La biologie synthétique est une science issue du rapprochement entre les biotechnologies et les sciences pour l’ingénieur. Elle consiste à créer de nouveaux systèmes biologiques par une combinaison rationnelle d’éléments biologiques standardisés, découplés de leur contexte naturel. L’environnement, l’agroalimentaire et la santé figurent parmi ses principaux domaines d’application. Cette thèse s’est focalisée sur les aspects liés à la conception ex-vivo de ces biosystèmes artificiels. A partir des analogies réalisées entre les processus biologiques et certaines fonctions électroniques, l’accent a été mis sur la réutilisation et l’adaptation des outils de conception numériques, supportant l’approche de conception « top-down ». Ainsi, une adaptation complète des méthodes de CAO de la microélectronique a été mise en place pour la biologie synthétique. Dans cette optique, les mécanismes biologiques élémentaires ont été modélisés sous plusieurs niveaux d’abstraction, allant de l’abstraction numérique à des modèles flux de signal et des modèles conservatifs. Des modèles en logique floue ont aussi été développés pour faire le lien entre ces niveaux d’abstraction. Ces différents modèles ont été implémentés avec deux langages de description matérielle et ont été validés sur la base de résultats expérimentaux de biosystèmes artificiels parmi les plus avancés. Parallèlement au travail de formalisation des modèles destinés au flot de conception, leur amélioration a aussi été étudiée : la modélisation des interactions entre plusieurs molécules a été rendue plus réaliste et le développement de modèles de bruits biologiques a également été intégré au processus. Cette thèse constitue donc une contribution importante dans la structuration et l’automatisation d’étapes de conception pour les biosystèmes synthétiques. Elle a permis de tracer les contours d’un flot de conception complet, adapté de la microélectronique, et d’en mettre en évidence les intérêts. / Synthetic biology is a science derived from the rapprochement between biotechnology and engineering science. It aims to create new biological systems through a rational combination between standardized biological elements which are disconnected from their natural context. Its main areas of application are the environment, the food-processing industry and the health sector. This thesis focuses on the ex vivo design aspects of these artificial biosystems. Thanks to analogies between biological processes and some electronic functions, the emphasis was put on reusing and adapting digital design tools that are fitting the top-down design approach. Thus, microelectronics CAD methods have been completely adapted to synthetic biology. In this regard, basic biological mechanisms have been modelled with various levels of abstraction, from digital abstraction to signal flow and conservative models. Fuzzy logic models have also been developed as a link between these levels of abstraction. These models have been implemented with two hardware description languages. They have been proven correct thanks to experimental results from state-of-the-art artificial biosystems. Concurrently to their formalization, improvements of design flow models have been studied: the modelling of interactions between several molecules have been made more realistic and the development of models for biological noise have been integrated to the process. This thesis is an important contribution to the structuring and the automation of some design steps for synthetic biosystems. It has made possible to highlight and to trace the outlines of a complete design flow, adapted from microelectronics.

Les systèmes sur puces intègrent aujourd’hui sur le même substrat des parties analogiques et des unités de traitement numérique. Tandis que la complexité de ces systèmes s’accroissait, leur temps de mise sur le marché se réduisait. Une conception descendante globale et coordonnée du système est devenue indispensable de façon à tenir compte des interactions entre les parties analogiques et les partis numériques dès le début du développement. Dans le but de répondre à ce besoin, cette thèse expose un processus de raffinement progressif et méthodique des parties analogiques, comparable à ce qui existe pour le raffinement des parties numériques. L'attention a été plus particulièrement portée sur la définition des niveaux analogiques les plus abstraits et à la mise en correspondance des niveaux d’abstraction entre parties analogiques et numériques. La cohérence du raffinement analogique exige de détecter le niveau d’abstraction à partir duquel l’utilisation d’un modèle trop idéalisé conduit à des comportements irréalistes et par conséquent d’identifier l’étape du raffinement à partir de laquelle les limitations et les non linéarités aux conséquences les plus fortes sur le comportement doivent être introduites. Cette étape peut être d’un niveau d'abstraction élevé. Le choix du style de modélisation le mieux adapté à chaque niveau d'abstraction est crucial pour atteindre le meilleur compromis entre vitesse de simulation et précision. Les styles de modélisations possibles à chaque niveau ont été examinés de façon à évaluer leur impact sur la simulation. Les différents modèles de calcul de SystemC-AMS ont été catégorisés dans cet objectif. Les temps de simulation obtenus avec SystemC-AMS ont été comparés avec Matlab Simulink. L'interface entre les modèles issus de l'exploration d'architecture, encore assez abstraits, et les modèles plus fin requis pour l'implémentation, est une question qui reste entière. Une bibliothèque de composants électroniques complexes décrits en SystemC-AMS avec le modèle de calcul le plus précis (modélisation ELN) pourrait être une voie pour réussir une telle interface. Afin d’illustrer ce que pourrait être un élément d’une telle bibliothèque et ainsi démontrer la faisabilité du concept, un modèle d'amplificateur opérationnel a été élaboré de façon à être suffisamment détaillé pour prendre en compte la saturation de la tension de sortie et