La gestion de projets complexes nécessite d’orchestrer la coopération de centaines de personnes provenant de diverses entreprises, professions et compétences, de travailler sur des milliers d'activités, livrables, objectifs, actions, décisions et risques. En outre, ces nombreux éléments du projet sont de plus en plus interconnectés, et aucune décision ou action n’est indépendante. Cette complexité croissante est l'un des plus grands défis de la gestion de projet et l'une des causes de l'échec du projet en termes de dépassements de coûts et des retards. Par exemple, dans l'industrie automobile, l'augmentation de l'orientation du marché et de la complexité croissante des véhicules a changé la structure de gestion des projets de développement de nouveaux véhicules à partir d'une structure hiérarchique à une structure en réseau, y compris le constructeur, mais aussi de nombreux fournisseurs. Les dépendances entre les éléments du projet augmentent les risques, car les problèmes dans un élément peuvent se propager à d'autres éléments qui en dépendent directement ou indirectement. La complexité génère un certain nombre de phénomènes, positifs ou négatifs, isolés ou en chaînes, locaux ou globaux, qui vont plus ou moins interférer avec la convergence du projet vers ses objectifs.L'objectif de la thèse est donc de réduire les risques associés à la complexité des projets véhicules en augmentant la compréhension de cette complexité et de la coordination des acteurs du projet. Pour ce faire, une première question de recherche est de prioriser les actions pour atténuer les risques liés à la complexité. Puis, une seconde question de recherche est de proposer un moyen d'organiser et de coordonner les acteurs afin de faire face efficacement avec les phénomènes liés à la complexité identifiés précédemment.La première question sera abordée par la modélisation de complexité du projet en analysant les phénomènes liés à la complexité dans le projet, à deux niveaux. Tout d'abord, une modélisation descriptive de haut niveau basée facteur est proposé. Elle permet de mesurer et de prioriser les zones de projet où la complexité peut avoir le plus d'impact. Deuxièmement, une modélisation de bas niveau basée sur les graphes est proposée. Elle permet de modéliser plus finement les éléments du projet et leurs interdépendances. Des contributions ont été faites sur le processus complet de modélisation, y compris l'automatisation de certaines étapes de collecte de données, afin d'augmenter les performances et la diminution de l'effort et le risque d'erreur. Ces deux modèles peuvent être utilisés en conséquence; une première mesure de haut niveau peut permettre de se concentrer sur certains aspects du projet, où la modélisation de bas niveau sera appliquée, avec un gain global d'efficacité et d'impact. Basé sur ces modèles, certaines contributions sont faites pour anticiper le comportement potentiel du projet. Des analyses topologiques et de propagation sont proposées pour détecter et hiérarchiser les éléments essentiels et les interdépendances critiques, tout en élargissant le sens du mot polysémique "critique".La deuxième question de recherche sera traitée en introduisant une méthodologie de « Clustering » pour proposer des groupes d'acteurs dans les projets de développement de nouveaux produits, en particulier pour les acteurs impliqués dans de nombreuses interdépendances liées aux livrables à différentes phases du cycle de vie du projet. Cela permet d'accroître la coordination entre les acteurs interdépendants qui ne sont pas toujours formellement reliés par la structure hiérarchique de l'organisation du projet. Cela permet à l'organisation du projet d’être effectivement plus proche de la structure en « réseau » qu’elle devrait avoir. L'application industrielle aux projets de développement de nouveaux véhicules a montré des résultats prometteurs pour les contributions aux deux questions de recherche. / The management of complex projects requires orchestrating the cooperation of hundreds of individuals from various companies, professions and backgrounds, working on thousands of activities, deliverables, and risks. As well, these numerous project elements are more and more interconnected, and no decision or action is independent. This growing complexity is one of the greatest challenges of project management and one of the causes for project failure in terms of cost overruns and time delays. For instance, in the automotive industry, increasing market orientation and growing complexity of automotive product has changed the management structure of the vehicle development projects from a hierarchical to a networked structure, including the manufacturer but also numerous suppliers. Dependencies between project elements increase risks, since problems in one element may propagate to other directly or indirectly dependent elements. Complexity generates a number of phenomena, positive or