Avec la convergence de plusieurs tendances profondes du secteur énergétique, lesréseaux électriques intelligents (smart grids) émergent comme le paradigme principal pourla modernisation des réseaux électriques. Les smart grids doivent notamment permettred'intégrer de larges proportions d'énergie renouvelable intermittente, de stockage et devéhicules électriques, ainsi que donner aux consommateurs plus de contrôle sur leur consommationénergétique. L'atteinte de ces objectifs repose sur l'adoption de nombreusestechnologies, et en particulier des technologies de l'information et de la communication.Ces changements transforment les réseaux en des systèmes de plus en plus complexes,nécessitant des outils adaptés pour modéliser, contrôler et simuler leur comportement.Dans cette thèse, l'utilisation des systèmes multi-agents (SMA) permet une approchesystémique de la gestion de l'énergie, ainsi que la définition d'architectures et d'algorithmesbénéficiant des propriétés des SMA. Cette approche permet de prendre en compte lacomplexité d'un tel système cyber-physique, en intégrant de multiples aspects commele réseau en lui-même, les infrastructures de communication, les marchés ou encore lecomportement des utilisateurs. L'approche est mise en valeur à travers deux applications.Dans une première application, un système de gestion de l'énergie pour centrales àturbines à gaz est conçu avec l'objectif de minimiser les coûts de fonctionnement et lesémissions de gaz à effet de serre pour des profils de charge variables. Un modèle de turbineà gaz basé sur des données réelles est proposé et utilisé dans un simulateur spécifiquementdéveloppé. Une métaheuristique optimise dynamiquement le dispatching entre les turbinesen fonction de leurs caractéristiques propres. Les résultats montrent que le systèmeest capable d'atteindre ses objectifs initiaux. Les besoins en puissance de calcul et encommunication sont également évalués.Avec d'autres mesures de gestion de la demande, l'effacement diffus permet de réduiretemporairement la charge électrique, par exemple dans la cas d'une congestion du réseaude transport. Dans cette seconde application, un système d'effacement diffus est proposéet utilise les ressources disponibles chez les particuliers (véhicules électriques, climatisation,chauffe-eau) pour maintenir la demande sous une valeur limite. Des aggrégateursde capacité de réduction de charge servent d'interface entre les opérateurs du réseau etun marché de l'effacement. Un simulateur est également développé pour évaluer la performancedu système. Les résultats de simulations montrent que le système réussit àatteindre ses objectifs sans compromettre la stabilité du réseau de distribution en régimecontinu.

La gestion des connaissances permet d'identifier et de capitaliser les savoirs faires de l'entreprise afin de les organiser et de les diffuser. Cette thèse propose un système de gestion des connaissances hétérogènes et distribuées, appelé OCEAN. Basé sur les ontologies et sur un système multi-agents, OCEAN a pour but de résoudre le problème de la capitalisation et de réutilisation des connaissances provenant de plusieurs sources différentes, afin d'aider les acteurs métiers dans le processus de développement de produits mécaniques. Le système OCEAN repose sur un cycle de vie de quatre étapes Ce cycle de vie possède les phases : d'identification, d'extraction, de validation et se termine par la réutilisation des connaissances. Chaque phase constitue l'objectif d'une organisation d'agents.L'identification dans le système OCEAN consiste à définir les connaissances par un expert métier sous la forme d'une ontologie. Les ontologies sont utilisées dans notre système pour représenter les connaissances définis d'une façon structurée et formelle afin d'être compréhensible par les machines. L'extraction des connaissances dans OCEAN est réalisée par les agents de manière automatique à l'aide des ontologies créées par les experts métiers. Les agents interagissent avec les différentes applications métiers via des services web. Le résultat de cette phase est stocké dans une mémoire organisationnelle. La validation des connaissances consiste à permettre aux acteurs métiers de valider les connaissances de la mémoire organisationnelle dans un wiki sémantique. Ce wiki permet de présenter les connaissances de la mémoire organisationnelle aux acteurs pour les réutiliser, les évaluer et les faire évoluer. La réutilisation des connaissances dans OCEAN est inspiré de travaux antérieurs intégrés au sein d'OCEAN. Les quatre phases du cycle de vie des connaissances traitées dans cette thèse nous ont permis de réaliser un système apte à gérer les connaissances hétérogènes et distribuées dans une entreprise étendue.

