Dans cette thèse, nous proposons un langage formel, le gk-calcul, issu de la famille des algèbres de processus. Ce langage se distingue notamment des langages concurrents habituels par la rupture de la dissymétrie inhérente à la notion d'émetteur et de récepteur traditionnellement considérée. Cette rupture permet alors de voir les interactions entre les éléments du langage comme des phénomènes de collisions, approche bien adaptée aux questions d'auto-organisation qui font l'objet de la première partie de cette thèse.<br /><br />La question qui se pose est celle de la construction concurrente et décentralisée de formes géométriques abstraites (arbres et graphes) ainsi que de phénomènes plus génériques décrits sous forme de transfert d'information dans des systèmes à base de réécriture de graphes, éventuellement hiérarchisés dans l'optique d'une application à la biologie moléculaire. Cette première partie s'accompagne notamment d'une implémentation en Ocaml simulant un algorithme d'auto-assemblage de graphes.<br /><br />Dans un second temps, nous développons un sous-ensemble du langage présenté, en enrichissant une version restreinte aux interactions binaires avec une notion de membrane et d'interactions entre membranes. Ce nouveau langage se montre à même de décrire une biologie moléculaire simplifiée, qualitative, basée sur les interactions entre protéines et membranes. Cette partie de la thèse s'attache alors à montrer la valeur descriptive de ce langage sur quelques exemples et à explorer des définitions pertinentes d'équivalence entre solutions biologiques.

L'informatique ubiquitaire est un paradigme récent dont l'objectif est de permettre aux utilisateurs de consulter des données n'importe quand, n'importe où, notamment à l'aide de Dispositifs Mobiles (DM). Dans ce cadre, garantir l'accès par des utilisateurs nomades aux Systèmes d'Information (SI) à travers divers dispositifs, ainsi que l'adaptation de l'information aux préférences de l'utilisateur nomade et au contexte d'utilisation de la session en cours, sont deux problèmes liés non encore résolus. En effet, les utilisateurs nomades de SI peuvent être exposés à une grande quantité d'informations qui n'est pas toujours pertinente ni même simplement supportée par leurs DM. A des fins d'adaptation, un SI doit donc disposer de données sur le contexte d'utilisation – notion qui englobe les conditions temporelles, spatiales, matérielles, etc. dans lesquelles l'utilisateur accède au SI –, mais également sur les préférences de l'utilisateur afin de satisfaire ses attentes à la fois en termes de fonctionnalités, de contenu, et d'affichage.<br />A travers deux propositions, les travaux de thèse exposés ici tentent d'apporter une réponse à cette double problématique. Tout d'abord, nous avons conçu et réalisé un framework appelé PUMAS qui offre à des utilisateurs nomades un accès à l'information, qui prend en compte le contexte d'utilisation. L'approche que nous avons choisie est celle des agents. Ainsi, l'architecture de PUMAS est composée de quatre Systèmes Multi-Agents (SMA) respectivement dédiés à la connexion aux SI, la communication entre les utilisateurs et les SI, la gestion de l'information et l'adaptation de celle-ci. Ensuite, nous avons élaboré un Système de Gestion de Profil Contextuel (SGPC) qui contribue à l'adaptation de l'information délivrée à un utilisateur nomade sur trois aspects : i) une formalisation de la notion de préférence de l'utilisateur qui permet de modéliser les activités accomplies dans le système, les résultats attendus de ces activités et la manière dont ces résultats sont présentés ; ii) un algorithme de correspondance contextuelle qui génère le profil contextuel d'un utilisateur nomade à partir du contexte d'utilisation ; iii) un mécanisme qui gère les conflits pouvant survenir entre les préférences de l'utilisateur. Enfin, le SGPC a été intégré à PUMAS au sein du SMA dédié à l'adaptation de l'information.

