La formulation des missions est le point de départ du développement de systèmes-de- systèmes, étant utilisée comme base pour la spécification, la vérification et la validation d’architectures de systèmes-de-systèmes. Élaborer des modèles d’architecture pour systèmes-de-systèmes est une activité complexe, cette complexité reposant spécialement sur les comportements émergents, c'est-à-dire, des comportements issus des interactions entre les parties constituantes d’un système-de-systèmes qui ne peuvent pas être prédits même si on connaît tous les comportements de tous les systèmes constituants. Cette thèse adresse le lien synergique entre mission et architecture dans le cadre des systèmes-de-systèmes à logiciel prépondérant, en accordant une attention particulière aux comportements émergents créés pour réaliser les missions formulées. Nous proposons ainsi une approche pour la conception d’architecture de systèmes-de-systèmes dirigée par le modèle de mission. Dans notre approche, le modèle de mission sert à dériver et à valider les architectures de systèmes-de-systèmes. Dans un premier temps, nous générons la structure de l’architecture à l’aide de transformations de modèles. Ensuite, lors que l’architecte spécifie les aspects comportementaux, la description de l’architecture résultante est validée à l’aide d’une démarche conjointe qui comprend à la fois la vérification des propriétés spécifiées et la validation par simulation des comportements émergents. La formalisation en termes de logique temporelle et la vérification statistique de modèles sont les fondements formels de l’approche. Un outil mettant en œuvre l’ensemble de l’approche a été également développé et expérimenté. / The formulation of missions is the starting point to the development of Systems-of-Systems (SoS), being used as a basis for the specification, verification and validation of SoS architectures. Specifying, verifying and validating architectural models for SoS are complex tasks compared to usual systems, the inner complexity of SoS relying specially on emergent behaviors, i.e. features that emerge from the interactions among constituent parts of the SoS which cannot be predicted even if all the behaviors of all parts are completely known. This thesis addresses the synergetic relationship between missions and architectures of software-intensive SoS, giving a special attention to emergent behaviors which are created for achieving formulated missions. We propose a design approach for the architectural modeling of SoS driven by the mission models. In our proposal, the mission model is used to both derive, verify and validate SoS architectures. As first step, we define a formalized mission model, then we generate the structure of the SoS architecture by applying model transformations. Later, when the architect specifies the behavioral aspects of the SoS, we generate concrete SoS architectures that will be verified and validated using simulation-based approaches, in particular regarding emergent behaviors. The verification uses statistical model checking to verify whether specified properties are satisfied, within a degree of confidence. The formalization in terms of a temporal logic and statistical model checking are the formal foundations of the developed approach. A toolset that implements the whole approach was also developed and experimented.

Aider les concepteurs à améliorer la qualité environnementale de leur projet durant la phase d’esquisse peut contribuer à un meilleur profil environnemental des réalisations finales. Face aux nouvelles exigences liées au développement durable (ressources énergétiques, matériaux de proximité...), les concepteurs doivent conduire un travail d’ajustement entre le contexte du projet et les solutions architecturales qui est de plus en plus complexe. Pour aider les concepteurs dans ce travail, nous proposons une méthode fondée sur l’usage de patrons de conception orientés environnement que nous nommons éco-modèles. Ces patrons s’apparentent à des solutions types éprouvées par de nombreux concepteurs. Les éco-modèles et les réalisations où ils ont été utilisés ont été implémentés dans un outil numérique appelé éco.mod. Grâce à une interface spécifique, les concepteurs peuvent naviguer dans cette base de données, sélectionner des éco-modèles