la vision fondé sur l'histoire des théories de la vision reconstruite selon une approche rationnelle. Une analyse des raisonnements d'enfants de maternelle et d'élèves de 4e avant enseignement d'optique à propos de la vision permet de caractériser les difficultés liées au savoir concerné : associer la vision à l'entrée de la lumière dans l'œil. Les élèves interrogés n'associent l'entrée de la lumière dans l'œil qu'à l'éblouissement, situation où la vision est impossible. Ils expliquent la vision soit dans un sens œil-objet soit dans un sens objet-œil (partie 1). L'histoire antique et médiévale est témoin d'idées analogues : comme les élèves, les savants s'opposent sur le sens de la vue. En traitant la lumière de façon quantitative, Alhazen ouvre la voie à un consensus et propose dès le 11e siècle de considérer la lumière comme un stimulus de la vue (partie 2). L'outil d'enseignement proposé est construit en référence au cheminement historique : il intègre la controverse du sens de la vue et la solution quantitative d'Alhazen. Ces idées constituent la trame d'un texte (un dialogue) présenté à des élèves de 4e avant enseignement, lors d'entretiens en binômes, en respectant un scénario didactique approprié. L'analyse de ces entretiens montre que le processus d'apprentissage est favorisé par l'identification des élèves aux savants mis en scène, et indique une prise de conscience de leur acte cognitif qui profite de l'approche quantitative (partie 3). Un transfert de cette modalité d'enseignement à d'autres domaines de la physique semble envisageable (annexes).

Ce travail analyse les difficultés soulevées par l'étude des interférences lumineuses. Centré sur les interférences à deux ondes et sur les conditions de leur obtention, il concerne trois dispositifs interférentiels (trous d'Young, miroirs de Fresnel, lames minces) et deux types d'éclairage (totalement ou partiellement cohérent). Une analyse de la physique des interférences, de son histoire, de sa présentation dans les manuels scolaires, et des recherches sur les conceptions dans le domaine des ondes, a été réalisée. Une quinzaine de questionnaires écrits a été élaborée et 758 étudiants français et tunisiens ont été interrogés après enseignement. Plusieurs tendances de raisonnement liées les unes aux autres sont dégagées. Deux se rencontrent de manière transversale à différents domaines de la physique : les étudiants privilégient des aspects perceptifs et diminuent le nombre de grandeurs physiques à prendre en compte. Une autre concerne les difficultés d'interprétation des schémas à rayons parallèles en optique. Une autre rejoint celle dégagée pour la diffraction : les étudiants n'utilisent pas le principe de superposition des amplitudes, une onde modulée en amplitude semble être créée au niveau du dispositif interférentiel et se propager en s'élargissant. Les dernières sont spécifiques aux interférences : pour les obtenir, deux sources ponctuelles suffisent ou deux ondes en phase sont nécessaires. Ce travail débouche sur quelques suggestions pédagogiques : se ramener à la situation à deux sources, préciser les conditions d'obtention des interférences lors de leur introduction, utiliser des schémas avec des rayons et des surfaces d'onde pour la formation des images.

La thèse porte sur les nouvelles approches de la gestion des risques. Elle aborde cette question en s'intéressant aux conditions d'élaboration et de partage des représentations dans les situations d'action collective. Le phénomène du quiproquo, étonnement peu étudié dans la littérature, sert ici de modèle archétypal dans la mesure où les représentations des acteurs (savoirs, conversations, informations..) les conduisent à une mise en danger collective alors que tout leur semble être conforme aux règles en place et aux observations qu'ils peuvent faire. Ce modèle s'est avéré d'une grande pertinence à la fois pour relire des cas célèbres de la littérature (Weick sur Tenerife) et pour analyser des accidents récents (l'effondrement du tunnel du nouveau métro en plein Paris). <br /><br />A partir de ce modèle initial, la thèse présente une nouvelle approche contingente de la gestion des risques en analysant différents régimes de représentation du danger et de conception des règles de gestion associées. Cette analyse aboutit à mettre en évidence des formes d'organisations nouvelles notamment celles qu'adoptent des firmes produisant des logiciels antivirus ou celles des organisations humanitaires en cas de catastrophe naturelle. <br /><br />Elle permet donc de construire un tableau raisonné des stratégies possibles allant des stratégies traditionnelles basées sur la multiplication des règles (Système International d'Evaluation de la Sécurité (SIES) étudiée chez ATOFINA) où l'on pense pouvoir réduire les risques de quiproquo au minimum, aux stratégies les plus récentes qui se préparent activement à l'évolution rapide et à l'indétermination de la nature des dangers. Ces dernières savent que les représentations du risque ne sont pas données et que le risque de quiproquo est maximal, et s'organisent en conséquence.