negative, isolated or in chains, local or global, that will more or less interfere with the convergence of the project towards its goals. The thesis aim is thus to reduce the risks associated with the complexity of the vehicle development projects by increasing the understanding of this complexity and the coordination of project actors. To do so, a first research question is to prioritize actions to mitigate complexity-related risks. Then, a second research question is to propose a way to organize and coordinate actors in order to cope efficiently with the previously identified complexity-related phenomena.The first question will be addressed by modeling project complexity and by analyzing complexity-related phenomena within the project, at two levels. First, a high-level factor-based descriptive modeling is proposed. It permits to measure and prioritize project areas where complexity may have the most impact. Second, a low-level graph-based modeling is proposed, based on the finer modeling of project elements and interdependencies. Contributions have been made on the complete modeling process, including the automation of some data-gathering steps, in order to increase performance and decrease effort and error risk. These two models can be used consequently; a first high-level measure can permit to focus on some areas of the project, where the low-level modeling will be applied, with a gain of global efficiency and impact. Based on these models, some contributions are made to anticipate potential behavior of the project. Topological and propagation analyses are proposed to detect and prioritize critical elements and critical interdependencies, while enlarging the sense of the polysemous word “critical."The second research question will be addressed by introducing a clustering methodology to propose groups of actors in new product development projects, especially for the actors involved in many deliverable-related interdependencies in different phases of the project life cycle. This permits to increase coordination between interdependent actors who are not always formally connected via the hierarchical structure of the project organization. This allows the project organization to be actually closer to what a networked structure should be. The automotive-based industrial application has shown promising results for the contributions to both research questions. Finally, the proposed methodology is discussed in terms of genericity and seems to be applicable to a wide set of complex projects for decision support.

Dans cette thèse nous proposons à la communauté scientifique une méthode alternative d'analyse des interactions et de la cognition découlant de la gestion des ressources naturelles. Le système créé se nomme SIEGMAS (Stakeholders Interactions in Environmental Governance by a Multi-Agent System). Il s'agit d'un outil d'aide à la décision reposant sur la simulation des interactions entre les agents agissant sur un territoire dans la gouvernance des ressources naturelles via une interface socio-économique et environnementale. L'objectif de SIEGMAS est double. D'une part, il s'agit d'offrir un modèle agent générique réutilisable dédié à la communauté scientifique pour la gestion des ressources naturelles. D'autre part, l'objectif consiste à offrir un cadre de solution informatique adaptée aux décideurs du milieu économique et politique pour la prise de décisions. Pour ce faire, nous avons créé un modèle de représentation de la gestion des ressources naturelles dans la zone Océan Indien en considérant tout spécialement les déviances. Ce modèle se base sur des règles différenciées en fonction des interactions et stratégies entre agents à différents endroits afin d'apporter des informations et l'identification des impacts spatialisés. En créant ce système computationnel simulable, nous développons un cadre méthodologique pour initialiser et exploiter les résultats du modèle simulé adapté à la prise de décisions pour trois territoires de l'Océan Indien : La Région de La Réunion et deux régions de Madagascar (Analamanga et Itasy). / In this thesis, we propose to the scientific community an alternative method of analysis from the interactions and cognition coming from the management of natural resources. The created system is called SIEGMAS (Stakeholders Interactions in Environmental Governance by a Multi-Agent System). It's a Help tool to the decision on the simulation of interactions between stakeholders acting on a territory in the Common-pool resources via an environmental, social and economic interface. The aim of the SIEGMAS is double. on the one hand, It is a matter of giving a generic, model agent re-usable dedicated to the scientific community for the management of natural resources. On the other hand, the aim consists on giving a framework of computer solution adapted to the decision-makers of politic and economic area for the decision making.

