L’émergence de la complexité, et de la vie en particulier, demeure l’une des énigmes les plus complexes pour la science moderne. Des travaux récents ont souligné la pertinence d’un apport de la physique statistique et de la théorie des phénomènes critiques — et en particulier de la théorie des phénomènes à criticalité auto-régulée — relativement à ces champs d’intérêt, tout autant que du rôle des phénomènes de coopération biochimique dans les premiers instants du vivant. La description des mécanismes par lesquels la vie a pu apparaître est par ailleurs d’un intérêt pratique pour l’astrophysique, puisque notre compréhension de ceux-ci module la manière dont l’analyse de biosignatures s’effectue dans le cadre de la recherche de la vie ailleurs dans l’Univers. L’analyse proposée ici porte sur un modèle en théorie des jeux permettant d’étudier les phénomènes de coopération implémenté dans un contexte spatial servant à émuler la dynamique d’un système ayant pu voir apparaître la vie. Une analyse de l’espace des paramètres du modèle révèle que celui-ci affiche des phénomènes de transition de phase et d’auto-organisation de structures spatiales, ces éléments se révélant des adjuvants à l’émergence de la coopération entre joueurs a priori égoïstes, dans un contexte qui à prime abord n’est pas d’emblée favorable à l’apparition de comportements coopératifs. Les résultats obtenus ici semblent supporter que la coopération biochimique puisse apparaître via un phénomène de transition de phase et que le modèle sous-jacent de dilemme du prisonnier itéré sur réseau présenté ici agit comme un système à criticalité autorégulée. / The emergence of complexity, and of life more specifically, is still one of the most intractable conundrums for modern science. Recent work emphasized the relevance of statistical physics and critical phenomena theory’s contribution to those questions — especially of self-organized criticality theory — just as much as the role of biochemical cooperation in life’s first moments. Moreover, the description of the mechanisms by which life could have appeared is of particular interest for astrophysics, because our comprehension of those mechanisms influences how biosignatures are analyzed in the context of the search for life elsewhere in the Universe. The analysis presented here concerns a model in game theory that allows to study cooperation phenomena — implemented in spatial context as to emulate the dynamics of a system in which life could have appeared. An analysis of the model’s parameter space reveals that it displays phase transition and self-organization of spatial structures phenomenon, those elements being adjuvants to the emergence of cooperation between a priori egoist players, in a context that is initially not favorable to the emergence of cooperative behavior. The results obtained here thus seem to support the idea that both biochemical cooperation can emerge through phase transition phenomena, and that the underlying lattice iterated prisoner’s dilemma model used here behaves like a self-organized critical system.

L’éthique de l’intelligence artificielle (IA) constitue un domaine de recherche pluridisciplinaire en expansion. Cette thèse s’inscrit dans le champ de l’éthique de l’IA et en propose une nouvelle interprétation. D’entrée de jeu, les nombreux liens qu’entretiennent les défis et opportunités que présentent les systèmes employant l’intelligence artificielle avec le domaine politique y sont exposés. Une hypothèse clé animant cette thèse est que, puisque la politique consiste à répondre au conflit par le dialogue, les décideurs politiques aux prises avec des questions concernant l’IA peuvent tirer profit des orientations fournies par différentes traditions éthiques. Afin de faciliter un dialogue optimal, une prise de position métaéthique particulière est avancée au niveau théorique, soit le « monisme non orthodoxe », tandis qu’une série de questions ciblées est proposée au niveau de la pratique. Divisée en trois sections, la thèse débute avec une exploration métaéthique des fondements des approches éthiques principales qui sont à l’œuvre dans les réflexions contemporaines concernant l’IA. Les écoles éthiques étudiées, en faisant appel au continuum qui distingue le monisme et le pluralisme, sont l’éthique de la vertu, l’utilitarisme et