Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude des réponses optiques des nanocristaux à base de semiconducteurs II-VI. Ici nous avons déterminé les propriétés optiques de ZnTe, ZnS et ‘ZnS : Mn’ nanostructurés par ellipsométrie spectroscopique (SE). Nous avons déterminé la fonction diélectrique et les transitions optiques des NC-ZnTe par SE dans la gamme spectrale 0.6 à 6.5 eV. L’influence de la taille des NC sur les propriétés optiques et en particulier sur les transitions optiques a été aussi montrée. Les réponses optiques ont été déterminées en utilisant deux modèles : le modèle des points critiques d’Adachi et la loi de dispersion de Tauc-Lorentz. Tout au long de ce travail, nous avons tenté de contribuer à la compréhension du processus d’absorption dans les NC semi-conducteurs avec une technique non destructive capable de rendre compte des phénomènes liés à la réduction de la taille. Malgré le caractère indirect de l’ellipsométrie nécessitant une bonne connaissance de l’échantillon, nous avons démontré qu’elle est capable de déterminer plusieurs propriétés des NC (indice de réfraction complexe, coefficient d’absorption, énergie de gap, signatures des transitions optiques, excès de NC, taille moyenne, épaisseurs des couches de silice) et même de tenir compte des défauts liés à l’implantation / In this work, we report on the study of the optical responses of nanocrystals semiconductor based II-VI. Here we have determined the optical properties of nanostructured ZnTe, ZnS and 'ZnS:Mn' by spectroscopic ellipsometry (SE). We have obtained the dielectric function and optical transitions of NC-ZnTe by spectroscopic ellipsometry in the spectral range 0.6 à 6.5 eV. The influence of the NC size on the optical properties and on the optical transitions was also shown. The optical responses were extracted using two models: the generalized critical points model of Adachi and the Tauc-Lorentz dispersion formula. Throughout this work we have tried to contribute to the understanding of absorption processes in semiconductor NC with a nondestructive technique by tacking into account the phenomena related to quantum confinement. Despite the indirect nature of ellipsometry requiring a good knowledge of the sample, we demonstrated that it is able to determine several properties of NC (complex refractive index, absorption coefficient, energy gap, optical transition energies, NC of excess, thick layers of silica) and even to take account into defects due to implantation

Notre sujet de recherche est : “ comment obtenir la suite des reconfigurations que le système robotique doit faire pour qu'il se déplace globalement vers une destination ? ”. Comme nous le montrerons ce problème est très complexe. Nous verrons que ce travail qui a vite donné de bons résultats nous a permis de tester plusieurs méthodes : algorithmes réactifs, apprentissage supervisé et apprentissage à partir d'exemple. Nous montrerons également qu'au cours de ces simulations des problèmes inattendus sont apparus. Des blocages nous ont montré que la méthode utilisée pour faire les simulations était à discuter. C'est grâce à un grand nombre simulations que nous avons vu émerger deux types de problèmes. L'un lié à la nature de l'attracteur utilisé, l'autre lié à l'ordonnancement et à la dynamique des interactions. Nous définirons ces problèmes et expliquerons comment et pourquoi ils émergent. Deux axes seront proposés pour résoudre ces problèmes liés à l'émergence. L'un s'intéressera au type d'attracteur utilisé et proposera un système d'attraction aux propriétés différentes pour garantir un ordre sur l'espace. L'autre proposera une méthode pour permettre de garantir une politique d'ordonnancement quelque soit l'ordre dans lequel les calculs sont effectués dans les différents modules. L'ensemble de ces deux propriétés nous permettra de prouver la convergence du système robotique reconfigurable quelque soit la position de l'attracteur et quelque soit la configuration initiale du robot.

Les systèmes de recommandation sont nés de la volonté de pallier le problème de surcharge d'information du web. Combinant des techniques de filtrage d'information, personnalisation, intelligence artificielle, réseaux sociaux et interaction personne-machine, les systèmes de recommandation fournissent à des utilisateurs des suggestions qui répondent à leurs besoins et préférences informationnelles. En effet, les systèmes de recommandation sont particulièrement sollicités dans les applications de commerce électronique. Cependant, ce type de système a été en grande partie confiné à une architecture centralisée. Récemment, l'architecture distribuée a connu une popularité croissante, comme en témoigne par exemple, les réseaux pair-à-pair (« peer-to-peer »), le calcul distribué (« Grid computing »), le web sémantique, etc., et s'impose peu à peu comme une alternative à l'approche client/serveur classique. L'hypothèse des chercheurs est que les systèmes de recommandation peuvent tirer profit d'une architecture distribuée. Dans cette thèse, nous étudions les défis que posent les systèmes de recommandation distribués et nous proposons une nouvelle architecture pair-à-pair, de filtrage collaboratif, basée sur la discrimination du voisinage. Nous étudions l'évolution de la performance, de la couverture et de la qualité des prédictions pour différentes techniques de recommandation. En outre, nous identifions la méthode de recommandation la plus efficace pour cette nouvelle architecture pair-à-pair. Bien que cette thèse se concentre essentiellement sur le domaine décentralisé de système de recommandation, nos contributions ne se limitent pas strictement à ce domaine de recherche. En effet, ces contributions touchent des problèmes de recherche dans plusieurs autres domaines de recherche (système multi-agents, gestions profils utilisateurs, réduction de la complexité computationnelle, collecte des préférences utilisateurs, PageRank, etc.). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Filtrage de l'information, Filtrage collaboratif, Système de recommandation, Système distribué, Agent social.

