Les technologies de l'informatique et de la robotique sont en perpétuelle évolution. S'appuyant sur cette évolution technologique, les systèmes d’aide à l’opérateur restent un domaine de recherche d’actualité. Le principal défi des systèmes de la future génération est d'être "intelligents", sensibles au contexte dans un environnement complexe et imprévisible. Cette thèse entre dans ce cadre et traite de la compréhension dynamique du contexte par un robot évoluant dans un tel environnement. En particulier, elle s'intéresse à la question suivante: comment rendre un robot capable de réagir face aux situations de blocage, imprévues dans son plan d’action initial, pour accomplir l’objectif fixé par l’opérateur ? Dans la littérature, ce problème a été soulevé et résolu en partie en programmant dans le système robotique, certaines des fonctions rendant le robot plus autonome. Cependant, l'intégration de ces fonctions dans un même cadre est manquante et plusieurs recherches dans ce sens sont en cours. Dans nos travaux nous proposons un système supportant une approche complète et générique, qui assure à un robot la capacité d’être conscient de la situation de blocage dans laquelle il se trouve et de comprendre et faire face aux situations de blocage rencontrées. Notre approche, nommée Robot Situation AWareness (RSAW) est inspirée de la notion de Situation Awareness (SA) qui a fait ses preuves dans de nombreux domaines notamment dans l’aviation. Nos principales contributions dans RSAW portent sur la conception d’un cadre sémantique intégrant la capacité de compréhension, fondé sur une représentation des connaissances générique, donnant la possibilité d’appliquer des techniques de raisonnement empruntées aux sciences cognitives. L’intégration de RSAW dans un système robotique a également été étudiée, conçue et mise en œuvre dans un système à couches. Ce système d'expérimentation est le robot SAM (Smart Autonomous Majordomo) doté du système AVISO et développé par le CEA-LIST. Les résultats des expérimentations élaborées dans le cadre des travaux menés dans cette thèse sont concluants et prometteurs / Computer technology and robotics are in perpetual evolution. Based on this technological evolution, the operator support systems remain a topical domain of research. The main challenge for the next generation of systems is to be "intelligent", aware of the context in a complex and unpredictable environment. This thesis is into this framework and addresses the dynamic understanding of the context by a robot evolving in such an environment. In particular, the work is interested in the question: How to make a robot able to react to blocked situations unplanned in its initial action plan to achieve the goal set by the operator?In the literature, this issue was raised and resolved in part by programming in robotic system, some of the features making a robot more autonomous. However, the integration of these functions in one framework is missing and more research in this direction is underway. In our work we propose a system supporting a complete and generic approach that ensures a robot the ability to be aware of the blocking situation in which it is found, to understand and deal with deadlock situations encountered. Our approach, called Robot Situation Awareness (RSAW) is inspired by the notion of Situation Awareness (SA), which has been proven in many areas especially in aviation. Our main contributions in RSAW involve the design of a semantic framework integrating the understanding capacity, based on a generic representation of knowledge and giving the possibility to apply reasoning techniques borrowed from cognitive science. Integrating RSAW in a robotic system has also been studied, designed and implemented in a layer system. This experimental system is the robot SAM (Smart Autonomous Majordomo) with the AVISO system developed by CEA-LIST. The conducted experiments allowed testing of the deductive reasoning in resolving a blocked situation and confirmed the need to resort to analogical reasoning. Another wave of experimentation has taken place to prove the effectiveness of our choices. The results of experiments developed as part of the work in this thesis are successful and promising

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The capability to easily find useful services (software applications, software components, scientific computations) becomes increasingly critical in several fields. Current approaches for services retrieval are mostly limited to the matching of their inputs/outputs possibly enhanced with some ontological knowledge. Recent works have demonstrated that this approach is not sufficient to discover relevant components. In this dissertation we argue that, in many situations, the service discovery should be based on the specification of service behavior. The idea behind it, is to develop matching techniques that operate on behavior models and allow delivery of partial matches and evaluation of semantic distance between these matches and the user requirements. Consequently, even if a service satisfying exactly the user requirements does not exist, the most similar ones will be retrieved and proposed for reuse by extension or modification. To do so, we reduce the problem of behavioral matching to a graph matching problem and we adapt existing algorithms for this purpose. <br /><br />Motivated by these concerns, we developed the WS-BeM platform for ranking web services based on behavior matchmaking, which takes as input two WSCL or BPEL protocols and evaluates the semantic distance between them. The prototype is also available as a web service. Furthermore, an application is described concerning the tool for evaluating the effectiveness of the behavioral matchmaking method.

