La croissance en taille et en complexité des logiciels actuels, ainsi que les contraintes du marché, rendent de plus en plus nécessaires les techniques d'ingénierie concurrente. Ces techniques servent à réduire les temps de développement en permettant à plusieurs développeurs de travailler simultanément sur les mêmes objets. Malheureusement, la concurrence pose de nombreux problèmes mal gérés par les systèmes de support à la collaboration qui existent aujourd'hui. Le contrôle de la concurrence est donc un défi pour les concepteurs d'environnements de génie logiciel. Cette thèse s'intéresse au support informatique des procédés collaboratifs de génie logiciel et, en particulier, au contrôle de la concurrence.<br />Notre proposition sera divisée en deux parties. Dans la première partie nous définissons un langage pour la modélisation des procédés de génie logiciel concurrents et nous expliquons les mécanismes qui permettent l'application dans la réalité des procédés ainsi définis. La deuxième partie propose un système dit d'augmentation de l'information contextuelle, qui prend avantage de l'existence des modèles de procédés, pour fournir aux utilisateurs une information pertinente pour leur travail.<br />La proposition est implémentée au sein du logiciel CELINE. Ce logiciel a été mis en service dans un environnement industriel au sein de deux équipes de conception de la société STMicroelectronics.

L'approche proposée dans cette thèse et qui se nomme MeTSI (pour Méthode de Transformation de Service Intentionnel) permet de décrire une démarche de développement d'une application à base de services interactifs par transformations successives des services intentionnels en services logiciels interactifs exécutables. La méthode applique les principes de l'ingénierie dirigée par les modèles. Elle adopte une approche transformationnelle, dans le sens où, à chaque étape, les modèles sont transformés et affinés. Elle permet d'aboutir à une solution logicielle exécutable sous la forme d'une application à base de services qui contient toutes les dimensions d'une application, à savoir, l'aspect interface de l'utilisateur avec l'application, l'aspect métier réalisé par des services web et leur coopération dans une composition orchestrée de services.

Ce travail est fondé sur une approche organisationnelle pour la gestion des connaissances lors des projets de conception mécanique. Lors de ces travaux, nous avons pris en compte les aspects sociaux et coopératifs du processus de conception où les acteurs métier travaillent ensemble, créent, utilisent et partagent leurs connaissances pour atteindre le même objectif : le développement d'un nouveau système mécanique. Quatre aspects ont été développés dans ce travail : <br />- L'élaboration d'un modèle organisationnel du processus de conception où sont représentés les rôles des acteurs métier, leurs compétences, leurs interactions ainsi que les connaissances qu'ils utilisent et partagent tout au long des activités de conception. Ce modèle est un guide pour la capitalisation et la réutilisation des connaissances lors des projets de conception ;<br />- La définition d'un modèle de mémoire organisationnelle, MemoDesign, fournissant un cadre pour la structuration et l'indexation des connaissances à archiver lors des projets de conception ;<br />- La construction d'une ontologie appelée OntoDesign permettant d'inférer et de manipuler les connaissances du domaine ;<br />- La conception et l'implantation du système multi-agents KATRAS prenant en compte les aspects sociaux et coopératifs du processus de conception et chargé de la construction de mémoires de projet au fil de l'eau des projets de conception mécaniques.

Lors d'un développement logiciel, et plus particulièrement d'un développement d'applications embarquées avioniques, les activités de vérification représentent un coût élevé. Une des pistes prometteuses pour la réduction de ces coûts est l'utilisation de méthodes formelles. Ces méthodes s'appuient sur des fondements mathématiques et permettent d'effectuer des tâches de vérification à forte valeur ajoutée au cours du développement. Les méthodes formelles sont déjà utilisées dans l'industrie. Cependant, leur difficulté d'appréhension et la nécessité d'expertise pour leur mise en pratique sont un frein à leur utilisation massive. Parallèlement au problème des coûts liés à la vérification logicielle, vient se greffer la complexification des logiciels et du contexte de développement. L'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) permet de faire face à ces difficultés en proposant des modèles, ainsi que des activités pour en tirer profit. Le but des travaux présentés dans cette thèse est d'établir un lien entre les méthodes formelles et l'IDM afin de proposer à des utilisateurs non experts une approche de vérification formelle et automatique de programmes susceptible d'améliorer les processus de vérification actuels. Nous proposons de générer automatiquement sur le code source des annotations correspondant aux propriétés comportementales attendues du logiciel, et ce, à partir de son modèle de conception. Ces annotations peuvent ensuite être vérifiées par des outils de preuve déductive, afin de s'assurer que le comportement du code est conforme au modèle. Cette thèse CIFRE s'inscrit dans le cadre industriel d'Atos. Il est donc nécessaire de prendre en compte le contexte technique qui s'y rattache. Ainsi, nous utilisons le standard UML pour la modélisation, le langage C pour l'implémentation et l'outil Frama-C pour la preuve du code. Nous tenons également compte des contraintes du domaine du logiciel avionique dans lequel Atos est impliqué et notamment les contraintes liées à la certification. Les contributions de cette thèse sont la définition d'un sous-ensemble des machines à états UML dédié à la conception comportementale de logiciel avionique et conforme aux pratiques industrielles existantes, la définition d'un patron d'implémentation C, la définition de patrons de génération des propriétés comportementales sur le code à partir du modèle et enfin l'implémentation de l'approche dans un prototype compatible avec l'environnement de travail des utilisateurs potentiels en lien avec Atos. L'approche proposée est finalement évaluée par rapport à l'objectif de départ, par rapport aux attentes de la communauté du génie logiciel et par rapport aux travaux connexes.