Cette thèse concerne la coordination en univers des multi-agents et en particulier dans des contextes de crise. Nous assistons actuellement à un accroissement du nombre de crises, non seulement des catastrophes naturelles (ouragan Katrina, tremblement de terre d'Haïti, ...) mais aussi humanitaires (crise des réfugiés syriens en Europe, printemps Arabe, émeutes de Baltimore, ...). Dans toutes ces crises, les différents acteurs œuvrant pour leurs résolutions doivent agir rapidement et simultanément, afin de contrôler et réduire les impacts de la crise sur le monde réel. Pour atteindre cet objectif commun aussi rapidement et efficacement que possible, ces acteurs (police, forces militaires, organisations médicales) doivent mettre en commun leurs ressources et compétences respectives, collaborer et agir de manière coordonnée, le plus souvent en suivant un plan qui indique la répartition du travail et les échanges entre eux. Par coordination, nous entendons tout le travail nécessaire pour élaborer ou adapter le plan de résolution de crises et mettre en commun les compétences et les ressources de tous les intervenants afin d'atteindre l'objectif commun (la résolution de crise) de manière efficace. Les plans de résolution de crise sont la plupart du temps disponibles dans un format textuel définissant les acteurs impliqués, leurs rôles et des recommandations pour leurs coordinations dans les différentes étapes du cycle de vie de crise (anticipation, préparation, résolution de la crise, retour d'expérience). Bien que les plans dans un format textuel soient faciles à manipuler par les intervenants pris individuellement, il n'existe pas de moyens directs pour les analyser, simuler, adapter, améliorer et ils peuvent avoir diverses interprétations, ce qui les rend difficile à gérer en temps réel et dans une situation où les acteurs sont géographiquement distribués. Au regard de ces observations, il devient indispensable de faire une modélisation de ces plans textuels afin d'en avoir une représentation précise, éviter toute ambiguïté, faciliter la coordination entre les intervenants et enfin faciliter la gestion ainsi que la résolution de crises. L'objectif de cette thèse est de contribuer à l'ingénierie de la coordination dans les domaines de crise en fournissant une approche globale qui prend en compte sans les confondre et en les articulant deux aspects essentiels de la gestion de crises : l'aspect organisationnel et l'aspect tâche. Dans cette perspective, notre approche combine deux paradigmes: BPM (Business Process Management) et les systèmes multi-agents, et fournit un algorithme de traduction entre leurs concepts. BPM fournit une vue globale de la coordination du point de vue de la tâche à réaliser et facilite la validation, la simulation et l'intelligibilité des plans de résolution de la crise au moment de leur conception tout en permettant le suivi de leur exécution. Le paradigme multi-agent fournit, quant à lui, des abstractions sociales (des interactions de haut niveau et des structures organisationnelles : rôles, relations et interactions entre acteurs) pour modéliser, analyser et simuler une vue organisationnelle de la coordination en représentant la structure et le comportement du système développé au niveau macro, indépendamment de la structure interne des agents à un niveau micro. La contribution de cette thèse est un cadre conceptuel pour l'ingénierie de la coordination. / This thesis is about coordination in multi-agent universes and particularly in crisis contexts. Recently, we have witnessed an increasing number of crises, not only natural disasters (hurricane Katrina, Haiti earthquake, ...) but also man-made ones (Syrian refugees crisis in Europe, Arabic spring, rioting in Baltimore, ...). In such crisis, the different actors involved in the resolution have to act rapidly and simultaneously in order to ease an efficient control and reduce its impacts on the real world. To achieve this common goal as quickly and efficiently as possible, these actors (police, military forces, medical organizations) must join their respective resources and skills to collaborate and act in a coordinated way, most often by following a plan that specifies the expected flow of work between them. By coordination, we mean all the work needed for putting resolution plans and all stakeholders' skills and resources together in order to reach the common goal (crisis resolution) in an efficient way. Crisis resolution plans are most of the time available in a textual format defining the actors, their roles and coordination recommendations in the different steps of crisis life-cycle (mitigation, preparedness, response and recovery). While plans in a printed document format are easy to manipulate by stakeholders when taken individually, they do not provide direct means to be analysed, simulated, adapted or improved and may have various different interpretations. Therefore they are difficult to manage in real time and in a distributed setting. Given these observations, it becomes useful to model these textual plans to have an accurate representation of them, to reduce ambiguity and to support coordination between stakeholders and ease an efficient control and crisis resolution. The goal of this PhD thesis is to contribute to coordination engineering in crisis domains by providing a comprehensive approach that considers both organizational and task aspects in a coherent conceptual framework. In this perspective, our approach combines Business Process and Multi-Agent paradigms and provides a mapping algorithm between their concepts. BPM (Business Process Modelling) provides an aggregate view of the coordination through the task aspect and so doing eases the validation, the simulation, the intelligibility of crisis resolution plans at design time and its monitoring at run time. The Multi-Agent paradigm provides social abstractions (high-level interactions and organization structures) to model, analyse and simulate an organizational view of the coordination by representing the structure and the behaviour of the system being developed at a macro level, independently of the internal structure of agents (micro level). The contribution of this thesis is a coordination framework, which consists of three related components: i) A design and development approach (design/discovery, analysis, simulation) that provides means (recommendations, formalisms, life-cycle, algorithms) to produce (agent and process-based) coordination models from a textual plan and/or event based log files, ii) A mapping algorithm deriving BPMN process schemas onto multi-agent structures, iii) Coordination evaluation metrics. We extend the works of Grossi and define formal metrics that allow the evaluation of the quality (efficiency, robustness and flexibility) of multi-agent system organizations. We have applied this framework to the Ho Chi Minh City Tsunami resolution plan.

