Cette thèse s'intéresse à la production et au partage cohérent de connaissances distribuées dans le domaine des sciences de la vie. Malgré l'augmentation constante des capacités de stockage et de calcul des infrastructures informatiques, les approches centralisées pour la gestion de grandes masses de données scientifiques multi-sources deviennent inadaptées pour plusieurs raisons: (i) elles ne garantissent pas l'autonomie des fournisseurs de données qui doivent conserver un certain contrôle sur les données hébergées pour des raisons éthiques et/ou juridiques, (ii) elles ne permettent pas d'envisager le passage à l'échelle des plateformes en sciences computationnelles qui sont la source de productions massives de données scientifiques. Nous nous intéressons, dans le contexte des plateformes collaboratives en sciences de la vie NeuroLOG et VIP, d'une part, aux problématiques de distribution et d'hétérogénéité sous-jacentes au partage de ressources, potentiellement sensibles ; et d'autre part, à la production automatique de connaissances au cours de l'usage de ces plateformes, afin de faciliter l'exploitation de la masse de données produites. Nous nous appuyons sur une approche ontologique pour la modélisation des connaissances et proposons à partir des technologies du web sémantique (i) d'étendre ces plateformes avec des stratégies efficaces, statiques et dynamiques, d'interrogations sémantiques fédérées et (ii) d'étendre leur environnent de traitement de données pour automatiser l'annotation sémantique des résultats d'expérience ``in silico'', à partir de la capture d'informations de provenance à l'exécution et de règles d'inférence spécifiques au domaine. Les résultats de cette thèse, évalués sur l'infrastructure distribuée et contrôlée Grid'5000, apportent des éléments de réponse à trois enjeux majeurs des plateformes collaboratives en sciences computationnelles : (i) un modèle de collaborations sécurisées et une stratégie de contrôle d'accès distribué pour permettre la mise en place d'études multi-centriques dans un environnement compétitif, (ii) des résumés sémantiques d'expérience qui font sens pour l'utilisateur pour faciliter la navigation dans la masse de données produites lors de campagnes expérimentales, et (iii) des stratégies efficaces d'interrogation et de raisonnement fédérés, via les standards du Web Sémantique, pour partager les connaissances capitalisées dans ces plateformes et les ouvrir potentiellement sur le Web de données. Mots-clés: Flots de services et de données scientifiques, Services web sémantiques, Provenance, Web de données, Web sémantique, Fédération de bases de connaissances, Intégration de données distribuées, e-Sciences, e-Santé. / This thesis addresses the issues of coherent distributed knowledge production and sharing in the Life-science area. In spite of the continuously increasing computing and storage capabilities of computing infrastructures, the management of massive scientific data through centralized approaches became inappropriate, for several reasons: (i) they do not guarantee the autonomy property of data providers, constrained, for either ethical or legal concerns, to keep the control over the data they host, (ii) they do not scale and adapt to the massive scientific data produced through e-Science platforms. In the context of the NeuroLOG and VIP Life-science collaborative platforms, we address on one hand, distribution and heterogeneity issues underlying, possibly sensitive, resource sharing ; and on the other hand, automated knowledge production through the usage of these e-Science platforms, to ease the exploitation of the massively produced scientific data. We rely on an ontological approach for knowledge modeling and propose, based on Semantic Web technologies, to (i) extend these platforms with efficient, static and dynamic, transparent federated semantic querying strategies, and (ii) to extend their data processing environment, from both provenance information captured at run-time and domain-specific inference rules, to automate the semantic annotation of ``in silico'' experiment results. The results of this thesis have been evaluated on the Grid'5000 distributed and controlled infrastructure. They contribute to addressing three of the main challenging issues faced in the area of computational science platforms through (i) a model for secured collaborations and a distributed access control strategy allowing for the setup of multi-centric studies while still considering competitive activities, (ii) semantic experiment summaries, meaningful from the end-user perspective, aimed at easing the navigation into massive scientific data resulting from large-scale experimental campaigns, and (iii) efficient distributed querying and reasoning strategies, relying on Semantic Web standards, aimed at sharing capitalized knowledge and providing connectivity towards the Web of Linked Data.