The development of sport performances in the future is a subject of myth and disagreement among experts. In particular, an article in 2004 [1] gave rise to a lively debate in the academic field. It stated that linear models can be used to predict human performance in sprint races in a far future. As arguments favoring and opposing such methodology were discussed, other publications empirically showed that the past development of performances followed a non linear trend [2, 3]. Other works, while deeply exploring the conditions leading to world records, highlighted that performance is tied to the economical and geopolitical context [4]. Here we investigated the following human boundaries : development of performances withtime in Olympic and non-Olympic events, development of sport performances with aging among humans and others species (greyhounds, thoroughbreds, mice). Development of performances from a broader point of view (demography & lifespan) in a specific sub-system centered on primary energy were also investigated. We show that all these developments are limited with time [5, 6, 7] and that previously introduced linear models are poor predictors of biological and physiological phenomena. Three major and direct determinants of sport performance are age [8, 9], technology [10, 11] and climatic conditions (temperature) [12]. However, all observed developments are related to the international context including the efficient use of primary energies. This last parameter is a major indirect propeller of performance development. We show that when physiological and societal performance indicators such as lifespan and population density depend on primary energies, the energy source, competition and mobility are key parameters for achieving longterm sustainable trajectories. Otherwise, the vast majority (98.7%) of the studied trajectories reaches 0 before 15 generations, due to the consumption of fossil energy and a low mobility rate. This led us to consider that in the present turbulent economical context and given the upcoming energy crisis, societal and physical performances are not expected to grow continuously.

Les arbres classiques de distribution du signal d'horloge au sein des microprocesseurs synchrones présentent un certain nombre de limitations : skew, jitter, limitation de la fréquence, influence de perturbations et de dispersions quelles que soient leurs natures. Ces facteurs, critiques pour les microprocesseurs modernes complexes, sont devenus la raison principale qui a poussé à la recherche d'autres types d'architecture de génération et de distribution du signal d'horloge. Un exemple d'un tel système alternatif est le réseau de PLLs couplées, où les PLLs sont géographiquement distribuées sur la puce, et génèrent des signaux d'horloge locaux qui sont ensuite synchronisés, en temps réel, par un échange d'information entre les PLLs voisines et une rétroaction locale réalisé par leur correcteurs. La nature active du réseau de PLLs de génération et de distribution du signal d'horloge, qui peut permettre de surpasser les limitations mentionnées plus tôt, oblige à sortir du cadre classique des outils et des méthodes de la Microélectronique habituellement appliqués à l'étude et à la conception de ce type de systèmes. En effet, les aspects dynamiques de bouclage et de transformation de signaux au sein de tels systèmes complexes rendent leur conception extrêmement difficile voire parfois impossible. La difficulté principale consiste en un changement des propriétés d'un sous-système local indépendant par rapport aux propriétés du même sous-système faisant partie du réseau. Effectivement, il existe beaucoup de méthodes et d'outils de conception d'une PLL isolée garantissant un comportement et des propriétés locales désirés. Néanmoins, ces propriétés désirées locales, selon la topologie d'interconnexion considérée, ne sont pas forcément conservées quand il s'agit d'un réseau de PLLs interconnectées et de son comportement global. Le but principal de cette thèse est ainsi de développer une méthode de synthèse de la loi de commande décentralisée réalisée au sein de chaque sous-système (tel qu'une PLL) assurant le comportement désiré pour le réseau global. Une méthode de transformation du problème de synthèse globale en un problème équivalent de synthèse d'une loi de commande locale est proposée en se basant sur l'hypothèse des sous-systèmes identiques interconnectés en réseau. Le lien entre les propriétés locales et globales est établi grâce aux approches d'Automatique avancée telles que les approches entrée-sortie et la dissipativité. Ce choix de méthode permet non seulement de réduire considérablement la complexité du problème initial mais aussi de ramener le problème de synthèse à une forme proche des méthodes de conception locale utilisées en Microélectronique, ce qui garantit une continuité logique de leur évolution. Ensuite la méthode proposée est combinée avec la commande H∞ et l'optimisation sous contraintes LMIs conduisant au développement d'algorithmes efficaces de résolution du problème posé. Elles sont à la fois particulièrement bien adaptées à l'application considérée, c'est-à-dire à la synchronisation d'un réseau de PLLs, et sont facilement généralisables aux autres types de problèmes de commande de systèmes de grande dimension. Le premier aspect permet une intégration naturelle et aisée de la méthode dans le flux de conception existant en Microélectronique, très riche et mature à ce jour, alors que le deuxième offre une solution à d'autres problèmes de commande de systèmes interconnectés en réseau, un champ d'application aujourd'hui en plein essor.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le thème de la modélisation et de l'aide à la décision dans le cadre des systèmes complexes. Plus précisément, nous nous intéressons au couplage de simulations orientées agent à une méthode de résolution de problèmes inverses. Une architecture générique de système d'aide à la décision est ainsi proposée. Ces travaux sont appliqués à la conception d'un système d'aide à la décision dédié à l'entomologie médico-légale. Cette discipline à mi-chemin entre la criminalistique et l'entomologie vise à concevoir des méthodes de datation de la mort basées sur des indices entomologiques, i.e., les insectes (principalement des diptères nécrophages) ou restes d'insectes retrouvés sur ou à proximité du corps. Ainsi, dans le cadre de ce travail réalisé en collaboration avec le laboratoire d'entomologie médico-légale de l'Institut de Médecine Légale de Lille, nous présentons : * un modèle à base d'agents permettant de simuler le développement des diptères nécrophages dans un environnement complexe (e.g., un corps situé dans un écosystème donné), en prenant en compte plus de paramètres que les méthodes classiques, * une implémentation de l'architecture de système d'aide à la décision évoquée plus haut, basée sur ce modèle.

