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

Ces travaux s'appuient sur le socle formé par les simulations orientées agents (SOA), les simulations par automates cellulaires (AC) et la théorie des fonctions de croyance. Les objectifs sont de proposer des solutions aux problèmes complexes et de développer une architecture de système d'aide à la décision (SAD) organisée autour de ces trois outils. Dans la mesure où ce système fait appel à la théorie des fonctions de croyance (aussi appelée théorie de l'évidence), nous l'avons nommé SEAD, c.-à-d., système évidentiel d'aide à la décision. Le SEAD tente de fournir des explications à une observation effectuée sur un système réel complexe. Il utilise:- les SOA et les AC pour simuler le système complexe d'étude;- les fonctions de croyance pour représenter et manipuler les informations au sein et autour des simulations.L'architecture est validée dans le cadre d'un système d'aide à la décision, nommé ForenSeek, dédié aux experts en entomologie médico-légale. l'entomologie médico-légale est un procédé d'estimation de l'instant de la mort : à partir de la détermination des espèces et âges des insectes prélevés sur un cadavre. Cette technique est confrontée à un ensemble de phénomènes complexes, difficilement perceptibles des experts et ayant des impacts sur leurs décisions finales. Le SEAD forenSeek a recours aux SOA et aux AC pour modéliser la décomposition d'un cadavre. Il intègre un grand nombre de paramètres écosystémiques et teste une quantité importante de modèles biologiques. La théorie des fonctions de croyance est au centre de ce système de fusion. Des premiers résultats à partir de véritables expertises judiciaires sont présentés. / This work is based on the agent simulations (ABS), the cellular automata based simulations (CABS) and the theory of belief functions. The purposes consist in proposing solutions to complex problems and developping a general architecture for decision support system (DSS) organized around these three tools. Because this system resorts to the theory of belief functions (also called the evidence theory), we called it EDSS, i.e., evidential decision support system. The EDSS tries to explain an observation made on a complex real system. It uses:- ABS and CABS to simulate the complex system of study;- the belief function theory to represent and manipulate information within and around the simulations.The architecture is validated through a decision support system, named ForenSeek, dedicated to experts in forensic entomology. Forensic entomology is a method for estimating the time of death from determining the ages and species of insects collected on a cadaver. This technique faces with a set of complex phenomena, not easily discernible by the experts and having an impact on their final decisions. The EDSS ForenSeek uses the ABS and CABS to simulate the corpse decomposition. It incorporates a large number of ecosystem parameters and tests a large quantity of biological models. The theory of belief functions is central to this information fusion system. First results from real forensic expert's reports are presented.

