Mes travaux sont résolument ancrés dans l'ingénierie de l'Interaction Homme-Machine. Ce faisant, les deux facettes, conception ergonomique et conception logicielle, sont apparentes dans mes contributions. Mon étude s'articule autour des termes de modalité d'interaction et de multimodalité. Je me suis appuyée sur des résultats généraux incluant la définition d'une modalité et d'un espace de composition de modalités et je les ai infléchis à deux axes de recherche, l'exploration visuelle d'espaces informationnels et la réalité augmentée. Pour chacun de ces axes, des propriétés ergonomiques, des règles et patrons de conception, des solutions architecturales et logicielles, ainsi que des techniques d'interaction comme la réalité cliquable et la ballade augmentée ont été conçus.

Dans cette thèse nous proposons une méthodologie de co-conception logicielle/matérielle pour les systèmes de radio logicielle, et plus généralement pour les systèmes électroniques embarqués, permettant de répondre aux défis imposés par la conception de tels systèmes et d'améliorer la productivité. Basée sur une démarche de conception dirigée par les modèles (dérivée de l'ingénierie dirigée par les modèles), notre méthodologie de co-conception permet une modélisation de haut niveau, depuis des modèles UML/MARTE (extension de l'UML dédié à la modélisation matérielle), jusqu'à la mise en œuvre matérielle (génération de code VHDL) par un jeu de transformations successives et de raffinements itératifs des modèles. Pour cela, nous avons défini le niveau de modélisation intermédiaire, intitulé Execution Modeling Level, qui permet de se focaliser sur le partitionnement logiciel/matériel et sur l'exploration d'architecture afin de dimensionner la plate-forme matérielle. Afin de compléter la génération de code matérielle associée à cette méthodologie, nous mettons en avant l'intérêt de coupler une méthodologie basée sur des modèles de haut niveau avec la synthèse comportementale, ce que nous illustrons au travers de la mise en œuvre d'un décodeur MIMO. Enfin, dans un contexte de radio-logicielle, nous proposons une extension de la méthodologie afin de prendre en compte le caractère flexible des systèmes embarqués. Pour cela, nous avons intégré à notre méthodologie une architecture de gestion de la reconfiguration proposée par Supélec. Une exécution de modèles de haut niveau sur une plate-forme radio réelle nous a permis de valider notre approche.

Nombre d'applications ont pour comportement principal l'attente d'un événement venant d'un environnement extérieur, la préparation d'un résultat et l'exécution d'actions sur cet environnement. Les interfaces graphiques et les systèmes avioniques en sont des exemples. Le paradigme SCC, pour Sense--Compute--Control, est particulièrement adapté à la description de ces applications. Le développement d'applications suivant ce paradigme est cependant rendu difficile par le manque de cadre conceptuel et d'outils de support. Cette thèse propose un cadre conceptuel dédié au paradigme SCC et se concrétise par un langage de description d'architectures nommé DiaSpec. Ce langage fournit un cadre de travail pour guider le développement d'une application SCC en assignant des rôles aux membres du projet et en proposant une séparation des préoccupations. En plus de fournir un cadre de conception, cette thèse fournit un support de programmation. En effet, à partir de descriptions écrites en DiaSpec, un framework de programmation dédié est généré dans un langage cible. Ce framework de programmation guide l'implémentation d'une application SCC en exposant les mêmes abstractions que le langage DiaSpec. Ce framework de programmation est conçu de façon à assurer que l'implémentation d'une application est conforme à l'architecture décrite en DiaSpec, en s'appuyant sur le système de types du langage cible. Les contributions de cette thèse sont évaluées suivant des critères d'expressivité, d'utilisabilité et de productivité.