et construire un scénario environnemental adapté à leurs projets architecturaux. L’outil éco.mod leur permet de visualiser les conséquences environnementales de leurs choix. Deux expérimentations, assistées par cet outil, ont largement confirmé nos hypothèses sur la pertinence de la méthode proposée et l’outil associé / Assisting designers in improvement of environmental quality of their project, early in the sketch phase, could result in a better environmental profile of the final product. Designers are facing new necessities related to sustainable development, such as considering sources of energy and usage of local materials, among others. To find a compromise between the project’s context and architectural solutions, one has to carry out complex adjustment tasks to address this issue.To help designers with these tasks, we proposed a method founded on the usage of environment-oriented “design patterns”, which we have named “eco-models”. By being used in their projects, these eco-models are approved by many designers as plausible solutions. The eco-models and the actual projects in which they have been used are gathered and implemented in a (web-based) digital tool, named “eco.mod.”The interface of eco.mod enable designers to navigate in the database, and select appropriate eco-models to create an environmental scenario for their own architectural project. The eco.mod tool allows users to visualize the environmental consequences of theirs choices. Two experiments assisted by this tool have been conducted, and have mainly confirmed our hypothesis about efficacy of this proposed method and its associated tool

La conception architecturale est souvent réalisée grâce aux habitudes professionnelles et à l'expérience des concepteurs, qui leur permettent d'identifier les paramètres de conception pertinents à prendre en compte pour commencer l'étude et de faire les choix qu'impliquent une démarche séquentielle de détermination d'architecture. Ces décisions sont difficiles à prendre car les concepteurs ne disposent pas forcément d'éléments suffisants pour comparer les différentes alternatives. Ainsi, ils procèdent souvent par essai-erreur, jusqu'à l'obtention d'une configuration opérationnelle, mais qui n'est pas nécessairement optimale. Ces itérations sont, de plus, coûteuses en temps. Nous proposons un système d'aide à la décision en conception préliminaire, permettant de partir de plusieurs concepts de solution pertinents, pour arriver à une architecture validée et prédimensionnée en objectivant les choix de conception. Les grandes étapes sont: (i) l'écriture du problème de conception préliminaire sous forme de Problème par Satisfaction de Contraintes (PSC), (ii) la recherche exhaustive des architectures solutions, (iii) l'exploitation et la réduction de l'espace des solutions pour aider à la décision. C'est seulement ensuite qu'un choix est à faire parmi ces solutions, qui n'ont pas été arbitrairement restreintes par des choix initiaux. Les étapes (i) et (iii) nécessitent une analyse préalable du problème de conception. Il faut, d'une part, le limiter aux seules caractéristiques nécessaires et suffisantes pour la conception architecturale, que nous nommons caractéristiques structurantes. D'autre part, il faut exprimer les objectifs de conception et les critères de qualification de la conception, qui permettent de hiérarchiser les architectures-solutions obtenues et ainsi aider au choix final parmi elles. Nous proposons pour cela une démarche systématique d'analyse et structuration du problème de conception, basée sur quatre étapes, depuis l'analyse du besoin jusqu'à une approche physique, en passant par des approches fonctionnelle et organique du produit à concevoir. Des tableaux systématiques sont proposés. Notre approche est confrontée avec la démarche 'classique' d'un groupe de concepteurs, pour une même conception architecturale. L'utilisation du système d'aide à la décision permet une amélioration de la satisfaction des objectifs de conception, le choix du concept de solution le plus performant, l'obtention d'architectures-solutions valides et respectant toutes les contraintes énoncées. On dispose ainsi d'éléments dimensionnels pour poursuivre en conception détaillée sans subir les itérations engendrées par le processus essai-erreur.