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.

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.

L’apprentissage collectif dans un système multi-agents considère comment une communauté constituée d’agents autonomes partageant un même objectif d’apprentissage peut bénéficier, au niveau individuel et collectif, d’échanges structurés d’informations. Les agents, reliés par un réseau de communication, ont tous la faculté de percevoir des observations, appelées exemples d’apprentissage. Cette thèse s’appuie sur un protocole pré-existant, SMILE (Sound-Multi-agent-Incremental-LEarning), qui organise un échange parcimonieux d’exemples et d’hypothèses. Ce protocole garantit, dans le cas d’agents tous connectés, que les agents obtiennent une hypothèse qui tient compte de tous les exemples perçus par l’ensemble des agents. Il existe des variantes séquentielles de ce protocole qui mettent en place une propagation de l’information pour offrir les mêmes garanties dans un réseau, non pas complet mais, connexe.Cette thèse apporte deux nouveaux éclairages sur l’apprentissage artificiel collectif. Une première étude montre l’influence de la structure du réseau sur l’apprentissage avec un protocole dont les communications sont limitées au voisinage, sans propagation. Une seconde contribution présente et analyse un nouveau protocole, Waves, qui préserve les garanties de SMILE et dont les interactions en parallèle rendent l’apprentissage en réseau plus dynamique. Ce protocole est évalué en détail,dans un contexte simplifié de tour par tour, ce qui permet de le raffiner par la suite avec diverses améliorations. Il est cependant conçu pour s’adapter à un apprentissage en ligne et une acquisition non limitée, ni en temps ni en nombre, de nouveaux exemples par la communauté. / Collective learning in multi-agent systems considers how a community of autonomous agents sharing a learning purpose may benefit from exchanging information to learn efficiently as a community as well as individuals. The community forms a communication network where each agent may accesses observations, called learning examples. This thesis is based on a former protocol, SMILE (Sound-Multi-agent-Incremental-LEarning), which sets up parsimonious examples and hypotheses exchanges between agents. In a fully connected community, this protocol guarantees an agent’s hypothesis takes into account all the examples obtained by the community. Some sequential protocols add propagation to SMILE in order to extend this consistency guarantee to other connected networks. This thesis contribution to the artificial collective learning field is two fold.First, we investigate the influence of network structures on learning in networks when communication is limited to neighbourhood without further information propagation. Second, we present and analyze a new protocol, Waves, with SMILE’s guarantees and a more dynamic learning process thanks to its execution in parallel. The evaluation of this protocol in a simple turn-based setting gives the opportunity to improve it here in multiple ways. It is however meant to be used with online learning without any restriction on the acquisition rate of new examples, neither on speed nor number.