Cette thèse de Doctorat s'inscrit dans le domaine de la conception de circuits innovants pour la numérisation des signaux radio multistandard. La nouveauté dans ce travail de recherche provient de l'exploration, pour la première fois dans le domaine des systèmes radio, de l'apport de l'utilisation des techniques d'échantillonnage non uniforme (NUS, Non Uniform Sampling). L'innovation de recherche apportée concerne l'établissement de formulations analytiques pour le calcul des métriques d'évaluation des performances de la technique NUS et pour le dimensionnement d'un nouveau récepteur radio multistandard avec un convertisseur analogique numérique (ADC, Analog-to-Digital Converter) contrôlé par une horloge non uniforme. Les résultats de cette étude ont conduit à la synthèse d'un filtre anti-repliement unique pour les standards GSM/UMTS/WiFi et à la diminution la fréquence moyenne d'échantillonnage de l'ADC ce qui a permis de diminuer la consommation de puissance de l'ADC et d'éliminer le circuit du contrôle automatique de gain (AGC). L'étude analytique et la conception niveau système ont été complétées par la proposition d'une architecture numérique originale de génération d'horloge non uniforme permettant de s'affranchir des contraintes et limitations des oscillateurs non uniformes proposés dans la littérature. Ce circuit Pseudorandom Signal Sampler (PSS) a fait l'objet d'une synthèse et d'une validation préliminaire sur FPGA puis la conception d'un circuit VLSI en technologie CMOS numérique 65 nm. Les résultats d'implémentation du PSS ont permis d'obtenir, pour un facteur de quantification temporelle égal à 16, une surface active de 470 (µm)², des fréquences moyennes d'échantillonnage pouvant atteindre 200 MHz basées sur un synthétiseur de fréquence qui offre des fréquences jusqu'à 3.2 GHz et enfin une consommation de puissance de 1.45 à 290.4 µW pour des fréquences d'échantillonnage moyennes allant de 1 MHz à 200 MHz. Une validation expérimentale de l'étage de numérisation proposé a été effectuée grâce à la réalisation d'une plate-forme de test composée du circuit générateur PSS dont la sortie contrôle un ADC auquel est appliqué en entrée un signal sinusoïdal de test et d'un PC pour l'acquisition par FIFO mais aussi pour le traitement des données. Les résultats des tests expérimentaux obtenus ont permis de confirmer les résultats théoriques en termes de diminution de la consommation de l'ADC.

Dans un contexte de multiplication des normes de télécommunications aux spécifications distinctes, nos travaux de recherche définissent une architecture reconfigurable pour des terminaux radio multistandard. Nous proposons ainsi une nouvelle méthode de paramétrisation intitulée "la Technique des Opérateurs Communs" afin d'accéder à la combinaison " reconfiguration temps réel/généricité du terminal". Cette technique est une méthodologie de conception et d'exécution qui vise à développer un ensemble limité d'"Opérateurs Communs" (OC), génériques, reconfigurables par simple téléchargement de paramètres, indépendants de la cible technologique d'implémentation et qui constituent les éléments de base de notre terminal multistandard. Afin d'exécuter l'ensemble du terminal multistandard, trois familles d'OC sont proposées (LFSR, FFT/VITERBI, CORDIC). Une méthodologie de gestion des OC est également présentée et une étude de di_érents cas d'implémentations est menée, permettant d'atteindre des gains en complexité jusqu'à 40% de la complexité matérielle sur une cible FPGA dans le cas d'un terminal tri-standard (IEEE 802.11, IEEE802.16 et 3GPP LTE).

Dans cette thèse, nous avons choisi d'aborder l'adaptation dynamique au contexte comme un outil de gestion de la qualité de service. Nous présentons une plate-forme pour la reconfiguration et le déploiement contextuel d'applications en environnement contraint appelée Kalimucho. Kalimucho est une plate-forme distribuée qui dispose d'une représentation globale de l'application. Elle permet d'effectuer des reconfigurations dynamiques des applications basées composants grâce à cinq actions de base : ajouter, supprimer, migrer, connecter et déconnecter. L'originalité de cette plate-forme est qu'elle exploite le plus possible les ressources de l'application en permettant d'utiliser tous les périphériques disponibles comme supports des composants logiciels de l'application, qu'ils soient ou non en relation avec les fonctionnalités du périphérique. Pour cela elle repose sur un modèle de QdS à deux dimensions : l'Utilité qui permet de garantir une application conforme aux souhaits de l'utilisateur et aux conditions d'utilisation et la Pérennité qui garantit une durée de vie suffisante. Ce modèle est implémenté par une heuristique de choix d'une configuration à déployer qui permet de trouver une configuration et le déploiement associé qui respectent ces critères de QdS. Enfin nous proposons une méthode de conception qui guide le concepteur dans la modélisation du contexte et des applications. Elle permet d'identifier tous les évènements pouvant engendrer des reconfigurations et de les associer à une action. Elle permet également de décomposer l'application en différentes configurations qui servent de base au choix de reconfiguration. Enfin elle permet de définir toutes les règles de modification du modèle de QdS en fonction des changements du contexte afin de pouvoir proposer différentes politiques d'adaptation : utilisation normale, situation d'urgence, etc.

