Les travaux de recherche de cette thèse portent sur la modélisation sémantique des informations industrielles, dans une approche og cycle de vie fg , de gestion des informations. Dans ce type d'approche, lever le verrou lié à l'interopérabilité des modèles d'information est une condition sine qua non à un échange d'information sans perte de flux sémantique. Jusqu'alors, des méthodes d'unification étaient envisagées, reposant sur l'utilisation mutuelle de modèles standards, tels que la norme STEP par exemple. Cependant, l'unification fait face à des limites en termes d'expressivité des modèles, de rigidité, et de perte de sémantique. Afin de lever ces limites, les paradigmes de modélisation évoluent et se tournent vers les ontologies d'inférence, outils du web sémantique.Dans cette thèse, nous proposons un cadre de modélisation sémantique général et une méthodologie de mise en place de ce cadre, qui reposent sur l'utilisation d'ontologies d'inférence. L'application du cadre de modélisation à un cas d'étude industriel, issu de l'ingénierie nucléaire (plus particulièrement l'expression et l'exécution des règles métier), permet alors d'évaluer les apports et limites des ontologies en tant que paradigme de modélisation. Les limites les plus importantes que nous identifions sur l'Open World Assumption, le manque de langage de règles performant et le manque d'outils d'implémentation robustes pour des applications à large échelle. Le développement d'un démonstrateur pour le cas d'étude industriel permet finalement de tendre vers une solution mixte, où les ontologies sont utilisées localement, afin d'en exploiter les divers avantages de manière optimale. / The present research study deals with industrial information modelling in a lifecycle management approach. In this context, achieving semantic interoperability is an important issue to guaranty the quality of information storage, exchange and reuse. Current solutions are based on unification approaches and use standard models as shared information representation. However, unification approches suffer from a lack of expressivity and flexibility. To overcome this issue, ontologies are proposed as a new modelling paradigm in order to perform federativ interoperability.This research focuses on inference ontologies and investigates the use of those semantic web-based technologies for a large scale industrial application. An ontology-based framework and a modelling methodology are therefore proposed and evaluated on a industrial use case in the nuclear industry. The application raises modelling issues like the Open World Assumption, the lack of a real integrated rule approach, and the robustness of implementation tools. The industrial use case is implemented within a demonstrator, that finally allows to propose an hybrid solution, where ontologies are locally used.end{abstract}

Les travaux de recherche de cette thèse portent sur la modélisation sémantique des informations industrielles, dans une approche og cycle de vie fg , de gestion des informations. Dans ce type d'approche, lever le verrou lié à l'interopérabilité des modèles d'information est une condition sine qua non à un échange d'information sans perte de flux sémantique. Jusqu'alors, des méthodes d'unification étaient envisagées, reposant sur l'utilisation mutuelle de modèles standards, tels que la norme STEP par exemple. Cependant, l'unification fait face à des limites en termes d'expressivité des modèles, de rigidité, et de perte de sémantique. Afin de lever ces limites, les paradigmes de modélisation évoluent et se tournent vers les ontologies d'inférence, outils du web sémantique.Dans cette thèse, nous proposons un cadre de modélisation sémantique général et une méthodologie de mise en place de ce cadre, qui reposent sur l'utilisation d'ontologies d'inférence. L'application du cadre de modélisation à un cas d'étude industriel, issu de l'ingénierie nucléaire (plus particulièrement l'expression et l'exécution des règles métier), permet alors d'évaluer les apports et limites des ontologies en tant que paradigme de modélisation. Les limites les plus importantes que nous identifions sur l'Open World Assumption, le manque de langage de règles performant et le manque d'outils d'implémentation robustes pour des applications à large échelle. Le développement d'un démonstrateur pour le cas d'étude industriel permet finalement de tendre vers une solution mixte, où les ontologies sont utilisées localement, afin d'en exploiter les divers avantages de manière optimale.

