Parce qu'il permet une interaction lumière-matière forte, contrôlable, et cohérente, le phénomène de transparence induite électromagnétiquement (EIT) trouve aujourd'hui des applications dans un champ très large de la physique. Cependant, sur la raie D2 du 133Cs, la transparence expérimentalement mesurée est très faible en présence d'élargissement inhomogène. Nous menons donc une étude théorique qui prend en compte les multiples niveaux excités de la raie et précise leur influence sur l'EIT. Elle conclut à l'existence de classes de vitesses atomiques particulières, responsables de la diminution de la transparence. Nous proposons alors une méthode originale permettant de restaurer l'EIT en creusant localement la distribution de vitesses. L'augmentation ainsi prévue de la transparence est ensuite vérifiée expérimentalement. Deux expériences de mémoire par EIT sont ensuite présentées. Dans la première, deux quadratures orthogonales d'une bande latérale unique sont stockées dans une vapeur chaude de cesium, puis relues sans mesurer d'excès de bruit. Dans la seconde, le stockage d'un état cohérent en régime de photon unique est obtenu dans un nuage d'atomes froids. Afin de préparer le stockage de lumière non classique, l'asservissement de la mesure d'un état comprimé sur une quadrature fixe a été réalisé. Ce montage doit permettre de démontrer l'intrication déterministe de deux ensembles atomiques.

Cette thèse porte sur les jeux d'évolution et de congestion.Après une revue des études sur les jeux de congestion dans les réseaux dans le chapitre 1, nous étudions la relation entre la composition des joueurs (non-atomiques, atomiques, composites) et les coûts d'équilibre dans les chapitres 2 et 3. En particulier, l'impact de la formation des coalitions est examiné.Les chapitres 4 et 5 introduisent le comportement de délégation dans les jeux composites et les jeux divisibles en entiers. Plusieurs jeux et processus de délégation dans des contextes différents sont définis et étudiés.Enfin, nous nous penchons sur l'aspect dynamique des jeux. Le chapitre 6 est consacré à une dynamique à deux échelles qui modélise le phénomène de sélection à niveaux multiples. La thèse est conclue par une revue des études sur les dynamiques de type réplicateur dans le chapitre 7.

La conception des machines électriques a une longue tradition et l’approche « business as usual » est un processus itératif d’essais et d’erreur, certes convergent mais nécessairement stoppé prématurément, car trop couteux. Un perfectionnement récent a consisté à remplacer les prototypes et les maquettes par des prototypes virtuels, entièrement numériques, comme ceux fournis par la méthode des éléments finis. Néanmoins, le procédé s’arrête toujours sur une frustration car le concepteur n’est jamais sûr d’avoir exploré complètement l’espace de conception qui s’offre à lui. La démarche de conception optimale se propose d’améliorer ce processus en le guidant, c'est-à-dire en proposant une méthodologie, et en l’automatisant, c'est-à-dire en proposant des outils logiciels. Mais dans cette démarche apparaissent de nombreuses difficultés. Ainsi, les objectifs généraux de cette thèse sont multiples. Il s’agit de définir des problèmes d'optimisation spécifiques représentatifs des choix structurels et d’élaborer des benchmarks de référence : discret, multiphysique, multidisciplinaire, multi-objectif et multi-niveaux. Ensuite, il faut rechercher, adapter et qualifier les méthodes d'optimisation les mieux à même de résoudre ces problèmes. Enfin, les différentes méthodes d'optimisation proposées sont implantées et testées de façon à prouver leur efficacité et leur adaptation. Un objectif secondaire mais important est de les capitaliser et diffuser les connaissances élaborées / The design of electrical machinery has a long tradition and the business as usual approach is a tries and errors iterative process, certainly converging but necessarily stopped prematurely as too expensive. A recent upgrade has been to replace the prototypes and models by virtual prototypes, fully numerical, such as those provided by the finite element method. Nevertheless, the process stops always on a frustration, because the designer is never sure to have completely explored the design space that offers to him. The optimal design approach proposes to improve this process by guiding it, i.e. by proposing a methodology and by equiping it, i.e. by providing software tools. But in this approach many difficulties appear. Thus, the general objectives of this thesis are multiple. It is to define specific representative optimization problems of the structural choices and develop reference benchmarks of optimization: discrete, multi-physics, multidisciplinary, multi-objective and multi-level. Then, it must seek, adapt and describe the best optimization methods able to solve these problems. These methods are implemented and tested in order to prove their efficiency and adaptation. A secondary but important objective is to capitalize and disseminate the developed knowledge