Face aux changements globaux, au déclin de la biodiversité et à l'augmentation de la population urbaine, la demande des professionnels de la construction pour intégrer la biodiversité dans leurs pratiques est de plus en plus forte. Ma thèse a eu pour objectif de (1) faire un état des lieux de la prise en compte de la biodiversité dans les aménagements urbains et (2) développer de nouveaux outils afin d'aider les aménageurs à améliorer leurs pratiques. Dans une première partie consacrée au bilan biodiversité, (1) nous avons émis des doutes quant à la pertinence de l'utilisation des toitures végétalisées, telles qu'elles sont conçues actuellement, en tant qu'éléments intégrés à un réseau écologique ; (2) l'étude des mesures environnementales mises en place dans 54 éco‐quartiers européens (principalement en France) a montré que les concepteurs se préoccupaient principalement des bénéfices environnementaux en termes d'énergie, de transport, de déchets et d'eau, et plus rarement de biodiversité ; (3) l'ACV (analyse du cycle de vie), un outil fréquemment utilisés par les aménageurs pour calculer les impacts environnementaux d'un produit (toit vert, bâtiment, quartier) intègre mal la biodiversité dans ses calculs, et son utilisation pour comparer différents éléments verts pourrait uniformiser les pratiques et ainsi conduire à une homogénéisation de la biodiversité et à l'altération du fonctionnement de l'écosystème. Pour aider les aménageurs à mieux considérer la biodiversité dans leurs pratiques, nous avons participé à l'amélioration de l'outil Profil-Biodiversité créé par Frank Derrien et développé notre propre outil (BioDi(v)Strict) basé sur la diversité des habitats et la présence de quatre groupes d'espèces bio-indicatrices afin de traduire au mieux la dynamique écologique d'un site. Ces deux outils ont été appliqués sur un site pilote : la Cité Descartes (à Noisy-le- Grand et Champs-sur-Marne). Dans le but de faire émerger une prise de conscience des différents acteurs locaux sur la nécessité de préserver la biodiversité et les services écosystémiques associés, nous avons développé un outil de concertation pour l'aménagement du territoire (NewDistrict), basé sur une modélisation d'un système multi-agents (SMA) et d'un jeu de rôles autour de l'étalement urbain et ses conséquences environnementales.

Cette thèse concerne à la gestion globale à base de modèle des flux énergétiques dans le bâtiment. L'objectif des systèmes de gestion de l'énergie proposés est d'aider les occupants à gérer leur système bâtiment en planifiant la consommation/production des différents équipements présents en fonction des tarifs, de la disponibilité de l'énergie et des usages de l'occupant. L'objectif de cette thèse est de proposer une approche de résolution multi-solveurs s'appuyant sur le paradigme multi-agent.Pour y parvenir, nous avons développé, dans un premier temps, un service multi-phase, qui représente plusieurs phases flexibles avec des niveaux de consommation différents, offrant un niveau de précision supérieure pour des équipements comme une machine à laver. Dans un second temps, notre travail a consisté à proposer une nouvelle approche d'optimisation combinant différents solveurs embarqués dans des agents logiciels. Le résultat est une approche d'optimisation hybride à base d'agents, s'appuyant sur des algorithmes PLNE et des méta-heuristiques.

Nous nous intéressons à l'étude de la dynamique des réseaux composés d'une multitude d'agents. Les motivations de ce travail trouvent leurs sources dans de nombreux domaines et notamment la biologie avec l'étude de l'émergence de comportements collectifs cohérents chez les animaux (vol en formation d'oiseaux migrateurs). Considérons un certain nombre d'agents (animaux) dont le comportement dynamique individuel peut être modélisé par une équation différentielle. Les agents communiquent : les liens sont représentés sous la forme d'un graphe dont les sommets sont les agents du système. Chaque agent a la connaissance de l'état des agents auxquels il est connecté et ajuste sa dynamique à l'aide de cette information. Des comportements collectifs peuvent alors émerger comme par exemple le phénomène de flocking (tous les agents se déplacent dans la même direction). Plusieurs modèles d'interaction ont été proposés, les plus connus étant le modèle de Viscek (1995) ou le modèle de Cucker-Smale (2007). L'étude de ces modèles repose généralement sur des méthodes d'analyse de stabilité des systèmes dynamiques ou des systèmes hybrides, lorsque le graphe de communication évolue dans le temps. Nous souhaitons dans cette thèse évaluer la robustesse de l'émergence de ces comportements collectifs en étudiant l'influence de divers facteurs: paramètres du modèle, topologie du graphe, nombre d'agents, présences de perturbations. Nous nous intéresserons notamment au phénomène de scission du groupe d'agents en plusieurs groupes d'agents coordonnés.