Les systèmes multi-agents s'attaquent aux nombreuses problématiques posées actuellement dans le monde informatique telles que la distribution, l'évolution, l'adaptabilité et l'interopérabilité des systèmes. Les solutions proposées par ces systèmes sont prometteuses et permettent d'obtenir des systèmes flexibles et évolutifs. Cependant, leur mise en oeuvre reste difficile. Ceci est dû au manque de techniques d'ingénierie adaptées à ce genre de système et qui permettent un développement fiable et cohérent. Bien qu'il existe plusieurs propositions intéressantes au niveau des méthodologies, des langages de spécification et des plates-formes d'implémentation orientés agent, celles-ci manquent de cohésion et font ressortir plusieurs différences aussi bien au niveau de la sémantique des concepts utilisés mais aussi au niveau des démarches de développement. Notre but durant cette thèse a été de proposer une approche flexible et cohérente supportant le développement des systèmes multiagents. Cette approche que nous baptisons ArchMDE se base sur une combinaison de l'approche centrée architecture et de l'approche dirigée par les modèles. L'approche centrée architecture nous permet de raisonner sur les éléments qui structurent le système multi-agents ainsi que leurs interactions. Elle permet d'identifier les patrons architecturaux nécessaires au développement des systèmes multi-agents en prenant en compte les différentes vues du système (vue organisationnelle, vue environnementale, etc.). L'approche orientée modèles nous permet d'exprimer de façon explicite la manière de combiner ces patrons architecturaux afin d'avoir une représentation globale du système multi-agents. D'autre part, IDM permet de couvrir les différentes phases du cycle de développement en adoptant une démarche basée sur la transformation de modèles. Cette démarche permet de garantir la cohérence du système durant les différentes phases du cycle de vie. Par ailleurs, celle-ci offre l'avantage de préserver le savoir-faire des développeurs en exprimant explicitement les opérations d'intégration (entre les patrons architecturaux) et de mapping (entre les modèles de conception et les modèles d'implémentation). Pour implanter ArchMDE, nous utilisons le cadre de développement ArchWare qui est basé sur le pi-calcul typé, polyadique et d'ordre supérieur, ce qui permet de supporter les aspects communicatifs et évolutifs des systèmes multi-agents. Le choix d'un cadre formel vise à réduire l'ambiguïté liée aux concepts multi-agents mais aussi à garantir une conception sûre. En effet, l'utilisation d'un langage formel donne la possibilité d'exprimer explicitement différentes propriétés structurelles et comportementales. Le cadre de développement ArchWare offre divers langages accompagnés de différents outils qui nous seront utiles pour mettre en oeuvre notre approche.

Ce document résume mon activité de recherche depuis 1991. Elle a porté sur deux thématiques connexes : la modélisation et la validation de langages métier de l'automatisme et le contrôle à distance de systèmes mécaniques sur des réseaux de communication non fiables. Le premier axe de recherche portait plus précisément sur la définition formelle des langages classiques de l'automatisme (langage à relais et Grafcet) à l'aide des formalismes synchrones tels que Signal ou Lustre. L'intérêt d'un tel travail était de pouvoir exprimer les différentes interprétations possibles d'un même programme afin de pouvoir les comparer ; les environnements développés autour des formalismes synchrones permettant alors la réalisation directe de simulateurs ainsi que l'ouverture vers des outils autorisant la validation des programmes. Dans ce dernier domaine, différentes pistes ont été étudiées avant de retenir une modélisation à l'aide d'automates temporisés permettant alors l'expression de propriétés temporelles sur les programmes modélisés. Le deuxième axe de travail avait et a pour objectif d'étudier la faisabilité de l'introduction des nouvelles technologies, et en particulier des technologies réseau, dans le contrôle supervisé de systèmes mécaniques. Le réseau est ici vu comme un réseau sans qualité de service, de type Internet, alors que l'une des préoccupations majeures des automaticiens est d'assurer une sécurité maximale. Dans un premier temps, nous avons proposé une architecture logicielle permettant la communication entre l'opérateur et le système à contrôler. Basée sur un noyau de services complété par des pilotes spécifiques aux applications cibles, elle est facilement extensible. Pour prendre en compte les aléas réseau, la méthodologie Gemma, utilisée en ingéniérie des automatismes, a été étendue afin d'intégrer des informations en provenance d'un capteur réseau. Ce dernier permet d'estimer la qualité de la connexion d'un bout à l'autre du système de communication et doit être pris en compte automatiquement, et en permanence, par le système afin d'assurer la sécurité du contrôle supervisé. Bien que différentes, ces deux thématiques se rejoignent sur de nombreux points : --- Le domaine d'application, c'est à dire le contrôle de systèmes en environnement de production industriel. D'un côté, on a cherché à assurer une meilleure qualité, de la spécification à l'implantation en passant par la vérification des applications. De l'autre en proposant l'utilisation des nouvelles technologies de communication pour améliorer la productivité globale de l'entreprise. --- L'utilisation et l'introduction des méthodes et des outils de l'informaticien auprès de la communauté des automaticiens. Dans mon premier domaine de recherche, par l'intermédiaire du monde dit "synchrone" et dans le deuxième par la mise en oeuvre des technologies autour de l'Internet. Dans les deux cas, les technologies informatiques se sont placées au service d'autres disciplines tout en essayant de faire ressortir les points difficiles et de proposer des solutions innovantes. --- Le souci permanent de construire des applications sûres et de valider, si possible de manière formelle, les résultats obtenus. Cet aspect est surtout visible dans le cadre de la première activité de recherche, mais des travaux, non encore achevés, ont également porté sur la validation de l'architecture logicielle proposée pour le contrôle à distance. Ils sont directement issus des connaissances et de l'expérience acquises dans le premier thème.