la vitesse de balayage finie, tout en gardant un niveau d'abstraction suffisamment élevé pour rester indépendant de toute hypothèse sur la structure interne de l'amplificateur ou la technologie à employer. / Systems on Chip (SoC) embed in the same chip analogue parts and digital processing units. While their complexity is ever increasing, their time to market is becoming shorter. A global and coordinated top-down design approach of the whole system is becoming crucial in order to take into account the interactions between the analogue and digital parts since the beginning of the development. This thesis presents a systematic and gradual refinement process for the analogue parts comparable to what exists for the digital parts. A special attention has been paid to the definition of the highest abstracted analogue levels and to the correspondence between the analogue and the digital abstraction levels. The analogue refinement consistency requires to detect the abstraction level where a too idealised model leads to unrealistic behaviours. Then the refinement step consist in introducing – for instance – the limitations and non-linearities that have a strong impact on the behaviour. Such a step can be done at a relatively high level of abstraction. Correctly choosing a modelling style, that suits well an abstraction level, is crucial to obtain the best trade-off between the simulation speed and the accuracy. The modelling styles at each abstraction level have been examined to understand their impact on the simulation. The SystemC-AMS models of computation have been classified for this purpose. The SystemC-AMS simulation times have been compared to that obtained with Matlab Simulink. The interface between models arisen from the architectural exploration – still rather abstracted – and the more detailed models that are required for the implementation, is still an open question. A library of complex electronic components described with the most accurate model of computation of SystemC-AMS (ELN modelling) could be a way to achieve such an interface. In order to show what should be an element of such a library, and thus prove the concept, a model of an operational amplifier has been elaborated. It is enough detailed to take into account the output voltage saturation and the finite slew rate of the amplifier. Nevertheless, it remains sufficiently abstracted to stay independent from any architectural or technological assumption.

Les systèmes sur puce sont de plus en plus complexes : ils intègrent des parties numériques, desparties analogiques et des capteurs ou actionneurs. SystemC et son extension SystemC AMSpermettent aujourd’hui de modéliser à haut niveau d’abstraction de tels systèmes. Ces outilsconstituent de véritables atouts dans une optique d’étude de faisabilité, d’exploration architecturale etde vérification du fonctionnement global des systèmes complexes hétérogènes et multiphysiques. Eneffet, les durées de simulation deviennent trop importantes pour envisager les simulations globales àbas niveau d’abstraction. De plus, les simulations basées sur l’utilisation conjointe de différents outilsprovoquent des problèmes de synchronisation. Les modèles de bas niveau, une fois crées par lesspécialistes des différents domaines peuvent toutefois être abstraits afin de générer des modèles dehaut niveau simulables sous SystemC/SystemC AMS en des temps de simulation réduits. Une analysedes modèles de calcul et des styles de modélisation possibles est d’abord présentée afin d’établir unlien avec les durées de simulation, ceci pour proposer un style de modélisation en fonction du niveaud’abstraction souhaité et de l’ampleur de la simulation à effectuer. Dans le cas des circuits analogiqueslinéaires, une méthode permettant de générer automatiquement des modèles de haut niveaud’abstraction à partir de modèles de bas niveau a été proposée. Afin d’évaluer très tôt dans le flot deconception la consommation d’un système, un moyen d’enrichir les modèles de haut niveaupréalablement générés est présenté. L’attention a ensuite été portée sur la modélisation à haut niveaudes systèmes multiphysiques. Deux méthodes y sont discutées : la méthode consistant à utiliser lecircuit équivalent électrique puis la méthode basée sur les bond graphs. En particulier, nous proposonsune méthode permettant de générer un modèle équivalent au bond graph à partir d’un modèle de basniveau. Enfin, la modélisation d’un système éolien est étudiée afin d’illustrer les différents conceptsprésentés dans cette thèse. / Systems on chip are more and more complex as they now embed not only digital and analog parts, butalso sensors and actuators. SystemC and its extension SystemC AMS allow the high level modeling ofsuch systems. These tools are efficient for feasibility study, architectural exploration and globalverification of heterogeneous and multiphysics systems. At low level of abstraction, the simulationdurations are too important. Moreover, synchronization problems appear when cosimulations areperformed. It is possible to abstract the low level models that are developed by the specialists of thedifferent domains to create high level models that can be simulated faster using SystemC/SystemCAMS. The models of computation and the modeling styles have been studied. A relation is shownbetween the modeling style, the model size and the simulation speed. A method that generatesautomatically the high level model of an analog linear circuit from its low level representation isproposed. Then, it is shown how to include in the high level model some information allowing thepower consumption estimation. After that, the multiphysics systems modeling is studied. Twomethods are discussed: firstly, the one that uses the electrical equivalent circuit, then the one based onthe bond graph approach. It is shown how to generate a bond graph equivalent model from a low levelrepresentation. Finally, the modeling of a wind turbine system is discussed in order to illustrate thedifferent concepts presented in this thesis.