Le procédé d'électro-filage est devenu une technique privilégiée pour la préparation des matériaux nano-fibreux, grâce à sa simplicité de mise en oeuvre, la polyvalence des matières premières utilisées, ainsi que la diversité des structures obtenues. Sa capacité à produire des réseaux fibrillaires, proches de ceux du vivant ont ouvert la voie à d'importantes applications en ingénierie tissulaire. Cette étude a porté sur i) l'élaboration de nano-fibres à base de biopolymères commerciaux par un procédé d'électro-filage, pour des applications en ingénierie tissulaire, ii) leur fonctionnalisation et, iii) l'étude par SANS de la stabilité des chaînes de polymères constituant ces fibres. La stabilité d'un polymère est un facteur important pour la dégradation contrôlée dans les systèmes biologiques. Des études de la stabilité de polystyrène, utilisé ici comme un modèle simple, dans le milieu confiné des nanofibres, ont été élaborés avec la technique de diffusion de neutrons aux petits angles. L'investigation de la conformation des chaînes de polymère dans les nanofibres montre une anisotropie remarquable, en suggérant une forte déformation des chaînes dans la direction axiale des fibres d'au cours de procédé d'électro-filage. La dynamique de relaxation des chaînes a permis d'évaluer leur stabilité et vieillissement dans le milieu confiné des nanofibres. Des fibres biocompatibles à base de poly(-caprolactone) (PCL) ont été électro-filées et optimisées pour obtenir des matériaux nano-structurés et fonctionnalisés en vue d'applications biomédicales. L'introduction par chimie click azide-alcyne de groupes saccharidiques dans le coeur ou en surface des fibres de PCL a été réalisée très efficacement selon deux approches distinctes avant ou après électro-filage. Les caractérisations physico-chimiques et biologiques réalisées sur les différents systèmes ont notamment permis de mettre en évidence la biodisponibilité des sucres à la surface des fibres ainsi que leur capacité à rendre la PCL hydrophile. Ces résultats attestent du potentiel de la chimie click à permettre la fonctionnalisation de fibres de polyesters sans altération de leur structure ouvrant ainsi d'importantes perspectives dans le domaine de l'ingénierie tissulaire.

