Les microorganismes constituent la plus grande diversité du monde vivant. Ils jouent un rôle clef dans tous les processus biologiques grâce à leurs capacités d’adaptation et à la diversité de leurs capacités métaboliques. Le développement de nouvelles approches de génomique permet de mieux explorer les populations microbiennes. Dans ce contexte, les biopuces à ADN représentent un outil à haut débit de choix pour l'étude de plusieurs milliers d’espèces en une seule expérience. Cependant, la conception et l’analyse des biopuces à ADN, avec leurs formats de haute densité actuels ainsi que l’immense quantité de données à traiter, représentent des étapes complexes mais cruciales. Pour améliorer la qualité et la performance de ces deux étapes, nous avons proposé de nouvelles approches bioinformatiques pour la conception et l’analyse des biopuces à ADN en environnements parallèles. Ces approches généralistes et polyvalentes utilisent le calcul haute performance (HPC) et les nouvelles approches du génie logiciel inspirées de la modélisation, notamment l’ingénierie dirigée par les modèles (IDM) pour contourner les limites actuelles. Nous avons développé PhylGrid 2.0, une nouvelle approche distribuée sur grilles de calcul pour la sélection de sondes exploratoires pour biopuces phylogénétiques. Ce logiciel a alors été utilisé pour construire PhylOPDb: une base de données complète de sondes oligonucléotidiques pour l’étude des communautés procaryotiques. MetaExploArrays qui est un logiciel parallèle pour la détermination de sondes sur différentes architectures de calcul (un PC, un multiprocesseur, un cluster ou une grille de calcul), en utilisant une approche de méta-programmation et d’ingénierie dirigée par les modèles a alors été conçu pour apporter une flexibilité aux utilisateurs en fonction de leurs ressources matériel. PhylInterpret, quant à lui est un nouveau logiciel pour faciliter l’analyse des résultats d’hybridation des biopuces à ADN. PhylInterpret utilise les notions de la logique propositionnelle pour déterminer la composition en procaryotes d’échantillons métagénomiques. Enfin, une démarche d’ingénierie dirigée par les modèles pour la parallélisation de la traduction inverse d’oligopeptides pour le design des biopuces à ADN fonctionnelles a également été mise en place. / Microorganisms represent the largest diversity of the living beings. They play a crucial rôle in all biological processes related to their huge metabolic potentialities and their capacity for adaptation to different ecological niches. The development of new genomic approaches allows a better knowledge of the microbial communities involved in complex environments functioning. In this context, DNA microarrays represent high-throughput tools able to study the presence, or the expression levels of several thousands of genes, combining qualitative and quantitative aspects in only one experiment. However, the design and analysis of DNA microarrays, with their current high density formats as well as the huge amount of data to process, are complex but crucial steps. To improve the quality and performance of these two steps, we have proposed new bioinformatics approaches for the design and analysis of DNA microarrays in parallel and distributed environments. These multipurpose approaches use high performance computing (HPC) and new software engineering approaches, especially model driven engineering (MDE), to overcome the current limitations. We have first developed PhylGrid 2.0, a new distributed approach for the selection of explorative probes for phylogenetic DNA microarrays at large scale using computing grids. This software was used to build PhylOPDb: a comprehensive 16S rRNA oligonucleotide probe database for prokaryotic identification. MetaExploArrays, which is a parallel software of oligonucleotide probe selection on different computing architectures (a PC, a multiprocessor, a cluster or a computing grid) using meta-programming and a model driven engineering approach, has been developed to improve flexibility in accordance to user’s informatics resources. Then, PhylInterpret, a new software for the analysis of hybridization results of DNA microarrays. PhylInterpret uses the concepts of propositional logic to determine the prokaryotic composition of metagenomic samples. Finally, a new parallelization method based on model driven engineering (MDE) has been proposed to compute a complete backtranslation of short peptides to select probes for functional microarrays.

