La segmentation d’images est une opération cruciale pour le traitement d’images. Elle est toujours le point de départ des processus d’analyse de formes, de détection de mouvement, de visualisation, des estimations quantitatives de distances linéaires, de surfaces et de volumes. À ces fins, la segmentation consiste à catégoriser les voxels en des classes basées sur leurs intensités locales, leur localisation spatiale et leurs caractéristiques de forme ou de voisinage. La difficulté de la stabilité des résultats des méthodes de segmentation pour les images médicales provient des différents types de bruit présents.Dans ces images, le bruit prend deux formes : un bruit physique dû au système d’acquisition, dans notre cas l’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique), et le bruit physiologique dû au patient. Ces bruits doivent être pris en compte pour toutes les méthodes de segmentation d’images. Durant cette thèse,nous nous sommes focalisés sur des modèles Multi-Agents basés sur les comportements biologiques des araignées et des fourmis pour effectuer la tâche de segmentation. Pour les araignées, nous avons proposé une approche semi-automatique utilisant l’histogramme de l’image pour déterminer le nombre d’objets à détecter. Tandis que pour les fourmis, nous avons proposé deux approches : la première dite classique qui utilise le gradient de l’image et la deuxième, plus originale, qui utilise une partition intervoxel de l’image. Nous avons également proposé un moyen pour accélérer le processus de segmentation grâce à l’utilisation des GPU (Graphics Processing Unit). Finalement, ces deux méthodes ont été évaluées sur des images d’IRM de cerveau et elles ont été comparées aux méthodes classiques de segmentation : croissance de régions et Otsu pour le modèle des araignées et le gradientde Sobel pour les fourmis. / Image segmentation is a crucial operation for image processing. It is always the starting point of shape analysis process, motion detection, visualization, and quantitative estimation of linear distances, surfaces and volumes. For this, the segmentation consists on classifying the voxels into classes based on their local strengths, their spatial location and shape characteristics or neighborhood. The difficulty of the results stability of segmentation methods for medical images comes from the different types of noise present inside every image. In these images, the noise takes two forms: a physical noise due to the acquisition system, in our case, MRI (Magnetic Resonance Imaging), and a physiological noise due to the patient. These noises should be considered for all methods of segmentation. In this thesis, we focused on Multi-Agent models based on the biological behavior of spiders and ants to perform the task of segmentation. For spiders, we proposed a semi-automatic method using the histogram of the image to determine the number of objects to be detected. As for ants, we proposed two approaches: one that uses the so-called classical gradient of the image and the second, more original, which uses an intervoxel partition of the image. We also proposed a way to speed up the segmentation process through the use of the GPU (Graphics Processing Unit). Finally, these two methods were evaluated on MR images of brain and were compared with conventional methods of segmentation: region growing and Otsu for the model of spiders and Sobel gradient for the ants.

Les systèmes multi-agents (SMA) peuvent être utilisé pour modéliser les phénomènes qui peuvent être décomposés en agents qui interagissent et qui existent au sein d'un environnement. Ils peuvent être utilisés pour modéliser les sociétés humaines et animales, aux fins de l'analyse de leurs propriétés par des moyens de calcul. Cette thèse est consacrée à l'analyse automatisée d'un type particulier de ces modèles sociaux, celles qui sont fondées sur les principes comportementalistes, qui contrastent avec les approches cognitives plus dominantes dans la littérature des SMAs. La caractéristique des théories comportementalistes est l'accent mis sur la définition des comportements basée sur l'interaction entre les agents et leur environnement. Non seulement des actions réflexives, mais aussi d'apprentissage, les motivations, et les émotions peuvent être définies. Nous introduisons une architecture formelle d'agent basée sur la théorie d'analyse comportementale de B. F. Skinner, ainsi que une notion appropriée et formelle de l'environnement pour mettre ces agents ensemble dans un SMA. La simulation est souvent utilisée pour analyser les SMAs. Les techniques consistent généralement à simuler le SMA plusieurs fois, soit pour recueillir des statistiques, soit pour voir ce qui se passe à travers l'animation. Toutefois, les simulations peuvent être utilisées d'une manière plus orientée vers la vérification si on considère qu'elles sont en réalité des explorations de grandes espaces d'états. Nous proposons une technique de vérification nouvelle basé sur cette idée, qui consiste à simuler un SMA de manière guidée, afin de vérifier si quelques hypothèses sur lui sont confirmées ou non. À cette fin, nous tirons profit de la position privilégiée que les environnements sont dans les SMAs de cette thèse: la spécification formelle de l'environnement d'un SMA sert à calculer les évolutions possibles du SMA comme un système de transition, établissant ainsi l'espace d'états à vérifier. Dans ce calcul, les agents sont pris en compte en les simulant afin de déterminer, à chaque état de l'environnement, quelles