l’éthique déontologique. Ces démarches monistes sont ensuite placées en contraste avec le pluralisme des valeurs, une approche souvent employée, mais rarement nommée de manière explicite. La deuxième section consiste en une analyse métaéthique d’une vingtaine de directives éthiques émises par des compagnies privées, la société civile ainsi que des organisations à multiples partenaires, de même que par des instances gouvernementales ou intergouvernementales. C’est ce portrait qui révèle à quel point le pluralisme des valeurs est récurrent dans ces directives. En outre, il se mêle souvent à d’autres approches éthiques pour générer des versions en situation de « tension métaéthique », bien que cela ne se produise souvent que de manière implicite. En conséquence, les propositions associées à ces approches sont parfois contradictoires, tant en ce qui concerne leur formulation que dans la manière dont elles seraient mises en œuvre. Une approche éthique alternative est proposée dans la troisième section. Cette approche est formée d’éléments dérivés spécialement de l’éthique de la vertu et du pluralisme. Ils fondent le socle sur lequel, dans le chapitre final de la thèse, un « guide dialogique » est développé pour l’usage des décideurs politiques. La prudence, une sensibilité profonde au contexte, une orientation téléologique « douce » vers le bien commun ainsi que l’ouverture à la possibilité de dilemmes insolubles caractérisent cette approche éthique. La philosophie herméneutique est également mise à contribution pour justifier l’articulation d’une série de questions destinées à guider le dialogue des décideurs politiques. En effet, l’herméneutique encourage une logique de questions, plutôt qu’une logique dérivée de principes ou de théories. / The ethics of artificial intelligence (AI) is a growing field of multidisciplinary research. This thesis falls within AI ethics and suggests a new interpretation. The numerous challenges and opportunities generated by AI systems are described at the outset. A key assumption of the thesis is that, given that politics consists of responding to conflict with dialogue, policy-makers dealing with the questions surrounding AI can benefit from the guidance provided by different ethical traditions. Furthermore, in order to facilitate an optimal dialogue, this thesis puts forward a particular metaethical position, that of “unorthodox monism” at the theoretical level, and one consisting of a series of pertinent questions at the practical level. Divided into three main sections, the thesis begins by exploring the metaethical foundations at work in most contemporary thinking about AI. Using a continuum that distinguishes between monism and pluralism in ethics, the particular schools examined are virtue ethics, utilitarianism, and deontology. These monistic approaches are then contrasted with value pluralism, which is an approach that is often employed and yet rarely identified explicitly. The second section consists of a metaethical analysis of a sample of some twenty sets of AI ethical guidelines produced within private companies, civil society and by multi-partner organizations, as well as by governmental and intergovernmental bodies. It is this portrait which reveals how value pluralism recurs in many of these sets of guidelines. Moreover, it is also often implicitly combined with other ethical approaches to generate “mixed” versions, which exhibit metaethical tensions. As a result, the proposals associated with these approaches are sometimes contradictory, both in regards to how they are formulated as well as to how they are to be implemented. Third, an alternative ethical approach is proposed. It consists of elements derived in particular from virtue ethics and value pluralism. They form the basis upon which, in the thesis’ final chapter, a “dialogical guide” is formulated for use by policy-makers. Prudence, a deep sensitivity to context, a “soft” teleological orientation towards a common good, along with openness to the possibility of intractable dilemmas characterize this approach. Hermeneutical philosophy is also drawn upon in order to justify the articulation of a series of questions meant to guide the dialogue of policy-makers. Indeed, hermeneutics calls forth a logic of questions rather than one based on principles or theories.