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Ce travail de thèse porte sur l'étude des systèmes complexes par une démarche de modélisation et simulation (M&S). La plupart des questionnements sur ces systèmes nécessitent de prendre en compte plusieurs points de vue simultanément. Il faut alors considérer des phénomènes évoluant à des échelles (temporelles et spatiales) et des niveaux de résolutions (de microscopique à macroscopique) différents. De plus, l'expertise nécessaire pour décrire le système vient en général de plusieurs domaines scientifiques. Les défis sont alors de concilier ces points de vues hétérogènes, et d'intégrer l'existant de chaque domaine (formalismes et logiciels de simulation) tout en restant dans le cadre rigoureux de la démarche de M&S. Pour répondre à ces défis, nous mobilisons à la fois des notions de modélisation multi-niveau (intégration de représentations micro/macro), de modélisation hybride (intégration de formalismes discrets/continus), de simulation parallèle, et d'ingénierie logicielle (interopérabilité logiciel, et ingénierie dirigée par les modèles). Nous nous inscrivons dans la continuité des travaux de M&S existants autour de l'approche AA4MM et du formalisme DEVS. Nous étudions en effet dans cette thèse en quoi ces approches sont complémentaires et permettent, une fois combinées dans une démarche d'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM), de répondre aux défis de la M&S des systèmes complexes. Notre contribution est double. Nous proposons d'une part les spécifications opérationnelles de l'intergiciel de co-simulation MECSYCO permettant de simuler en parallèle un modèle de manière rigoureuse et complètement décentralisée. D'autre part, nous proposons une approche d'IDM permettant de décrire de manière non-ambiguë des modèles, puis de systématiser leur implémentation dans MECSYCO. Nous évaluons les propriétés de notre approche à travers plusieurs preuves de concept portant sur la M&S du trafic autoroutier et sur la résolution numérique d'un système d'équations différentielles / This thesis is focused on the study of complex systems through a modeling and simulation (M&S) process. Most questions about such systems requiere to take simultaneously account of several points of view. Phenomena evolving at different (temporal and spatial) scales and at different levels of resolution (from micro to macro) have to be considered. Moreover, several expert skills belonging to different scientific fields are needed. The challenges are then to reconcile these heterogeneous points of view, and to integrate each domain tools (formalisms and simulation software) within the rigorous framework of the M&S process. In order to solve these issues, we mobilise notions from multi-level modeling, hybrid modeling, parallel simulation and software engineering. Regarding these fields, we study the complementarity of the AA4MM approach and the DEVS formalism into the scope of the model-driven engineering (MDE) approach. Our contribution is twofold. We propose the operational specifications of the MECSYCO co-simulation middleware enabling the parallel simulation of complex systems models in a rigorous and decentralized way. We also define an MDE approach enabling the non-ambiguous description of complex systems models and their automatic implementation in MECSYCO. We show the properties of our approach with several proofs of concept

L'ingénierie des systèmes ou Génie Logiciel est une approche interdisciplinaire, dont le but est de formaliser la conception et le développement des systèmes. Cette approche commence par la définition des besoins, puis se poursuit avec la conception, l'implémentation et la validation du système. Historiquement, les systèmes ont été isolés et souvent basés sur des technologies propriétaires. De nos jours les systèmes informatiques s'interconnectent, s'ouvrent vers Internet, et s'appuient de plus en plus sur des technologies standards en favorisant l'inter-opérabilité. A côté d'apports indéniables, ces changements génèrent cependant de nouveaux risques de malveillance informatique. Pour y faire face, la sécurité informatique s'est fortement développée en permettant de mettre en place des contre-mesures plus ou moins fiables. Cette thèse se situe à la croisée de l'ingénierie des systèmes et de la sécurité. Elle vise à proposer une approche qui intègre ces deux domaines de manière collaborative et complémentaire. Même si ces deux domaines sont très liés l'un à l'autre, il existe relativement peu d'approches qui intègrent les aspects sécurité au processus d'ingénierie logicielle, et encore moins celles qui la considèrent dès la phase d'ingénierie des besoins, et/ou permettent l'évaluation de la politique de sécurité à un haut niveau d'abstraction. Cette thèse apporte une contribution dans ce domaine. Par conséquent, dans cette thèse nous proposons une approche basée sur l'IDM (Ingénierie Dirigée par les Modèles) et MDA (Model-Driven Architecture) qui intègre l’ingénierie des systèmes et la sécurité en utilisant les modèles. Cette approche permet d’identifier, de concevoir et d’évaluer des aspects de sécurité dans les différentes étapes de l'ingénierie des systèmes afin d'obtenir des systèmes sécurisés. / Software engineering is an interdisciplinary approach aiming to formalize the development of systems. This approach begins with defining system requirements and then continues with defining the design, implementation and validation of systems. Historically, systems were isolated and often based on proprietary technologies. Todays, computer systems are interconnected using Internet and standard technologies by promoting interoperability. In spite of undeniable contributions, these changes engender new risks of computer vulnerabilities/attacks. To cope with these risks, information security has improved to implement more or less reliable counter-measures. This thesis is situated at the intersection/crossroads of the software engineering and the information security. It aims to propose an approach that integrates these two fields in a collaborative and complementary manner. Although both fields are closely related, there are few approaches that integrate security aspects into software engineering process, much less from engineering requirements, which allow the assessment of security policies from a high level of abstraction. Hence, this thesis makes a contribution in this area. Therefore, in this thesis, we propose an approach based on MDE (Model-Driven Engineering) and MDA (Model Driven Architecture) which integrates software engineering and information security using models. This approach allows to identify, to design and to assess security aspects in the stages of the system development in order to obtain secure systems.