sont leurs actions. Chaque exécution de la simulation est une séquence d'états dans cet espace d'états, qui est calculée à la volée, au fur et à mesure que la simulation progresse. L'hypothèse à étudier, à son tour, est donnée comme un autre système de transition, appelé objectif de simulation, qui définit les simulations désirables et indésirables. Il est alors possible de vérifier si le SMA est conforme à l'objectif de simulation selon un certain nombre de notions de satisfiabilité très précises. Algorithmiquement, cela correspond à la construction d'un produit synchrone de ces deux systèmes de transitions (i.e., celui du SMA et l'objectif de simulation) à la volée et à l'utiliser pour faire fonctionner un simulateur. C'est-à-dire, l'objectif de simulation est utilisé pour guider le simulateur, de sorte que seuls les états concernés sont en réalité simulés. À la fin d'un tel algorithme, il délivre un verdict concluant ou non concluant. Si c'est concluant, il est connu que le SMA est conforme à l'objectif de simulation par rapport aux observations qui ont été faites lors des simulations. Si c'est non-concluant, il est possible d'effectuer quelques ajustements et essayer à nouveau. En résumé, dans cette thèse nous fournissons quatre nouveaux éléments: (i) une architecture d'agent; (ii) une spécification formelle de l'environnement de ces agents, afin qu'ils puissent être composés comme un SMA; (iii) une structure pour décrire les propriétés d'intérêt, que nous avons nommée objectif de simulation, et (iv) une technique pour l'analyse formelle du SMA résultant par rapport à un objectif de simulation. Ces éléments sont mis en œuvre dans un outil, appelé Simulateur Formellement Guidé (FGS, de l'anglais Formally Guided Simulator).Des études de cas exécutables dans FGS sont fournies pour illustrer l'approche. / Multi-agent systems (MASs) can be used to model phenomena that can be decomposed into several interacting agents which exist within an environment. In particular, they can be used to model human and animal societies, for the purpose of analysing their properties by computational means. This thesis is concerned with the automated analysis of a particular kind of such social models, namely, those based on behaviourist principles, which contrasts with the more dominant cognitive approaches found in the MAS literature. The hallmark of behaviourist theories is the emphasis on the definition of behaviour in terms of the interaction between agents and their environment. In this manner, not merely reflexive actions, but also learning, drives, and emotions can be defined. More specifically, in this thesis we introduce a formal agent architecture (specified with the Z Notation) based on the Behaviour Analysis theory of B. F. Skinner, and provide a suitable formal notion of environment (based on the pi-calculus process algebra) to bring such agents together as a MAS. Simulation is often used to analyse MASs. The techniques involved typically consist in implementing and then simulating a MAS several times to either collect statistics or see what happens through animation. However, simulations can be used in a more verification-oriented manner if one considers that they are actually explorations of large state-spaces. In this thesis we propose a novel verification technique based on this insight, which consists in simulating a MAS in a guided way in order to check whether some hypothesis about it holds or not. To this end, we leverage the prominent position that environments have in the MASs of this thesis: the formal specification of the environment of a MAS serves to compute the possible evolutions of the MAS as a transition system, thereby establishing the state-space to be investigated. In this computation, agents are taken into account by being simulated in order to determine, at each environmental state, what their actions are. Each simulation execution is a sequence of states in this state-space, which is computed on-the-fly, as the simulation progresses. The hypothesis to be investigated, in turn, is given as another transition system, called a simulation purpose, which defines the desirable and undesirable simulations (e.g., "every time the agent does X, it will do Y later"). It is then possible to check whether the MAS satisfies the simulation purpose according to a number of precisely defined notions of satisfiability. Algorithmically, this corresponds to building a synchronous product of these two transitions systems (i.e., the MAS's and the simulation purpose) on-the-fly and using it to operate a simulator. That is to say, the simulation purpose is used to guide the simulator, so that only the relevant states are actually simulated. By the end of such an algorithm, it delivers either a conclusive or inconclusive verdict. If conclusive, it becomes known whether the MAS satisfies the simulation purpose w.r.t. the observations made during simulations. If inconclusive, it is possible to perform some adjustments and try again.In summary, then, in this thesis we provide four novel elements: (i) an agent architecture; (ii) a formal specification of the environment of these agents, so that they can be composed into a MAS; (iii) a structure to describe the property of interest, which we named simulation purpose; and (iv) a technique to formally analyse the resulting MAS with respect to a simulation purpose. These elements are implemented in a tool, called Formally Guided Simulator (FGS). Case studies executable in FGS are provided to illustrate the approach.