Cette thèse s'attache à l'étude de la détection des changements du thème bâti, par comparaison automatique d'une base de données à un couple de photographies aériennes, en vue d'éviter l'examen visuel par un opérateur d'une partie des scènes traitées. La démarche adoptée propose une comparaison géométrique de la base de données avec les extractions 3D issues de l'appariement d'un couple d'images récent, et tente d'en assurer la fiabilité par une modélisation de l'incertitude des données utilisées. L'extraction d'information 3D sur le couple d'images fait l'objet d'une approche formelle qui conduit à la proposition d'un algorithme original permettant la mise en concurrence de solutions contradictoires, et la qualification des points extraits en 3D par une probabilité qui reflète l'ambiguité de la décision. Cette probabilité est utilisée conjointement à une modélisation sommaire de l'incertitude des données topographiques pour construire des indicateurs de changement dans le cadre de la théorie des croyances de Dempster-Shafer. Les modèles proposés sont évalués par rapport à des données réelles, tant en ce qui concerne la modélisation de l'appariement elle-même, que l'ensemble de la modélisation de l'incertitude, dont l'apport à la détection des changements est étudié dans le cadre du contrôle de l'emprise planimétrique du bâti de la Base de Données Topographiques nationale française.

Le travail présenté porte sur deux aspects des méthodes microscopiques variationnelles utilisées de manière extensive dans les calculs de structure nucléaire à basse énergie. La première étude se situe à l'approximation du champ moyen où la formalisation du lien entre la fonction d'onde d'un noyau pair-pair et celle du voisin pair-impair est revisitée. Afin d'en obtenir une description cohérente quelle que soit l'intensité de l'appariement dans le système, l'utilité de la formalisation de ce lien selon un processus en deux étapes est démontrée. La séparation des étapes autorise l'extraction d'effets associés à différents canaux de la force lors de l'ajout d'un nucléon dans la fonction d'onde du système. En particulier, des formules perturbatives évaluant la contribution des termes de la fonctionnelle impairs sous renversement du temps à l'énergie de séparation d'un nucléon en présence et en l'absence d'appariement sont dérivées. Des calculs auto-cohérents valident ensuite le schéma théorique ainsi que les formules d'approximation d'un point de vue quantitatif. Cette première étude se termine par une analyse approfondie de l'oscillation pair/impair des masses dans les noyaux. Le schéma développé permet à nouveau d'identifier la contribution de chacun des canaux de la force à cette observable. La nécessité d'une meilleure connaissance des termes impairs de la fonctionnelle de l'énergie pour conclure quant à la formule de différence de masses la plus apte à isoler le gap d'appariement au niveau de Fermi est identifiée. Ces termes n'étant pas sous contrôle aujourd'hui, c'est au prix d'un travail significatif sur ceux-ci qu'un ajustement précis de la force d'appariement sur l'oscillation pair/impair des masses expérimentales sera possible. La seconde étude porte sur les méthodes de calculs au-delà du champ moyen visant à inclure les corrélations associées aux mouvements de grande amplitude dans le noyaux. Leurs effets sont introduits au moyen de la GCM et de la méthode du champ moyen projeté qui se caractérisent par l'utilisation d'un mélange de fonctions de champ moyen non-orthogonales comme fonction d'essai dans le processus variationnel. Une théorie de perturbation permettant pour la première fois de fonder ces calculs sur une base diagrammatique est développée. Dans le même temps, la resommation des corrélations à deux corps autorise la définition de l'interaction effective minimale renormalisant les divergences associées au cur dur de l'interaction nucléon-nucléon libre dans ce contexte. Procédant à une approximation locale de cette interaction, la première prescription reposant sur des bases théoriques solides est proposée pour la dépendance en densité des forces effectives phénoménologiques à utiliser dans les calculs de mélange de configurations. Traitant d'une autre origine de la dépendance en densité de l'interaction, la possible renormalisation de l'effet des forces à plus de deux corps par une dépendance en la densité mixte est démontrée pour les calculs de mélange de configurations. La forme étendue de la force de Skyrme issue de ces développements formels est alors testée au moyen de calculs de mélange de configurations visant à reproduire le phénomène de coexistence de forme dans le 186Pb.