Le développement de systèmes logiciels implique l'intégration de différents langages pour modéliser l'organisation et le comportement des composants d'une application. De plus, s'il existe des modèles de processus décrivant les différentes activités pour passer d'une spécification à une réalisation, il n'existe pas de processus général expliquant comment relier de façon rationnelle langages et activités. Par ailleurs, l'Ingénierie Dirigée par les Modèles propose des concepts et des outils pour spécifier et combiner différents langages; ceci en introduisant les concepts de méta­modèles comme moyen pour spécifier des langages, et de transformation de modèles pour les mettre en relation. Un exemple de métamodèle est donné par le standard SPEM (Software Process Engineering Metamodel) dédié à la modélisation de processus de développement logiciel.Dans ce contexte, la thèse propose de tirer profit des éléments précédents pour élaborer des processus de développements spécifiques et orientés modèles conformes à un schéma conceptuel dérivé du schéma de SPEM dans lequel des activités d'un processus peuvent exploiter des métamodèles et des transformations. Un guide méthodologique pour aborder l'ingénierie de processus spécifiques complète le schéma proposé. Les intérêts de la proposition résident alors dans une meilleure capitalisation des connaissances pour un domaine ainsi qu'une réduction des efforts de développement. Finalement, la thèse propose d'élaborer de tels processus spécifiques pour des applications logicielles relevant du domaine des Systèmes à Évènements Discrets. / Software development usually requires the usage and integration of different modeling languages for modeling the behavior and the organization of the application's components. There are many process models describing the different activities of software development but there is no generic process that explains how to relate these languages to the activities. In this context, Model Driven Engineering offers concepts and tools to specify and to combine different languages with meta­ models for specifying languages and model transformations to put together various meta-models. An example of such a meta-model is given by SPEM (Software Process Engineering Metamodel) which serves as a modeling language for describing software development processes.The thesis proposes to take advantage of the preceding concepts to define specific model-drivendevelopment processes; this by defining a conceptual scheme, derived from SPEM, in which the activities of a process use meta-models and transformations. From this scheme, the components of a specific process are identified what leads to a methodological approach for the engineering of domain specific processes. Thus, the major benefits of the approach are: knowledge capitalization and a reduction of development efforts. Finally, the thesis applies this proposition to derive aspecific software engineering process dedicated to the design of Discrete Event Systems.