Dans cette thèse, nous étudions les effets d'un environnement stochastique et de l'utilisation d'une stratégie d'opting-out sur l'évolution de la coopération dans les jeux évolutionnaires. La thèse contient 8 articles, dont 6 sont déjà publiés dans des revues avec comité de lecture. Outre l'introduction, la thèse est divisée en deux parties, la partie 1 composée de 5 articles et la partie 2 de 3 articles. La partie 1 étudie l'impact de gains randomisés dans les jeux évolutionnaires. L'article 1 introduit les concepts de stabilité pour les jeux avec matrice de paiement aléatoire 2x2 dans des populations infinies avec des générations discrètes sans chevauchement dans un environnement stochastique. On y donne les conditions pour qu'un équilibre, sur la frontière ou à l'intérieur du simplexe des fréquences des stratégies, soit stochastiquement localement stable ou instable. L'article 2 étend les résultats de l'article 1 au cas où la valeur sélective est une fonction exponentielle du gain attendu suite à des interactions aléatoires par paires et montre que, de manière inattendue, le bruit aléatoire environnemental peut rompre un cycle périodique et favoriser la stabilité d'un équilibre intérieur. L'article 3 discute des effets de la sélection faible. Alors que les conditions de stabilité dans un environnement aléatoire reviennent aux conditions du cas déterministe lorsque l'intensité de la sélection diminue, les fluctuations aléatoires des gains peuvent accélérer la vitesse de convergence vers un équilibre stable sous une sélection plus faible. L'article 4 applique la théorie de la stabilité évolutive stochastique à un jeu randomisé de dilemme du prisonnier. On y montre que l'augmentation de la variance des gains de défection est propice à l'évolution de la coopération. L'article 5 étudie les jeux matriciels randomisés dans des populations finies et donne les conditions pour que la sélection favorise l'évolution de la coopération dans le contexte du jeu randomisé de dilemme du prisonnier. La partie 2 considère un jeu répété de dilemme du prisonnier dans le cas où un comportement d'opting-out est adopté par chaque joueur dans les interactions par paires. L'article 6 étudie la dynamique évolutive de la coopération et de la défection dans ce contexte et montre une possible coexistence à long terme, en supposant une population infinie et un équilibre rapide (en fait, instantané) dans les fréquences des paires. L'article 7 rapporte des résultats expérimentaux avec 264 étudiants universitaires utilisant la stratégie d'opting-out qui soutiennent la prédiction théorique d'une coexistence à long terme de coopération et de défection. L'article 8 étend l'analyse du modèle avec la stratégie d'opting-out au cas d'une population finie et fournit une preuve rigoureuse des deux échelles de temps pour les fréquences de coopération et de défection d'une part et les fréquences de paires de stratégies d'autre part. / In this thesis, we study the effects of a stochastic environment and the use of an opting-out strategy on the evolution of cooperation in evolutionary games. The thesis contains 8 articles, among which 6 are already published in peer-reviewed journals. Apart from the introduction, the thesis is divided into two parts, Part 1 made with 5 articles and Part 2 with 3 articles. Part 1 studies randomized payoffs in evolutionary games. Article 1 introduces stability concepts for 2x2 matrix games in infinite populations undergoing discrete, non-overlapping generations in a stochastic environment and gives conditions for an equilibrium, either on the boundary or in the interior of the simplex of all strategy frequencies, to be stochastically locally stable or unstable. Article 2 extends the results of Article 1 to the case where fitness is an exponential function of expected payoff in random pairwise interactions and shows that, unexpectedly, environmental random noise can break a periodic cycle and promote stability of an interior equilibrium. Article 3 discusses the effects of weak selection. While stability conditions in a random environment return to conditions in the deterministic case as selection intensity diminishes, random fluctuations in payoffs can accelerate the speed of convergence toward a stable equilibrium under weaker selection. Article 4 applies stochastic evolutionary stability theory to a randomized Prisoner's dilemma game and shows that increasing the variance in payoffs for defection is conducive to the evolution of cooperation. Article 5 studies randomized matrix games in finite populations and gives conditions for selection to favor the evolution of cooperation in the context of a randomized Prisoner's dilemma. Part 2 considers a repeated Prisoner's dilemma game with an opting-out behavior adopted by every player in pairwise interactions. Article 6 studies the evolutionary dynamics of cooperation and defection in this context and shows possible long-term coexistence, assuming an infinite population and fast (actually, instantaneous) equilibrium in the pair frequencies. Article 7 reports experimental results with 264 university students using the opting-out strategy that support the theoretical prediction of a long-term coexistence of cooperation and defection. Article 8 extends the analysis of the model with the opting-out strategy to the case of a finite population and provides a rigorous proof of the two-time scales for the frequencies of cooperation and defection on one hand and the frequencies of strategy pairs on the other.