Les travaux de cette thèse se situent dans la cadre des approches structurelles pour la recon- naissance de formes. Plus précisément, nous avons porté notre choix sur les graphes. Le choix de la représentation structurelle est justifié par la grande capacité représentative des graphes par rapport à la représentation statistique (i.e. vecteurs). La première étape qui intervient dans l'étude de l'application des graphes dans le domaine des images est de définir une stratégie d'extraction de graphes représentatives d'images. Ensuite, il faut définir des fonctions néces- saires à la manipulation des bases de graphes. L'une des fonctions cruciales pour manipuler les graphes est la fonction de calcul des distances entre les graphes. En effet, le calcul de distances entre les graphes est un problème ouvert dans la littérature. De plus, il est considéré comme NP-complet. La plupart des solutions proposées dans la littérature présentent différentes limites d'utilisation telle que la taille des graphes, la prise en compte d'attributs, le temps de calcul. Outre la distance, le domaine des graphes souffre d'un manque d'algorithmes de classification (non-)supervisée appropriés. Dans ce sens, cette thèse présente un ensemble de contributions dont l'objectif est l'indexation de graphes. En premier lieu, nous montrons expérimentalement que choix de la représentation sous forme de graphes a un impact sur les performances. Ensuite, nous proposons une nouvelle approximation de la distance d'édition de graphes basée sur la no- tion de signature de noeuds. Nous introduisons aussi un algorithme de plongement de graphes. Cet algorithme consiste à représenter chaque graphe par un vecteur dans un espace euclidien. Ceci nous permet d'appliquer les algorithmes de classification des vecteurs sur les graphes par le biais du plongement. Dans le domaine de la classification non-supervisée (clustering), nous proposons un nouvel algorithme basé sur la notion du graphe médian et la notion du mean-shift. Enfin, nous proposons, une nouvelle méthode d'indexation de graphes basée sur la structure d'hypergraphe. Cette méthode permet aussi bien l'indexation que la navigation dans une base d'images représentées sous forme de graphes.

Cette thèse est consacrée à l'étude mathématique et numérique du modèle de Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) pour les systèmes quantiques attractifs, qui est abondamment utilisé en physique nucléaire. Après avoir présenté le modèle et ses principales caractéristiques, nous expliquons comment le discrétiser et nous montrons des résultats de convergence. Nous examinons tout particulièrement l'algorithme de point fixe (parfois appelé Roothaan) et montrons qu'il converge ou alors oscille entre deux états dont aucun n'est solution du problème. Ceci généralise au cadre HFB des résultats de Cancès et Le Bris pour le modèle plus simple de Hartree-Fock dans le cas répulsif. Suivant ces mêmes auteurs, nous proposons un algorithme basé sur la contrainte relâchée et pour lequel la convergence est garantie. Dans la dernière partie de la thèse, nous illustrons le comportement de ces algorithmes par des simulations numériques pour plusieurs modèles. Dans un premier temps nous considérons un système purement gravitationnel où les particules interagissent avec le potentiel de Newton. Nos simulations montrent que la matrice d'appariement est toujours non nulle, un fait qui n'a pas encore pu être démontré rigoureusement. Nous étudions ensuite un modèle très simplifié pour la description de protons et neutrons dans le noyau atomique.

Cette thèse est consacrée à l'étude mathématique et numérique du modèle de Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) pour les systèmes quantiques attractifs, qui est abondamment utilisé en physique nucléaire. Après avoir présenté le modèle et ses principales caractéristiques, nous expliquons comment le discrétiser et nous montrons des résultats de convergence. Nous examinons tout particulièrement l'algorithme de point fixe (parfois appelé Roothaan) et montrons qu'il converge ou alors oscille entre deux états dont aucun n'est solution du problème. Ceci généralise au cadre HFB des résultats de Cancès et Le Bris pour le modèle plus simple de Hartree-Fock dans le cas répulsif. Suivant ces mêmes auteurs, nous proposons un algorithme basé sur la contrainte relachée et pour lequel la convergence est garantie. Dans dernière partie de la thèse, nous illustrons le comportement de ces algorithmes par des simulations numériques pour plusieurs modèles. Dans un premier temps nous considérons un système purement gravitationnel où les particules interagissent avec le potentiel de Newton. Nos simulations montrent que la matrice d'appariement est toujours non nulle, un fait qui n'a pas encore pu être démontré rigoureusement. Nous étudions ensuite un modèle très simplifié pour la description de protons et neutrons dans le noyau atomique.