Ces travaux de recherche concernent le domaine de l’ingénierie des connaissances pour laconception de produits et plus particulièrement les phases amont du couple produit-simulation dansle processus de conception.Au cours de ces différentes phases amont, les acteurs d’un même projet utilisent simultanément denombreuses modélisations géométriques et comportementales du produit. Ils peuvent aussi avoirrecours à plusieurs outils logiciels hétérogènes, communiquant très difficilement entre eux.Dans ce contexte, le partage des connaissances entre les différents modèles métiers apparait commeune nécessité. En effet, concevoir un produit implique une gestion des connaissances d’unegranularité fine en tenant compte de leur niveau de maturité et de leur cohérence.Le recours à de nouvelles méthodes et de nouveaux outils est alors nécessaires dans le but desoutenir l’approche globale PLM et continuer à optimiser et rationaliser le processus de conceptionde produits.Dans ce cadre, nous proposons une approche qualifiée de KCM – Knowledge ConfigurationManagement, basée sur la gestion des connaissances de granularité fine, en configurations. Cetteapproche est de nature à favoriser la collaboration entre les acteurs d’un projet, en améliorant lacapitalisation, la traçabilité, la réutilisation et la cohérence des connaissances, utiliséessimultanément dans plusieurs activités en parallèle du processus de conception.Les principaux résultats de notre travail de recherche se structurent autour de trois axes :· Une méthodologie de gestion des connaissances en configurations qualifiée de KCMethod.· Un méta-modèle, baptisé KCModel, de structuration des concepts manipulés parKCMethod.· Une maquette de faisabilité sous forme d’outil logiciel ADES, permettant d’expérimenteret valider notre approche.L’ensemble des résultats obtenus s’articule autour d’une solution logicielle de nouvelle génération,qualifiée de KCManager, permettant de déployer en entreprise l’ensemble de la démarche proposée. / This research work deals with the field of knowledge engineering for product design, especially theupstream phases of the design-simulation couple in the product design process.In these phases, the project participants use many geometric and behavioural models of the productin parallel, while using multiple heterogeneous software tools, with difficulties to communicatebetween each other. However, especially in the upstream phases of the design process, designing aproduct requires sharing fine granularity knowledge between the different expert models, takinginto account their levels of maturity and consistency. Consequently, new methods and tools arethen needed in order to support the overall PLM approach and continue to optimize and streamlinethe product design process.Thus, in this research context, we propose an approach referred to as KCM – KnowledgeConfiguration Management, based on management of fine granularity knowledge in configuration.This approach is likely to improve collaboration between project participants, improvingcapitalization, traceability, reuse and consistency of the knowledge used simultaneously on severalactivities in parallel within the design process.The main results of our research are structured around three axes :· A methodology for knowledge configuration management qualified as KCMethod.· A meta-model, called KCModel, structuring concepts manipulated by KCMethod.· A model of feasibility, namely ADES software tool, allowing testing and validation ourapproach.The overall results are articulated around a next-generation software solution, described asKCManager, in order to deploy the approach proposed.

<b>Résumé</b> Les applications logicielles sont devenues indispensables dans un grand nombre d’activités humaines et se sont répandues grâce à l’avènement des réseaux (ADSL, WIFI, GSM...) ou de l’informatique nomade (ordinateurs portables, assistant digitaux personnels, téléphones mobiles etc.) qui ont rendu l’interaction avec des systèmes informatiques possible en presque tout lieu. Cet état de fait a engendré à la fois une grande complexité pour la conception de ces systèmes distribués et de grandes attentes de la part des clients de ces systèmes, préoccupés principalement par les qualités et temps de réalisation des applications logicielles exécutées par ces systèmes ainsi que les coûts qui en découlent. Il est donc nécessaire d’améliorer nos méthodes de développement afin de faire face à ces nouveaux défis. D’une part, l’ingénierie dirigée par les modèles (IDM), en permettant la description d’applications logicielles à divers niveaux d’abstraction et en générant certains de leurs éléments via la transformation de modèles, s’attaque à la complexité intrinsèque de ces systèmes et réduit leur temps de développement ainsi que celui de maintenance. D’autre part, l’approche de ligne de produits accélère la réutilisation logicielle en proposant le développement d’applications basées sur un ensemble de composants communs dans un domaine déterminé. Ainsi, lorsque ceux-ci sont conçus avec soin, il est possible de satisfaire simultanément des critères de qualité et de temps de développement. Les méthodes qui ont été construites sur le paradigme de ligne de produits se sont principalement attachées à décrire les points communs et les différences parmi les composants qui seront réutilisés par les applications membres de lignes de produits. Néanmoins, un logiciel doit très souvent répondre à un besoin qui émane d’un utilisateur particulier. Il est donc nécessaire de prendre en compte ses attentes qui sont parfois