L'intelligence en essaim constitue désormais un domaine à part entière de l'intelligence artificielle distribuée. Les problématiques qu'elle soulève touchent cependant à de nombreux autres domaines ou questions scientifiques. En particulier le concept d'essaim trouve pleinement sa place au sein de la science dites des ``systèmes complexes''. Cette thèse présente ainsi la conception, les caractéristiques et les applications d'un modèle original, le système multi-agent logistique (SMAL), pour le domaine de l'intelligence en essaim. Le SMAL trouve son origine en modélisation des systèmes complexes : il est en effet issu des réseaux d'itérations logistiques couplées dont nous avons adapté le modèle de calcul au schéma ``influence-réaction'' des systèmes multi-agents. Ce modèle est fondé sur des principes communs à d'autres disciplines, comme la synchronisation et le contrôle paramétrique, que nous plaçons au coeur des mécanismes d'auto-organisation et d'adaptation du système. L'environnement à base de champs est l'autre aspect fondamental du SMAL, en permettant la réalisation des interactions indirectes des agents et en jouant le rôle d'une structure de données pour le système. Les travaux décrits dans cette thèse donnent lieu à des applications principalement en simulation et en optimisation combinatoire.L'intérêt et l'originalité du SMAL pour l'intelligence en essaim résident dans l'aspect générique de son schéma théorique qui permet de traiter avec un même modèle des phénomènes considérés a priori comme distincts dans la littérature : phénomènes de ``flocking'' et phénomènes stigmergiques ``fourmis'' à base de phéromones. Ce modèle répond ainsi à un besoin d'explication des mécanismes mis en jeu autant qu'au besoin d'en synthétiser les algorithmes générateurs. / Swarm Intelligence is from now on a full part of Distributed Artificial Intelligence. Its associated problematics meet many other fields and scientific questions. The concept of swarm in particular belongs to the science called the science of complex systems. This phd thesis shows the design and the characteristics and the applications of a novel type of model called the logistic multi-agent system (LMAS) dedicated to the Swarm Intelligence field. The LMAS has its foundations in complex system modeling: it is inspired from the coupled logistic map lattice model which has been adapted to the ``Influence-Reaction'' modeling of multi-agent systems. This model is based on universal principles such as synchronization and parametric control which are considered as the main mechanisms of self-organization and adaptation in the heart of the system. The field-layered based environment is the other important feature of the LMAS, since it enables indirect interactions and plays the part of a data structure for the whole system. The work of this thesis is put into practice for simulation and optimization.The novelty of the LMAS lies in its generic theoretical framework, which enables to tackle problems considered as distinct in the literature, in particular flocking and ant-like stigmergic behavior. This model meets the need of explaining basic mechanisms and the need of synthesizing generative algorithms for the Swarm Intelligence.

Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la conduite de systèmes complexes critiques. Ils s'inscrivent dans le cadre du projet CONNEXION (Investissements d'Avenir, BGLE2) qui réunit les principaux acteurs de la filière nucléaire française autour de la conception des systèmes de contrôle-commande des centrales et de leur exploitation. Dans le domaine de la conduite, les actions développées par le projet concernent la phase d'ingénierie avec pour objectif d'intégrer le point de vue de l'exploitant au plus tôt dans la validation des architectures de contrôle de commande, et la phase d'exploitation avec pour objectif de fournir une aide à la préparation et à l'exécution des procédures de conduite. Dans ce contexte, la contribution présentée dans ce mémoire porte sur la génération et la vérification de séquences d'actions de conduite répondant à un objectif donné et pouvant être opérées en toute sécurité sur le procédé. L'approche proposée repose la vérification d'une propriété d'atteignabilité sur un réseau d'automates temporisés modélisant le comportement des architectures. L'originalité réside dans la définition d’un cadre formel de modélisation sous la forme de patrons favorisant la réutilisabilité des modèles ainsi que dans la proposition d'algorithmes d'abstraction et de recherche d'atteignabilité itératifs exploitant la hiérarchisation intrinsèque des architectures afin de permettre le passage à l'échelle de l'approche proposée. La contribution a été éprouvée sur la plate-forme d'expérimentation CISPI du CRAN puis sur un cas d'étude à échelle industrielle proposé dans le cadre du projet CONNEXION / The works presented in this manuscript deals with critical complex systems operation. They are part of the CONNEXION project (Investissements d'Avenir, BGLE2), which involves the main actors in the French nuclear industry around the design of control systems for power plants and their operation. In the operation field, the actions developed by the project concern the engineering phase with the aim of integrating the operator's point of view as soon as possible in the validation of control architectures, and the operation phase with the aim of providing assistance in the