La conception architecturale de systèmes mécaniques et énergétiques permet d'étudier la faisabilité de concepts préalablement choisis pendant la phase de recherche de concepts. Elle fait partie de la phase de conception préliminaire et son achèvement vise à définir l'architecture globale qui sera étudiée pendant la phase de conception détaillée d'un produit. Les principales caractéristiques d'un produit (dimensions, choix de composants, de formes, de topologies ou de matériaux) sont alors fondamentales à ce stade de la conception. La conception architecturale nécessite aussi la prise en compte des comportements physiques et des interactions du produit, de ses composants et des milieux extérieurs, de critères économiques, environnementaux, etc. suivant les exigences du cahier des charges fonctionnel. Le concepteur définit un modèle mathématique exprimant cette connaissance liée au produit. Ce modèle peut être traité à l'aide d'un solveur de Problèmes de Satisfaction de Contraintes numériques (CSP). Ce type de solveur traite de manière générique des problèmes formulés à l'aide de contraintes, de variables et de domaines. Nous proposons de nouveaux algorithmes et de nouvelles heuristiques qui prennent en compte des besoins spécifiques au concepteur en conception préliminaire, comme : la classification des variables, les précisions relatives aux valeurs de certaines variables, les contraintes par morceaux. Les études de faisabilité de plusieurs systèmes mécaniques et énergétiques ont été réalisées avec succès. Les nouveaux algorithmes ont permis de diminuer significativement les temps de calculs, mais ils ont aussi permis d'améliorer la qualité des solutions calculées au regard des besoins du concepteur.

La thèse interroge les processus de conception développés par l'architecte français Henry Jacques Le Même (1897-1997). Nous nous donnons à comprendre le savoir-faire qu'il a mis en œuvre par la pratique du projet afin de répondre à des commandes variées tant au niveau de leurs programmes que de leurs échelles de conception, et ceci dans des contextes historiques multiples. L'objectif est de déconstruire intellectuellement une partie de son œuvre par l'analyse architecturale et en inscrivant les projets étudiés dans leurs contextes de production afin de saisir les outils et méthodes de conception du projet qui lui sont spécifiques. Afin de mener des analyses précises, nous convoquons un corpus constitué d'un nombre de projets restreints et qui ont été conçus à des moments d'articulations dans la carrière de Henry Jacques Le Même ou à des époques historiques charnières, révélatrices des transformations du métier de l'architecte. Une première partie de la recherche vise à comprendre en quoi la déclinaison du type architectural du chalet du skieur, qu'il invente à la fin des années 1920 et sur lequel il travaille pendant près de 60 ans, permet à Henry Jacques Le Même de se constituer des outils de projet pour rendre sa pratique efficiente et répondre de manière ajustée à ses commandes. L'analyse architecturale d'un échantillon de projets de 19 chalets du skieur a pour objectif de repérer les principes du type architectural et les raisons de leurs évolutions. Pour comprendre comment la préfabrication, l'industrialisation de la construction ainsi que la transformation du statut de la commande influent sur la pratique architecturale de Henry Jacques Le Même, nous analysons les premiers projets où il doit intégrer ces nouvelles modalités dans l'exercice de conception. À partir de l'étude d'une demi-douzaine de projets expérimentaux que l'architecte conçoit dans les années 1940-1950, notre objectif est de saisir la démarche qu'il développe pour penser l'idée de prototype, la transformation des processus de construction, et l'architecture destinée au grand nombre. L'analyse des processus de conception des projets étudiés permet de révéler une recherche conduite par Henry Jacques Le Même sur la pratique de projet en vue de réduire la complexité au moment de la projection de l'espace. Elle s'établit à partir d'un renouvellement de ses outils intellectuels issus de sa culture architecturale et se traduit par un travail sur la composition, la définition d'un parti architectural ou sur la conception modulaire. D'autre part, l'architecte développe une méthodologie qui consiste à produire des ensembles sériels graphiques qui lui permettent de noter ses idées et intentions afin de progresser dans la pensée du projet. Pour mener à bien notre