spécifiques à cet utilisateur et il n’est ni possible ni souhaitable de définir et de supporter celles ci dans l’ensemble de composant réutilisables à partir desquels les applications sont dérivées. Certaines méthodes orientées lignes de produits proposent des approches pour la dérivation de produits par trop restrictives qui excluent de manière indue des produits qui, bien que pouvant être développés à partir des composants de la ligne de produits, n’ont pas été envisagés lors de sa définition, ce qui nous prive donc de la possibilité d’adresser facilement les exigences spécifiques des utilisateurs. Si quelques méthodes reconnaissent la nécessité de prendre en compte ces exigences particulières, elles ne fournissent aucune solution systématique pour intégrer ces exigences dans le cycle de développement d’un produit. Cette thèse s’attache à la définition d’une méthode plus souple pour le développement d’applications dans le contexte de ligne de produits qui s’appuie sur une combinaison de l’approche IDM avec les “frameworks” orientés-objet. Le domaine ciblé par cette méthode est celui des applications de ventes enchères sur Internet qui est un domaine non-critique pour lequel une grande variabilité dans les scenarii d’utilisation est requise. La première partie de cette thèse introduit les concepts de base de notre méthode nommée FIDJI. En particulier, nous définissons la notion de framework architectural comme un ensemble de modèles permettant la description cohérente des divers constituants d’analyse et de concept d’une ligne de produits. Cette entité est ensuite instanciée par le biais de transformations de modèles. Nous décrivons ensuite les principes méthodologiques qui ont déterminé les choix des modèles du framework architectural ainsi que l’instanciation flexible de produits encadré par des contraintes définies sur les modèles du framework architectural. La seconde partie de cette thèse présente en détail les phases de définition des charges, d’analyse et de conception de la méthode FIDJI. Tout d’abord, un modèle de définition de ligne de produits est introduit permettant la définition des charges de manière informelle en se basant sur des variations de cas d’utilisation et un dictionnaire de données et encadré par des règles méthodologiques simples. Nous définissons ensuite la phase d’analyse comme un raffinement de la phase de découverte des charges en proposant la modélisation des concepts du domaine à l’aide de diagrammes UML 2.0 ainsi que l’enrichissement des cas d’utilisation par des expressions OCL (Object Constraint Language). Au niveau de l’analyse, nous démontrons comment un certain degré de flexibilité peut être obtenu au niveau du cycle de vie des évenements échangés entre le système et ses acteurs via l’utilisation de variables d’états. La phase de design s’intéresse principalement à l’aspect architectural, en proposant un modèle de composants basé sur UML 2.0 permettant la description de styles architecturaux structurant le framework architectural. Des profiles UML 2.0 définissant les éléments de modèles utilisés, leurs conditions d’application ainsi que des règles de cohérence et de traceabilité pour les modèles d’analyse et de conception sont proposés. Le processus méthodologique, commun aux phases d’analyse et de conception, consiste en l’écriture d’un programme de transformation de modèles permettant d’instancier le framework architectural tout en étant guidé par des contraintes d’instanciation qui définissent de manière souple les frontières de la ligne de produits. Enfin, la dernière partie de cette thèse s’intéresse à l’application concrète de la méthode FIDJI. Une étude de cas appartenant au domaine des applications e-commerce est détaillée, illustrant ainsi les modèles FIDJI. Nous montrons en particulier comment écrire le programme de transformations à partir d’opérations de transformation prédéfinies ainsi que la raison d’être et l’utilisation des contraintes guidant le processus d’instanciation au coeur de la méthode. <b>Abstract</b> Software systems have become essential to many human activities and have proliferated thanks to various hardware innovations such as mobile computing (laptops, personal digital assistants, mobile phones) and networks (DSL, WIFI, GSM, etc.) enabling interactions between users and computer systems in virtually any place. This situation has created both a great complexity for such distributed systems to be designed and great expectations (mainly concerned with quality, time and induced costs of the software) from the users of these systems, requiring improvements in software engineering methods in order to meet these challenges. On the one hand, Model Driven Engineering (MDE), by allowing the description of software systems through abstractions and deriving useful system artifacts, harnesses inherent complexity of software systems and reduces time-to-market via model transformations. On the other hand, software product lines foster software reuse by proposing to develop applications based on a set of common assets belonging to a particular domain. Thus, when product line assets are carefully designed, both quality and time-to-market requirements can be achieved. Development methods that have resulted from the product line paradigm generally focus on defining common and variable assets to be reused by product line members. However, they hardly address the development of applications from the product line assets in a systematic way. Furthermore, those considering it propose automated but rather inflexible approaches that unnecessarily