preparation and execution of operation procedures. In this context, the contribution presented in this manuscript deals with the generation and verification of action sequences that meet a given objective and that can be safely operated on the process. The proposed approach relies on verifying a reachability property on a network of timed automata modelling the behavior of architectures. The originality is in the definition of a formal modelling framework using patterns promoting the reusability of models, as well as in the proposition of abstraction and reachability iterative analysis algorithms exploiting the intrinsic hierarchization of architectures in order to scale-up of the proposed approach. The contribution was evaluated on the CISPI experimental platform of the CRAN, and on an industrial scale case study proposed within the framework of the CONNEXION project

Ce mémoire constitue une synthèse de nos activités de recherche, d'animation scientifique, d'enseignement et de responsabilité pédagogique entre 1998 et 2008. <br />Depuis une dizaine d'années, les concepteurs de systèmes mécatroniques doivent satisfaire des exigences de plus en plus sévères et nombreuses. Pour cela, ils doivent créer des solutions qui tendent à se complexifier, pour porter de multiples fonctions de service ou intégrer les dernières technologies innovantes. La conception d'un système mécatronique passe par la conception architecturale qui réalise l'identification de l'architecture du système. Cette activité requiert l'implication d'un métier émergent et stratégique : l' "architecte système". En même temps que l'ingénierie technique, l'architecte système doit assurer l'ingénierie organisationnelle de la conception, c'est-à-dire, définir une organisation adéquate du système de conception. Ce double rôle est critique lors de la phase de conception préliminaire, car les décisions prises auront un impact fort sur les performances de l'ensemble du projet.<br />La finalité de nos travaux est de développer des modèles, méthodes et outils d'aide à la décision permettant de supporter les activités à la fois technique et organisationnelle d'un architecte système. L'originalité majeure de notre projet réside dans le couplage que nous recherchons entre les architectures du système-produit, du système-projet et du système de compétences de conception.<br />Nous avons structuré nos contributions selon trois thématiques et répondu aux questions suivantes :<br />T1 - Identification d'une architecture modulaire du produit : comment identifier une architecture modulaire ? Comment modéliser l'architecture d'une famille de produits et générer la diversité ?<br />T2 - Organisation du système de conception : comment constituer des équipes compétentes ? Comment piloter les systèmes de compétences ? <br />T3 - Co-conception des architectures produit-projet : Comment propager des évolutions des modules du produit vers l'organisation du système de conception ? Comment coupler l'architecture du produit et l'organisation du système de conception ?<br />Des perspectives sont proposées propres aux deux thématiques majeures de notre projet (T1 et T2), ainsi que quatre extensions possibles : <br />1) Vers une conception collaborative consciente,<br />2) Vers une performance durable du système de conception,<br />3) Vers un système agile de systèmes de conception,<br />4) Vers une conception intégrée de systèmes micro-mécatroniques.

Des agents produisant, manipulant et échangeant des connaissances constituent un système complexe socio-sémantique, dont l'étude représente un défi à la fois théorique, dans la perspective d'étendre la naturalisation des sciences sociales, et pratique, avec des applications permettant aux agents de connaître la dynamique du système dans lequel ils évoluent.<br /><br />Cette thèse se situe dans le cadre de ce programme de recherche. Parallèlement et plus largement, nous nous intéressons à la question de la reconstruction en sciences sociales. La reconstruction est un problème inverse comprenant deux volets complémentaires: (i) la déduction d'observations de haut-niveau à partir de phénomènes de bas-niveau; et (ii) la reproduction de l'évolution des observations de haut-niveau à partir de la dynamique des objets de bas-niveau.<br /><br />Nous affirmons que plusieurs aspects significatifs de la structure d'une communauté de savoirs sont principalement produits par la dynamique d'un réseau épistémique où co-évoluent agents et concepts. En particulier, nous résolvons le premier volet du problème de la reconstruction en utilisant des treillis de Galois afin de recréer des taxonomies de communautés de savoirs à partir de simples relations entre agents et concepts; nous obtenons de fait une description historique se rapportant à la progression des champs, leur déclin, leur spécialisation ou leurs interactions (fusion ou scission). Nous micro-fondons ensuite la structure de ces communautés de savoirs en exhibant et en estimant empiriquement des processus d'interaction au niveau des agents, en co-évolution avec les concepts au sein du réseau épistémique, qui rendent compte de la morphogenèse et de l'émergence de plusieurs faits stylisés structurels de haut-niveau - il s'agit là du deuxième volet.<br /><br />Nous défendons finalement un point de vue épistémologique concernant la méthodologique générale de reconstruction d'un système complexe qui appuie notre choix d'un cadre co-évolutionnaire.