Quels sont les principes fondateurs de l'auto-organisation des sociétés humaines ? Produits d'une évolution culturelle rapide, qui a pris le pas sur l'évolution biologique, celles-ci réclament une approche par des formalismes radicalement différents de ceux utilisés généralement dans l'étude des autres sociétés animales.<br /><br /><br />Concrètement, la modélisation des rapports entre individus et collectif considère le plus souvent des agents qui peuvent être représentés sous la forme d'une hiérarchie de règles, chacune se plaçant en position méta par rapport aux règles du niveau inférieur. Celles-ci peuvent s'interpréter, selon les niveaux, comme des règles de comportement, des règles de décision, des règles de transmission culturelle ou génétique.<br /><br />L'émergence de régularités au niveau collectif peut alors s'interpréter comme la sélection d'une distribution particulière sur l'ensemble des règles et métarègles définissant les agents. Dès lors, le problème de l'auto-organisation dans les systèmes économiques et sociaux se reformule autour de la question suivante : « Peut-on endogénéiser les distributions des métarègles de comportement de manière à ce qu'elles soient le produit des dynamiques collectives qu'elles définissent ? ».<br /><br />Nous montrons dans cette thèse que la prise en compte, dans les modèles formels, de la spécificité de l'imitation humaine permet de répondre positivement à cette question, un point essentiel étant qu'une règle d'imitation peut être sa propre métarègle. Nous proposons ainsi un cadre formel pour l'étude de sociétés d'agents mimétiques auto-organisées, les jeux métamimétiques ; le concept d'équilibre correspondant est alors l'état contrefactuellement stable : aucun agent ne peut s'imaginer mieux qu'il n'est en se mettant contrefactuellement à la place de l'un de ses voisins. Nous étudions ensuite les propriétés de ces jeux en prenant comme champs d'application le problème de l'émergence de la coopération dans un dilemme de prisonnier spatialisé. Nous montrons au passage, que cette approche permet d'échapper au dilemme.<br /><br /><br />Plus généralement, nous nous plaçons dans le cadre de la théorie des jeux stochastiques et nous explicitons le rôle structurant des perturbations dans ce type de système dynamique, les structures spatio-temporelles émergentes étant le produit du couplage entre la dynamique endogène des systèmes métamimétiques et la structure interne des perturbations. En rupture avec l'approche traditionnelle, ceci nous amène à interpréter l'hétérogénéité auto-organisée des systèmes sociaux humains comme une différenciation par un processus de co-évolution d'une multiplicité de critères possibles, plutôt que par un processus d'optimisation global d'un critère unique.

Le fichiers qui accompagnent mon document ont été réalisés avec le logiciel Mathematica / Dans cette thèse, nous étudions la théorie des jeux évolutionnaires dans quelques exemples de populations structurées. En particulier, nous analysons l’évolution de la coopération en déterminant des conditions qui la favorisent dans le cas des interactions par paire. On s’intéresse à l’évolution de la coopération dans un espace phénotypique de dimension quelconque. Puis on étudie la coopération dans une population finie, subdivisée en groupes de même quelconques avec une hiérarchie entre les groupes. Finalement, on présente l’effet de l’aspiration sur le processus évolutif dans une population finie répartie sur un cercle où il y a des positions à occuper. / In this thesis, we study some examples of structured populations. In particular, we analyze the evolution of cooperation in the sense of determining conditions that favor it. We study the evolution of cooperation in a phenotype space of any size. We study also the evolution of cooperation in a finite population subdivided into hierarchical groups of any size. Finally, we study the effect of aspiration on the evolutionary process in a finite population distributed on a circle with only a local interaction by pairwise.