Plusieurs domaines d'application traitent des objets et des données complexes dont la structure et la sémantique de leurs composants sont des informations importantes pour leur manipulation et leur exploitation. La structure de graphe a été bien souvent adoptée, comme modèles de représentation, dans ces domaines. Elle permet de véhiculer un maximum d'informations, liées à la structure, la sémantique et au comportement de ces objets, nécessaires pour assurer une meilleure représentation et une manipulation efficace. Ainsi, lors d'une comparaison entre deux objets complexes, l'opération d'appariement est appliquée entre les graphes les modélisant. Nous nous sommes intéressés dans cette thèse à l'appariement approximatif qui permet de sélectionner les graphes les plus similaires au graphe d'une requête. L'objectif de notre travail est de contribuer à l'interrogation flexible et personnalisée d'objets complexes modélisés sous forme de graphes pour identifier les graphes les plus pertinents aux besoins de l'utilisateur, exprimés d'une manière partielle ou imprécise. Dans un premier temps, nous avons proposé un cadre de sélection de services Web modélisés sous forme de graphes qui permet (i) d'améliorer le processus d'appariement en intégrant les préférences des utilisateurs et l'aspect structurel des graphes comparés, et (ii) de retourner les services les plus pertinents. Une deuxième méthode d'évaluation de requêtes de recherche de graphes par similarité a également été présentée pour calculer le skyline de graphes d'une requête utilisateur en tenant compte de plusieurs mesures de distance de graphes. Enfin, des approches de raffinement ont été définies pour réduire la taille, souvent importante, du skyline. Elles ont pour but d'identifier et d'ordonner les points skyline qui répondent le mieux à la requête de l'utilisateur. / Several application domains deal with complex objects whose structure and semantics of their components are crucial for their handling. For this, graph structure has been adopted, as a model of representation, in these areas to capture a maximum of information, related to the structure, semantics and behavior of such objects, necessary for effective representation and processing. Thus, when comparing two complex objects, a matching technique is applied between their graph structures. In this thesis, we are interested in approximate matching techniques which constitute suitable tools to automatically find and select the most similar graphs to user graph query. The aim of our work is to develop methods to personalized and flexible querying of repositories of complex objects modeled thanks to graphs and then to return the graphs results that fit best the users ’needs, often expressed partially and in an imprecise way. In a first time, we propose a flexible approach for Web service retrieval that relies both on preference satisfiability and structural similarity between process model graphs. This approach allows (i) to improve the matching process by integrating user preferences and the graph structural aspect, and (ii) to return the most relevant services. A second method for evaluating graph similarity queries is also presented. It retrieves graph similarity skyline of a user query by considering a vector of several graph distance measures instead of a single measure. Thus, graphs which are maximally similar to graph query are returned in an ordered way. Finally, refinement methods have been developed to reduce the size of the skyline when it is of a significant size. They aim to identify and order skyline points that match best the user query.