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

La gestion des risques est un enjeu majeur, mais difficile pour les projets de construction. La difficulté à gérer les risques dans les projets de construction vient de leur complexité. Ils sont composés de nombreuses entités (activités, acteurs, contrats, ressources, etc.) dont le comportement collectif influencent les comportements individuels. Afin de mieux appréhender et comprendre la complexité du système dans son ensemble, il est nécessaire de capitaliser et structurer la connaissance dans le but de proposer un modèle capable de décrire et simuler le comportement du système étudié. Cependant, la formalisation de tels modèles se confronte à de nombreuses difficultés : présence de facteurs humains, raretés de modèles, connaissances souvent expertes et qualitatives difficiles à formaliser, méconnaissance des mécanismes régissant certains processus, données parcellaires, hétérogènes et souvent imparfaites, échelles multiples, etc. L’objectif est de proposer des approches conceptuelles permettant d’assembler des morceaux de connaissances hétérogènes multi-sources et multi-échelles dans le but de proposer un modèle capable de réduire les incertitudes liées au fonctionnement, au devenir, à la conception et au pilotage des projets de construction.Différentes approches et outils ont été proposés pour modéliser et simuler les projets de construction : structure de répartition des risques, réseaux bayésiens, théorie des réseaux, simulation de Monte Carlo, réseau analytique, etc. Ces outils et méthodes sont utilisés pour simuler le comportement de systèmes, mais inadéquats pour représenter des systèmes complexes dynamiques à grandes échelles. Ils sont pour la plupart parcellaires et ne présentent pas ou peu de généricités. Dans ce contexte, les modèles relationnels probabilistes (MRPs) fourniront un formalisme mathématique pratique permettant de représenter et de simuler des systèmes dynamiques complexes entachés d’incertitudes. Les MRPs étendent le formalisme des réseaux bayésiens en ajoutant la notion de paradigme objet où l'incertitude attachée au système est alors prise en compte en quantifiant la dépendance probabiliste entre les propriétés des objets.Pour ce faire, une ontologie du domaine a été développée pour (a) fournir un vocabulaire commun capable de représenter les connaissances sur les projets de construction, (b) identifier les interconnections entre les différentes entités techniques, humaines, économiques à différents niveaux de description. Guidé par cette ontologie unMRP a été élaboré et utilisé pour simuler le comportement des projets de construction tout en prenant en compte les incertitudes. On montrera comment il peut être utilisé pour prédire la réponse incertaine du système ainsi que pour étudier comment la réponse globale du système est sensible aux valeurs ou hypothèses locales. Enfin, le MRP sera utilisé pour deux études de cas (la construction de routes et de ponts à Hue-Vietnam et d’un bâtiment en France). Les résultats montrent que le formalisme des MRPs permet (1) d’instancier tout type de projets de construction, (2) de prendre en compte l'incertitude, (3) de simuler et prédire le comportement du système et (4) d’extraire de la connaissance à partir d’informations partielles. / The difficulty to manage risks in construction projects comes from their complexity. They are composed of many entities (activities, actors, contracts, resources, etc.) among which interactions exist at many levels and influence the system response. In turn, this response can influence the behaviour of some entities. In order to capture the complexity of the system, it is necessary to structure, model and share cross-disciplinary and interdisciplinary knowledge flows in a common and unifying framework. Because of this high complexity, the system response may appear as unpredictable. Uncertainties at all scales are source of risk for the construction project itself. Tackling this complexity could improve our grasp of the whole system, in order to provide more robust and efficient decision alternatives in risk management. It is then essential to propose conceptual approaches able to represent the behaviour and the interactions of system entities over the time.Different approaches and tools have been proposed to model and simulate risk of construction project as Risk Breakdown Structure, Bayesian networks, Network Theory, Monte Carlo Simulation, Analytical Network Process, etc. These tools and methods can be used to simulate the behaviour of the system, but they are inadequate for representing large and complex dynamical system because they are based on case-dependant model (i.e. a specific model has to be built for each studied construction project), the fragmented representation of knowledge, the lack of common vocabulary, the lack of generic character. Hence, an ontology paradigm is developed in order (a) to provide a common vocabulary able to represent the knowledge about construction projects and its risks, (b) to shape the structure (interrelations) between those identified database and (c) to represent construction project integrating as well technical, human, sustainability dimensions at different detailed levels of uncertainty.In this context, by coupling the advantages of ontology and Bayesian network, the framework of probabilistic relational model (PRM) will provide a practical mathematical formalism allowing to represent and simulate complex stochastic dynamical systems. PRMs extend the formalism of Bayesian networks by adding the notion of object paradigm where uncertainty attached to the system is then taken into account by quantifying probabilistic dependence between the properties of objects and other properties of related objects. To the best of our knowledge, this thesis report will be the first application in which PRM have been proposed to model and simulate construction project while accounting uncertainties.Therefore PRM is used to simulate the propagation of uncertainties existing in this complexdynamic and multi-scale system, which lead to construction project risk. A prototypal software framework has been developed to check the consistency and the viability of the concept. It will be shown how it can be used in order to predict the uncertain response of the system as well as to study how the overall response of the system is sensitive to local values or assumptions. Lastly, PRM will be applied for two case-studies (a road and bridge construction in Hue-Vietnam and another building project in France). Results show that the formalism of PRMs allows to (1) implement any kind of construction project, (2) to take uncertainty into account, (3) to simulate and predict the behaviour of system and (4) to derive information from partial knowledge.