La conception d'un système électrique est une tâche très complexe qui relève d’expertises dans différents domaines de compétence. Dans un contexte compétitif où l’avance technologique est un facteur déterminant, l’industrie cherche à réduire les temps d'étude et à fiabiliser les solutions trouvées par une approche méthodologique rigoureuse fournissant une solution optimale systémique.Il est alors nécessaire de construire des modèles et de mettre au point des méthodes d'optimisation compatibles avec ces préoccupations. En effet, l’optimisation unitaire de sous-systèmes sans prendre en compte les interactions ne permet pas d'obtenir un système optimal. Plus le système est complexe plus le travail est difficile et le temps de développement est important car il est difficile pour le concepteur d'appréhender le système dans toute sa globalité. Il est donc nécessaire d'intégrer la conception des composants dans une démarche systémique et globale qui prenne en compte à la fois les spécificités d’un composant et ses relations avec le système qui l’emploie.Analytical Target Cascading est une méthode d'optimisation multi niveaux de systèmes complexes. Cette approche hiérarchique consiste à décomposer un système complexe en sous-systèmes, jusqu’au niveau composant dont la conception relève d’algorithmes d'optimisation classiques. La solution optimale est alors trouvée par une technique de coordination qui assure la cohérence de tous les sous-systèmes. Une première partie est consacrée à l'optimisation de composants électriques. L'optimisation multi niveaux de systèmes complexes est étudiée dans la deuxième partie où une chaîne de traction électrique est choisie comme exemple / The design of an electrical system is a very complex task which needs experts from various fields of competence. In a competitive environment, where technological advance is a key factor, industry seeks to reduce study time and to make solutions reliable by way of a rigorous methodology providing a systemic solution.Then, it is necessary to build models and to develop optimization methods which are suitable with these concerns. Indeed, the optimization of sub-systems without taking into account the interaction does not allow to achieve an optimal system. More complex the system is more the work is difficult and the development time is important because it is difficult for the designer to understand and deal with the system in its complexity. Therefore, it is necessary to integrate the design components in a systemic and holistic approach to take into account, in the same time, the characteristics of a component and its relationship with the system it belongs to.Analytical Target Cascading is a multi-level optimization method for handling complex systems. This hierarchical approach consists on the breaking-down of a complex system into sub-systems, and component where their optimal design is ensured by way of classical optimization algorithms. The optimal solution of the system must be composed of the component's solutions. Then a coordination strategy is needed to ensure consistency of all sub-systems. First, the studied and proposed optimization algorithms are tested and compared on the optimization of electrical components. The second part focuses on the multi-level optimization of complex systems. The optimization of railway traction system is taken as a test case

Le nombre des collisions avec des piétons aux passages à niveau restant stable dans les dernières années, c’est un problème majeur au niveau international. Suite à la revue étendue de la littérature, des lacunes scientifiques importantes liées à l’étude du comportement du piéton ont été identifiées. L’objectif principal de ce programme de recherche était de contribuer à mieux comprendre le comportement du piéton aux passages à niveau actifs en Australie, où malgré la mise en place des protections renforcées pour les piétons, le nombre de collisions reste plus important que sur les autres types de passages à niveau. Trois études ont été réalisées pour répondre aux trois buts de recherche que nous nous proposons d'examiner dans le cadre de ce programme. La première étape de recherche qui est exploratoire a été réalisée dans le cadre des études 1 et 2 dont les conclusions ont permis d'identifier les facteurs influençant la prise de décision aux passages à niveau. A