Depuis de nombreuses années, nous nous sommes efforcés de comprendre le comportement humain et nos interactions avec l'environnement sociotechnique. Grâce à l'avancée de nos connaissances dans ce domaine, nous avons contribué à la conception de technologies et de processus de travail nouveaux ou améliorés. Historiquement, une part importante du travail d'analyse des interactions sociales fut entreprise au sein des sciences sociales. Cependant, la simulation informatique a apporté un nouvel outil pour tenter de comprendre et de modéliser les comportements humains. En utilisant une approche à base d'agents, cette présentation décrit mon travail sur la construction de modèles informatiques du comportement humain pour guider la conception par la simulation. A l'aide d'exemples issus de projets des deux domaines d'application que sont la gestion des crises et de l'urgence et la gestion de l'énergie, je décris comment mon travail aborde certains problèmes centraux à la simulation sociale à base d'agents. Le premier concerne le processus par lequel nous développons ces modèles. Le second problème provient de la nature des systèmes sociotechniques. Les sociétés humaines constituent un exemple parfait de système complexe possédant des caractéristiques d'auto-organisation et d'adaptabilité, et affichant des phénomènes émergents tels que la coopération et la robustesse. Je décris comment la théorie des systèmes complexes peut être appliquée pour améliorer notre compréhension des systèmes sociotechniques, et comment nos interactions au niveau microscopique mènent à l'émergence d'une conscience mutuelle pour la résolution de problèmes. A partir de systèmes de simulation à base d'agents, je montre comment la conscience du contexte peut être modélisée. En terme de perspectives, j'expliquerai comment la hausse de la prévalence des agents artificiels dans notre société nous forcera à considérer de nouveaux types d'interactions et de comportements coopératifs.

Dans la zone nord des bassins versants de la Thaïlande, l'augmentation de la dégradation des ressources du bassin hydrographique résultant de la combinaison de l'augmentation de la population et de la croissance économique ont conduit à la création de contrôles divers par différents agents. Le gouvernement thaïlandais a fait des efforts considérables pour responsabiliser et impliquer les populations locales dans la gouvernance des ressources, pour éradiquer le problème et atténuer les conflits d'intérêts. Toutefois, la participation de la population ne progresse pas au-delà des niveaux d'information et de consultation. Afin de promouvoir la bonne gouvernance des ressources, la question de recherche proposée ici est de savoir comment utiliser la modélisation d'accompagnement (ComMod) qui est un processus de médiation outillé pour promouvoir la compréhension mutuelle et l'apprentissage adaptatif chez les intervenants afin d'améliorer la gestion collective des bassins versants. Les principales méthodes de recherche mises en œuvre dans cette étude sont le jeu de rôle (RPG), l'observation participante et la modélisation multi-agents. L'analyse préliminaire du cas du bassin versant Maehae a révélé un risque de conflit entre les agriculteurs et les forestiers. Deux sessions de jeu de rôle (RPG) ont été menées afin de mieux comprendre comment ces acteurs utilisent et gèrent des terres et des forêts malgré des conflits d'intérêts. [...]En résumé, le réseau villageois, comme le réseau local, crée des liens divers entre deux ethnies et communautés. Il lie des individus, des groupes et des réseaux plus politiques et se pose en tant qu'intermédiaire informel politique pour co-gérer les ressources du bassin hydrographique et atténuer les tensions éventuelles entre les parties prenantes. La fonction du réseau villageois représente un processus d'évolution culturelle par le biais de l'apprentissage social et permet d'accroitre les préoccupations environnementales, et par conséquent, accroît la capacité d'adaptation la résilience. Cette étude [...] souligne l'importance de la participation des principales parties prenantes, la confiance entre le chercheur et les acteurs, la position neutre du chercheur. La prochaine étape dans la modélisation d'accompagnement serait nécessaire, pour partager le plan de gestion collective locale avec les réseaux politiques plus interconnectés, grâce à la simulation du modèle, et passer à d'autres co-planifications et co-décisions en matière de gouvernance durable des ressources des bassins versants.