Le travail aborde la modélisation et l’analyse de systèmes complexes, caractérisés, dans un cadre incertain et évolutif, par de nombreuses interactions entre composants. Dans un cadre de gestion des risques, le travail vise à créer un modèle causal spatio-temporel pour l’explication et la probabilisation de certains événements redoutés à des fins de diagnostic et de pronostic. Le travail de modélisation est basé sur l’approche bayésienne et, plus particulièrement, sur les Réseaux Bayésiens (RB). Dans l’optique de considérer des systèmes de grande taille et de représenter leur complexité spatio-temporelle, leur caractère multiéchelles et incertain dans un cadre dynamique, l’idée de ce travail est alors d’étendre le concept des Réseaux Bayesiens Dynamiques (RBD) et d’utiliser le paradigme Orienté Objet pour l’appliquer aux réseaux bayésiens. Dans leur forme actuelle, les réseaux bayésiens orientés objet permettent de créer des instances réutilisables mais non instanciables. En d’autres termes, cela implique que l’objet généré est susceptible d’être appelé plusieurs fois dans la construction d’un modèle mais sans pour autant que ces paramètres (tables de probabilités marginales ou conditionnelles) ne soient modifiés. Ce travail de thèse vise à combler cette lacune en proposant une approche structurée permettant de construire des grands systèmes à base d’objets (caractérisés par des réseaux bayésiens simples) dont les paramètres peuvent être actualisés en fonction de l’instant ou du contexte de leur appel et de leur utilisation. Ce concept est concrétisé sous la forme de Réseaux Bayésiens Multidimensionnels par leur propension à combiner plusieurs dimensions qu’elles soient spatiales ou temporelles. / The work addresses the modelling and analysis of complex systems, characterized, in an uncertain and evolving framework, by numerous interactions between components. Within a risk management framework, the work aims to create a spatio-temporal causal model for the explanation and probability of certain feared events for diagnostic and prognostic purposes. The modelling work is based on the Bayesian approach and, more specifically, on the Bayesian Networks (BN). In an attempt to consider large-scale systems and represent their spatio-temporal complexity, their multi-scale and uncertain character in a dynamic framework, the idea of this work is then to extend the concept of Dynamic Bayesian Networks (DBN) and use the Object Oriented paradigm to apply it to Bayesian networks. In their current form, object-oriented Bayesian networks can create reusable but not instantiable instances. In other words, this implies that the generated object is likely to be called several times in the construction of a model, but without these parameters (marginal or conditional probabilities tables) being modified. This thesis aims to fill this gap by proposing a structured approach to construct large object-based systems (characterized by simple Bayesian networks) whose parameters can be updated according to the moment or context of their call and use. This concept is embodied in the form of Bayesian Multidimensional Networks by their propensity to combine several dimensions, whether spatial or temporal.

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la tolérance aux défauts dans le cas des systèmes linéaires. Les moyens de communication numériques sont utilisés dans le cadre de la mise en oeuvre d'une architecture de commande tolérante aux défauts pour des systèmes complexes. Une coopération entre les modules de commande/diagnostic assure la tolérance à certains types de défauts qui affectent le système. La commande des systèmes est traditionnellement réalisée à partir d'un calculateur central qui collecte l'ensemble des informations relevées sur le procédé, puis les traite pour élaborer un ensemble de commande qui est appliqué au procédé. Avec le développement des systèmes commandés en réseaux (Networked Control System) et des systèmes embarqués, l'architecture des systèmes s'oriente vers une distribution des algorithmes de commande et de diagnostic. On se propose d'aborder le problème de la conception des stratégies de distribution de diagnostic/commande et de coopération des tâches de commande entre les sous-contrôleurs associés à chaque sous-système qui composent le système complexe et de prendre en compte les défauts des actionneurs et de capteurs affectant les sous-systèmes. Il s'agit alors d'élaborer une stratégie de commande coopérative visant à compenser les effets des défauts affectant le système. Les commandes locales sont des commandes prédictives à base de modèle (MPC: Model Predictive Control). Une analyse de stabilité a été faite en prenant en considération la défaillance du réseau de communication. / The work presented in this memory of thesis focuses on fault tolerance in the case of linear systems. Digital communication tools are used in the context of the implementation of an architecture for fault tolerant control of complex systems. A cooperation between the control/diagnosis blocks ensures the tolerance to certain types of faults which affect the system. Control systems is traditionally carried out starting from a central computer that collects all information gathered on the process. Then, these information are treated in order to develop a set of command which is applied to the process. Thanks to the development of the Networked System Control and embedded systems, systems architecture is oriented towards a distributed control and diagnostic algorithms. One proposes to address the problem of designing distribution strategies for diagnosis/control and control tasks cooperation between sub-controllers associated at each subsystem comprising the complex system and to take into account the faults on the actuators and sensors that affect the subsystems. Then a cooperative control strategy is proposed. It aims at compensating the effects of the faults affecting the system. Local controls are based on Model Predictive Control (MPC). An analysis of stability was made taking into account the failure of the communication network