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Le but de cette thèse est de dégager un cadre sémantique formel approprié supportant l'interopérabilité dedifférents formalismes déjà utilisés pour décrire et déployer un service Web. En d’autres termes, nouscontribuons au développement d’un formalisme mathématique rigoureux permettant de décrire un service Webcomplexe susceptible de changer pendant l’exécution et de coordonner avec les autres services de façonadaptative. Pour atteindre cet objectif, les étapes de description, de sélection et de composition ont constitué lestrois majeures problématiques étudiées dans cette thèse.Pour ce faire, nous avons proposé dans un premier temps, à travers l’utilisation du cadre sémantique formel K lelangage K-WSDL; un langage de description de services Web doté d’une sémantique opérationnelle en terme derègles de réécriture qui peut être exécutable et analysable sous Maude. Nous avons introduit, dans un secondtemps, l’approche WS-Sim basée sur la théorie des catégories qui évalue l’équivalence comportementale entreservices en représentant chaque service par une catégorie et en établissant des liens formels (foncteur) entre elles.Enfin, nous avons présenté le modèle RMop-ECATNet (Refined Meta Open ECATNet ) : un modèle dédié à laspécification formelle de la composition des services Web et fruit du raffinement du modèle Mop-ECATNetproposé par [LB14]. Nous avons étendu et enrichi ce dernier aux trois niveaux : structurel, comportemental etimplémentation. / The aim of this thesis is to provide a suitable formal semantic framework that supports interoperability ofdifferent formalisms already used to describe and deploy a Web service. In other words, we contribute to thedevelopment of a rigorous mathematical formalism to describe a complex Web service that may change duringexecution and coordinate with other services adaptively. To achieve this goal, the steps of description, selectionand composition constitute the three major issues studied in this thesis.We proposed so, initially, through the use of the K semantic framework the K-WSDL : a Web servicesdescription language endowed with an operational semantics in terms of rewriting rules which can be executedand analyzed in Maude. We introduced, in a second step, WS-Sim, a new approach based on the category theorywhich evaluates the behavioral equivalence between services by representing each service by a category and byestablishing formal links (functor) between them. Finally, we present RMop-ECATNet (Refined Meta OpenECATNet): a formal model for the specification of services composition. product of the refinement of the Mop-ECATNets model, introduced initially by [LB14]. We extended and enriched this model at three distinct levels:at the structural, behavioural level and implementation levels.

Les progrès technologiques récents ont permis l'apparition d'une grande variété de nouveaux moyens pour accéder et utiliser l'information multimédia du Web en tout lieu et à tout moment. L'hétérogénéité des appareils d'accès s'est accompagné une évolution importante de l'information disponible sur le réseau. Aujourd'hui, on trouve une multitude de formats complexes avec de nouvelles fonctionnalités, telles que la vidéo interactive, les animations 3D et le dessin vectoriel. Ces formats s'appuient sur de nouveaux modèles de documents qui intègrent une structure logique, spatiale, temporelle et une dimension hypermédia.<br /><br />Face à cette évolution, il est nécessaire de concevoir des systèmes qui permettent l'accès et l'utilisation de l'information sous une forme qui corresponde aux contraintes imposées par l'environnement. Cette thèse a pour objectif de contribuer à l'adaptation et à la négociation des contenus en considérant les limitations des utilisateurs et les contraintes de leur environnement. Nous présentons une architecture flexible appelée NAC qui permet de définir les composants qui interviennent dans la négociation et l'adaptation de contenu, et qui décrit comment ces composants sont organisés.<br /><br />NAC permet plusieurs types d'adaptation : une adaptation structurelle, une adaptation sémantique et une adaptation des ressources médias. Ces types d'adaptation sont basés sur les différents contextes des clients (caractéristiques des terminaux, préférences des utilisateurs, etc.). Nous proposons également un modèle de description de contextes UPS (schémas universels pour la description des profils), un protocole de négociation et un ensemble de techniques d'adaptation. Les concepts de l'architecture NAC ont contribué aux travaux de standardisation du consortium W3C, en particulier au cadre de travail CC/PP et aux travaux sur l'indépendance des terminaux. Cette étude est complétée par une évaluation de performances qui démontre que le système proposé est exploitable dans la pratique.