Le procédé d’électro-filage est devenu une technique privilégiée pour la préparation des matériaux nano-fibreux, grâce à sa simplicité de mise en oeuvre, la polyvalence des matières premières utilisées, ainsi que la diversité des structures obtenues. Sa capacité à produire des réseaux fibrillaires, proches de ceux du vivant ont ouvert la voie à d’importantes applications en ingénierie tissulaire. Cette étude a porté sur i) l'élaboration de nano-fibres à base de biopolymères commerciaux par un procédé d’électro-filage, pour des applications en ingénierie tissulaire, ii) leur fonctionnalisation et, iii) l’étude par SANS de la stabilité des chaînes de polymères constituant ces fibres. La stabilité d’un polymère est un facteur important pour la dégradation contrôlée dans les systèmes biologiques. Des études de la stabilité de polystyrène, utilisé ici comme un modèle simple, dans le milieu confiné des nanofibres, ont été élaborés avec la technique de diffusion de neutrons aux petits angles. L’investigation de la conformation des chaînes de polymère dans les nanofibres montre une anisotropie remarquable, en suggérant une forte déformation des chaînes dans la direction axiale des fibres d’au cours de procédé d’électro-filage. La dynamique de relaxation des chaînes a permis d’évaluer leur stabilité et vieillissement dans le milieu confiné des nanofibres. Des fibres biocompatibles à base de poly(-caprolactone) (PCL) ont été électro-filées et optimisées pour obtenir des matériaux nano-structurés et fonctionnalisés en vue d’applications biomédicales. L’introduction par chimie click azide-alcyne de groupes saccharidiques dans le coeur ou en surface des fibres de PCL a été réalisée très efficacement selon deux approches distinctes avant ou après électro-filage. Les caractérisations physico-chimiques et biologiques réalisées sur les différents systèmes ont notamment permis de mettre en évidence la biodisponibilité des sucres à la surface des fibres ainsi que leur capacité à rendre la PCL hydrophile. Ces résultats attestent du potentiel de la chimie click à permettre la fonctionnalisation de fibres de polyesters sans altération de leur structure ouvrant ainsi d’importantes perspectives dans le domaine de l’ingénierie tissulaire. / Electrospinning process has become a leading technique for producing nano-fibrous scaffolds that are highly porous, lighter, and with superior mechanical properties than their bulk equivalents. Structural properties of electrospun fibers closely resemble to the connective cell tissue, making these nonwovens readily employed in medicine and pharmacy. The research study of this thesis focused on bridging the commercially available biopolymers with the tissue engineering applications through multifunctional aspects of carbohydrates and click chemistry coupling. Biocompatible fibers were electrospun from poly(-caprolactone) and further optimized into clickable azido-PCL scaffolds. Their surface-activity was visualized after click coupling of a fluorescent dye onto PCL-based electrospun fibers, while hydrophilicity and bioactivity were achieved by covalent bonding of carbohydrates, enabling specific cell adhesion possibilities of these nonwovens. Selective lectin surface-immobilization revealed the potential of these scaffolds for specific protein adhesion and therefore controlled cell-material interactions. Polymer stability is an important factor for controlled degradation in tissue engineering applications. Small angle neutron scattering studies were carried out to estimate the stability of polystyrene as a model-polymer, its chain conformation in as-spun and thermally annealed electrospun fibers. Notable anisotropy of polymeric chains within the fibers was observed. The terminal relaxation time of the polystyrene was estimated and compared to the theoretical value.

Les robots sont très largement utilisés dans l’industrie ; une de leurs limites actuelles est celle de la complexité́ des tâches que l'on souhaite les voir accomplir. Celles-là ne peuvent être réalisées sans un haut pouvoir d’adaptation, autrement dit aujourd’hui sans la performance et la plasticité́ de la cognition humaine. La cobotique est récemment apparue comme « le domaine » de la collaboration homme-robot. Elle s’affirme comme perspective pour aider l’homme, l’augmenter, dans la réalisation de tâches complexes pour l’Industrie du Futur.Pour délimiter notre objet d’étude, nous avons ainsi introduit le concept de « système cobotique ». Ce système comprend l’homme et le robot, qui interagissent et peuvent avoir différents rôles, pour réaliser une tâche commune. La conception des systèmes cobotiques doit évidemment prendre en compte les technologies émergentes, mais elle doit surtout intégrer l’homme, grâce à l’analyse de l’activité, à la formalisation des connaissances, et aux simulations participatives. Pour cela, à l’initiative de Safran Group, cette thèse d’ingénierie cognitique a été réalisée en binôme avec un roboticien également doctorant et membre du groupe industriel : David Bitonneau.Ensemble, nous avons proposé une approche interdisciplinaire de conception, appelée l’« ingénierie des systèmes cobotiques ». Cette approche méthodologique, validée à la fois par nos encadrants académiques et industriels, a été expérimentée afin de satisfaire un besoin industriel de la société Ariane Group : le nettoyage des cuves. Nous avons conduit ce projet, de l’analyse du besoin jusqu’à la réalisation d’un prototype qui a été évalué par les opérateurs. L’industrialisation du système est en cours de préparation au moment de la rédaction de cette thèse, avec des perspectives de déploiements sur plusieurs sites.Nous prévoyons que les systèmes cobotiques tels que nous les avons définis, conçus et étudiés, seront une des clés de la compétitivité de l’Industrie du Futur. Elle pourra s’appuyer sur leur flexibilité et leur connectivité à l’écosystème technologique des ateliers 4.0, tout en maintenant la place centrale de l’homme et en considérant celui-là comme acteur premier dans le système. / Nowadays, robots are increasingly used in industrial processes. However, there is an upper bound on the tasks' complexity that industrial robots can execute. Some of these hard tasks can only be completed with a high adaptation capacity: the plasticity of human cognition. Research in Human Robot Collaboration targets the Industry 4.0 where robots will help and augment humans to achieve increasingly complex tasks.In this research, we introduce the concept of “cobotic system”. Such a system considers humans and robots - with possibly different roles - as interacting elements sharing a common purpose of solving a task. Clearly, creation of cobotic systems has to take into account emerging technologies, but it also has to include humans through activity analysis, knowledge formalization, and participative simulations. To do so, under the leadership of Safran Group, this cognitive engineering thesis has been completed as a team with the roboticist David Bitonneau.Together, we proposed the “cobotic system engineering”: a cross-disciplinary approach of cobotic system design. This methodological approach was motivated by an industrial need from Airbus Group: the difficulty of tank cleaning. We tackled this project from needs analysis to the creation of a prototype evaluated by actual operators. Additionally, the industrialization of our work is in progress.We argue that thanks to their flexibility, their connectivity to modern workshops' technological ecosystem and their ability to take humans into account, cobotic systems will be one of the key parts composing the Industry 4.0.