recherche, nous nous appuyons essentiellement sur l'étude de documents provenant du fonds d'archives de Henry Jacques Le Même, conservé aux Archives Départementales de la Haute-Savoie. Ces sources premières témoignent de la pensée en acte de l'architecte au moment de l'élaboration de ses projets et nous ont permis d'élaborer le contenu de notre recherche par une analyse croisée de la documentation écrite et graphique. Parallèlement nous avons entrepris un travail de re-dessin de plans originaux associé à des analyses graphiques. Cette méthode de recherche qui utilise les outils de l'architecte a permis d'opérer un procédé de déconstruction-reconstruction des projets analysés pour rendre lisibles et intelligibles leurs organisations et spécificités spatiales. La compréhension des architectures analysées a été précisée par un travail de documentation historique et théorique. La thèse a été menée au sein du laboratoire les Métiers de l'Histoire de l'Architecture, édifices-villes-territoires, ENSA Grenoble, et dans le cadre d'une convention CIFRE avec le CAUE de Haute-Savoie. / This thesis questions the design process developed by architect Henry Jacques Le Même (1897-1997). Our goal is to understand the know-how he implemented by project practice to realize various commands both by their programs and their scales, in multiple historical contexts. The objective is to intellectually deconstruct part of his work by the architectural analysis, and considering the studied projects in their production context to capture the design tools of the project that are specific to it. To conduct detailed analyzes we consider a small number of projects that have been designed at key times during Henry Jacques Le Même career, or at pivotal historical moments for the transformation of the profession of the architect. The first part of the research is to understand how the variation of the architectural style of the skier's cottage - that he invented in the late 1920s and on which he worked for nearly 60 years - allows Henry Jacques Le Même to create project tools to make his practice efficient and to provide adequate responses to his orders. The architectural analysis of a sample of 19 skier's cottage projects aims to identify the principles of architectural type and the reasons of their evolution. The architectural practice of Henry Jacques Le Même has been influenced by prefabrication, industrialization of construction, and the transformation of the architectural command. To understand this we analyze the first projects in which he must integrate these new modalities in the design exercise. Based on the study of half a dozen experimental projects – that the architect designed in the years 1940-1950 -, our goal is to understand the process he developed to think the idea of prototype, the transformation of construction process, and the architecture destined for the masses. The analysis of the design process of studied projects reveals a research conducted by Henry Jacques Le Même on the project practice to reduce its complexity for spatial organization. This research is issued from a renewal of his intellectual tools from his architectural culture, and results in a work on the composition, the definition of an architectural style or modular design. Moreover, the architect develops a methodology which is based on producing serial graphics sets that allow him to record his ideas and intentions in order to bring forward the project thinking. To carry out our research, we first rely on the study of documents from the archives of Henry Jacques Le Même, preserved in the Departmental Archives of Haute-Savoie. These primary sources reflect the thinking of the architect during the development of his projects and helped us to develop the content of our research by a cross-analysis of the written and graphic documentation. In addition we have undertaken a re-drawing of the original plans associated with graphical analyzes. This research method uses the tools of the architect and allow us to operate a process of deconstruction and reconstruction of the analyzed projects to make readable and intelligible their organization and spatial characteristics. The understanding of the analyzed architectures has been specified by a work of historical and theoretical documentation. The thesis was conducted in the laboratory les Métiers de l'Histoire de l'Architecture, édifices-villes-territoires, ENSA Grenoble, and within a CIFRE agreement with the CAUE Haute-Savoie.