exclude products which, although addressable by product line assets, have not been explicitly envisioned during product line definition. If in some domains — in particular, those including hardware constraints and/or critical features — it is possible to fully determine the products that are part of the software product line, in the other cases, an initial set of products can only be considered assuming that the customers’ requests will be met by this set. We believe that this assumption is false in general and this thesis examines the research question which consists in proposing a set of models and a product line development method to offer more flexibility while deriving products in order to seamlessly address customers’ requests. The domain we consider is that of web e-bartering systems. This thesis strives to propose a trade-off between automated and unsupported product derivation by providing a model-driven product line development method that allows developers to define product line members by transforming a coherent and layered set of product line models. Moreover, constraints on the possible transformations have to be specified in order to determine which products cannot be derived both for functional and technical reasons. The first part of this thesis introduces the foundational concepts of our FIDJI method. In particular, it describes the notion of architectural framework as a set of models defining product line assets at analysis and design levels and which is instantiated in order to obtain product line members thanks to model transformations. This part then describes key methodological principles driving the choice of architectural framework models and how flexibility in product derivation can be achieved and controlled by constraints defined over the set of architectural framework models. The second part of this thesis is devoted to requirements elicitation, analysis and design phases of the method. For requirements elicitation, a specific product line template is defined to allow for the description of a software product line in an informal manner via use case variants and data dictionaries. The analysis phase refines requirements elicitation by allowing the precise description of domain concepts in terms of UML models as well as functionalities in terms of use cases completed by OCL expressions. Variability is ensured through the use of state variables in OCL expressions which enable a wide variety of scenarios to be implemented in the product. Constraints indirectly define product line boundaries by preventing certain instantiations from being made. The design phase focuses on the architectural design of the architectural framework and describes it in terms of interacting components structured via architectural styles. Analysis and design models are supported by UML profiles defining the constructs offered by the FIDJI method, their usage conditions as well as traceability and consistency rules ensuring model correctness. The methodological process for both analysis and design consists in writing a transformation program, validated over the aforementioned constraints, that will instantiate the architectural framework to obtain a viable product line member. The last part of the thesis deals with the practical application of the method. A case study belonging to the e-commerce domain illustrates the FIDJI method in detail and a simple architectural framework is defined for this purpose. In particular, we show how the transformation program is created from predefined transformation operations dedicated to FIDJI models and the rationale and usage of constraints controlling the instantiation of the architectural framework.

La transformation de modèles consiste à transformer un modèle source en un modèle cible conformément à des méta-modèles source et cible. Nous distinguons deux types de transformations. La première est exogène où les méta-modèles source et cible représentent des formalismes différents et où tous les éléments du modèle source sont transformés. Quand elle concerne un même formalisme, la transformation est endogène. Ce type de transformation nécessite généralement deux étapes : l’identification des éléments du modèle source à transformer, puis la transformation de ces éléments. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons trois principales contributions liées à ces problèmes de transformation. La première contribution est l’automatisation des transformations des modèles. Nous proposons de considérer le problème de transformation comme un problème d'optimisation combinatoire où un modèle cible peut être automatiquement généré à partir d'un nombre réduit d'exemples de transformations. Cette première contribution peut être appliquée aux transformations exogènes ou endogènes (après la détection des éléments à transformer). La deuxième contribution est liée à la transformation endogène où les éléments à transformer du modèle source doivent être détectés. Nous proposons une approche pour la détection des défauts de conception comme étape préalable au refactoring. Cette approche est inspirée du principe de la détection des virus par le système immunitaire humain, appelée sélection négative. L’idée consiste à utiliser de bonnes pratiques d’implémentation pour détecter les parties du code à risque. La troisième contribution vise à tester un mécanisme de transformation en utilisant une fonction oracle pour détecter les erreurs. Nous avons adapté le mécanisme de sélection négative qui consiste à considérer comme une erreur toute déviation entre les traces