Ce mémoire est consacré à l'élaboration et à l'étude physico-chimique de nouveaux catalyseurs bifonctionnels pour l'électroréduction du CO2. Dans ce contexte, une approche dite « moléculaire » et une dite « inorganique » ont été développées.<br />Pour l'approche « moléculaire », des catalyseurs bifonctionnels, nouveaux complexes hétérobimétalliques du type [Cl(CO)3Re(L)M(Cp*)Cl]+ (L = ligand bisdiimine ; M = Ir, Rh ; Cp* = η5-pentaméthyl-cyclopentadiényle) ont été synthétisés, et les interactions intramoléculaires entre les centres métalliques ont été étudiées. Des électrocatalyses préparatives de réduction du CO2 ont été conduites avec ces complexes en solution homogène mais aussi avec des électrodes modifiées obtenues par électropolymérisation anodique des pyrrole fonctionnalisés par ces mêmes complexes en milieu hydro-organique ou aqueux.<br />Pour la deuxième approche « inorganique », nous avons mis au point la synthèse des précurseurs adéquats pour élaborer des films fonctionnalisés par des complexes carbonyle de ruthénium cationiques [Ru(L)(CO)2(MeCN)2]2+ et [Ru(L)(CO)2(MeCN)]22+ (L = bipyridine substituée par des pyrroles), substrats nécessaires à la préparation de matériaux composites associant des nanoparticules métalliques et un polymère rédox. Ces complexes ont été déposés à la surface d'électrodes par électropolymérisation anodique des pyrroles et ont ainsi permis d'obtenir des films cationiques précurseurs de catalyseurs bifonctionnels.<br />Les résultats des électrocatalyses de réduction du CO2 avec les composés issus des deux approches montrent qu'il existe des effets coopératifs au sein des catalyseurs bifonctionnels.

La prédiction de la propagation des feux de forêts consiste à trouver l'évolution du front du feu. Cette thèse reprend le modèle monodimensionnel de propagation du feu sous forme d'ellipses de Richards afin de trouver l'expression intrinsèque de la vitesse de ce front. Une formulation équivalente variationnelle de ce modèle en utilisant les principes de l'optique géométrique est aussi dérivée. Un modèle tridimensionnel de la propagation du feu grâce à une homogénéisation par prise de moyennes et à l'utilisation de la thermodynamique des processus irréversibles est alors obtenu. Une simplification de ce modèle, suivie d'une réduction bidimensionnelle sur la surface gauche du sol, nous conduisent alors à un modèle bidimensionnelle, qui tient compte des principaux paramµetres de la propagation des feux de forêts. Celui-ci permet d'obtenir des formes de corrélations utilisées par le modèle des ellipses. Le caractère non local de l'intervention du flux radiatif en provenance de la zone en feu qui se trouve au-dessus de la végétation est alors introduit. Des simulations numériques, de ce modèle bidimensionnel de propagation du feu avec terme de rayonnement non local, ont enfin été réalisées.