la fin de cette étape un nouveau modèle systémique a été développé pour servir d’instrument à l’analyse du comportement du piéton, influencé par des facteurs de tous les niveaux du système. Dans la deuxième étape empirique de recherche, nous avons mené l’étude 3 pour examiner l’impact de facteurs clés sur les comportements à risque dans différentes situations à risque de traversée des piétons. L’articulation des trois études est une illustration des bénéfices associés avec l’utilisation à la fois des méthodes systémiques et traditionnelles, résultant des contributions théoriques et pratiques importantes. / Level crossing collisions with pedestrians are a major issue worldwide and in Australia, where their number remains stable in recent years. An extended review of the literature highlighted a number of important scientific gaps in current knowledge on the factors shaping specifically pedestrian behaviour. The main objective of this research program was to contribute to the better understanding of pedestrian behaviour at active level crossings in Austalia, where a larger number of collisions are reported despite the reinforced safety measures in place. Three research aims were formulated and supported the development of three studies.Study 1 and 2 were part of the first explorative stage of research and informed on the main factors shaping crossing decisions of pedestrians. At the end of this stage a new systems-based framework was developed as a tool for the analysis of pedestrian behaviour as influenced by factors across all system levels. Study 3, part of the empirical stage of research, examined in depth the influence of key precursors of unsafe behaviour across different crossing situations. The articulation of the three studies demonstrates the benefits of using systems-based and traditional individual-centred methods in a complementary manner resulting in important theoretical and practical contributions.

Ce travail doctoral, centré sur l'étude des processus de contrôle d'un périphérique d'interaction de type joystick, poursuivait un double objectif. D'une part, ce travail visait à comprendre comment l'utilisateur d'un périphérique adapte son comportement pour faire face à l'ensemble des contraintes qu'il rencontre. En particulier, nous avons manipulé les contraintes relatives à la tâche à réaliser (l'indice de difficulté et le comportement de l'objet déplacé) et les propriétés physiques du périphérique. D'autre part, d'un point de vue appliqué, comprendre comment le comportement du sujet émerge d'un ensemble de contraintes nous renseigne sur la façon dont un contrôle plus intuitif des périphériques, et par la même une meilleure performance, peuvent être favorisés. Pour cela, un cadre d'analyse qui permet de manipuler l'ensemble des contraintes dans des conditions de contrôle qui se rapproche de situation réelle d'interaction (chirurgie vidéoassistée, aéronautique ou contrôle industriel) a été proposé. L'analyse comportementale à deux niveaux (niveau local et niveau global) qui est utilisée nécessitait l'intégration des concepts, moyens et méthodes des sciences comportementales (contrôle moteur) d'une part, et de la biomécanique d'autre part. Au regard des résultats obtenus, l'étude des processus de contrôle d'un périphérique d'interaction constitue une voie d'entrée sur une compréhension plus générale du comportement perceptivo-moteur. / This doctoral work focused on the study of the process involved in the control of a joystick-type device of interaction and had a double objective. First, this work was aimed to understand how the user of a device adapts its behavior to face a set of encountered constraints. In particular, the constraints inherent to the task (the index of difficulty and behavior of the object displaced) and the physical properties of the device (joystick or rotorcraft stick) have been manipulated. Second, understanding how the subject's behavior emerges from the influence of this set of constraints informed us about how we can access to a more intuitive control of the device and a better performance level. To achieve this goal, an analysis framework allowing the manipulation of all the constraints in conditions that are close to real situations of control (e.g. video-assisted surgery, aeronautics and industrial control) has been proposed. The behavioral analysis at two levels (local level and global level) that is used required the integration of concepts, means and methods from behavioral sciences (motor control) and from biomechanics. Taking all the results together, the study of the control process of a device of interaction allows a more general understanding of the perceptual-motor behavior.