Dans le travail coopératif les experts sont amenés à utiliser des ressources sémantiques. Ces ressources sont en général représentées à l'aide de concepts et de relations et peuvent être modélisées sous forme d'ontologies. Chaque expert dans un domaine d'application utilise fréquemment une ou plusieurs ressources sémantiques et peut également avoir accès à d'autres ressources sémantiques mises à disposition par ses partenaires. Ces ressources sont hétérogènes entre elles à différents niveaux ce qui rend difficile l'interopérabilité syntaxique, structurelle et sémantique. Ce travail de thèse met l'accent sur l'interopérabilité sémantique des ressources sémantiques. Nous proposons une méthodologie semi-automatique pour aider à la découverte de correspondances sémantiques entre concepts de ressources sémantiques différentes. Pour réaliser ce travail, nous transformons ces ressources sémantiques en OWL-DL, afin d'utiliser les services de moteurs d'inférences fondés sur les logiques de description. Nous proposons aussi un procédé pour créer des équivalences entre relations de ressources sémantiques différentes, appelé unification de relations, et qui vise à découvrir d'autres correspondances sémantiques. Les résultats de ce travail ont été testés à l'aide d'un prototype. L'application a été réalisée avec des ressources sémantiques issues du secteur européen de la construction. Pour aider à l'évaluation des correspondances sémantiques, nous proposons aussi une modélisation des connaissances du domaine à l'aide de la logique floue.

Cette thèse propose l’utilisation de l’alignement d'ontologies pour contribuer à l'interopérabilité d’une fédération d’entreprises en se basant sur l'interopérabilité des données au niveau sémantique. Une approche d'alignement basée sur des modèles d’ontologie utilisant les mots noyaux est proposée en réponse aux problèmes et aux défis existants, visant ainsi à améliorer la capacité d'adaptation et la précision dans la mise en correspondance de concepts. De plus une étape d'agrégation des « matchers » analytique, qui permet de combiner automatiquement plusieurs adaptateurs et d'améliorer les résultats combinés, vient compléter l’approche. Un système prototype a été mis en œuvre à l’issue des travaux conceptuels pour la validation de l’approche proposée. Les expériences démontrent que l’approche proposée a obtenu des résultats prometteurs et a atteint les objectifs escomptés sur la définition de proximité des concepts. L'approche d'alignement d’ontologies proposée et le système de prototype mis en œuvre ont enfin été appliqués à une architecture dirigée par les ontologies et axée sur l'interrogation des données de plusieurs bases de données relationnelles. / This thesis brings ontology alignment to contribute to federated enterprise interoperability focusing on data interoperability at the semantic level. In response to existing problems and challenges, aiming at improving the matching ability and precision, a pattern-based core word ontology alignment approach is proposed, as well as an analytic matcher aggregation approach, which allows combining the multiple matchers automatically and improve the combined results. A prototype system is implemented for validation and further application based on the proposed approaches. The experiments suggest that the proposed approaches obtained promising results and reached expected goals. The proposed ontology alignment approach and implemented prototype system are applied to an ontology-driven architecture for querying data from multiple relational databases.