La question de recherche des objets vidéo basés sur le contenu lui-même, est de plus en plus difficile et devient un élément obligatoire pour les moteurs de recherche vidéo. Cette thèse présente un cadre pour la recherche des objets vidéo définis par l'utilisateur et apporte deux grandes contributions. La première contribution, intitulée DOOR (Dynamic Object Oriented Retrieval), est un cadre méthodologique pour la recherche et récupération des instances d'objets vidéo sélectionnés par un utilisateur, tandis que la seconde contribution concerne le support offert pour la recherche des vidéos, à savoir la navigation dans les vidéo, le système de récupération de vidéos et l'interface avec son architecture sous-jacente.Dans le cadre DOOR, l'objet comporte une représentation hybride obtenues par une sur-segmentation des images, consolidé avec la construction des graphs d'adjacence et avec l'agrégation des points d'intérêt. L'identification des instances d'objets à travers plusieurs vidéos est formulée comme un problème d'optimisation de l'énergie qui peut approximer un tache NP-difficile. Les objets candidats sont des sous-graphes qui rendent une énergie optimale vers la requête définie par l'utilisateur. Quatre stratégies d'optimisation sont proposées: Greedy, Greedy relâché, recuit simulé et GraphCut. La représentation de l'objet est encore améliorée par l'agrégation des points d'intérêt dans la représentation hybride, où la mesure de similarité repose sur une technique spectrale intégrant plusieurs types des descripteurs. Le cadre DOOR est capable de s'adapter à des archives vidéo a grande échelle grâce à l'utilisation de représentation sac-de-mots, enrichi avec un algorithme de définition et d'expansion de la requête basée sur une approche multimodale, texte, image et vidéo. Les techniques proposées sont évaluées sur plusieurs corpora de test TRECVID et qui prouvent leur efficacité.La deuxième contribution, OVIDIUS (On-line VIDeo Indexing Universal System) est une plate-forme en ligne pour la navigation et récupération des vidéos, intégrant le cadre DOOR. Les contributions de cette plat-forme portent sur le support assuré aux utilisateurs pour la recherche vidéo - navigation et récupération des vidéos, interface graphique. La plate-forme OVIDIUS dispose des fonctionnalités de navigation hiérarchique qui exploite la norme MPEG-7 pour la description structurelle du contenu vidéo. L'avantage majeur de l'architecture propose c'est sa structure modulaire qui permet de déployer le système sur terminaux différents (fixes et mobiles), indépendamment des systèmes d'exploitation impliqués. Le choix des technologies employées pour chacun des modules composant de la plate-forme est argumentée par rapport aux d'autres options technologiques.

De nos jours, la préservation de l’environnement constitue un enjeu prioritaire. La compréhension des phénomènes environnementaux passe par l’étude et la combinaison d’un nombre croissant de données hétérogènes. De nombreuses initiatives internationales (INSPIRE, GEOSS) visent à encourager le partage et l’échange de ces données. Dans ce sujet de recherche, nous traitons de l’intérêt de mettre à disposition des modèles scientifiques sur le web. Nous montrons l’intérêt d’utiliser des applications s’appuyant sur des données géoréférencées et présentons des méthodes et des moyens répondant aux exigences d’interopérabilité. Nous illustrons notre approche par l’implémentation de modèles d’estimation des besoins en eau agricoles et domestiques fonctionnant à diverses échelles spatiales et temporelles. Un prototype basé sur une architecture entièrement orientée services web a été développé. L’outil s’appuie sur les standards Web Feature Service (WFS), Sensor Observation Service (SOS) et Web Processing Service (WPS) de l’OGC. Enfin, la prise en compte des imperfections des données est également abordée avec l’intégration de méthodes d’analyse de sensibilité et de propagation de l’incertitude. / Nowadays, preservation of the environment is a main priority. Understanding of environmental phenomena requires the study and the combination of an increasing number of heterogeneous data. Several international initiatives (INSPIRE, GEOSS) aims to encourage the sharing and exchange of those data.In this thesis, the interest of making scientific models available on the web is discussed. The value of using applications based on geospatial data is demonstrated. Several methods and means that satisfy the requirements of interoperability are also purposed.Our approach is illustrated by the implementation of models for estimating agricultural and domestic water requirements. Those models can be used at different spatial scales and temporal granularities. A prototype based on a complete web service oriented architecture was developed. The tool is based on the OGC standards Web Feature Service (WFS), Sensor Observation Service (SOS) and Web Processing Service (WPS).Finally, taking into account the imperfections of the data is also discussed with the integration of methods for sensitivity analysis and uncertainty propagation.