Ce travail concerne principalement la notion de modularité hiérarchique et son utilisation pour expliquer la structure et le comportement dynamique des systèmes complexes au moyen de modèles modulaires hiérarchiques, ainsi qu'un concept de ma proposition, l’antimodularité, relié à la possibilité de la détection algorithmique de la modularité hiérarchique. Plus précisément, je mets en évidence la portée pragmatique de la modularité hiérarchique sur la possibilité de l’explication scientifique des systèmes complexes, c’est-à-dire, systèmes qui, selon une description de base choisie par l’observateur, peuvent être considérés comme composés de parties élémentaires discrètes interdépendantes. Je souligne que la modularité hiérarchique est essentielle même au cours de l’expérimentation visée à découvrir la structure de ces systèmes. Mais la détection algorithmique de la modularité hiérarchique se révèle être une tâche affectée par la démontrée intraitabilité computationnelle de la recherche de la meilleure description modulaire hiérarchique, et par l’excessive cherté computationnelle même des méthodes de détection approximatives de la modularité. L’antimodularité consiste en le manque d’une description modulaire appropriée aux exigences de l’observateur, manque dû ou à l’absence de modularité dans la description basique choisie du système, ou à l’impossibilité de produire algorithmiquement une description hiérarchique valide, en raison des dimensions excessives du système à évaluer en relation à la cherté computationnelle des méthodes algorithmiques. Je souligne, de plus, que la modularité et l’antimodularité dépendent du choix pragmatique d’une spécifique description de base du système, choix fait par l’observateur sur la base de ses objectifs explicatifs. Je montre comment l’antimodularité entrave la possibilité d’appliquer au moins trois types bien connus d’explication: mécanique, déductive-nomologique et computationnelle. Un quatrième type, l’explication topologique, reste par contre indemne. Ensuite j’évalue la présence de modularité dans les systèmes biologiques, avec ses possibles conséquences, et l’éventualité d’encourir dans l’antimodularité en biologie et en autres sciences: éventualité assez probable, au moins dans la biologie des systèmes. Je me permet enfin quelques spéculations métaphysiques et historiques plutôt libres. D’un point de vue métaphysique, l’antimodularité semble suggérer une position possible, selon laquelle les espèces naturelles sont modules qui ont été détectés et, en raison de l’intraitabilité computationnelle de la détection de la meilleure description modulaire hiérarchique, il est improbable qu’ils constituent la meilleure façon possible de décrire le monde, parce que la modularité des espèces naturelles assez probablement ne reflète pas la meilleure modularité possible du monde. D’un point de vue historique, l’utilisation croissante des méthodes computationnels pour la détection de la modularité ou pour la simulation de systèmes complexes, en particulier dans certains domaines de la recherche scientifique, suggère la possibilité d’imaginer une multiplicité de disciplines scientifiques émergentes, guidées par une production croissante et auto-alimentante d’explications potentiellement inintelligibles pour les capacités cognitives humaines. Cela, à mon avis, constituerait un changement historique dans la science, qui, s’il n’a pas déjà eu lieu, pourrait bien être sur le point de se produire. / This work is mainly concerned with the notion of hierarchical modularity and its use in explaining structure and dynamical behavior of complex systems by means of hierarchical modular models, as well as with a concept of my proposal, antimodularity, tied to the possibility of the algorithmic detection of hierarchical modularity. Specifically, I highlight the pragmatic bearing of hierarchical modularity on the possibility of scientific explanation of complex systems, that is, systems which, according to a chosen basic description, can be considered as composed of elementary, discrete, interrelated parts. I stress that hierarchical modularity is also required by the experimentation aimed to discover the structure of such systems. Algorithmic detection of hierarchical modularity turns out to be a task plagued by the demonstrated computational intractability of the search for the best hierarchical modular description, and by the high computational expensiveness of even approximated detection methods. Antimodularity consists in the lack of a modular description fitting the needs of the observer, a lack due either to absence of modularity in the system’s chosen basic description, or to the impossibility, due to the excessive size of the system under assessment in relation to the computational cost of algorithmic methods, to algorithmically produce a valid hierarchical description. I stress that modularity and antimodularity depend on the pragmatic choice of a given basic description of the system, a choice made by the observer