Aujourd’hui l’environnement connaît des bouleversements fondamentaux dus en grande partie à l’action de l’homme sur les milieux. En effet, tandis que les phénomènes climatiques et biophysiques ont été pendant longtemps les moteurs principaux des transformations des surfaces terrestres, l’Homme est aujourd’hui à l’origine de la majeure partie des transformations qui affectent les écosystèmes terrestres. Ainsi, les pratiques des acteurs du territoire jouent un rôle fondamental sur les modifications de l’usage des sols, et par conséquent sur les écosystèmes environnementaux. L’intensification de l’agriculture entraîne une dégradation des milieux « naturels », et de profonds changements dans les structures paysagères. Dans les régions bocagères, la gestion du réseau de haies joue un rôle déterminant dans la conservation des écosystèmes, de la biodiversité tant faunistique que floristique et également sur la qualité de l’eau, des sols, … Cette thèse, centrée sur les haies bocagères, porte plus particulièrement sur l’identification de pratiques agricoles territorialisées et sur leur organisation spatio‐temporelle. Les objectifs poursuivis dans cette thèse sont d’étudier les pratiques agricoles effectuées sur les haies en Bretagne à travers leurs interactions avec les structures paysagères, et d’en modéliser le fonctionnement, afin de comprendre comment elles influencent la dynamique du paysage.L‘identification et la caractérisation des pratiques agricoles ont été effectuées à partir de l’évaluation de différents types d’images de télédétection à haute et très haute résolution spatiale et de données laser aéroportées LiDAR, en utilisant une approche de classification contextuelle orientée‐objets. La modélisation des pratiques agricoles a été réalisée avec un modèle multi‐agents, afin de prendre en compte la dimension spatiale des jeux d’acteurs pour évaluer l’influence des pratiques agricoles sur l’évolution du réseau de haies. Les résultats de l’observation du réseau bocager à partir des données de télédétection mettent en avant leur complémentarité : la caractérisation de la continuité des haies à un niveau fin est rendue possible grâce aux images à très haute résolution spatiale, tandis que la détermination et la cartographie des pratiques agricoles à l’échelle de l’arbre peut être appréhendée à partir de données laser aéroportées de type LiDAR. L’observation et la caractérisation du réseau de haies ont permis de déterminer l’arrangement spatial des structures boisées en prenant en compte non plus seulement la présence des éléments mais également leur emprise dans le paysage et leur agencement au sein de la dynamique temporelle des successions culturales. Le modèle multi‐agents développé a permis d’analyser l’influence des pratiques agricoles sur la dynamique du paysage, et de déterminer l’importance de décisions prises au niveau local sur l’évolution du réseau de haies à une échelle supérieure / Today the environment is experiencing fundamental changes, largely due to human activity. Indeed, while climate and biophysical phenomena have been the main drivers of land surface transformations for a long time, humans are now responsible for most of the changes affecting terrestrial ecosystems. Thus, the practices of local actors play a key role in land use change and therefore in environmental ecosystems. Intensification of agriculture causes degradation in the “natural” environment and significant changes in landscape structures. In “bocage” regions, hedgerow network management plays a key role in ecosystem conservation, biodiversity, vegetation and wildlife and in the quality of water, soil, etc. This thesis focuses on hedgerows, and especially on the identification of territorialized agricultural practices and their space‐time organization. The objectives of this thesis are to study hedgerow agricultural practices in Brittany through their interactions with landscape structures, and to model their organization, in order to understand how they influence landscape dynamics. The process of identification and characterization of agricultural practices was undertaken by evaluating different types of remote sensing images with high and very high spatial resolution and airborne LiDAR data, using a contextual approach to object‐oriented classification. The modeling of agricultural practices was performed with a multi‐agent model in order to take into account the spatial dimension of actor decisions and to evaluate the influence of agricultural practices on hedgerow network evolution. The results of the hedgerow network analysis using remote sensing data highlight their