de transformation à évaluer et une base d’exemples contenant des traces de transformation de bonne qualité. La fonction oracle calcule cette dissimilarité et les erreurs sont ordonnées selon ce score. Les différentes contributions ont été évaluées sur d’importants projets et les résultats obtenus montrent leurs efficacités. / Model transformations take as input a source model and generate as output a target model. The source and target models conform to given meta-models. We distinguish between two transformation categories. Exogenous transformations are transformations between models expressed using different languages, and the whole source model is transformed. Endogenous transformations are transformations between models expressed in the same language. For endogenous transformations, two steps are needed: identifying the source model elements to transform and then applying the transformation on them. In this thesis, we propose three principal contributions. The first contribution aims to automate model transformations. The process is seen as an optimization problem where different transformation possibilities are evaluated and, for each possibility, a quality is associated depending on its conformity with a reference set of examples. This first contribution can be applied to exogenous as well as endogenous transformation (after determining the source model elements to transform). The second contribution is related precisely to the detection of elements concerned with endogenous transformations. In this context, we present a new technique for design defect detection. The detection is based on the notion that the more a code deviates from good practice, the more likely it is bad. Taking inspiration from artificial immune systems, we generate a set of detectors that characterize the ways in which a code can diverge from good practices. We then use these detectors to determine how far the code in the assessed systems deviates from normality. The third contribution concerns transformation mechanism testing. The proposed oracle function compares target test cases with a base of examples containing good quality transformation traces, and assigns a risk level based on the dissimilarity between the two. The traces help the tester understand the origin of an error. The three contributions are evaluated with real software projects and the obtained results confirm their efficiencies.

Le Système-de-Systèmes (SdS) devient l'un des principaux paradigmes pour l'ingénieriedes solutions de la prochaine génération, telles que les villes intelligentes, les bâtiments intelligents,les systèmes médicaux, les systèmes d'interventions d'urgence et les systèmes de défense. Parconséquent, l'intérêt apporté aux SdS, leur architecture et surtout leur sécurité est en croissancecontinue. Cependant, les caractéristiques de différenciation des SdS, telles que le comportementémergent et l'indépendance managériale et opérationnelle de ses constituants, peuvent introduiredes problèmes spécifiques qui rendent leurs modélisation, simulation et analyse de sécurité un déficritique. Dans cette thèse, nous étudions comment les approches du génie logiciel peuvent êtreétendues pour modéliser et analyser les architectures sécurisées de SdS, afin de découvrir lesattaques à fort impact (attaques en cascade) tôt à la phase d'architecture. Pour atteindre notreobjectif, nous proposons une méthode d'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM), nommée Systems-of-Systems Security (SoSSec), qui comprend: (1) un langage de modélisation (SoSSecML) pour lamodélisation des architectures sécurisées des SdS, et une extension des Systèmes Multi-Agents(SMA) pour l'analyse des architectures sécurisées des SdS; (2) les outils correspondants: un éditeurgraphique, un générateur de code, une extension de la plate-forme Java Agent Development (JADE)pour la simulation des SMA, un outil personnalisé pour l'enregistrement des résultats de simulation;et (3) un processus pour guider l'utilisation de la méthode SoSSec. Pour illustrer notre approche,nous avons réalisé un cas d'étude sur un bâtiment intelligent réel, le bâtiment de l'école de santé del'Université d'Adélaïde (AHMS). / Systems-of-Systems (SoS) is becoming one of the major paradigm forengineering next generation solutions such as smart cities, smart buildings, health-care, emergencyresponse and defense. Therefore, there is a growing interest in SoS, their architecture and speciallytheir security. However, SoS differentiating characteristics, such as emergent behavior andmanagerial and operational independence of its constituents, may introduce specific issues thatmake their security modeling, simulation and analysis a critical challenge. In this thesis we investigatehow Software Engineering approaches can be extended to model and analyze secure SoS solutionsfor discovering high impact attacks (cascading attacks) at the architecture stage. In order to achieveour objective, we propose a Model Driven Engineering method, Systems-of-Systems Security(SoSSec), that comprises: (1) a modeling description language (SoSSecML) for secure SoS modelingand an extension of Multi-Agent Systems (MAS) for secure SoS architecture analysis, (2) thecorresponding tools: a graphical editor, a code generator, an extension of the Java AgentDevelopment (JADE) MAS simulation framework, a custom logging tool, (3) an utilization process toguide the use of the SoSSec method. To illustrate our approach we conducted a case study on a reallifesmart building SoS, the Adelaide University Health and Medical School (AHMS).