based on explanatory goals. I show how antimodularity hinders the possibility of applying at least three well-known types of explanation: mechanistic, deductive-nomological and computational. A fourth type, topological explanation, remains unaffected. I then assess the presence of modularity in biological systems, and evaluate the possible consequences, and the likelihood, of incurring in antimodularity in biology and other sciences, concluding that this eventuality is quite likely, at least in systems biology. I finally indulge in some metaphysical and historical speculations: metaphysically, antimodularity seems to suggest a possible position according to which natural kinds are detected modules, and as such, due to the computational hardness of the detection of the best hierarchical modular description, they are unlikely to be the best possible way to describe the world, because the modularity of natural kinds quite probably does not reflect the best possible modularity of the world. From an historical point of view, the growing use of computational methods for modularity detection or simulation of complex systems, especially in certain areas of scientific research, hints at the envisioning of a multiplicity of emerging scientific disciplines guided by a self- sustained, growing production of possibly human-unintelligible explanations. This, I suggest, would constitute an historical change in science, which, if has not already occurred, could well be on the verge of happening. / Questo lavoro riguarda principalmente il concetto di modularità gerarchica e il suo impiego nello spiegare la struttura e il comportamento dinamico di sistemi complessi mediante modelli modulari gerarchici, nonché un concetto di mia proposta, l’antimodularità, legato alla possibilità del rilevamento algoritmico di modularità gerarchica. Nello specifico, evidenzio la portata pragmatica della modularità gerarchica sulla possibilità di spiegazione scientifica dei sistemi complessi, cioè sistemi che, secondo una descrizione di base scelta dall’osservatore, possono essere considerati come composti da parti elementari discrete interrelate. Sottolineo che la modularità gerarchica è essenziale anche nel corso della sperimentazione volta a scoprire la struttura di tali sistemi. Il rilevamento algoritmico della modularità gerarchica si rivela essere un compito affetto dalla dimostrata intrattabilità computazionale della ricerca della migliore descrizione modulare gerarchica, e affetto dal comunque elevato costo computazionale anche dei metodi di rilevamento approssimati della modularità. L’antimodularità consiste nella mancanza di una descrizione modulare adatta alle esigenze dell’osservatore, mancanza dovuta o all’assenza di modularità nella descrizione di base del sistema scelta dall’osservatore, o all’impossibilità di produrre algoritmicamente una sua descrizione gerarchica valida, per le dimensioni eccessive del sistema da valutare in rapporto al costo computazionale dei metodi algoritmici. Sottolineo che modularità e antimodularità dipendono dalla scelta pragmatica di una certa descrizione di base del sistema, scelta fatta dall’osservatore sulla base di obiettivi esplicativi. Mostro poi come l’antimodularità ostacoli la possibilità di applicare almeno tre tipi noti di spiegazione: meccanicistica, deduttivo- nomologica e computazionale. Un quarto tipo di spiegazione, la spiegazione topologica, rimane sostanzialmente immune dalle conseguenze dell’antimodularità. Valuto quindi la presenza di modularità nei sistemi biologici, e le sue possibili conseguenze, nonché l’eventualità di incorrere nell’antimodularità in biologia e in altre scienze, concludendo che questa eventualità è abbastanza probabile, almeno in biologia dei sistemi. Infine, mi permetto alcune speculazioni metafisiche e storiche piuttosto libere. Dal punto di vista metafisico, l’antimodularità sembra suggerire una posizione possibile secondo cui i generi naturali sono moduli che sono stati rilevati, e in quanto tali, a causa dell’intrattabilità computazionale del rilevamento della migliore descrizione modulare gerarchica, è improbabile che essi siano il miglior modo possibile per descrivere il mondo, perché la modularità dei generi naturali molto probabilmente non rispecchia la migliore modularità possibile del mondo. Da un punto di vista storico, il crescente utilizzo di metodi computazionali per il rilevamento della modularità o per la simulazione di sistemi complessi, in particolare in alcuni settori della ricerca scientifica, suggerisce la possibilità di immaginare una molteplicità di discipline scientifiche emergenti, guidate dalla produzione di spiegazioni potenzialmente inintelligibili dal punto di vista cognitivo umano, produzione che potrebbe iniziare ad autoalimentarsi, portando potenzialmente ad una crescita inarrestabile. Suggerisco che questo scenario cos- tituirebbe un cambiamento epocale nel campo della scienza, che, se non è già avvenuto, potrebbe benissimo essere sul punto di realizzarsi.