Dans cette thèse, nous explorons les diverses contributions que les systèmes multi-agents (SMA) et les architectures à base de composants (CBSA) peuvent mutuellement et complémentairement s'apporter l'un à l'autre. Dans un premier temps, nous définissons, illustrons, analysons et discutons une méthodologie du développement des SMA, un modèle de composants (SpeAD), un langage de description d'architecture (SpeADL) et une méthode de conception (SpEArAF) qui facilitent et guident la description et l'implémentation des SMA. Cette réponse complète au développement des SMA est assistée par un outil (MAY) et a été appliquée à un grand nombre d'applications. Dans un second temps, nous explorons à travers divers expériences l'aide que peuvent apporter les SMA auto-adaptatif aux CBSA. Les agents et leur réorganisation continuelle jouent à la fois le rôle de moteur de la construction et de l'adaptation dynamique de l'architecture, mais aussi du conteneur qui connecte ses éléments en pratique.

Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le cadre du projet SocLab, qui propose une formalisation de la sociologie de l'action organisée (SAO). Cette formalisation repose sur un méta-modèle de la structure des organisations sociales, à partir duquel il est possible de développer une étude analytique des propriétés d'une organisation et de calculer, par simulation, les comportements que les acteurs sont susceptibles d'adopter. On est alors en mesure de réaliser un diagnostique organisationnel qui, s'il est moins riche que dans l'expression discursive de la SAO, gagne en objectivation et en rigueur. Selon cette approche, une organisation est vue comme un système qui, en fonction du comportement des acteurs les uns vis à vis des autres, procure à chacun d'eux une certaine capacité d'action pour atteindre ses objectifs, sans distinguer ceux qui relèvent de son rôle et ceux qui lui sont propres. Un tel système est parcouru par deux boucles de régulation : une première, que l'on peut qualifier de fonctionnelle, selon laquelle les acteurs adaptent leurs comportements les uns aux autres afin d'obtenir une capacité d'action qui les satisfassent ; une seconde, qui relève de l'évolution endogène de l'organisation, selon laquelle les acteurs cherchent à modifier à leur avantage la structure même de l'organisation. L'utilisation du méta-modèle donne lieu à la représentation de la structure d'une organisation sous la forme d'une structure mathématique, constituée d'ensembles, de fonctions (différentiables) et de relations. En mobilisant divers outils mathématiques, nous étudions l'influence de la structure d'une organisation sur chacune de ces deux boucles de régulation. On pourra par exemple, s'agissant de la régulation fonctionnelle, expliquer pourquoi les acteurs se comportent comme ils le font et détecter des coalitions, avérées ou potentielles, ou bien avoir une idée des directions dans lesquelles un acteur pourrait tenter de modifier la structure de l'organisation. Plus généralement, l'étude mathématique de la structure d'une organisation nous permet de définir une grande variété d'indicateurs qui s'interprètent, à l'aide des concepts de la sociologie des organisations, comme autant de propriétés de l'organisation considérée.