Les informations médicales recueillies dans le cadre du soin doivent être utilisables pour répondre à d’autres objectifs plus collectifs. Dans ce contexte de réutilisation des données d’un système d’information clinique pour de la recherche en épidémiologie, l’objectif de ce travail est d’étudier l’apport de l'intéropérabilité sémantique à travers un certain nombre de situations concrêtes que nous avons rencontrées et étudiées et qui illustrent la nature des problèmes de cohérence sémantiques liés au traitement des données médicales et de santé.La coexistence, à un moment donné, de plusieurs référentiels sémantiques ne doit pas être considéré comme un obstacle à l'interopérabilité. Des outils génériques peuvent être conçus et développés pour passer de façon transparente d'un composant à un autre avec aussi peu de perte d’information que possible. L’Unified Medical Language System (UMLS) est un de ses outils d’intégration sémantique. Son usage dans le cadre de ces travaux montre le caractère général de cette méthode et son potentiel pour résoudre cette classe de problèmes d’intéropérabilité sémantique.La richesse de chacune des terminologies permet, lorsqu’elles sont associées dans un même référentiel sémantique pivot, d’enrichir l’ensemble des terminologies prises individuellement pour une meilleur représentation des connaissances.L’interopérabilité sémantique améliore la disponibilité et la qualité des données réutilisables pour des recherches en santé publique. Elle permet d’enrichir les données existantes. Elle fournit les moyens d'accéder à de nouvelles sources de données, agrégées de manière valide, permettant des analyses comparatives ou des analyses plus riches. / Medical information collected during clinical care must be re-used to address other more collective goals. In this context of re-using data from a clinical information system for epidemiological research, the objective of this work is to study the contribution of semantic interoperability across a number of practical situations we have met and discussed which illustrate the nature of semantic consistency problems associated with processing of medical data.Coexistence at a given time, of several semantic repositories should not be considered as an obstacle to interoperability. Generic tools can be designed and developed to move seamlessly from one component to another with as little loss of information as possible. The Unified Medical Language System (UMLS) is one of the semantic integration tools. Its use in this work shows the generality of this method and its potential for solving this class of semantic interoperability problems.The richness of each of the terminology can, when combined into a single pivot semantic repository, enrich the set of terminologies individually for a better representation of knowledge.Semantic interoperability improves the availability and quality of reusable data for public health research. It also enriches existing data. It provides access to new sources of data, aggregated in a valid manner, allowing benchmarking or richer analysis.

Les systèmes d'information font face à un problème de pertinence dans les recherches dû à l'augmentation considérable des données accessibles. De plus, le nombre d'appareils communicants ne cesse de croître et de menacer le modèle client/serveur. Une nouvelle architecture distribuée tend donc à s'imposer : les réseaux pair-à-pair (P2P). Mais ils sont peu économes en ressource réseau (une requête inonde le réseau) et offrent des fonctionnalités limitées (recherche par mots-clés). Dans les deux communautés, RI et systèmes P2P, les recherches penchent vers l'utilisation de sémantique. En informatique, les approches basées sur la sémantique nécessitent souvent de définir des ontologies. Le développement important et distribué des ontologies génère une hétérogénéité sémantique. La solution classique est d'utiliser des correspondances entre parties de deux ontologies. Mais c'est une solution qui est difficile à obtenir et qui n'est pas toujours complète. Souvent les parties non-partagées de deux ontologies ne sont pas gérées, ce qui entraîne une perte d'information. Notre solution : EXSI2D, utilise une expansion particulière, appelée expansion structurante, du côté de l'initiateur de requêtes. Cela lui permet de préciser les dimensions de sa requête sans modifier la requête elle-même. EXSI2D offre aussi la possibilité au fournisseur d'information d'interpréter l'expansion structurante dans sa propre ontologie. Ainsi, il est possible à chaque participant d'un système d'information sémantiquement hétérogène d'utiliser toute son ontologie, y compris les parties non partagées. Nous montrons aussi l'utilisation d'EXSI2D dans un système P2P, grâce à SPARTANBFS, un protocole « frugal » pour systèmes P2P non structurés.

Cette thèse propose l'utilisation de l'alignement d'ontologies pour contribuer à l'interopérabilité d'une fédération d'entreprises en se basant sur l'interopérabilité des données au niveau sémantique. Une approche d'alignement basée sur des modèles d'ontologie utilisant les mots noyaux est proposée en réponse aux problèmes et aux défis existants, visant ainsi à améliorer la capacité d'adaptation et la précision dans la mise en correspondance de concepts. De plus une étape d'agrégation des " matchers " analytique, qui permet de combiner automatiquement plusieurs adaptateurs et d'améliorer les résultats combinés, vient compléter l'approche. Un système prototype a été mis en œuvre à l'issue des travaux conceptuels pour la validation de l'approche proposée. Les expériences démontrent que l'approche proposée a obtenu des résultats prometteurs et a atteint les objectifs escomptés sur la définition de proximité des concepts. L'approche d'alignement d'ontologies proposée et le système de prototype mis en œuvre ont enfin été appliqués à une architecture dirigée par les ontologies et axée sur l'interrogation des données de plusieurs bases de données relationnelles.