Nous nous intéressons dans ce travail à la problématique du développement des applications pour le travail coopératif, dites aussi collecticiels. Un collecticiel est à la fois une application multi-utilisateurs, répartie et interactive. La somme des trois propriétés précédentes rend le développement de ce type d'applications particulièrement difficile. Une approche souvent empruntée pour la construction des collecticiels consiste à développer une plate-forme qui fournit les services requis pour la coopération. Dans ce rapport nous identifions les principaux services demandés à une telle plate-forme et nous décrivons et nous comparons les différentes approches possibles pour réaliser ces services. Nous proposons ensuite un nouvel environnement de coopération appelé Colt (pour Collaboration Terrain). Une première qualité de Colt est l'intégration des deux modes de travail : individuel et en groupe. Les utilisateurs partagent un espace d'information où chacun a le droit de voir et de se mouvoir selon des \em rôles qui lui sont attribués. Une deuxième qualité importante est l'adaptabilité fonctionnelle et structurelle. Selon l'axe structurel Colt permet de définir et de réajuster dynamiquement les rôles des utilisateurs, de définir autant d'activités coopératives que l'on souhaite et d'utiliser dans ces différentes activités les outils dont on a besoin. Sur l'axe fonctionnel, les utilisateurs peuvent définir et changer dynamiquement la configuration des activités. Une attention particulière est faite en vue de doter l'environnement de stratégies variées pour contrôler les accès concurrents des utilisateurs aux données partagées. L'environnement Colt propose une famille de protocoles de tour de rôles et intègre un protocole original, appelé LICRA. L'algorithme LICRA est un algorithme optimiste fondé sur la détection de dépendances et la résolution automatique des conflits en utilisant un mécanisme de transformation d'opérations. Un premier prototype de l'environnement Colt est aujourd'hui disponible pour une plate-forme UNIX. Le prototype est implanté en utilisant l'environnement de développement TCL-TK.

Le concept de radio logicielle (SDR) est une solution pertinente pour concevoir des équipements multi-standards. Une façon de réaliser de tels équipements est d'identifier les fonctions et opérateurs communs entre les standards. Cette approche s'appelle la paramétrisation et est divisée en deux catégories : l'approche pragmatique qui est une version pratique pour créer et développer des opérateurs communs à partir d'opérateurs existants, et l'approche théorique dont l'objectif est de réaliser une exploration graphique d'un équipement multi-standards selon différents niveaux de granularité, accompagnée d'un problème d'optimisation. C'est cette dernière approche qui a constitué le sujet de base de cette thèse. Ainsi, une fonction de coût doit être optimisée afin de sélectionner les opérateurs communs entre les différentes normes, ce qui permet de proposer une configuration optimale à partir de laquelle sont déduits les opérateurs communs. Dans notre travail, nous avons dans un premier temps modélisé théoriquement la structure graphique d'un système multi-standards par un hypergraphe orienté. En outre, nous avons fourni une expression mathématique alternative de la fonction de coût suggérée, en utilisant des définitions propres à la théorie des graphes. Ensuite, nous avons montré que le problème d'optimisation associé était un problème NP sous une certaine contrainte, ce qui a entraîné une preuve d'exclusion de certaines configurations dont les coûts ne peuvent être minimaux. Ceci a constitué la deuxième contribution de cette thèse. Enfin, nous avons proposé un nouvel algorithme permettant de résoudre le problème d'optimisation donné, et dont l'intérêt est de donner une solution optimale du problème au lieu d'une solution approchée fournie par les méthodes heuristiques classiques. Un programme associé à cet algorithme a été développé en langage C, puis appliqué à plusieurs exemples de cas génériques afin d'en étudier les performances.