La nécessité de produire des logiciels de qualité en adéquation avec les besoins spécifiques du marché a conduit à l'émergence de nouvelles approches de développements telles que les Lignes de Produits Logiciels (LPL). Cependant pour répondre aux exigences croissantes des nouveaux systèmes informatiques, il convient aujourd'hui d'envisager la production de ces systèmes comme des compositions d’un grand nombre de systèmes interconnectés que l'on nomme aujourd'hui des systèmes-de-systèmes. En terme de lignes de produits, il s'agit de supporter la modularité et la très grande variabilité de ces systèmes, aussi bien du point de vue de la définition des sous-systèmes, que du point de vue de leur composition tout en garantissant la viabilité des systèmes construits. Pour supporter la construction et l'utilisation de lignes de produits logiciels complexes, nous proposons une nouvelle approche basée sur (i) la définition du modèle du domaine de la ligne, (ii) la formalisation de la variabilité des éléments du domaine par des feature models (FM) et (iii) l’expression des dépendances entre ces différents FM. Pour maîtriser la complexité de telles lignes nous avons complété cette approche de modélisation par d'une part, des algorithmes visant à assurer la cohérence des lignes ainsi modélisées et d'autre part, la conception d'un processus de configuration des produits logiciels complexes garantissant la cohérence des produits sans imposer d'ordre dans les choix utilisateurs et en autorisant l'annulation des choix. Nous validons nos travaux sur une LPL dédiée à un système-de-systèmes de portée industrielle pour la production de systèmes de diffusion d’informations. / The necessity of producing high quality softwares and the specific software market needs raise new approaches such as Software Product Lines (SPL). However in order to satisfy the growing requirements of new information systems, we need to consider those systems as a composition of many interconnected sub-systems called systems-of-systems. As a SPL, it implies to support the modularity and the large variability of such systems, from the definition of sub-systems to their composition, ensuring the consistency of final systems. To support design and usage of such a complex SPL, we propose a new approach based on (i) the definition of a SPL domain model, (ii) the formalization of variability using feature models (FM) and (iii) the representation of dependencies between those different FM. In order to manage the complexity of this SPL we complete our approach by in one hand algorithms ensuring the consistency of the SPL and on the other hand the definition of a configuration process which guarantees the consistency of products without imposing order in user choices and authorizing to cancel any choice. This thesis presents a formalization of these works and demonstrates the expected properties of those SPL, like the control of the product line consistency with incremental algorithms exploiting the domain model topology, the formal definition and the proof of the configuration process flexibility, and the consistency concepts of the process itself. On these basis, we propose a first implementation and we validate our works on a SPL dedicated to an industrial scale system-of-systems for producing digital signage systems.