Ce mémoire de thèse traite de l'étude de jonctions pn silicium planaires, réalisées par épitaxie localisée, avec un nouveau type de microscopie à émission de photoélectrons (XPEEM) filtré en énergie. L'objectif est d'améliorer notre compréhension des facteurs influençant l'imagerie XPEEM de jonctions modèles avec une perspective à plus long terme d'application de cette technique aux cas réels.Sur les trois types de jonction réalisées présentant des champs électriques variables (P+/P, N+/P, P+/N), nous avons d'abord mis en œuvre un procédé de passivation en trois étapes afin de se rapprocher de conditions en bandes plates en surface. Ce procédé nous a permis d'étudier la position des niveaux électroniques de part et d'autre des jonctions grâce à une imagerie en XPEEM spectroscopique avec électrons secondaires (travail de sortie local), électrons de cœur Si 2p et bande de valence, avec à la fois avec des sources X de laboratoire et le rayonnement synchrotron. Un mécanisme de contraste des images en électrons de cœur dû à la toute première couche atomique de surface a été montré. Ensuite, nous avons mis en évidence le rôle du champ électrique au niveau de la zone de déplétion des jonctions qui décale la position apparente de cette dernière dans l'image XPEEM. Nous avons comparé les résultats expérimentaux avec des simulations (logiciel SIMION) afin d'estimer son influence sur les conditions d'imagerie. Enfin, nous avons étudié l'impact de la technique d'imagerie en champ sombre sur la localisation de la jonction réelle au niveau de la surface de l'échantillon. / This thesis addresses the problem of imaging of model systems planar silicon pn junctions, fabricated by localized epitaxy, using the novel energy-filtered X-ray PhotoElectron Emission Microscope (XPEEM). The objective is to improve the understanding of the phenomena influencing the XPEEM images of the junctions, with as long-term perspective, a possible application of this method in a complementary way to existing techniques of 2D dopant mapping.The studies were carried out over three types of junction realized to this purpose and presenting variable electrical field (P+/P, N+/P, P+/N). We firstly developed and optimized a passivation protocol in three-steps which yielded a surface close to flat band conditions. This process allowed us to deduce band alignments as a function of doping level and type on both side of the junction thanks to spectroscopic XPEEM imaging of secondary electrons (to determine local work function), Si 2p core-level and valence band with both laboratory photon sources and synchrotron radiation. Contrast in core-level imaging due to the first atomic layer of the surface was also shown.Then, we highlighted the role of the lateral electric field across the depletion zone of a pn junction which shifts the apparent position of the latter in PEEM imaging. We compared experimental results and simulations performed with SIMION software to estimate the influence of pn junctions on PEEM imaging. Dark field imaging of the junction was also simulated. Comparison with the experimental results showed that it can be used to localize the real junction.