Les Agents Conversationnels Animés (ACA) sont des personnages virtuels interactifs et expressifs, dont l'aspect est très souvent " humain ", exploitant différentes modalités telles que la face, le langage, les gestes, le regard ou encore la prosodie de la voix. Le but est qu'ils s'expriment en langage naturel et puissent dialoguer avec des interlocuteurs humains. Pour développer un ACA, il faut d'abord comprendre que des aspects tels que personnalité, les émotions et leur apparence sont extrêmement importants. Le travail qui est présenté dans cette thèse a pour objectif d'augmenter l'acceptabilité et la crédibilité des agents au moyen de la personnalité, considérée comme une notion centrale à l'interaction ACA-humain. On propose un modèle qui dote l'ACA de facettes de personnalité et de buts de communication " cachés " et qui module ainsi ses actions conversationnelles. Ce travail présente également une application de jeu de type "puzzle", intégrant un ACA doté de facettes de personnalité et de buts " cachés ", qui a servi de support à plusieurs expérimentations et à l'évaluation du modèle proposé.

Pour les systèmes de commande sous la forme de dx/dt = f (x, u), dans la littérature, les chercheurs s'intéressaient à la stabilisation de ce système de différentes manières : asymptotique, uniformément asymptotique, partielle, en temps fini, etc. Pour aboutir à ces résultats, les méthodes utilisées font appel aux techniques suivantes : Lyapunov, Lasalle, Barbalat, surface glissante, etc. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à une autre fonctionnalité de la commande, dite commande répulsive stabilisante. Les résultats ont été généralisés au cas d'un système avec dérive et sans dérive. Comme résultat, l'approche de commande qu'on propose assure la stabilité du système autour d'une position désirée et la répulsion de celui-ci par rapport à un ensemble indésirable, construit dans l'espace de navigation. Toute forme d'application sera concernée par nos résultats théoriques, on peut citer, la navigation terrestre et aérienne dans un environnement peu ou pas connu. De même, la commande qu'on propose préserve la communication inter-agent, une fois planifiées. En terme d'application, on a considéré le modèle d'un véhicule à roues type unicycle, sans tenir compte de l'orientation (cas non holonôme) et dans le cas où l'environnement contient un ou plusieurs obstacle(s). Contrairement aux résultats de la littérature, qui sont basés sur une commande à structure variable pour l'évitement d'un obstacle, la commande répulsive-stabilisante trouvée est une commande continue sur l'espace de navigation. La deuxième partie de cette thèse traite le problème de stabilité d'une formation d'agents (système multi-véhicules) qui évolue dans un environnement hostile tout en préservant la communication entre les agents. Pour réussir la formation, la décentralisation de la commande par rapport aux agents est rendue robuste à travers des graphes de communication. Ces graphes relèvent de la stratégie et objectifs de la formation. Nos résultats de stabilité ont fait l'objet d'une implémentation rigoureuse sur un simulateur réalisé sous Matlab.

Pour des tâches simples ou dans un environnement contrôlé, la coordination des di érents processus internes d'un robot est un problème relativement trivial, souvent implémenté de manière ad-hoc. Toutefois, avec le développement de robots plus complexes travaillant dans des environnements non contrôlés et dynamiques, le robot doit en permanence se reconfigurer afin de s'adapter aux conditions extérieures et à ses objectifs. La définition d'une architecture de contrôle e cace permettant de gérer ces reconfigurations devient alors primordiale pour l'autonomie de tels robots. Dans ces travaux, nous avons d'abord étudié les di érentes architectures proposées dans la littérature, dont l'analyse a permis d'identifier les grandes problématiques qu'une architecture de contrôle doit résoudre. Cette analyse nous a mené à proposer une nouvelle architecture de contrôle décentralisée, générique et réutilisable, selon une démarche qui intègre une approche "intelligence artificielle" (utilisation de raisonneur logique, propagation dynamique de contraintes) et une approche "génie logiciel" (programmation par contrats, agents). Après une présentation des concepts qui sous-tendent cette architecture et une description approfondie de son fonctionnement, nous en décrivons une implémentation, qui est exploitée pour assurer le contrôle d'un robot terrestre d'extérieur dans le cadre de tâches de navigation, d'exploration ou de suivi. Des résultats sont présentés et analysés. Dans une seconde partie, nous nous sommes penchés sur la modélisation et la vérifiabilité d'une telle architecture de contrôle. Après avoir analysé di érentes solutions, nous décrivons un modèle complet de l'architecture qui utilise la logique linéaire. Nous discutons ensuite des di érentes approches possibles pour montrer des propriétés d'atteignabilité et de sûreté de fonctionnement en exploitant ce modèle. Enfin nous abordons di érentes voies d'enrichissement de ces travaux. En particulier, nous discutons des extensions possibles pour le contrôle d'un ensemble de robots coopérants entre eux, mais aussi de la nécessité d'avoir des liens plus forts entre cette couche de contrôle, et les approches de modélisation des fonctionnalités sous-jacentes.