Cette thèse vise à mieux comprendre de quelle manière les ateliers scientifiques animés par des chercheurs à l’université essayent de motiver les élèves de l’école primaire au lycée à suivre une carrière scientifique universitaire. Notre défi majeur a été d’analyser ces ateliers scientifiques à une fin didactique en prenant en compte la complexité d’interactions des acteurs et leurs attentes. Ainsi, ce travail repose sur une analyse des ateliers en les considérant comme un système dynamique complexe. Nous articulons une approche qualitative qui consiste en un « noyau d’analyse complexe » d’une triangulation systémique entre le contexte, la stratégie et la production.Dans cette perspective, cette thèse apporte une réflexion sur la culture des évaluations dans le domaine de l'éducation en proposant une modélisation d’une « évaluation multiréférentielle » basée sur trois critères : l’efficacité, la pertinence et l’efficience. Pour ce faire, différents niveaux d’analyse sont proposés à partir de questionnaires et d’entretiens auprès d’élèves, de médiateurs et d’enseignants, ayant participé à des ateliers.Les résultats ont mis en évidence des décalages entre les objectifs des acteurs et les visées institutionnelles affichées pour ces ateliers. L’enjeu pour les médiateurs, les enseignants et les élèves se situe avant tout dans un registre du plaisir. En plus, les médiateurs interrogés valorisent peu leur parcours scolaire et universitaire, alors que les élèves voient avant tout le parcours du chercheur comme relevant d’une vocation. / This thesis aims to better understand how scientific workshops led by researchers at the university try to motivate students from primary school to high school to pursue a university science career. Our major challenge was to analyse the scientific workshops with a didactical goal by taking into account the complexity of interactions between its actors and their expectations. As such, this work is based on a analysis of the workshops, as these are seen as a complex dynamic system. We articulate a qualitative approach consisting in a “complex core of analysis” and a systemic triangulation of the system: the context, the strategies and the production.In this perspective, this thesis reflets on the culture of assessment in education by proposing a modelisation of a “multireferencial assessment” based on three criteria: the efficacy, the relevance and the efficiency. To do that, different levels of analyses are proposed based on questionnaires and interviews of students, mediators and teachers who were engaged in workshopsThe results have especially highlighted the gap between the objectives of the workshops' participants and a those of the institutional presented for these workshops. For the mediators, the teachers and the students, these workshops are primarily meant to enjoy the activities. More, mediators who took part in the study express little interest in showing a positive view of their own academic background and their career, whereas students see, before anything else, researchers’ career as a vocation.