Cette thèse étudie la dynamique des croyances et la gestion de l’incertitude dans DL-Lite, une des plus importantes familles des logiques de description légères. La première partie de la thèse porte sur la gestion de l’incertitude dans DL-Lite. En premier lieu, nous avons proposé une extension des principaux fragments de DL-Lite pour faire face à l’incertitude associée aux axiomes en utilisant le cadre de la théorie des possibilités. Cette extension est réalisée sans engendrer des coûts calculatoires supplémentaires. Nous avons étudié ensuite la révision des bases DL-Lite possibilistes en présence d’une nouvelle information. Enfin, nous avons proposé un opérateur de fusion lorsque les assertions de ABoxsont fournies par plusieurs sources d’information ayant différents niveaux de priorité. La deuxième partie de la thèse traite le problème de la gestion d’incohérence dans les bases de connaissances DL-Lite. Nous avons étudié, tout d’abord, comment raisonner à partir d’une base DL-Lite standard avec des ABox multiples en introduisant les notions de modificateurs et de stratégies d’inférence. La combinaison des modificateurs et de stratégies d’inférence fournit une liste exhaustive des principales techniques de gestion de l’incohérence. Nous avons proposé ensuite une approche, basée sur un critère de cardinalité, de sélection des réparations, et nous avons identifié les stratégies appropriées pour la gestion de l’incohérence pour les bases DL-Lite stratifiées. Enfin, nous avons effectué une analyse comparative, suivie par des étudesexpérimentales, des différentes techniques de gestion d’incohérence proposées. Finalement, un outil de représentation et de raisonnement à partir des bases DL-Lite possibiliste est réalisé. / This thesis investigates the dynamics of beliefs and uncertainty management in DL-Lite, one of the most important lightweight description logics. The first part of the thesis concerns the problem of handling uncertainty in DL-Lite. First, we propose an extension of the main fragments of DL-Lite to deal with the uncertainty associated with axioms using a possibility theory framework without additional extra computational costs. We then study the revision of possibilistic DL-Lite bases when a new piece of information is available. Lastly, we propose a min-based assertional merging operator when assertions of ABox are provided by several sources of information having different levels of priority. The second partof the thesis concerns the problem of inconsistency handling in flat and prioritized DL-Lite knowledge bases. We first propose how to reason from a flat DL-Lite knowledge base, with a multiple ABox, which can be either issued from multiple information sources or resulted from revising DL-Lite knowledge bases. This is done by introducing the notions of modifiers and inference strategies. The combination of modifiers plus inference strategies can be mapped out in order to provide a principled and exhaustive list of techniques for inconsistency management. We then give an approach based on selecting multiple repairs using a cardinality-based criterion, and we identified suitable strategies for handling inconsistencyin the prioritized case. Lastly, we perform a comparative analysis, followed by experimental studies, of the proposed inconsistency handling techniques. A tool for representing and reasoning in possibilistic DL-Lite framework is implemented.

Ce travail de thèse a eu pour objectif de définir et mettre en oeuvre l'architecture décisionnelle d'un robot réalisant une tâche en collaboration avec un homme pour atteindre un but commun. Un certain nombre de fonctionnalités existaient déjà ou ont été développées conjointement avec ce travail au sein de l'équipe. Ce travail a d'abord consisté en l'étude puis à la formalisation des différentes capacités nécessaires. Il s'est traduit concrètement par l'approfondissement de certains des modules fonctionnels existants par l'auteur ou par d'autres membres de l'équipe en lien étroit avec l'auteur. La première contribution principale de l'auteur a consisté à développer une couche de contrôle de haut niveau qui a permis l'intégration et la mise en oeuvre des différentes capacités du robot découpée en 3 activités : la construction et la mise à jour de l'état du monde ; la gestion des buts et des plans de haut niveau ; l'exécution et le suivi des mouvements de manipulation. La deuxième contribution principale a consisté à améliorer les raisonnements géométriques et temporels pour d'abord permettre au robot de mieux suivre l'évolution de l'état du monde puis lui donner la capacité à inférer quand l'homme a des croyances distinctes de celles du robot. / Goal of this thesis was to formalize and to implement a decisional layer for a robot achieving tasks collaboratively with a human to achieve a shared goal. Some functionalities were already there or were built during my own thesis by other inside the team. My first task was to study and formalize the skills needed by the robot. Consequently some of the existing functional modules were improved by some other members of the team or myself. My first main contribution was to develop a new high level control component to integrate and manage the different robot skills according to 3 main activities : state of the world build and update; goals and plans management; manipulation motions execution and monitoring. My second main contribution was to improve geometric and temporal reasoning skills so that first, the robot could better understand and track changes in the world and second, infer when the human had some beliefs about the world that were distinct from its own beliefs.