À partir d'un modèle d’analyse alliant les apports théoriques des sociologies de l'aide familiale et des émotions, nous analysons l'expérience de la prise en charge familiale de la maladie d’Alzheimer à travers trois dilemmes : l’exercice de la toilette du malade, le recours aux structures d'accueil et d’hébergement et l’intervention dans sa vie privée. Ces dilemmes sont appréhendés au prisme de trois registres d'interprétation, d'action et de justification : un registre principiel, un registre relationnel et un registre émotionnel. Nos analyses éclairent ainsi la singularité plurielle des expériences et des implications des proches familiaux des malades. / From an analytical model, combining the theoretical contributions of the sociology of family support and the sociology of emotions, we analyze the experience of family care of Alzheimer’s disease through three dilemmas: the exercise of the patient’s toilet, the use of reception and housing structures by families and intervention in the patient’s private life. Theses dilemmas are understood through the prism of three registers of interpretation, action and justification: a register of principles, a relational register and an emotional register. Our analysis light up the plural singularity of experiences and implications of relatives of Alzheimer’s patients. / A partir de un modelo analítico que combina las contribuciones teóricas de las sociologías del apoyo familiar y de las emociones, se analiza la experiencia de la atención familiar de la enfermedad de Alzheimer a través de tres dilemas: el ejercicio del baño del enfermo, el uso de centros de día y residencias, y la intervención en su vida privada. Estos dilemas se entienden bajo el prisma de tres registros de interpretación, acción y justificación: un registro de principios, un registro relacional y un registro emocional. Nuestros análisis aclaran la singularidad plural de las experiencias e implicaciones de los familiares de los enfermos.

L'implantation en Virgule Flottante (VF) d'une fonction à valeurs réelles est réalisée avec arrondi correct si le résultat calculé est toujours égal à l'arrondi de la valeur exacte, ce qui présente de nombreux avantages. Mais pour implanter une fonction avec arrondi correct de manière fiable et efficace, il faut résoudre le "dilemme du fabricant de tables" (TMD en anglais). Deux algorithmes sophistiqués (L et SLZ) ont été conçus pour résoudre ce problème, via des calculs longs et complexes effectués par des implantations largement optimisées. D'où la motivation d'apporter des garanties fortes sur le résultat de ces pré-calculs coûteux. Dans ce but, nous utilisons l'assistant de preuves Coq. Tout d'abord nous développons une bibliothèque d'"approximation polynomiale rigoureuse", permettant de calculer un polynôme d'approximation et un intervalle bornant l'erreur d'approximation à l'intérieur de Coq. Cette formalisation est un élément clé pour valider la première étape de SLZ, ainsi que l'implantation d'une fonction mathématique en général (avec ou sans arrondi correct). Puis nous avons implanté en Coq, formellement prouvé et rendu effectif 3 vérifieurs de certificats, dont la preuve de correction dérive du lemme de Hensel que nous avons formalisé dans les cas univarié et bivarié. En particulier, notre "vérifieur ISValP" est un composant clé pour la certification formelle des résultats générés par SLZ. Ensuite, nous nous sommes intéressés à la preuve mathématique d'algorithmes VF en "précision augmentée" pour la racine carré et la norme euclidienne en 2D. Nous donnons des bornes inférieures fines sur la plus petite distance non nulle entre sqrt(x²+y²) et un midpoint, permettant de résoudre le TMD pour cette fonction bivariée. Enfin, lorsque différentes précisions VF sont disponibles, peut survenir le phénomène de "double-arrondi", qui peut changer le comportement de petits algorithmes usuels en arithmétique. Nous avons prouvé en Coq un ensemble de théorèmes décrivant le comportement de Fast2Sum avec double-arrondis.