La modélisation et la simulation des systèmes complexes constitue une solution idéal pour comprendre ces systèmes. En effet, l'expérimentation virtuelle permet, par rapport à l'expérimentation réelle dans le champ d'étude considéré, d'apporter des réponses plus rapides aux questions posées sur ces systèmes, ce qui donne la possibilité de proposer des solutions en un temps adapté au contexte réel. Ce travail traite la question de la représentation de l'action humaine en prenant en compte sa dimension temporelle et spatiale aux échelles individuelle et collective. Cette question a déjà été traitée dans le domaine de l'intelligence artificielle, en général, et celui des systèmes agricoles, en particulier, qui constitue le domaine d'application de cette thèse. Les modèles proposés jusqu'à présent se basaient principalement sur la théorie de l'action planifiée en ne prenant en compte que la dimension temporelle de l'action. Les limites majeures de ces modèles résident dans leur complexité dans la mesure où il est difficile de pouvoir prédire l'ensemble des changements futurs dans l'environnement de l'acteur. Cela conduit à la nécessité de re-planifier fréquemment les actions afin d'obtenir des résultats cohérents. La deuxième limite réside dans l'écart qu'il peut y avoir entre les résultats des actions simulées et la réalité observée. En effet, un acteur ne réalise pas systématiquement les actions qu'il prévoit selon les situations réelles dans lesquelles il se trouve. Afin de pallier aux limites des modèles de l'action planifiée, nous avons développé un modèle de l'action humaine qui se base sur la théorie de l'action située. L'action est vue comme un processus doté d'une épaisseur temporelle émergent des situations créées par l'interaction entre l'acteur et son environnement dans le temps et dans l'espace. Notre modèle combine le concept d'affordance, le concept de stigmergie ainsi que la notion d'émergence. Nous proposons donc un système multi-agents dans lequel l'espace est explicitement représenté et partitionné en un ensemble de places. Le pilotage de chaque place est attribué à un agent abstrait. Celui-ci représente un observateur capable de détecter à tout instant les affordances émergentes sur sa place ainsi que de déclencher l'action appropriée. Les acteurs sont représentés comme des entités de l'environnement au même titre que les objets passifs. Ces entités de l'environnement portent un ensemble d'informations sur leurs capacités à exécuter ou subir des actions. Ces informations permettent aux agents, grâce aux méta-connaissances qu'ils détiennent de détecter les affordances. Celles-ci, une fois détectées, sont réifiées dans l'environnement et utilisées par les agents grâce à un mécanisme de sélection d'actions pour déterminer l'action qui sera finalement exécuter. La coordination des actions au niveau collectif se fait par stigmergie : les agents communiquent de façon implicite en utilisant un ensemble de marques qui sont une métaphore des phéromones des colonies de fourmis. Afin de montrer la pertinence du modèle proposé, un prototype appliqué au domaine des systèmes de production agricoles a été implémenté en utilisant la plateforme AnyLogic. / Simulation modelling of complex systems nowadays is an ideal solution to get a good understanding of these systems. In effect, compared with real experiments in the field of studies considered, virtual experiments allow one to quickly answer questions about these systems and provide solutions within a delay well adapted to their actual context. This thesis deals with the issue of human action representation, accounting with its temporal and spatial dimensions at individual and collective levels. This question has already been addressed in the field of Artificial intelligence in general and in the one of Agricultural systems in particular, the latter being the application domain of this thesis. The models proposed to date were mainly based upon the theory of planned action, explicitly accounting with the temporal dimension of action only. The main limits of these models lie in their complexity, because the ability to predict all future changes in actors' behaviors is far too difficult. This difficulty leads to the need of frequently re-planning the course of actions in order to get consistent results. The second drawback lies in the discrepancy that may arise between the results of simulated actions and actual observations. In effect, real actors do not realize systematically the actions they forecast according to the situations they actually encounter. In order to overcome the limits of planning models, we developed a model of human action based on the theory of situated action. Action is there viewed as a process endowed with a temporal thickness and emerging from the situations created by the interaction, through time and space, between the actor and its environment. Our model combines the concepts of affordance and stigmergy as well as the notion of emergence. Therefore we propose a multi-agents system within which space is explicitly represented and partitioned into a set of “places”. The control of each place is left to an abstract agent standing for an observer capable of detecting the affordances occurring on its place and trigger appropriate actions. Actors as well as passive objects are represented as “environmental entities”. These entities carry information about their capacity of performing or undergoing actions. This information allows the agents to detect affordances thanks to the meta-knowledge they hold. Once detected, these affordances are reified in the environment to be used to determine the action that will eventually be executed. Coordination of actions, at the collective level, is performed through stigmergy: the agents communicate implicitly between them using a set of marks as a metaphor of pheromons in ant colonies. To prove the relevance of the proposed model, a software prototype, applied to the domain of agricultural production systems, has been implemented with the simulation platform AnyLogic.