Pour demeurer compétitives, de plus en plus d'entreprises sont amenées à collaborer dans le cadre des entreprises étendues ou des réseaux d'entreprises. Ce type d'organisation nécessite l'interconnexion d'une multitude de systèmes d'entreprises, hétérogènes que ce soit par les fonctions qu'ils assurent ou par leurs conceptions (modèles, architectures, ...). Typiquement, ceci renvoie au concept de l'interopérabilité, définie par la capacité des systèmes ou des organisations à fournir ou à accepter des services et à utiliser ces services pour opérer efficacement ensemble. L'échange de l'information et le partage des connaissances (interopérabilité technique) entre les différents systèmes d'information sont désormais des atouts majeurs pour favoriser l'activité collaborative de création de valeur. Le développement de nouvelles technologies et la mise en place de standards a contribué à résoudre (partiellement au moins) ce problème d'interopérabilité technique. Cependant, ce n'est pas suffisant pour garantir l'interopérabilité à un niveau conceptuel : c'est-à-dire garantir que les modèles issus d'une ingénierie peuvent être partagés et compris par rapport à une sémantique commune, et utilisés par les différents systèmes d'entreprise pour réaliser une mission globale. L'approche de gestion du cycle de vie du produit (PLM) est considérée comme une solution essentielle pour faciliter le partage de modèles relatifs à des produits fabriqués. Elle vise à fournir une plate-forme commune qui rassemble les différents systèmes de l'entreprise à chaque étape du cycle de vie du produit dans ou à travers les entreprises. Bien que les principaux éditeurs de logiciels fassent des efforts pour créer des outils offrant un ensemble complet et intégré de modèles, la plupart d'entre eux n'intègrent pas une gestion cohérente des connaissances formalisées dans ces modèles spécifiques à chaque métier. L'hétérogénéité tant syntaxique que sémantique de ces modèles est souvent source d'une interprétation erronée des spécifications produites par chaque environnement de modélisation. L'objectif de cette thèse est ainsi de proposer une méthode, une formalisation et des outils pour prendre en compte, tout au long du cycle de vie d'un produit, l'ensemble des connaissances tacites et explicites sous la forme d'annotations sémantiques formelles qui peuvent favoriser la compréhension partagée ainsi qu'une vérification de cohérence des modèles produits, dans un contexte PLM.