Dans le cadre du développement d'un outil numérique couplé atmosphère-océan-biogéochimie permettant de lier les processus physiques et biogéochimiques et de mieux comprendre la rétroaction entre l'océan et l'atmosphère, nous avons couplé la version unidimensionnelle du modèle atmosphérique NARCM (MLC) au modèle océanique GOTM et au modèle biogéochimique NODEM. Le but de ce travail consistait, d'une part, à développer le modèle couplé NODEM-GOTM-MLC et, d'autre part, à valider et évaluer ce modèle couplé au niveau de l'Hydrostation S en mer des Sargasses durant l'année 1992. Ceci a été réalisé tout en étudiant l'ensemble des processus physiques et biogéochimiques influençant la production du DMS océanique et la ventilation du DMS vers l'atmosphère. Pour réaliser le couplage NODEM-GOTM-MLC, la stratégie suivie consistait au développement d'une interface permettant les échanges des champs atmosphériques et océaniques nécessaires au forçage de surface. Par ailleurs, afin de valider notre modèle couplé NODEM-GOTM-MLC, nous avons comparé, d'une part, les flux d'énergie en surface simulés par le modèle avec ceux de ré-analyses NCEP et, d'autre part, le cycle annuel de la Chla et du DMS(Pp) avec les données d'observations disponibles au niveau de l'Hydrostation S pour l'année 1992. Le résultat de cette recherche montre que le modèle couplé est capable de reproduire les principaux composants du flux net d'énergie d'une manière adéquate. De plus, par comparaison avec l'ancienne version NODEM-GOTM, les simulations des cycles du DMS et du DMSPp ont été améliorées suite au couplage avec MLC. Cette nouvelle version est notamment capable de simuler les trois principaux pics du DMS présents dans les données d'observations. Cette amélioration se traduit quantitativement lors du calcul des coefficients de détermination, qui confirment que cette nouvelle version est mieux corrélée aux observations que l'ancienne. Nous avons conclu notre travail en montrant que le modèle NODEM-GOTM-MLC capte la majorité des événements locaux qui se produisent à petite échelle et à l'échelle saisonnière, en dépit du fait qu'il possède des limitations liées aux erreurs des paramétrages du modèle et à l'incapacité du modèle ID à simuler certains types d'événements. Finalement, cette étude montre qu'une meilleure simulation de tous les composants du système climatique améliore la production du DMS océanique qui sera ventilé vers l'atmosphère. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : couplage, échanges atmosphère-océan-biogéochimique, DMS, NODEM-GOTM-MLC, version ID de NARCM

La vision permet aux animaux de recueillir une information riche et détaillée sur leur environnent proche ou lointain. Les machines ont aussi accès à cette information riche via leurs caméras. Mais, elles n'ont pas encore le logiciel adéquat leur permettant de la traiter pour transformer les valeurs brutes des pixels de l'image en information plus utile telle que la nature, la position, et la fonction des objets environnants. Voilà une des raisons pour laquelle il leur est difficile de se mouvoir dans un environnement inconnu, et d'interagir avec les humains ou du matériel dans des scénarios non-planifiés. Cependant, la conception de ce logiciel comporte de multiples défis. Parmi ceux-ci, il est difficile de comparer deux images entre elles, par exemple, afin que la machine puisse reconnaître que ce qu'elle voit est similaire à une image qu'elle a déjà vue et identifiée. Une des raisons de cette difficulté est que la machine ne sait pas, a priori, quelles parties des deux images se correspondent, et ne sait donc pas quoi comparer avec quoi. Cette thèse s'attaque à ce problème et propose une série d'algorithmes permettant de trouver les parties correspondantes entre plusieurs images, ou en d'autre terme d'aligner les images. La première méthode proposée permet d'apparier ces parties de manière cohérente en prenant en compte les interactions entre plus de deux d'entre elles. Le deuxième algorithme proposé applique avec succès une méthode d'alignement pour déterminer la catégorie d'un objet centré dans une image. Le troisième est optimisé pour la vitesse et tente de détecter un objet d'une catégorie donné où qu'il soit dans l'image.