La lumière naturelle est une préoccupation forte dans la conception du projet architectural. Elle a une grande influence sur le confort visuel et la qualité architecturale des espaces intérieurs. Plusieurs méthodes et outils ont été développés pour assister les architectes dans la conception des ambiances lumineuses. L’analyse de ces différentes méthodes et outils montre qu’ils sont peu adaptés à l’activité de formulation des intentions des concepteurs durant les premières phases de conception.Dans le cadre de cette thèse, notre objectif est d’améliorer ces premières phases de conception en apportant aux concepteurs une aide pour la formalisation de leurs intentions d’ambiances lumineuses. L’objectif poursuivi étant de faire de la lumière naturelle un fil conducteur dans le développement du projet architectural.L’étude de la pratique des concepteurs durant les premières phases de conception fait apparaître qu’ils font fréquemment appel à des références jouant le rôle de dispositifs heuristiques. L’analyse des caractéristiques de ces références et de leur évocation montre que les images comme formes de référence favorisent l’expression des désirs, des souhaits et des intentions du concepteur. L’assistance à l’activité de référenciation par les images serait donc une aide précieuse dans la formalisation des intentions pour la prise en compte de la lumière naturelle dans la conception de projet.Nous développons une méthode fondée sur la constitution d’une base d’images références représentatives des ambiances lumineuses et sur un environnement de manipulation et exploration particulière de cette base. Pour ce faire, nous considérons d’une part le rôle de l’image-référence comme élément actif du raisonnement visuel et d’autre part, les aspects du processus de référenciation notamment dans un mode de raisonnement analogique.Cette méthode a été implémentée dans un outil prototype dénommé « day@mbiance ». Cet outil propose une base d’images composée de photographies illustrant des espaces intérieurs en éclairage naturel. Ces dernières sont indexées à partir d’un thésaurus original dédié aux « ambiances lumineuses ». L’outil, par ailleurs, expérimente différents modes de navigation par l’image qui sont définis de manière à stimuler les différentes activités cognitives dans chacune des phases du processus de référenciation.Enfin, la méthode développée a été testée lors d’une phase expérimentale qui a validé les éléments méthodologiques développés / The natural light is a strong concern in the design of an architectural project. It has a great influence on visual comfort and architectural quality of interior spaces. Several methods and tools have been developed to assist architects in the design of bright atmospheres. Analysis of these different methods and tools showed that they are not well adapted to the designers activity during the early stages of design. In this thesis, our objective is to enhance the early stages of design by providing designers with a support for the formalization of their intentions of bright atmospheres. The aim is to make natural light a thread in the development of the architectural project. The study of the practice of designers during the early stages of design has shown that they frequently use references acting as heuristic devices. Analysis of the characteristics of these references and their evocation showed that images, as type of references, promote the expression of desires, wishes and intentions of the designer. Assistance to the activity of referring by the images would be a valuable aid in the formalization of intentions to include the natural light into the project design. We developed a method based on developping an image database of representative references of bright atmosphere and supported with a handling environment and exploration of this particular base. To achieve this, we consider, in the one hand, the role of the reference-image as the active item of visual reasoning and, on the other hand, aspects of referring process, specially, in a mode of analogical reasoning. This method has been implemented in a prototype tool called « day@mbiance ». This tool provides an image database composed of photographs of interior spaces with natural lighting. These images are indexed using an original thesaurus dedicated to « bright atmosphere ». The tool also experiments different modes of navigation through images that are defined in order to stimulate different cognitive activities in each stage of the referring process

La question de la transition numérique est primordiale en conception architecturale. L’objectif de notre recherche est de proposer des pratiques collaboratives afin de faciliter cette transition numérique. Nous nous concentrons sur des pratiques dites « agiles » permettant d’améliorer la communication et la coordination entre architectes, ingénieurs ou encore le maître d’ouvrage. Ces pratiques doivent permettre à ces acteurs d’échanger leurs intentions architecturales et de les évaluer tout en s’assurant que leurs propositions sont satisfaisantes vis-à-vis des besoins du client. Ces pratiques consistent à remplir collaborativement un cahier d’intentions, nécessitant alors confrontations d’opinions, à jouer à un jeu de cartes obligeant tous les concepteurs à prendre la parole, à réaliser des réunions courtes et quotidiennes afin d’expliquer son avancement ou encore à être un coach dont l’objectif est de faciliter la vie de ses collaborateurs. / The question of digital transition is a key issue in architectural design. The objective of our research is to propose collaborative practices to facilitate this digital transition. We focus on so-called "agile" practices to improve communication and coordination between architects, engineers or project owner. These practices must allow these actors to exchange their architectural intentions and evaluate them while ensuring that their proposals are satisfactory concerning the client's needs. These practices consist in collaboratively filling out a book of intentions, requiring confrontations of opinions, playing a card game obliging all designers to speak out, holding short, daily meetings to explain their progress or being a coach, whose objective is to make life easier for their employees.