complementarities: detailed characterization of hedgerow continuity is made possible using high spatial resolution images, while determination and mapping of agricultural practices at the tree scale can be seen from airborne LiDAR data. The process of observation and characterization of the hedgerow network allows determination of the spatial arrangement of the woody structure, by taking into account not only the presence of individual elements, but also their extent in the landscape and their spatial arrangement within crop succession temporal dynamics. The multi‐agent model developed allowed analysis of the influence of agricultural practices on landscape dynamics, and determination of the importance of making local level decisions on the hedgerow network evolution at a larger scale

La thèse porte sur le contrôle des systèmes de systèmes (SdS) et, sur la manière de construire des SdS adaptables et fiables. Ce travail fait partie du laboratoire d’excellence Labex MS2T sur le développement des SdS technologiques. Les SdS sont des systèmes complexes constitués de plusieurs systèmes indépendants qui fonctionnent ensemble pour atteindre un objectif commun. L’ingénierie des SdS est une approche qui se concentre sur la manière de construire et de concevoir des SdS fiables capables de s’adapter à l’environnement dynamique dans lequel ils évoluent. Compte tenu de l’importance du contrôle des systèmes constituants (SC) pour atteindre les objectifs du SdS , la première partie de cette thèse a consisté en une étude bibliographique sur le sujet du contrôle des SdS. Certaines méthodes de contrôle existent pour les systèmes à grande échelle et les systèmes multi-agents, à savoir, le contrôle hiérarchique, distribué et décentralisé peuvent être utiles et sont utilisés pour contrôler les SdS. Ces méthodes ne conviennent pas pour contrôler un SdS dans sa globalité et son évolution, en raison de l’indépendance de leur SC ; alors que les “frameworks” multi-vues conviennent mieux à cet objectif. Une approche de ”framework” générale est proposée pour modéliser et gérer les interactions entre les SC dans un SdS. La deuxième partie de notre travail a consisté à contribuer aux systèmes de transport intelligent. À cette fin, nous avons proposé le gestionnaire de manœuvres coopératives pour les véhicules autonomes (CMMAV), un “framework” qui guide le développement des applications coopératives dans les véhicules autonomes. Pour valider le CMMAV, nous avons développé le gestionnaire de manœuvres latérales coopératives (CLMM), une application sur les véhicules autonomes qui permet d’échanger des demandes afin de coopérer lors de manœuvres de dépassement sur autoroute. Cette application a été validée par des scénarios formels, des simulations informatiques, et testée sur les véhicules autonomes du projet Robotex au laboratoire Heudiasyc. / This thesis focuses on System of Systems (SoS) control, and how to build adaptable and reliable SoS. This work is part of the Labex MS2T laboratory of excellence on technological SoS development. SoS are complex systems that consist of multiple independent systems that work together to achieve a common goal. SoS Engineering is an approach that focuses on how to build and design reliable SoS that can adapt to the dynamic environment in which they operate. Given the importance of controlling constituent systems (CS) in order to achieve SoS objectives, the first part of this thesis involved a literature study about the subject of SoS control. Some control methods exist for large-scale systems and multi-agent systems, namely, hierarchical, distributed, and decentralized control might be useful and are used to control SoS. These methods are not suitable for controlling SoS in its whole, because of the independence of their CS; whereas, multi-views frameworks are more suitable for this objective. A general framework approach is proposed to model and manage the interactions between CS in a SoS. The second part of our work consisted of contributing to Intelligent Transportation Systems. For this purpose, we have proposed the Cooperative Maneuvers Manager for Autonomous Vehicles (CMMAV), a framework that guides the development of cooperative applications in autonomous vehicles. To validate the CMMAV, we have developed the Cooperative Lateral Maneuvers Manager (CLMM), an application on the autonomous vehicles that enables equipped vehicles to exchange requests in order to cooperate during overtaking maneuvers on highways. It was validated by formal scenarios, computer simulations, and tested on the autonomous vehicles of the Equipex Robotex in Heudiasyc laboratory.