La complexité croissante du matériel et du logiciel dans le développement des applications pour les systèmes embarqués induit de nouveaux besoins et de nouvelles contraintes en termes de fonctionnalités, de capacité de stockage, de calcul et de consommation d'énergie. Cela entraîne des difficultés accrues pour les concepteurs alors que les contraintes commerciales liées aux développement et à la production de ces systèmes demeurent impondérables. Un autre défi qui s'ajoute à cette complexité est le développement des applications avec de fortes exigences de sécurité et de fiabilité (S&D) pour des systèmes embarqués contraints en ressources (RCES). De ce fait, nous recommandons d'aborder cette complexité via la réutilisation d'un ensemble d'artefacts de modélisation dédiés. Le "patron" constitue l'artefact de base pour représenter des solutions S&D, à spécifier par les experts de ces aspects et à réutiliser par les ingénieurs pour résoudre les problèmes de l'ingénierie système/logicielle du domaine confrontée à ces aspects. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une approche d'ingénierie à base de modèles pour la spécification, le packaging et la réutilisation de ces artefacts pour modéliser et analyser ces systèmes. Le fondement de notre approche est un ensemble de langages de modélisation et des règles de transformation couplés à un référentiel orienté modèles et de moteurs de recherche et d'instantiation. Ces langages de modélisation permettent de spécifier les patrons, les systèmes de patrons et un ensemble de modèles de propriétés et de ressources. Ces modèles permettent de gouverner l'utilisation des patrons, leur organisation et leur analyse pour d'éventuel réutilisation. Pour les transformations, nous avons conçu un ensemble de règles pour l'analyse de la satisfiabilité des architectures logicielles à base de patrons S&D pour des plateformes matérielles à base de modèles de ressources. Pour le développement du référentiel, nous proposons un processus de spécification et de génération basé sur les langages de modélisation décrits au préalable. Les moteurs permettent de retrouver pour ensuite instantier ces artefacts vers des environnements de développement spécifiques.Dans le cadre de l'assistance pour le développement des applications S&D pour les RCES, nous avons implémenté une suite d'outils, basés sur Eclipse EMF/QVTO, pour supporter la spécification de ces artefacts et l'analyse des applications S&D autour d'un référentiel. Afin de faciliter l'utilisation de l'approche proposée, nous préconisons un ensemble de méthodes pour favoriser l'utilisation de cette suite d'outils tout au long du processus de développement. En outre, nous avons abordé la construction par génération automatique de référentiels orientés modèles, basée sur Eclipse EMF/QVTO et la plateforme Eclispe CDO, accompagné d'un ensemble d'outils pour le peuplement, l'accès et la gestion de ce référentiel. Les problèmes étudiés dans ce travail ont été identifiés dans le contexte du projet européen FP7 TERESA. Les solutions proposées ont ainsi été démontrées et évaluées dans le cadre de ce projet à travers un cas d'étude d'une application de contrôle, exhibant des exigences de fiabilité et de sécurité, pour les systèmes ferroviaires. / Non-functional requirements such as Security and Dependability (S&D) become more and more important as well as more and more difficult to achieve, particularly in embedded systems development. Such systems come with a large number of common characteristics, including real-time and temperature constraints, security and dependability as well as efficiency requirements. In particular, the development of Resource Constrained Embedded Systems (RCES) has to address constraints regarding memory, computational processing power and/or energy consumption. In this work, we propose a modeling environment which associates model-driven paradigm and a model-based repository, to support the design and the packaging of S&D patterns, resource models and their property models. The approach is based on a set of modeling languages coupled with a model-repository, search and instantiation engines towards specific development environments. These modeling languages allow to specify patterns, resources and a set of property models. These property models will allow to govern the use of patterns and their analysis for reuse. In addition, we propose a specification and generation process of repositories. As part of the assistance for the development of S&D applications, we have implemented a suite of tool-chain based on the Eclipse platform to support the different activities around the repository, including the analysis activities. The proposed solutions were evaluated in the TERESA project through a case study from the railway domain.