La production de logiciels informatiques ne se résume pas à la réalisation de « gros » programmes nécessitant des années d'effort fournies par des équipes imposantes. Bien souvent, on a besoin de petits programmes, dont la durée de vie est assez courte et qui sont écrits par une ou deux personnes. La course incessante à l'innovation des entreprises informatiques les contraint fréquemment à renoncer aux techniques de génie logiciel pour opter pour des techniques légères favorisant un développement court et souple. Pour favoriser ce type de réalisations nous avons conçu un environnement de programmation qui repose sur un langage particulièrement concis et sur quelques outils permettant un développement rapide d'applications réalistes (un compilateur optimisant, des outils de mise au point, de navigation, etc.). Le choix du langage de programmation pour un tel projet est primordial car c'est le langage qui façonne le système. Au risque de paraître hérétique, nous avons choisi Scheme, un langage fonctionnel, parce que cette famille de langages permet une écriture d'une concision presque sans égal. Scheme est un petit langage. C'est parfois un atout (par exemple pour l'enseignement) mais c'est aussi souvent un handicap. Nous avons donc dû lui adjoindre de nombreuses extensions. Nous en présenterons deux au cours de cette soutenance: un langage de module et une couche objet. Nous nous efforcerons de montrer les liens reliant ces deux constructions et nous montrerons l'exploitation que nous avons faite de certaines caractéristiques de Scheme (comme, par exemple, le typage dynamique) pour augmenter encore l'expressivité de ce langage. Scheme est connu pour être difficile à implanter (parce que sa concision repose sur un haut niveau d'abstraction sémantique): c'est pourquoi nous avons consacré une grande partie de nos recherches à la compilation de ce langage. Nous présentons quelques uns de ces travaux dans le mémoire. Notre compilateur Scheme occupe une place privilégiée dans notre environnement car c'est lui qui permet la production d'applications efficaces. Toutefois, il arrive que les programmes doivent être travaillés afin que leur performances soient améliorées. Sur les architectures récentes c'est souvent une mauvaise utilisation de la mémoire (allocation, récupération) qui est la cause de performances moyennes. Lorsque le compilateur seul ne parvient pas à optimiser les programmes sources, les utilisateurs de notre environnement peuvent avoir recours à deux outils permettant l'étude de la gestion de la mémoire dans leurs applications.

Ce mémoire résume mes travaux sur la décennie (entre 1994 et 2003) suivant ma thèse de doctorat qui était consacrée aux champs de Markov en analyse d'image et fut soutenue en décembre 1993. Ces travaux ont vu le jour dans différents laboratoires d'accueil : – Laboratoire Image - Télécom Paris – Université Catholique de Louvain (K.U.Leuven) – Projet Pastis - INRIA Sophia Antipolis – Institut Max Planck pour les Neuroscience - Leipzig – Projet Ariana - INRIA Sophia Antipolis La diversité des laboratoires d'accueil a permis de traiter de plusieurs applications sur différents types d'images parmi lesquelles : – La binarisation d'empreintes digitales – La segmentation d'IRM du cerveau – La restauration d'angiographies cérébrales – La détection des régions d'activation en IRM fonctionnelle – La détection des espaces de Virchow Robin à partir d'IRM – La segmentation d'images satellitaires – L'extraction et la caractérisation des tissus urbains – L'extraction des réseaux routiers – La reconstruction du bâti