Dans cette recherche, nous tentons d'évaluer la pertinence d'une approche de simulation inverse des facteurs physiques d'ambiances dans le processus de conception en architecture et en aménagement urbain. Dans cette perspective, un outil de simulation inverse est développé et interfacé en sur-couche du logiciel de CAO AutoCAD largement utilisé dans les agences d'architectures. Il agrége les méthodes développées au Cerma ces dernières années sur la simulation inverse, de l'ensoleillement d'une part, et de la visibilité d'autre part. Dans le projet architectural ou urbain, la simulation directe solaire ou visuelle permet l'analyse d'une situation à un instant donné ou pour un point de vue donné a posteriori (après la conception d'un projet), tandis que notre démarche inverse consiste à cadrer la génération de solutions architecturales à partir des intentions d'ambiances du concepteur, et ce pour des périodes solaires et des zones de contraintes définies au début d'un projet. Les modélisations inverses de volumes de contraintes solaires et visuelles – ensembles de solutions à une contrainte donnée – ou d'uniques solutions d'ouvertures ou d'écrans sont des réponses optimales aux problèmes spatio-temporels de l'ensoleillement et de la visibilité. Ces volumes englobent l'ensemble des rayons solaires ou visuels joignant une base de contrainte (une zone à ensoleiller ou à protéger du soleil, ou un ensemble de positions potentielles d'un observateur) à une cible de contrainte (période solaire sur la "voûte solaire" ou cible visuelle du type monument, repère...). Ces volumes de contraintes sont aisément manipulables dans le modeleur géométrique. Comme les autres entités qui composent une scène numérique, il est possible de leur faire subir des opérations booléennes, des sections, des translations... Dans un premier temps, nous présentons un état de l'art de cette recherche sur les différents outils et méthodes de simulation inverse 2D puis 3D de l'ensoleillement et de la visibilité. Dans un second temps, nous développons et présentons l'outil SVR ainsi que ses applications. Enfin, nous livrons un état de l'art de quelques observations et méthodes d'observation des concepteurs à l'œuvre et nous évaluons notre logiciel par l'observation des raisonnements et comportements de onze architectes et étudiants en architecture concevant avec notre outil durant des phases d'esquisses et d'avant-projet. Pour cette évaluation, nous mettons en œuvre un protocole d'observation simultané ("think aloud protocol").

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Ce travail est une réflexion prospective sur la densification verticale de la ville par la tour d'habitation. Trois échelles sont considérées : le bâtiment seul (objet), la composition de sa façade et son insertion urbaine (bâtiment situé). Le parti pris est de n'examiner que le seul critère énergétique. Sont réalisées trois séries d'études « morpho-énergétiques » : 1 - une étude sur l'influence énergétique de la morphologie d'un bâtiment « objet » : l'objectif est de développer un outil d'évaluation simplifiée de la performance énergétique totale des bâtiments résidentiels. 2 - une extension du précédent modèle en insérant le bâtiment dans un morceau de ville : l'objectif est d'identifier l'influence des configurations urbaines sur leur performances énergétiques, à l'aide d'un outil d'optimisation par algorithmes génétiques. 3 - l'étude d'une nouvelle démarche de conception et de rénovation des bâtiments à travers le concept Core-Skin-Shell : l'objectif est d'évaluer l'intérêt énergétique d'une décomposition fonctionnelle du bâtiment. / This thesis analyses the energy performance of dense cities and residential towers. It focuses on the energy performance of the built environment at three different scales – the building, the façade and the city area. The details of the three “morpho-energetic” studies are as follows : 1 - the first one analyses the link between buildings' dimensions and their energy performance: it focuses on a simple calculation method to quickly approximate the whole energy balance of residential buildings. 2 - the second study analyses the morphology of energy and density reasoned city areas: the ultimate goal is to develop a tool helping to find the optimal form(s) of a low energy and dense city area. It is based on a genetic algorithm tool. 3 - the last one analyses the energy impact of a new design methodology for construction and refurbishment: the Core-Skin-Shell concept.