L'objectif de cette thèse de doctorat est (i) d'étudier et de développer des méthodes d’analyse et de commande de systèmes de contrôle en réseau linéaires et non linéaires et (ii) de montrer le potentiel de ces approches dans des applications complexes pertinentes. À cet égard, la théorie des systèmes à plusieurs agents, la théorie des graphes algébriques et le consensus sont des outils méthodologiques les plus intéressants. Une attention particulière est accordée à la caractérisation des relations entre, d'une part, la topologie du graphe de communication qui sous-tend l'évolution du système à plusieurs agents considéré et, d'autre part, les propriétés spectrales de la matrice Laplacienne associée au graphe lui-même. Le contrôle d'un groupe d'agents autonomes est étudié sous différents angles. Le principal objectif de contrôle est de s’assurer que les agents travaillent ensemble de manière coopérative, où la coopération représente la relation étroite entre tous les agents de l'équipe, le partage de l'information jouant un rôle important. En particulier, beaucoup de problèmes de consensus/accord/ synchronisation /rendez-vous sont étudiés afin de guider un groupe d’agents vers un état commun. Le consensus est étudié dans un contexte à temps discret parce que la dynamique du système est en général continue alors que les mesures et les entrées de contrôle sont des données échantillonnées. En outre, la théorie des jeux est utilisée pour faire face aux problèmes de coordination distribués à plusieurs agents, avec une application aux réseaux connus sous le nom de Software Defined Networks. À cet égard, on peut montrer que, sous des protocoles correctement conçus, les joueurs convergent vers un équilibre unique de Wardrop. On concentre l’attention sur le contrôle distribué, car cette approche présente des avantages évidents par rapport à la centralisation, comme l'évolutivité et la robustesse. Pourtant, le contrôle distribué a également ses propres inconvénients : avant tout, un inconvénient est que chaque agent ne peut pas prédire efficacement le comportement global du groupe en se basant uniquement sur des informations locales. Une certaine attention est également accordée à la nécessité de sécuriser les réseaux électriques contre le danger des attaques cyber-physiques grâce au développement de technologies d'intelligence distribuée. À cet égard, sur la base de topologies de réseaux d'énergie réalistes, nous présentons brièvement la conception d'un schéma de protection contre les attaques dynamiques à un point et à points multiples en boucle fermée. Nous formulons et résolvons un problème d'optimisation non convexe soumis à une contrainte de stabilité de Lyapunov pour la représentation à plusieurs agents autonome d'un réseau électrique obtenue après la linéarisation et l'application des lois d’attaque et de contrôle de fréquence. Finalement, nous présentons des résultats obtenus sur : le pilotage exact de la dynamique non linéaire finie à données échantillonnées avec des retards sur les entrées, au sujet de la stabilisation à données échantillonnées et de la poursuite de l'orbite quasi-halo autour du point de libration translunaire L₂, et au sujet des algorithmes heuristiques basés sur des méthodes d'apprentissage par renforcement à plusieurs agents capables d'effectuer un contrôle adaptatif optimal de qualité de service / qualité de l’expérience dans des scénarios sans modèle. / The objective of this PhD thesis is (i) to investigate and develop methods for the analysis and design of linear and nonlinear networked control systems and (ii) to show the potential of such approaches in relevant complex applications. In this respect, multi-agent systems theory, algebraic graph theory and consensus are the most interesting methodological tools, and specific attention is paid to the characterization of the relationships between, on the one hand, the topology of the communication graph that underlies the evolution of the considered multiagent system and, on the other hand, the spectral properties of the Laplacian matrix associated with the graph itself. The control of a group of autonomous agents is investigated from different perspectives. The main control objective is to make sure that the agents work together in a cooperative fashion, where cooperation accounts for the close relationship among all agents in the team, with information sharing playing an important role. In particular, various problems regarding consensus/agreement/synchronization/rendezvous are investigated with the specific aim of driving a group of agents to some common state. Consensus is investigated in a discrete-time setting due to the fact that the system dynamics is normally continuous while the measurements and control inputs might only be made in a sampled-data setting. Moreover, game theory is relied upon in order to cope with distributed multi-agent coordination problems, with application to Software Defined Networks. In this respect, it can be shown that, under properly designed protocols, the players converge to a unique Wardrop equilibrium. We focus on distributed control, since this approach shows obvious benefits over centralization, such as scalability and robustness. Yet, it also has its own drawbacks: among all, one drawback is that each agent cannot effectively predict the overall group behaviour based on only local information. Some attention is also devoted to the need for securing power grids against the danger of cyber-physical attacks through the development of distributed intelligence technologies accompanied by appropriate security enforcements. In this respect, based on realistic power network topologies, we briefly present the design of a protection scheme against closed-loop single-point and multi-point dynamic load altering attacks. This is done by formulating and solving a non-convex optimization problem subject to a Lyapunov stability constraint for the autonomous multiagent representation of a power system obtained after linearization and application of the attack and frequency control laws. Eventually, we show some other results achieved in terms of the exact steeering of finite sampled nonlinear dynamics with input delays, of sampled-data stabilization and quasi-halo orbit following around the L₂ translunar libration point, and of heuristic algorithms based on multi-agent reinforcement learning methods capable of performing optimal adaptive Quality of Service/Quality of Experience control in model-free scenarios.