La compétitivité toujours plus importante et la mondialisation ont mis l'industrie manufacturière au défi de rationaliser les différentes façons de mettre sur le marché de nouveaux produits dans un délai court, avec des prix compétitifs tout en assurant des niveaux de qualité élevés. Le PDP moderne exige simultanément la collaboration de plusieurs groupes de travail qui assurent la création et l’échange d’information avec des points de vue multiples dans et à travers les frontières institutionnelles. Dans ce contexte, des problèmes d’interopérabilité sémantique ont été identifiés en raison de l'hétérogénéité des informations liées à des points de vue différents et leurs relations pour le développement de produits. Le travail présenté dans ce mémoire propose un cadre conceptuel d’interopération pour la conception et la fabrication de produits. Ce cadre est basé sur un ensemble d’ontologies clés, de base d’ingénierie et sur des approches de cartographie sémantique. Le cadre soutient les mécanismes qui permettent la conciliation sémantique en termes de partage, conversion et traduction, tout en améliorant la capacité de partage des connaissances entre les domaines hétérogènes qui doivent interopérer. La recherche a particulièrement porté sur la conception et la fabrication de produits tournants en plastique et explore les points particuliers de la malléabilité - la conception et la fabrication de moules. Un système expérimental a été proposé à l’aide de l'outil Protégé pour modéliser des ontologies de base et d’une plateforme Java intégrée à Jena pour développer l'interface avec l'utilisateur. Le concept et la mise en œuvre de cette recherche ont été testés par des expériences en utilisant des produits tournants en plastiques. Les résultats ont montré que l'information et ses relations rigoureusement définies peuvent assurer l'efficacité de la conception et la fabrication du produit dans un processus de développement de produits moderne et collaboratif / Global competitiveness has challenged manufacturing industry to rationalise different ways of bringing to the market new products in a short lead-time with competitive prices while ensuring higher quality levels. Modern PDP has required simultaneously collaborations of multiple groups, producing and exchanging information from multi-perspectives within and across institutional boundaries. However, it has been identified semantic interoperability issues in view of the information heterogeneity from multiple perspectives and their relationships across product development. This research proposes a conceptual framework of an Interoperable Product Design and Manufacturing based on a set of core ontological foundations and semantic mapping approaches. This framework has been particularly instantiated for the design and manufacturing of plastic injection moulded rotational products and has explored the particular viewpoints of moldability, mould design and manufacturing. The research approach explored particular information structures to support Design and Manufacture application. Subsequently, the relationships between these information structures have been investigated and the semantics reconciliation has been designed through mechanisms to convert, share and translate information from the multi-perspectives. An experimental system has been performed using the Protégé tool to model the core ontologies and the Java platform integrated with the Jena to develop the interface with the user. The conceptual framework proposed in this research has been tested through experiments using rotational plastic products. Therefore, this research has shown that information rigorously-defined and their well-defined relationships can ensure the effectiveness of product design and manufacturing in a modern and collaborative PDP

Le volume de données disponibles dans les systèmes d'information est de plus en plus important et pour autant, nous n'avons jamais autant essayer d'interconnecter cette information pour en extraire de la connaissance sans véritable succès généralisable. L'origine du problème est multiple. Tout d'abord, l'information est représentée dans des structures différentes. Ensuite, les vocabulaires utilisés pour exprimer les données sont hétérogènes. Enfin, la qualité de l'information est souvent trop mauvaise pour utiliser une information et en déduire des connaissances. Ce diagnostic est d'autant plus vrai dans le cadre du partage d'information dans le domaine biomédical où il reste difficile de s'entendre sur des représentations (structures et vocabulaires) pivots d'un domaine de la médecine, et donc où il apparaît difficile de résoudre le problème du partage d'information par l'imposition de standard de codage et de structuration de l'information. Plus récemment, l'introduction de la sémantique dans des processus de partage d'information, nous offre la possibilité de mettre en oeuvre des représentations pivots indépendantes de la structuration ou du nommage d'une donnée. Cette thèse s'inscrit dans cette problématique de partage de données biomédicales dans le cadre de l'évaluation de l'évolution de la résistance des bactéries aux antibiotiques en Europe. L'hypothèse générale de travail que nous proposons est la suivante: comment partager de l'information biomédicale de manière non ambigüe, en temps réel, et à la demande en Europe. Cette hypothèse pose diverses problématiques que nous abordons dans ce mémoire. La problématique de la qualité des données. Celle de la représentation des données à travers leur structure, leur vocabulaire et de leur sémantique. Nous aborderons aussi les problèmes d'alignement de données aux ontologies de domaine et de la fédération de données aidée d'ontologie. Enfin, nous présenterons un système d'interopérabilité sémantique basé sur des règles qui aborde le problème d'alignement sémantique de systèmes hétérogènes appliqué à notre domaine. Nous discuterons finalement de l'apport de la sémantique pour le partage d'information et des limites des outils et méthodes actuels.