Notre thèse de doctorat porte principalement sur la transformée en ondelettes (TO) tridimensionnelle, et ses variations, comme la TO compensée en mouvement ou la TO adaptée à la forme, pour le codage des séquences vidéo et des images multispectrales (MS). Cette approche peut sembler a priori normale, néanmoins, dans le domaine de la compression vidéo, les approches basées sur les transformée 3D ont juste commencé à être concurrentielles avec les schémas hybrides basés sur la transformée cosinus discret (DCT). Notons qu'en ce qui concerne les images MS, la littérature scientifique n'appréhende pas le problème de la compression par une approche intégrale. L'approche TO 3D, étudiée dans cette thèse, a reçu une attention particulière par les chercheurs qui s'intéressent au domaine de la compression de données, car la version bi-dimensionnelle a des très bons résultats pour le codage d'images fixes. D'ailleurs, l'approche de TO fournit un support total à la scalabilité qui semble être l'une des aspects les plus importantes dans le domaine de la livraison de multimédia. Une représentation scalable d'information se compose de plusieurs sous ensembles de données, dont chacune d'elle est une représentation efficace de l'information originale. Une telle approche est obligatoire pour la livraison efficace de multimédia sur les réseaux hétérogènes. Le problème d'allocation des ressources est un autre aspect commun au codage vidéo et aux images MS.

Depuis quelques années, la manière de programmer des applications complexes subit d'importants bouleversements induits essentiellement par cette nouvelle informatique présente partout, dite ubiquitaire. Ces bouleversements imposent de concevoir de nouvelles approches pour le développement logiciel avec comme objectif d'obtenir des applications plus ouvertes et adaptables. Des concepts comme la programmation par composants (comme les EJB ou les Web Services), par séparations des préoccupations (la programmation par aspects), la programmation générative ou encore par transformation de modèle (l'approche MDA proposée par l'OMG) ont été proposées pour essayer de répondre partiellement à ces nouveaux défis. Notre contribution est de montrer que ces différents concepts peuvent être unifiés dans la notion de fabrique logicielle basée sur la programmation générative. Intuitivement, cette notion de fabrique logicielle permet, en faisant le parallèle à une chaîne de production, d'automatiser le plus possible, le développement logiciel pour une famille d'applications (de produits). Cette automatisation assure une plus grande fiabilité, réutisabilité et évolutivité des applications. La fabrique logicielle essaie de capitaliser les savoirs-faire des divers métiers sous-jacents à la chaîne de fabrication. Il est essentiel que le développement logiciel soit guidé par le domaine de l'application (Domain-Driven Development). Les concepts généraux des langages de programmation (classique) ne permettent pas de capturer aisément ces divers savoirs-faire. Plus précisément, nous monterons comment les concepts comme la programmations par composants, par transformations de modèle et par séparations de préoccupation sont instanciés et revisités dans notre démarche. Finalement, nous défendons l'idée que les langages de programmation actuels ont peu évolués face à ces bouleversements et sont en fin de compte, le vrai goulet d'étranglement de l'informatique. Lors de la présentation, nous insisterons plus sur les motivations, les objectifs et les concepts que sur les aspects purement techniques. Précisons tout de même que cette démarche a été validée dans la conception et la réalisation d'un générateur de fabrique logicielle, dénommé SmartTools. En effet, ce prototype de recherche permet de ce faire une idée précise et de matérialiser concrètement, cette nouvelle approche. De plus, cela montre très clairement que cette nouvelle approche du développement logiciel est envisageable à très court terme.

Ce document comporte trois parties qui synthétisent environ dix années de mes recherches. J'ai voulu mettre en valeur mes activités de recherche et d'administration de la recherche principales en faisant apparaître les collaborations que j'ai pu avoir avec d'autres laboratoires en France ou à l'étranger, ainsi que les travaux des doctorants que j'ai eu l'occasion de co-encadrer. Il est structuré de la façon suivante. Dans la première partie du document je présente un rapport de mes activités nationales et internationales ainsi qu'une liste complète de mes publications. Dans la deuxième partie je développe les travaux de recherches les plus importants que j'ai effectué depuis mon entrée au CNRS. Enfin, dans la troisième partie sont insérées quelques unes de mes publications significatives utiles pour la compréhension de mes travaux.