La question de recherche des objets vidéo basés sur le contenu lui-même, est de plus en plus difficile et devient un élément obligatoire pour les moteurs de recherche vidéo. Cette thèse présente un cadre pour la recherche des objets vidéo définis par l'utilisateur et apporte deux grandes contributions. La première contribution, intitulée DOOR (Dynamic Object Oriented Retrieval), est un cadre méthodologique pour la recherche et récupération des instances d'objets vidéo sélectionnés par un utilisateur, tandis que la seconde contribution concerne le support offert pour la recherche des vidéos, à savoir la navigation dans les vidéo, le système de récupération de vidéos et l'interface avec son architecture sous-jacente.Dans le cadre DOOR, l’objet comporte une représentation hybride obtenues par une sur-segmentation des images, consolidé avec la construction des graphs d’adjacence et avec l’agrégation des points d'intérêt. L'identification des instances d'objets à travers plusieurs vidéos est formulée comme un problème d’optimisation de l'énergie qui peut approximer un tache NP-difficile. Les objets candidats sont des sous-graphes qui rendent une énergie optimale vers la requête définie par l'utilisateur. Quatre stratégies d'optimisation sont proposées: Greedy, Greedy relâché, recuit simulé et GraphCut. La représentation de l'objet est encore améliorée par l'agrégation des points d'intérêt dans la représentation hybride, où la mesure de similarité repose sur une technique spectrale intégrant plusieurs types des descripteurs. Le cadre DOOR est capable de s’adapter à des archives vidéo a grande échelle grâce à l'utilisation de représentation sac-de-mots, enrichi avec un algorithme de définition et d’expansion de la requête basée sur une approche multimodale, texte, image et vidéo. Les techniques proposées sont évaluées sur plusieurs corpora de test TRECVID et qui prouvent leur efficacité.La deuxième contribution, OVIDIUS (On-line VIDeo Indexing Universal System) est une plate-forme en ligne pour la navigation et récupération des vidéos, intégrant le cadre DOOR. Les contributions de cette plat-forme portent sur le support assuré aux utilisateurs pour la recherche vidéo - navigation et récupération des vidéos, interface graphique. La plate-forme OVIDIUS dispose des fonctionnalités de navigation hiérarchique qui exploite la norme MPEG-7 pour la description structurelle du contenu vidéo. L'avantage majeur de l'architecture propose c’est sa structure modulaire qui permet de déployer le système sur terminaux différents (fixes et mobiles), indépendamment des systèmes d'exploitation impliqués. Le choix des technologies employées pour chacun des modules composant de la plate-forme est argumentée par rapport aux d'autres options technologiques. / With the ever increasing amount of available video content on video repositories the issue of content-based video objects retrieval is growing in difficulty and becomes a mandatory feature for video search engines.The present thesis advances a user defined video object retrieval framework and brings two major contributions. The first contribution is a methodological framework for user selected video object instances retrieval, entitled DOOR (Dynamic Object Oriented Retrieval), while the second one concerns the support offered for video retrieval, namely the video navigation and retrieval system and interface and its underlying architecture.Under the DOOR framework, the user defined video object comports a hybrid representation obtained by over-segmenting the frames, constructing region adjacency graphs and aggregating interest points. The identification of object instances across multiple videos is formulated as an energy optimization problem approximating an NP-hard problem. Object candidates are sub-graphs that yield an optimum energy towards the user defined query. In order to obtain the optimum energy four optimization strategies are proposed: Greedy, Relaxed Greedy, Simulated Annealing and GraphCut. The region-based object representation is further improved by the aggregation of interest points into a hybrid object representation. The similarity between an object and a frame is achieved with the help of a spectral matching technique integrating both colorimetric and interest points descriptors.The DOOR framework is suitable to large scale video archives through the use of a Bag-of-Words representation enriched with a query definition and expansion mechanism based on a multi-modal, text-image-video principle.The performances of the proposed techniques are evaluated on multiple TRECVID video datasets prooving their effectiveness.The second contribution is related to the user support for video retrieval - video navigation, video retrieval, graphical interface - and consists in the OVIDIUS (On-line VIDeo Indexing Universal System) on-line video browsing and retrieval platform. The OVIDIUS platform features hierarchical video navigation functionalities that exploit the MPEG-7 approach for structural description of video content. The DOOR framework is integrated in the OVIDIUS platform, ensuring the search functionalities of the system. The major advantage of the proposed system concerns its modular architecture which makes it possible to deploy the system on various terminals (both fixed and mobile), independently of the exploitation systems involved. The choice of the technologies employed for each composing module of the platform is argumented in comparison with other technological options. Finally different scenarios and use cases for the OVIDIUS platform are presented.