La biologie synthétique est une science issue du rapprochement entre les biotechnologies et les sciences pour l’ingénieur. Elle consiste à créer de nouveaux systèmes biologiques par une combinaison rationnelle d’éléments biologiques standardisés, découplés de leur contexte naturel. L’environnement, l’agroalimentaire et la santé figurent parmi ses principaux domaines d’application. Cette thèse s’est focalisée sur les aspects liés à la conception ex-vivo de ces biosystèmes artificiels. A partir des analogies réalisées entre les processus biologiques et certaines fonctions électroniques, l’accent a été mis sur la réutilisation et l’adaptation des outils de conception numériques, supportant l’approche de conception « top-down ». Ainsi, une adaptation complète des méthodes de CAO de la microélectronique a été mise en place pour la biologie synthétique. Dans cette optique, les mécanismes biologiques élémentaires ont été modélisés sous plusieurs niveaux d’abstraction, allant de l’abstraction numérique à des modèles flux de signal et des modèles conservatifs. Des modèles en logique floue ont aussi été développés pour faire le lien entre ces niveaux d’abstraction. Ces différents modèles ont été implémentés avec deux langages de description matérielle et ont été validés sur la base de résultats expérimentaux de biosystèmes artificiels parmi les plus avancés. Parallèlement au travail de formalisation des modèles destinés au flot de conception, leur amélioration a aussi été étudiée : la modélisation des interactions entre plusieurs molécules a été rendue plus réaliste et le développement de modèles de bruits biologiques a également été intégré au processus. Cette thèse constitue donc une contribution importante dans la structuration et l’automatisation d’étapes de conception pour les biosystèmes synthétiques. Elle a permis de tracer les contours d’un flot de conception complet, adapté de la microélectronique, et d’en mettre en évidence les intérêts. / Synthetic biology is a science derived from the rapprochement between biotechnology and engineering science. It aims to create new biological systems through a rational combination between standardized biological elements which are disconnected from their natural context. Its main areas of application are the environment, the food-processing industry and the health sector. This thesis focuses on the ex vivo design aspects of these artificial biosystems. Thanks to analogies between biological processes and some electronic functions, the emphasis was put on reusing and adapting digital design tools that are fitting the top-down design approach. Thus, microelectronics CAD methods have been completely adapted to synthetic biology. In this regard, basic biological mechanisms have been modelled with various levels of abstraction, from digital abstraction to signal flow and conservative models. Fuzzy logic models have also been developed as a link between these levels of abstraction. These models have been implemented with two hardware description languages. They have been proven correct thanks to experimental results from state-of-the-art artificial biosystems. Concurrently to their formalization, improvements of design flow models have been studied: the modelling of interactions between several molecules have been made more realistic and the development of models for biological noise have been integrated to the process. This thesis is an important contribution to the structuring and the automation of some design steps for synthetic biosystems. It has made possible to highlight and to trace the outlines of a complete design flow, adapted from microelectronics.

La stabilité et le développement des nations dépendent grandement de leurs Infrastructures Critiques (IC). Vu leur importance, de nombreuses menaces guettent leurs systèmes d’information - aussi appelés Infrastructures d’Information Critiques (IIC) -, parmi elles: les atteintes à l’intégrité de leurs données et processus informatisés ainsi que les abus pouvant survenir au cours des collaborations avec d’autres parties. L’intégrité d’une information, qui est sa propriété de ne pas être altérée, est primordiale pour les IIC puisqu’elles manipulent et génèrent des informations devant nécessairement être correctes et fiables. Dans un contexte de mondialisation et d’ouverture, les IC ne peuvent évoluer sans collaborer avec leur environnement. Toutefois, cela n’est pas sans risques puisque les ressources qu’elles engagent peuvent faire l’objet de corruptions et de sabotages. Tentant de réduire les risques de corruptions pouvant émaner de l’intérieur comme de l’extérieur, nous avons œuvré à l’amélioration du mécanisme de contrôle d’accès. Incontournable, il vise à limiter les actions auxquelles peuvent prétendre les utilisateurs légitimes du système, conformément à la politique de sécurité de l’organisation. La pertinence et la finesse de cette dernière impacte grandement l’efficacité du mécanisme. Ainsi, les modèles de contrôle d’accès sont utilisés pour faciliter l’expression et l’administration desdites politiques. OrBAC est un modèle riche et dynamique, satisfaisant plusieurs besoins des IIC, en revanche il reste limité quant à la prise en charge de l’intégrité, aussi bien en contexte localisé que distribué. Ainsi, nous avons proposé une extension d’OrBAC pour les environnements localisés, Integrity-OrBAC (I-OrBAC), qui tient compte de contraintes réelles liées à l’intégrité pour statuer sur les requêtes d’accès. I-OrBAC intègre des paramètres issus de l’application de méthodes d’analyse de risques pour refléter les besoins des ressources passives et apprécier, à leur juste valeur, les habilitations des sujets. Cela nous a orientés vers une modélisation en multi-niveaux d’intégrité qui favorisera la priorisation des biens sensibles, comme la stipule les programmes de protection des IC. Dans I-OrBAC, les niveaux d’intégrité servent aussi bien à contraindre l’attribution des privilèges qu’à la rendre plus flexible : ces niveaux restreignent les accès pour garantir que seuls les utilisateurs chevronnés accèdent aux ressources sensibles, mais permettent aussi aux sujets de différents rôles de réaliser une même tâche, étant bien sûr assujettis à des niveaux seuils différents. Pour rendre I-OrBAC proactif - non limité à statuer uniquement sur les requêtes d’accès - nous avons proposé un algorithme qui vise à déterminer le sujet le plus adéquat, parmi les rôles prioritaires, pour la réalisation d’une tâche sans attendre que les sujets n’en fassent la requête. L’algorithme est décrit par un système d’inférence pour faciliter sa compréhension tout en favorisant la conduite de raisonnements logiques et la dérivation de conclusions. Nous avons proposé une implémentation de notre modèle dans le cadre d’une étude de cas tirée du projet européen FP7 CRUTIAL relatif aux réseaux de transport et de distribution d’électricité. Finalement, pour pallier les problèmes issus des collaborations, nous avons fait appel aux contrats électroniques pour étendre I-OrBAC aux environnements distribués - l’extension Distributed IOrBAC (DI-OrBAC). Ces pactes servent non seulement à définir le contexte, les clauses ainsi que les activités à réaliser mais aussi à prévenir l’occurrence de litiges et à les résoudre. Toutefois, nous avons dû concevoir des mécanismes adaptés à notre modèle I-OrBAC pour leur négociation et leur application. / Nations stability and development depend deeply on their Critical Infrastructures (CI). Given their importance, many threats target their information systems - also called Critical Information Infrastructures (CII) -, among them: the attacks against integrity of their data and computerized processes and the abuses that may occur during the collaborations with other parties. Information integrity, that is its property of not being corrupted, is paramount to the CII as they manipulate and generate information that must necessarily be correct and reliable. In the context of globalization and openness, CI cannot evolve without collaborating with their environment. However, this is not without risks, since their resources can be targets of corruptions and sabotages. Trying to reduce corruption risks that may occur both from inside and outside, we focused on improving the access control mechanism. Being necessary, it aims to limit the actions of the system legitimate users in accordance with the organization security policy. The relevance and the fine-grained property of the policy impact the effectiveness of the mechanism. Therefore, access control models are used to facilitate the expression and the administration of such policies. OrBAC is a rich and dynamic model, satisfying several CII needs; however it remains limited as to the support of integrity, both in local and distributed environments. Thus, we proposed an OrBAC extension for local environments, Integrity-OrBAC (IOrBAC), which takes into account real integrity constraints to rule on access requests. I-OrBAC includes some parameters extracted from the application of risk analysis methods to reflect passive resources needs and appreciate pertinently subjects’ clearances. This led us to a multi integrity levels modeling, that promotes the prioritization of sensitive resources just like the CI protection programs do. In I-OrBAC the integrity levels are used both to constraint the assignment of privileges and to make it more flexible: these levels restrict access to ensure that only experienced users access sensitive resources but also allow subjects of different roles to perform the same task, of course being subject to different threshold levels. To make IOrBAC proactive - not only being limited to ruling on access requests - we proposed an algorithm that aims to determine the most appropriate subject, among the priority roles, for achieving a task without waiting for subjects to request it. The algorithm is described by an inference system to ease its understanding while promoting the conduct of logical reasoning and deriving conclusions. We proposed an implementation of our model through a case study drawn from the FP7 European project (CRUTIAL) on electrical energy transmission and distribution. Finally, to address problems that arise from collaborations, we used electronic contracts to enrich and extend IOrBAC to serve in distributed environments - the extension is called Distributed I-OrBAC (DI-OrBAC). These agreements aim, on the one hand, to define the context, terms and activities to be achieved and serve, on the other hand, to prevent and resolve the disputes. However, we had to design appropriate mechanisms for our I-OrBAC model in order to lead correct negotiations and rigorous enforcement of these contracts.