La peste est une maladie qui n'a jamais disparu et réémerge même dans certains pays, dont Madagascar. Les recherches consacrées à sa forme bubonique se sont d'abord concentrées sur l'identification des agents hôtes et vecteurs, rongeurs et puces, impliqués dans le cycle épidémiologique, de leur dépendance à l'égard des facteurs environnementaux et des processus de transmission du bacille. Ces facteurs et mécanismes opérant au niveau individuel sont désormais mieux connus, grâce aux acquis des études observationnelles et expérimentales. Un enjeu actuel des recherches concerne l'analyse des processus endémo-épidémiques d'expression de la peste, dans les populations d'hôtes et de vecteurs. Dans ce sens, les modèles mathématiques compartimentaux traditionnels échouent à prendre en compte l'effet, potentiellement décisif sur le devenir de l'infection, du caractère localisé et contingent de la transmission, lié à la distribution hétérogène et changeante des puces et rongeurs. Il est donc important de considérer l'hétérogénéité individuelle et le contexte géographique dans lequel la maladie se développe pour préciser le risque épidémiologique au niveau local et chercher à éviter les cas humains. L'objet de notre recherche est de montrer l'apport d'une démarche de modélisation individu-centrée s'inscrivant dans le paradigme de la complexité, intégrant les connaissances au niveau individuel et fondée sur un formalisme multi-agents, pour étudier localement les processus endémo-épidémiques de la peste bubonique. Le modèle, appliqué au foyer malgache, nous permet d'évaluer l'effet de l'abondance et de la distribution des rats et des puces sur le devenir de l'infection.

Cette thèse se propose de montrer comment les interactions vont influer sur le système complexe de communication d'une formation à distance, et en dévoiler les limites. L'objectif général est de montrer que, dans ce système, il est possible d'expliquer l'abandon par les pertes de prises qui se dessinent dans la dynamique entre les représentations et les communications des acteurs, et que certaines limites du système favorisent ces pertes de prise. La finalité de cette thèse est de cerner ces limites pour définir une catégorie d'abandon communicationnel. Cette recherche qualitative s'appuie sur la théorie de la communication pragmatique de Palo Alto, pour analyser les interactions entre les acteurs, et sur la théorie des représentations sociales, pour traduire en images l'évolution des représentations sur une année. Le concept de " prise " relie la situation communicationnelle à l'abandon. Il permet de confronter les repères communs aux acteurs et leurs perceptions personnelles des situations vécues, pour rendre compte de leur moyen d'agir et de s'engager.

Actuellement, la plupart des simulateurs électromagnétiques se basent sur une résolution des équations aux dérivées partielles. Ces simulateurs ont jusqu'à présent bénéficié d'une augmentation de la puissance informatique compensant les exigences de calcul nécessitées par la croissance de la complexité et de la dimension des objets à modéliser. Cependant la taille des problèmes cruciaux augmente beaucoup plus rapidement que la puissance informatique. Malgré les apports faits pour simplifier les calculs électromagnétiques, la difficulté à tenir compte de tels problèmes complexes nécessite un saut méthodologique important. La méthode dite " énactive ", proposée dans ces travaux, constitue une approche atypique pour la modélisation dynamique d'un environnement naturel et sa simulation en un système de réalité virtuelle. Issue de la modélisation des systèmes multi-agents, elle propose une méthode spécifique pour la modélisation de tels systèmes complexes où de nombreux phénomènes interagissent de nombreuses façons, à des échelles de temps et d'espace pouvant être très différentes. Nous cherchons à suivre l'évolution d'une onde électromagnétique et ses interactions éventuelles avec des objets d'un environnement in virtuo, i.e. à travers un laboratoire virtuel (virtuoscope). Dans ce contexte, cette thèse s'inscrit dans un cadre interdisciplinaire qui allie les outils et les techniques de la réalité virtuelle à la modélisation de phénomènes électromagnétiques. En outre, les phénomènes sont modélisés en tant qu'entités autonomes en interaction. Notre modèle doit donc reposer sur une définition rigoureuse des entités, à savoir les ondes et les milieux, et des interactions qui peuvent avoir lieu afin de reconstituer correctement l'ensemble des phénomènes électromagnétiques " réels " au sein d'un environnement virtuel. Aussi, nous n'avons pas de moyens nous permettant de vérifier ni de valider autrement que par l'expérimentation notre modèle. En ce sens, nous faisons l'enjeu et le pari de parvenir à construire un tel système énactique électromagnétique. Pour cela, nous avons mis au point un ensemble de scénarios d'environnements électromagnétiques, suite au développement de deux modèles de propagation, l'un unidimensionnel et l'autre bidimensionnel. Les résultats seront comparés à des méthodes plus classiques appropriées voire à la théorie lorsque c'est possible.