Cette thèse se focalise sur l’amélioration de l’évaluation de performance des processus métiers collaboratifs. Il s’agit de poursuivre l’évolution de la collaboration entre l’entreprise et ses partenaires. Trois niveaux d’abstraction ont été d’abord identifiés : Métier, fonctionnel et applicatif. Ensuite, nous avons développé une approche descendante allant du niveau métier au niveau applicatif. Dans le niveau métier, des différents d’indicateurs clés de performance ont été proposés à travers la méthodeECOGRAI. Dans le niveau applicatif, nous avons proposé un référentiel d’analyse contenant des indicateurs techniques fonctionnels tels que la durée, l’input, l’output, et non-fonctionnels notamment la maturité, le risque, l’interopérabilité à partir des traces d’exécution. Nous avons proposé ainsi un modèle ontologique en vue de capitaliser et enrichir la sémantique de la performance de ces processus. Nous avons proposé un modèle ascendant pour l’agrégation des indicateurs technique au niveaumétier. Le principal objectif de cette agrégation est la corrélation entre le comportement de l’application métier agrégé à partir de l’exécution et l’évolution des indicateurs métiers. Un autre modèle de gestion des événements métiers a été également proposé pour consolider le processus d’apprentissage de notre approche. Par ailleurs, pour assurer la convergence de la performance, nous avons combiné entre la gestion des traces et la gestion des évènements métiers. Cette combinaison permet d’accompagner l’évolution des processus métiers collaboratifs pendant leur exécution. L’accompagnement évoqué avant favorise l’obtention d’un diagnostic sur la performance pour servir à la prise de décision. Cette dernière est liée étroitement à la détection des alertes et particulièrement à l’anticipation des déviations de la performance le plus rapidement possible. Pour valider lacontribution scientifique de cette thèse, une étude de cas a été réalisée sur un processus de création de devis dans le cadre du projet européen FITMAN. / This thesis focuses on improving the performance evaluation of collaborative business processes. It is about pursuing the evolution of the collaboration between the company and its partners. In the beginning, three abstraction levels were identified: Business, functional and application. Then, we developed a top-down approach from the business level to the application level. In the business level, different key performance indicators have been proposed through the ECOGRAI method. In the application level, we proposed an analytical repository containing functional technical indicators such as duration, input, output, and non-functional, including maturity, risk, and interoperability based on execution traces. We have thus proposed an ontological model in order to capitalize and enrich the semantics of the performance of these processes. We proposed a bottom-up model for the aggregation of technical indicators at the business level. The main objective of this aggregation is the correlation between the behavior of the aggregated business application from the execution and the evolution of the business indicators. Another business event management model was also proposed to consolidate the learning process of our approach. Moreover, to ensure the convergence of performance, we have combined traces management and business event management. This combination allows to accompany the evolution of the collaborative business processes during their execution. The aforementionedaccompaniment favors the obtaining of a diagnosis on performance to be used for decision-making. The latter is closely linked to the detection of alerts and particularly to the anticipation of deviations in performance as quickly as possible. To validate the scientific contribution of this thesis, a case study was carried out on a process of creation of quote within the framework of the European project FITMAN.