Cette thèse propose une nouvelle approche de la vision par ordinateur, insistant sur le rôle joué par les différentes informations et connaissances présentes dans un système intégré de vision. Ces connaissances peuvent être vues comme un but à atteindre dans la chaine de traitement ou comme un instrument pour guider ces différents traitement. Ce double rôle est mis en évidence en insistant sur la gestion des informations disponibles à tout moment pour effectuer la tâche de reconnaissance. Une approche distribuée est proposée, sous la forme d'un système multi-agents, où chaque agent est spécialisé pour la reconnaissance d'un concept de l'image. Le modèle générique d'agent est composé de quatre comportements de base : perception (croissance de région, suivi de contour), interaction (fusion de primitives), différenciation (interprétation de primitive) et reproduction (stratégie de focalisation des agents). Ces comportements prennent des décisions à l'aide d'évaluations multi-critères, faisant référence à plusieurs critères spécialisés. Des capacités d'adaptation et de coopération sont nécessaires aux agents pour mener à bien leurs tâches, et ce tant au niveau local qu'au niveau des groupes d'agents (travaillant sur un même groupement perceptuel). Ce système est appliqué pour la reconnaissance des cellules en mouvement. Chaque cellule est divisée en plusieurs composantes (noyau, pseudopode, cytoplasme, ...) qui servent de concepts de base pour la spécialisation des agents.

Les besoins croissants en puissance de calcul sont généralement satisfaits en fédérant de plus en plus d'ordinateurs (ou noeuds) pour former des infrastructures distribuées. La tendance actuelle est d'utiliser la virtualisation système dans ces infrastructures, afin de découpler les logiciels des noeuds sous-jacents en les encapsulant dans des machines virtuelles. Pour gérer efficacement ces infrastructures virtualisées, de nouveaux gestionnaires logiciels ont été mis en place. Ces gestionnaires sont pour la plupart hautement centralisés (les tâches de gestion sont effectuées par un nombre restreint de nœuds dédiés). Cela limite leur capacité à passer à l'échelle, autrement dit à gérer de manière réactive des infrastructures de grande taille, qui sont de plus en plus courantes. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux façons d'améliorer cet aspect ; l'une d'entre elles consiste à décentraliser le traitement des tâches de gestion, lorsque cela s'avère judicieux. Notre réflexion s'est concentrée plus particulièrement sur l'ordonnancement dynamique des machines virtuelles, pour donner naissance à la proposition DVMS (Distributed Virtual Machine Scheduler). Nous avons mis en œuvre un prototype, que nous avons validé au travers de simulations (notamment via l'outil SimGrid), et d'expériences sur le banc de test Grid'5000. Nous avons pu constater que DVMS se montrait particulièrement réactif pour gérer des infrastructures virtualisées constituées de dizaines de milliers de machines virtuelles réparties sur des milliers de nœuds. Nous nous sommes ensuite penchés sur les perspectives d'extension et d'amélioration de DVMS. L'objectif est de disposer à terme d'un gestionnaire décentralisé complet, objectif qui devrait être atteint au travers de l'initiative Discovery qui fait suite à ces travaux.

Les travaux conduits dans le cadre de cette thèse ont pour but d'étendre le champ de validité des simulations de trafic en milieu urbain et péri-urbain, avec notamment une meilleure prise en compte du contexte de conduite, de l'hétérogénéité des véhicules (deux-roues motorisés, véhicule léger, poids lourd, etc.) et des comportements des conducteurs en termes d'occupation de l'espace au sol. Le but est de produire en simulation des comportements observés en situation réelle tels que les phénomènes de faufilement (deux-roues, véhicules d'urgence, cas des intersections). Nous abordons, la simulation du trafic routier en considérant une approche comportementale fondée sur les systèmes multi-agents. Des travaux précédents ont proposé des solutions non génériques, notamment pour le cas particulier des deux-roues motorisés. Nous proposons un nouveau modèle d'agent permettant de mieux prendre en compte le contexte de conduite et les comportements des conducteurs en termes d'occupation de l'espace. Nous dotons l'agent d'une représentation ego-centrée de l'environnement fondée sur le concept d'affordance. Nous utilisons ainsi les affordances pour identifier les actions possibles, en termes d'occupation de l'espace, offertes par l'environnement. Nous les utilisons en- suite pour construire une représentation ego-centrée de la situation. Le modèle d'agent proposé a été implémenté avec Archisim. Cette implémentation a permis de reproduire une situation de trafic réelle et de comparer les données simulées avec celles recueillies sur le terrain. Différentes expérimentations ont été menées afin d'évaluer la qualité de la solution proposée.