Récemment, l'intégration entre les environnements informatiques et de réseautage a été largement promu pour fournir des services intelligents à des utilisateurs finaux ainsi que l'utilisation efficace des ressources. Cette convergence a ouvert la voie à l'émergence de l'internet des objets (IdO). Le paradigme de l'IdO repose principalement sur la fabrication d'objets, appelés les choses, disparaître et se tissent dans le tissu de notre vie de tous les jours pour nous soutenir dans l'accomplissement des activités quotidiennes. L'évolutivité et l'hétérogénéité sont parmi les principaux défis qui entravent la réalisation à grande échelle de services de l'IdO dans la vie quotidienne des utilisateurs. Afin de relever les défis de l'IdO, un nouveau volet de recherche est venu en avant dans la littérature comme une classe paradigmatique des Cyber-physiques systèmes sociaux (CSPR), qui est connu comme l'Internet social des choses (Siot). Le SIOT se fonde sur la notion soulignée par phénomène petite-monde où la structure sociale permettant relation sociale fondée sur la confiance entre les personnes et les objets, d'une manière qui ressemble à des services de réseaux sociaux traditionnels (SNS) est suggérée de relever les défis de l'IdO. Cependant, depuis SIOT hérite des caractéristiques de différents informatiques et de réseautage environnements (par exemple, l'IdO et SNS) cela, en fait, augmente la quantité et la variété des données contextuelles qui doit être manipulé pour Adaptive fourniture de services dans Siot, qui agit comme le principal défi adressé dans cette thèse. Autrement dit, dans cette thèse, nous proposons la notion de contexte cognitif lorsque, dans certaine situation spatio-temporelle, le raisonnement sur les aspects objectifs du cadre, ce qui représente l'environnement physique, avec le contexte subjective, qui représente les aspects comportementaux et sociaux, est considéré comme l'amélioration des services SIOT intelligence et la capacité d'adaptation aux besoins conjoncturels des utilisateurs. Nous envisageons technologies du Web sémantique pour déployer notre contexte cognitif proposé dans deux domaines d'application; sensible au contexte recommandation des tâches quotidiennes dans les maisons intelligentes et structure sociale dépendant de la situation des choses. Un prototype de preuve de concept a été développé pour chaque domaine d'application, dans le but de démontrer l'intégration harmonieuse des objets sur le Web pour la réalisation de certaines applications. Nos résultats empiriques montrent un niveau de service amélioré l'adaptabilité et la complexité en temps de fonctionner lors de l'application de notre contexte cognitif suggéré / The paradigm of the Social Internet of Things (SIoT) is being promoted in the literature to boost a new trend wherein the benefits of social network services are exhibited within the network of connected objects i.e., the Internet of Things (IoT). The novel user-friendly interaction framework of the SIoT opens the doors for enhancing the intelligence required to stimulate a shift in the IoT from a heterogeneous network of independently connected objects towards a manageable network of everything. In practice, achieving scalability within the large-scale and the heterogeneous paradigm of the IoT while maintaining on top of its user-friendly and intuitive services to bridge human-to-machine perceptions and encourage the technology’s adaptation is a major challenge which is hindering the realization and deployment of the IoT technologies and applications into people’s daily live. For the goal of handling IoT challenges, as well as improve the level of smart services adaptability to users’ situational needs, in this thesis, novel SIoT-based application architecture is provided. That is, Semantic Web Technologies are envisaged as a means to develop automated, value-added services for SIoT. While, interoperability and automation are essential requirement to seamlessly integrate such services into user life, Ontologies are used to semantically describe Web services with the aim of enabling the automatic invocation and composition of these services as well as support interactions across the cyber, physical and social worlds. On the other hand, handling the variety of contextual data in SIoT for intelligent decision making is another big challenge which is still in very early stages of research. In this thesis we propose a cognitive reasoning approach taking into consideration achieving situational-awareness (SA) in SIoT. This reasoning approach is deployed within two application domains where results show an improved level of services adaptability compared to location-aware services which are previously proposed in the literature