L'étude de l'apprentissage de la mesure montre que les étudiants rencontrent de nombreuses difficultés dans l'acquisition de l'acte de mesurage. Trois enjeux constituant cet enseignement ont été décrits: le savoir-mesurer, l'utilisation de la mesure, le traitement de la mesure. La majorité de ces études ont décrit les problèmes et les idées des étudiants dans des contextes n'impliquant pas la mesure sous son aspect manipulatoire. Nous nous sommes interrogés sur le type de raisonnement utilisé par les étudiants, d'une part lorsqu'ils élaborent un protocole de mesure en manipulant les instruments, et d'autre part lorsqu'ils ne font que répondre à des questions. Pour cela, une première expérimentation a été conçue faisant intervenir des étudiants de L1 dans l'un de leur TP de physique. Ainsi nous avons pu établir que les étudiants utilisent des raisonnements plus proches des raisonnements communs lorsqu'ils doivent élaborer un protocole de mesure. A l'opposé, lorsqu'ils répondent à un questionnaire sur la mesure, ils utilisent des raisonnements proches des raisonnements experts. Dans un deuxième temps, nous nous sommes centrés sur les améliorations possibles des raisonnements des étudiants lors d'un travail d'élaboration de protocole de mesure. Pour cela, nous avons élaboré deux rétroactions spécifiques, intégrées dans une nouvelle expérimentation basée sur l'élaboration de protocoles de mesure. Une liste de résultats concerne l'enjeu du traitement des mesures. Alors qu'un protocole de mesure de qualité moyenne touche les trois enjeux de l'enseignement de la mesure. Les raisonnements, développés par chacun des groupes d'étudiants, nous ont permis de déterminer que ceux ayant reçu la liste de résultats possibles ont réutilisé très partiellement leurs raisonnements dans une situation légèrement différente. Alors qu'un groupe contrôle ainsi que le groupe ayant reçu le protocole de qualité moyenne n'ont pas réutilisé leur raisonnement dans cette nouvelle situation. Un troisième thème de notre étude a porté sur la manière dont les étudiants perçoivent et traitent les différents enjeux de la mesure lors de leur élaboration de protocole. Pour éclairer ce problème, nous avons analysé les étapes de l'acte de mesurage les plus traitées et les thèmes de réponses utilisées pour compléter ces étapes. Nous avons montré ainsi que les étudiants se focalisent sur les enjeux du traitement de la mesure et non sur les enjeux du savoir-mesurer et de l'utilisation de la mesure.

Ce travail étudie les effets de la mise en place d'une partie du nouveau programme de terminale S concernant l'évolution des systèmes chimiques. La première partie comporte une analyse du programme qui précise la structure du savoir à enseigner (registre empirique et modèles) et détermine dans quelle mesure les intentions didactiques des auteurs se traduisent par des contenus et compétences précis. La deuxième partie présente les raisonnements et difficultés des élèves pour qui l'utilisation du critère d'évolution n'est pas toujours raisonnée et est souvent entachée d'erreurs. Certaines erreurs (modification du quotient de réaction, sens d'évolution impossible) peuvent être dues à la difficulté qu'ils éprouvent à passer du registre empirique au registre des modèles ou inversement, ou à distinguer ces deux registres. L'analyse des explications données à l'arrêt de l'évolution d'un système, montre une faible utilisation du critère d'évolution et du modèle cinétique macroscopique, et une absence d'allusion au modèle cinétique microscopique. La troisième partie s'intéresse aux connaissances professionnelles des enseignants, par le biais d'entretiens où ils sont confrontés à des réponses authentiques d'élèves. L'introduction du critère d'évolution est bien ressentie comme un enjeu de ce programme au contraire de deux autres thèmes : la distinction transformation réaction, la mise en œuvre du modèle cinétique microscopique. La présentation de réponses d'élèves aux enseignants peut agir comme révélateur de leurs difficultés, ou contribuer au développement de leurs connaissances professionnelles en leur donnant l'occasion d'identifier des erreurs d'élèves non repérées auparavant.