Dans la présente thèse de doctorat je présente des résultats concernant des modèles désordonnés et frustrés venant de la physique statistique et de l'optimisation combinatoire. Comme application de la théorie des verres de spins, j'étudie le modèle de Blume, Emery et Griffiths désordonné et frustré. Ce modèle est traité dans l'approximation de champ moyen dans le cadre de la méthode des répliques A l'aide de l'Ansatz symétrique dans les répliques je présente une solution numérique complète puis je discute des effets de brisure de cette symétrie La stabilité de la solution symétrique a été Rudik et les régions instables identifiées Le diagramme de phase exhibe des transitions de premier et de second ordre. Le point tricritique persiste dans le modèle frustré, Ce qui est en accord avec des travaux antérieurs une version du modèle BEG avec un potentiel chimique désordonné a également été étudiée. les calculs confirment que le point tricritique apparaît à plus basse température quand il y a du désordre. Ensuite je considère le problème de la bipartition d'un graphe. Ce problème correspond du point de vue de la physique statistique h un verre de spins soumis h une contrainte d'aimantation totale nulle. je considère les propriétés statistiques des solutions de faible énergie engendrées par des algorithmes heuristiques. de tels algorithme sont en général conçus pour résoudre des problèmes d'optimisation combinatoire qui sont NP- difficiles. Plusieurs heuristiques ont 60 implémentées pour le problème de la bipartition de graphe. des lois d'échelle ont été obtenues : en particulier la moyenne et la variance du coût obéissent A une loi linéaire en N. Par conséquent le coût obtenu par des heuristiques est une quantité auto-moyennante. je suggère que cette propriété est générale valable aussi pour les solutions aléatoires pour les solutions quasi-optimales et pour les solutions optimales. En outre je propose une procédure pour comparer des algorithmes heuristiques. Cette procédure tient compte de la qualité de la solution aussi bien que du temps de calcul utilisé. Dans la troisième partie de ma thèse j'ai étudié en détail les propriétés h température nulle des verres de spins sur des graphes aléatoires lacunaires avec une coordination fixe. les verres de spins sur de tels graphes peuvent être considérés comme une approximation aux vrais verres de spins qui est plus réaliste que le modèle de Sherrington et Kirkpatrick. J'ai conçu un nouvel algorithme pour trouver les états fondamentaux. Aussi je teste numériquement une conjecture de Banavar, Sherrington et Sourlas qui donne la densité d'énergie du fondamental dans la limite de grande taille en fonction de la coordination. La distribution du paramètre d'ordre se révèle être non triviale et les données présentent une forte indication de la présence d'ultramétricité pour toutes les valeur de la coordination. Ces résultats confirment que les propriétés particulières des verres de spin, déduites an niveau de l'approximation de champ moyen dans le cadre du modèle de Sherrington et Kirkpatrick, sont aussi présentes pour des modèles plus réalistes comme les verres de spins sur des graphes aléatoires lacunaires avec une coordination fixe.

Dans cette thèse, nous étudions la robustesse dans le contexte de la modélisation de systèmes complexes par les automates cellulaires. En effet, si l'on cherche à reproduire un comportement émergent à partir d'un modèle d'automate cellulaire, il nous semble nécessaire de se demander si les comportements observés sont bien le résultat d'interactions entre entités constituantes, ou bien s'ils dépendent d'une définition particulière du modèle. Nous allons ainsi être amenés à considérer la robustesse du modèle, à savoir la résistance de son comportement à de petites variations sur les attributs de sa définition. Dans un premier temps, nous montrons la pertinence de cette approche en considérant plusieurs définitions possibles d'une perturbation de la mise à jour globale et en les appliquant à une classe simple et représentative de modèles d'automates cellulaires, les Automates Cellulaires Elémentaires. Nous observons que, malgré le fait que nos perturbations soient proches et qu'une majorité des modèles considérés ne change pas de comportement, quelques cas particuliers montrent des changements qualitatifs du comportement que nous étudions plus en détail. Dans un second temps, nous appliquons cette approche en nous penchant sur un modèle particulier d'automate cellulaire, qui simule le phénomène de formation d'essaim à partir d'un modèle évolué d'automate cellulaire, le gaz sur réseau. Nous explorons la robustesse du comportement du modèle en considérant la perturbation de deux attributs du modèle, la forme de la grille cellulaire et la mise à jour globale, et en tirons les conclusions sur la relation entre l'observation du comportement et la définition précise du modèle.