Cette thèse porte sur le problème d'allocation de ressource décentralisée, sans argent, où les agents n'ont qu'une connaissance partielle sur le système. L'approche de la thèse sera d'utiliser des échanges locaux, plus exactement des swaps, c'est-à-dire des échanges bilatéraux où chaque agent donne une ressource en échange d'un autre. Le travail se divise en deux parties. La première se concentre sur les problèmes de house market, avec une approche très simple et les agents travaillent sans les connaissances. Le but sera de montrer qu'elle a quand même une performance honorable. Je mettrais en valeur notamment que l'algorithme s'en sort bien par rapport à ceux de la littérature. Et je montrerais même que dans le domaine unimodal, l'algorithme est Pareto-optimal. La deuxième se présente dans une situation plus générale, et où le mécanisme présenté est divisée en 3 parties : protocole de contact, protocole de négociation, et conditions d'arrêt. chaque partie a plusieurs variantes. Je les décrirais et je les testerais expérimentalement. / This thesis covers distributed resources allocation setting, without money balance, where agents have limited knowledge of the system. This thesis will use local swaps, i.e. bilateral deals, where one resource is exchanged for another. This work is divided in two parts. The first part focus the house market, with a very simple mechanism and agents don't use knowledge. The aim will to show that it has however good performances. For this, I will compare the algorithm with those of literature. I will also prove that in the single-peaked domains, this mechanism is Pareto-optimal. The second part examines a general framework. The mechanism contains three sub-protocols : contact protocol, negotiation protocols, and stop conditions. Each protocol will be described and experimented.

Les besoins croissants en puissance de calcul sont généralement satisfaits en fédérant de plus en plus d’ordinateurs (ou noeuds) pour former des infrastructures distribuées. La tendance actuelle est d’utiliser la virtualisation système dans ces infrastructures, afin de découpler les logiciels des noeuds sous-jacents en les encapsulant dans des machines virtuelles. Pour gérer efficacement ces infrastructures virtualisées, de nouveaux gestionnaires logiciels ont été mis en place. Ces gestionnaires sont pour la plupart hautement centralisés (les tâches de gestion sont effectuées par un nombre restreint de nœuds dédiés). Cela limite leur capacité à passer à l’échelle, autrement dit à gérer de manière réactive des infrastructures de grande taille, qui sont de plus en plus courantes. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux façons d’améliorer cet aspect ; l’une d’entre elles consiste à décentraliser le traitement des tâches de gestion, lorsque cela s’avère judicieux. Notre réflexion s’est concentrée plus particulièrement sur l’ordonnancement dynamique des machines virtuelles, pour donner naissance à la proposition DVMS (Distributed Virtual Machine Scheduler). Nous avons mis en œuvre un prototype, que nous avons validé au travers de simulations (notamment via l’outil SimGrid), et d’expériences sur le banc de test Grid’5000. Nous avons pu constater que DVMS se montrait particulièrement réactif pour gérer des infrastructures virtualisées constituées de dizaines de milliers de machines virtuelles réparties sur des milliers de nœuds. Nous nous sommes ensuite penchés sur les perspectives d’extension et d’amélioration de DVMS. L’objectif est de disposer à terme d’un gestionnaire décentralisé complet, objectif qui devrait être atteint au travers de l’initiative Discovery qui fait suite à ces travaux. / The increasing need in computing power has been satisfied by federating more and more computers (called nodes) to build the so-called distributed infrastructures. Over the past few years, system virtualization has been introduced in these infrastructures (the software is decoupled from the hardware by packaging it in virtual machines), which has lead to the development of software managers in charge of operating these virtualized infrastructures. Most of these managers are highly centralized (management tasks are performed by a restricted set of dedicated nodes). As established, this restricts the scalability of managers, in other words their ability to be reactive to manage large-scale infrastructures, that are more and more common. During this Ph.D., we studied how to mitigate these concerns ; one solution is to decentralize the processing of management tasks, when appropriate. Our work focused in particular on the dynamic scheduling of virtual machines, resulting in the DVMS (Distributed Virtual Machine Scheduler) proposal. We implemented a prototype, that was validated by means of simulations (especially with the SimGrid tool) and with experiments on the Grid’5000 test bed. We observed that DVMS was very reactive to schedule tens of thousands of virtual machines distributed over thousands of nodes. We then took an interest in the perspectives to improve and extend DVMS. The final goal is to build a full decentralized manager. This goal should be reached by the Discovery initiative,that will leverage this work.