Le développement logiciel est une activité intensément collaborative. Les problématiques habituelles de collaboration (organisation des tâches, utilisation des ressources, communication, etc.) y sont exacerbées par le rythme rapide des changements, la complexité et la grande interdépendance des artéfacts, le volume toujours croissant d'informations de contexte à traiter, la distribution géographique des participants, etc. Par conséquent, la question du support outillé de la collaboration se pose plus fortement que jamais en ingénierie logicielle. Dans cette thèse, nous abordons la question de la collaboration sous l'angle de la modélisation et de l'exploitation des processus de développement. Ces derniers sont traditionnellement considérés comme une structure imposée sur le développement d'un produit logiciel. Cependant, une part importante de la collaboration en génie logiciel est de nature ad hoc, faite d'activités non planifiées. Afin de faire contribuer les processus logiciels au support de la collaboration, en particulier celle non planifiée, nous nous intéressons à leur fonction de banques d'information sur les éléments clés de cette collaboration et les interactions entre ces derniers. Notre contribution est, d'une part, un modèle conceptuel du support au développement collaboratif, capable de rendre compte de la structure d'outils classiques comme ceux de gestion de versions ou de gestion de défauts logiciels. Ce modèle conceptuel est ensuite appliqué aux modèles de processus logiciels. Nous définissons ainsi une approche globale d'exploitation des informations de processus pour le support de la collaboration, basée sur les notions centrales de langage de requête d'information et de mécanisme de réaction aux événements. D'autre part, nous proposons un métamodèle, CMSPEM (Collaborative Model-Based Software & System Process Engineering Metamodel), qui enrichit le standard SPEM (Software & System Process Engineering Metamodel) avec des concepts et relations nécessaires au support de la collaboration. Ce métamodèle est outillé avec des outils de création de modèle (éditeurs graphiques et textuels), et un serveur de processus offrant un langage de requêtes basé sur HTTP/REST et un framework de souscription et de réaction aux événements de processus. Enfin, notre approche conceptuelle a été illustrée et validée, en premier lieu, par une analyse des pratiques inférées à partir des données de développement de 219 projets open source. En second lieu, des utilitaires de support à la collaboration (mise à disposition d'informations conceptuelles, automatisation d'actions, extraction d'information sur les contributions individuelles) ont été implémentés à travers le serveur de processus CMSPEM.

Le travail de la thèse porte sur l’analyse d’une activité de conception expérimentale réalisée par des élèves de 1ère S à l’aide d’un EIAH (Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain). Il vise à comprendre les rapports au savoir et à la démarche expérimentale établis par l’élève et l’enseignant face à ce type d’activité.Il s’agit de rendre compte des connaissances mobilisées par les élèves et de mesurer l’influence des supports proposés par un EIAH nommé LabBook. Il s’agit également de décrire la manière dont l’enseignant prend en charge les difficultés rencontrées par les élèves.A ce propos, une ingénierie didactique a été modélisée dans le cadre de la Théorie des situations didactiques (Brousseau, 1986). Cette ingénierie est ancrée dans la thématique de la « génétique » et plus précisément dans « l’expression du patrimoine génétique », domaine pour lequel on constate de nombreuses difficultés chez les élèves. Les analyses portent sur les productions des élèves, leurs réponses aux questionnaires (pré-test et post-test) et les interactions enseignant-élève produites tout au long du travail dans la situation.Ce travail a permis de mettre en valeur le rôle de l’élaboration des protocoles expérimentaux dans la modification du système des connaissances des élèves et de l’évolution de leurs connaissances relatives à la notion de gène et l’expression de l’information génétique. Les supports d’étayages implémentés dans LabBook offrent un potentiel aux élèves pour la mise en œuvre de la conception expérimentale. D’ailleurs, divers supports d’étayage ont été mis en place par les enseignants afin de prendre en charge les difficultés rencontrées par les élèves. L’étude de ces supports d’étayages permet d’élaborer des recommandations en vue de faire évoluer la plateforme LabBook et palier aux difficultés d’apprentissage des élèves. / The thesis work involves an analysis of the experimental design activity carried out by students of junior year of high school in sciences using a TEL environment (Technology Enhanced Learning). It aims at understanding how they relate to knowledge and to the experimental approach established by both student and teacher.The thesis gives an account of how the students mobilizes their knowledge and it measures the influence of learning supports proposed by a TEL named LabBook. It also focuses on how the teacher deals with the difficulties encountered by students.Regarding that matter, a didactic engineering was already modelled as part of the Theory of didactical situations (Brousseau, 1986). This engineering focuses on the thematic of "genetic" and more specifically on "the expression of the genetic heritage" - a problematic area for most students. The analyses deal with the students’ productions, their answers to questionnaires (pre-test and post-test) and the teacher-student interactions produced throughout the work in the situation.This work highlighted the role of experimental design in changing the students' knowledge system and the evolution of their knowledge about the gene concept and expression of genetic information. The scaffolds implemented in the LabBook platform offer the students a potential for the implementation of experimental design. Teachers themselves dealt with the difficulties encountered by their students by implementing various aids. The study of these scaffolds allows the development of useful recommendations to improve the LabBook platform so as to help students overcome their learning difficulties.