Quels sont les principes fondateurs de l'auto-organisation des sociétés humaines ? Produits d'une évolution culturelle rapide, qui a pris le pas sur l'évolution biologique, celles-ci réclament une approche par des formalismes radicalement différents de ceux utilisés généralement dans l'étude des autres sociétés animales. Concrètement, la modélisation des rapports entre individus et collectif considère le plus souvent des agents qui peuvent être représentés sous la forme d'une hiérarchie de règles, chacune se plaçant en position méta par rapport aux règles du niveau inférieur. Celles-ci peuvent s'interpréter, selon les niveaux, comme des règles de comportement, des règles de décision, des règles de transmission culturelle ou génétique. L'émergence de régularités au niveau collectif peut alors s'interpréter comme la sélection d'une distribution particulière sur l'ensemble des règles et métarègles définissant les agents. Dès lors, le problème de l'auto-organisation dans les systèmes économiques et sociaux se reformule autour de la question suivante : « Peut-on endogénéiser les distributions des métarègles de comportement de manière à ce qu'elles soient le produit des dynamiques collectives qu'elles définissent ? ». Nous montrons dans cette thèse que la prise en compte, dans les modèles formels, de la spécificité de l'imitation humaine permet de répondre positivement à cette question, un point essentiel étant qu'une règle d'imitation peut être sa propre métarègle. Nous proposons ainsi un cadre formel pour l'étude de sociétés d'agents mimétiques auto-organisées, les jeux métamimétiques ; le concept d'équilibre correspondant est alors l'état contrefactuellement stable : aucun agent ne peut s'imaginer mieux qu'il n'est en se mettant contrefactuellement à la place de l'un de ses voisins. Nous étudions ensuite les propriétés de ces jeux en prenant comme champs d'application le problème de l'émergence de la coopération dans un dilemme de prisonnier spatialisé. Nous montrons au passage, que cette approche permet d'échapper au dilemme. Plus généralement, nous nous plaçons dans le cadre de la théorie des jeux stochastiques et nous explicitons le rôle structurant des perturbations dans ce type de système dynamique, les structures spatio-temporelles émergentes étant le produit du couplage entre la dynamique endogène des systèmes métamimétiques et la structure interne des perturbations. En rupture avec l'approche traditionnelle, ceci nous amène à interpréter l'hétérogénéité auto-organisée des systèmes sociaux humains comme une différenciation par un processus de co-évolution d'une multiplicité de critères possibles, plutôt que par un processus d'optimisation global d'un critère unique.

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De plus en plus de constructeurs proposent des accélérateurs de calculs à base de circuits reconfigurables FPGA, cette technologie présentant bien plus de souplesse que le microprocesseur. Valoriser cette flexibilité dans le domaine de l'accélération de calcul flottant en utilisant les langages de description de circuits classiques (VHDL ou Verilog) reste toutefois très difficile, voire impossible parfois. Cette thèse a contribué au développement du logiciel FloPoCo, qui offre aux utilisateurs familiers avec VHDL un cadre C++ de description d'opérateurs arithmétiques génériques adapté au calcul reconfigurable. Ce cadre distingue explicitement la fonctionnalité combinatoire d'un opérateur, et la problématique de son pipeline pour une précision, une fréquence et un FPGA cible donnés. Afin de pouvoir utiliser FloPoCo pour concevoir des opérateurs haute performance en virgule flottante, il a fallu d'abord concevoir des blocs de bases optimisés. Nous avons d'abord développé des additionneurs pipelinés autour des lignes de propagation de retenue rapides, puis, à l'aide de techniques de pavages, nous avons conçu de gros multiplieurs, possiblement tronqués, utilisant des petits multiplieurs. L'évaluation de fonctions élémentaires en flottant implique souvent l'évaluation en virgule fixe d'une fonction. Nous présentons un opérateur générique de FloPoCo qui prend en entrée l'expression de la fonction à évaluer, avec ses précisions d'entrée et de sortie, et construit un évaluateur polynomial optimisé de cette fonction. Ce bloc de base a permis de développer des opérateurs en virgule flottante pour la racine carrée et l'exponentielle qui améliorent considérablement l'état de l'art. Nous avons aussi travaillé sur des techniques de compilation avancée pour adapter l'exécution d'un code C aux pipelines flexibles de nos opérateurs. FloPoCo a pu ainsi être utilisé pour implanter sur FPGA des applications complètes.