La phase de conception préliminaire est déterminante lors de la réalisation d’un projet industriel. Elle exploite généralement des outils méthodologiques tels que le brainstorming, l’analyse causale et le chronogramme, qui permettent la collaboration entre des participants aux compétences et aux approches différentes. Ces activités se déroulent dans des salles de réunions traditionnelles, autour d'une table ou devant un tableau blanc, avec l’aide de nombreux papiers et Post-it, ce qui rend la préparation, l’exécution, et l’exploitation de ce processus particulièrement difficile. Jusqu’à présent, cette phase de conception préliminaire a résisté à la numérisation, notamment parce que l’addition d’un dispositif informatique au sein de ces activités perturbe la communication et la collaboration naturelles entre participants. Au cours des dix dernières années, de nombreuses avancées technologiques ont été réalisées en ce qui concerne les dispositifs numériques tels que les tables et les tableaux interactifs, les smartphones et les tablettes tactiles. La similarité des configurations physiques de ces dispositifs avec les dispositifs plus traditionnels permet d’exploiter les capacités préexistantes des utilisateurs (l’habileté motrice, le raisonnement spatial, le langage parlé, etc.). Les chercheurs se basent sur l’hypothèse que ces nouveaux dispositifs, travaillant de concert au sein d’espaces interactifs, pourront augmenter la collaboration co-localisée pour les équipes de conception préliminaire. L’objectif de cette thèse est, d’une part, d’étudier la conception d’un espace interactif pour la collaboration co-localisée durant la phase de conception préliminaire, et d’autre part, de proposer une architecture permettant de réunir les dispositifs hétérogènes et distribués composant cet espace.La première contribution consiste en une présentation détaillée d’un espace interactif utilisant une configuration physique encore peu exploitée dans la littérature scientifique : une table et un tableau multi-tactiles de grandes dimensions. La conception de cet espace interactif a été basée sur des observations d’utilisateurs dans un contexte de conception préliminaire traditionnel et sur une revue de la littérature visant à identifier des principes de conception. Lors de la conception de cet espace, une attention particulière a été portée à l’interface utilisateur qui s’étend sur des écrans partagés et qui maintient une séparation entre les activités d’un participant et les activités d’une équipe. Enfin, les évaluations, réalisées avec des groupes de cinq à six participants, démontrent une amélioration dans l’exploitation des outils méthodologiques sur supports numériques par rapport à une utilisation traditionnelle lors de la conception préliminaire.La conception d’une infrastructure distribuée basée sur un système multi-agents constitue la deuxième contribution de cette thèse. Cette infrastructure parvient à rassembler de nombreuses plateformes et des dispositifs hétérogènes. Elle représente une solution intéressante pour les espaces interactifs, en particulier parce qu’elle tolère particulièrement bien la défaillance de réseau et permet un prototypage rapide des dispositifs. / The preliminary design phase occurs near the launch of an engineering project, normally after an initial requirements gathering phase. Through a series of meetingswhich gathers the key actors of a project, effective preliminary design involves discussion and decision-making punctuated by group creativity techniques. These activities are designed to explore the potential solutions of the problem, such asbrainstorming or causal analysis, or to address the project itself, such as collaborative project planning. Such activities are usually conducted in traditional meeting rooms with pen and paper media, which requires significant time and effort to prepare, perform, and later render into a digitally exploitable format. These processes have resisted previous attempts of computer-supported solutions, because any additional instruments risk obstructing the natural collaboration and workflow that make these activities so beneficial. Over the past decade, technologies such as interactive table tops, interactive wall displays, speech recognition software, 3D motion sensing cameras, and handheld tablets and smartphones have experienced significant advances in maturity. Theirform factors resemble the physical configuration of traditional pen-and-paper environments,while their “natural” input devices (based on multi-touch, gestures, voice, tangibles, etc.) allow them to leverage a user’s pre-existing verbal, spatial,social, motor and cognitive skills. Researchers hypothesize that having these devices working in concert inside interactive spaces could augment collaboration forco-located (i.e. physically present) groups of users.There currently exist several interactive spaces in the literature, illustrating awide range of potential hardware configurations and interaction techniques. The goal of this thesis is first to explore what qualities these interactive spaces should exhibit in their interaction design, particularly with regard to preliminary designactivities, and second, to investigate how their heterogeneous and distributed computing devices can be unified into a flexible and extensible distributed computing architecture. The first main contribution of this thesis is an extensive presentation of an interactive space, which at its core uses a configuration not yet fully explored inprevious literature : a large multitouch table top and a large multitouch interactive Abstract board display. The design of this interactive space is driven by observations o fgroups engaged in preliminary design activities in traditional environments and a literature review aimed at extracting user-centered design guide lines. Special consideration is given to the user interface as it extends across multiple shared displays, and maintains a separation of concerns regarding personal and group work. Finally, evaluations using groups of five and six users show that using such an interactive space, coupled with our proposed multi-display interaction techniques, leads to a more effective construction of the digital artifacts used in preliminary design.The second main contribution of this thesis is a multi-agent infrastructure forthe distributed computing environment which effectively accommodates a widerange of platforms and devices in concerted interaction. By using agent-oriented programming and by establishing a common content language for messaging, the infrastructure is especially tolerant of network faults and suitable for rapid prototyping of heterogeneous devices in the interactive space.

Cette thèse a pour objectif principal de développer un simulateur multi-agents pour concevoir un système d'aide à la maitrise des risques des activités de maintenance. Le but est d'explorer la complexité de la maintenance et de spécifier les interactions entre la fonction maintenance, l'analyse et l'évaluation des risques. Nous nous intéressons d’une part, à concevoir un modèle systémique permettant d’identifier et de modéliser un système industriel, à montrer les différentes interactions entre ses éléments, à analyser et évaluer les risques des activités de maintenance. Nous proposons la méthode MOSAR et le langage UML pour concevoir un modèle cognitif de référence. Ce modèle a servi de point de départ pour la conception d’une base de données à l’aide du langage SQL, qui est exploitée par le modèle Multi-Agents afin d’acquérir les informations nécessaires à son fonctionnement.D’autre part, nous développons une architecture d’un Système Multi-Agents qui a pour vocation d’anticiper les situations de défaillances et la prise de décisions à l’aide de la simulation du comportement du système étudié. Une comparaison entre les plateformes existantes dédiées aux Systèmes Multi-Agents est effectuée pour choisir la plateforme adéquate à notre problématique pour la réalisation de la simulation.Finalement, les modèles développés sont appliqués dans le cadre d’une chaîne logistique pour le chargement et le déchargement de GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié). Un simulateur a été développé à l’aide de la plateforme AnyLogic dans le but d’étudier le comportement du système et de simuler les scénarios de défaillances choisis par l’industriel pour le calcul de la criticité à partir de trois paramètres (fréquence, gravité, détectabilité) et l’obtention d’un Tableau de Bord contenant un ensemble d’indicateurs de performance de la maintenance. Les modèles de simulation proposés permettent d’orienter les industries vers les bonnes décisions pour éviter les situations à risques pouvant déclencher des événements perturbateurs dommageables. / The main objective of this thesis is to develop a multi-agent approach to designing a model to overcome risks of maintenance activities. The aim is to explore the maintenance complexity and to indicate the interactions between the maintenance function and the risk assessment.Firstly, we are interested in designing a systemic model to identify and model the industrial system, to show the different interactions between its elements, to analyze and to evaluate risks of maintenance activities. We propose the MOSAR method and the UML language to design a cognitive reference model. This model served as a starting point for designing a database using the SQL language, which is operated by Multi-Agent model to acquire the necessary information for its operation.On the other hand, we develop a framework of a multi-agent system that aims to anticipate failures scenarios and the decision-making by simulating the studied system behaviour. A comparison between the existing platforms dedicated to Multi-Agent Systems is performed to choose the appropriate platform for the simulation.Finally, the developed models are applied in the LPG supply chain (Liquefied Petroleum Gas). A simulator was developed using the AnyLogic platform in order to study the system behaviour and to simulate the failure scenarios chosen by the industry, for the calculation of the criticality from three parameters (Frequency, severity, detectability), and for obtaining a Dashboard containing a set of maintenance performance indicators. The proposed simulation models help to guide the industries toward good decisions to avoid risky situations that may trigger disruptive events damaging.

Les réseaux de transport se sont amplifiés par l’accroissement du nombre des véhicules et des stations ainsi que l’apparition de nouvelles notions essentiellement la multimodalité et l’intermodalité. Ainsi, la tâche de gestion des réseaux de transport collectif est devenue très complexe et difficile pour les régulateurs. Pour faire face à ces difficultés, on note le développement des systèmes d’aide à la décision comme solution efficace de régulation de la circulation. Ils permettent de transmettre en temps réel les informations concernant le trafic sur les réseaux de transport.Notre travail se base sur la conception d’un système de régulation des réseaux de transport multimodal. Il peut se révéler comme un outil primordial pour apporter des solutions efficaces et en temps réel à la problématique de la congestion routière. Il peut communiquer l’information nécessaire à l’usager afin de prendre sa décision de déplacement avec ou sans sa voiture. Le système proposé est une approche hybride entre une modélisation par graphes du réseau et un système multi-agents. Ceci sera appuyé par une approche évolutionniste pour la génération d’une solution de régulation optimale. Ce choix est justifié par le caractère ouvert, distribué et complexe des réseaux de transport multimodal / Transport networks have been amplified by the increasing number of vehicles and stations and the emergence of new concepts essentially multimodal and intermodal. Thus, the task of managing public transport systems has become very complex and difficult for regulators.To cope with these difficulties, there is the development of systems decision support as an effective solution to traffic control. They can transmit real-time traffic information on transport networks. Our work is based on designing a control system of multimodal transport networks. It may be as an essential tool for effective solutions and real-time to the problem of traffic congestion. It can provide the necessary information to the user in making its decision to move with or without his car. The proposed system is a hybrid between a graph modeling the network and a multi-agent system. This will be supported by an evolutionary approach for generating an optimal control solution. This is justified by the open, distributed and complex network of multimodal transport