Ce mémoire a pour objectif de donner un aperçu précis et synthétique des activités de recherches que j'ai développées depuis le début de ma carrière d'enseignant-chercheur. Le travail qui va vous être présenté n'est pas le travail d'une seule personne mais le résultat de la collaboration avec plusieurs personnes que j'ai encadrées ou co-encadrées. Ce petit bout de vie dans la recherche doit bien sûr aussi beaucoup aux autres chercheurs ; je pense bien sûr à ceux du projet OCL et en particulier à Roger Rousseau mais aussi à tous ceux que j'ai rencontrés et côtoyés dans le laboratoire ou dans les divers congrès. Vous l'aurez donc compris toutes les idées présentées ci-après ne sont pas issues d'une seule personne, mais je revendique la démarche qui les a guidée. Je me suis intéressé dès mon stage de DEA aux problèmes liés à la conception de logiciels et en particulier aux aspects concernant la réutilisation, la fiabilité et l'évolution des applications. Ce document retrace mes contributions dans ce domaine.

Le but de ce document n'est pas de faire une synthèse des travaux récents en PPC, mais de mettre en évidence mes contributions dans ce domaine. Je ne parlerai donc pas de nombreux aspects de la PPC comme la détection et l'élimination des symétries ou les méthodes de recherche car je n'ai publié aucun article sur ces sujets. Je ne parlerai pas non plus de certains domaines importants de la PPC comme les CSP numériques ou l'ordonnancement pour lesquels un travail considérable a été effectué. Ce document présente les travaux les plus importants que j'ai publiés et quelques résultats originaux non encore publiés. Il est structuré en six parties : Présentation de la PPC , Principes de la PPC et problématique de la modélisation, Algorithmes de filtrage et contraintes globales, Problèmes sur-contraints, Applications, Réflexions et perspectives.

L'ingénierie des systèmes d'information fournit des méthodes, des techniques et des outils pour développer et implanter le plus efficacement possible les systèmes d'information. Ce domaine d'activité a ouvert un champ considérable d'activités de recherche et de développement d'applications avec aujourd'hui de nouvelles perspectives pour aborder la complexité croissante des systèmes d'information d'entreprise. Ce mémoire a pour objectif de montrer comment mes activités de recherche se sont inscrites dans ce domaine de recherche riche et en perpétuelle évolution. J'ai choisi pour cela de donner un aperçu synthétique et précis de mes travaux de recherche selon trois angles d'approche : la séparation des dimensions durant l'activité de modélisation des systèmes d'information, la réutilisation dans l'ingénierie des systèmes d'information et la flexibilité dans l'ingénierie des systèmes d'information. Je développerai plus avant ces aspects dans la section 1.3 de ce chapitre. Avant cela, j'évoquerai dans la section 1.1 les motivations de mon travail dans le domaine de l'ingénierie des systèmes d'information. Puis, je donnerai dans la section 1.2 un aperçu des projets auxquels j'ai participé et qui ont été mon contexte de travail.

Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches présente mes contributions à la vérification formelle des processeurs et des programmes, ainsi qu'à la programmation par contraintes. La vérification formelle, tant de matériel que de logiciel, est cruciale pour la sécurité des systèmes critiques, est un enjeu économique important et reste un défi pour la recherche. Les méthodes de vérification formelle retenues, aussi bien pour la vérification des processeurs que des programmes sont des méthodes entièrement automatiques qui reposent sur l'utilisation de procédures de décision. Pour la vérification de programmes, la résolution de contraintes sur domaines finis fournit une procédure de décision sur les entiers bornés (codables en machine). L'explosion combinatoire est retardée par la combinaison de solveurs spécifiques (booléen, linéaires, domaines finis), ce qui a permis d'obtenir des résultats expérimentaux qui surpassent dans certains cas les outils de "bounded model checking" basés sur l'utilisation de solveurs SAT. Dans un second temps, la vérification formelle des programmes est également abordée sous l'angle du développement conjoint d'une vérification complète et d'une exploration par model checking, basés sur la sémantique formelle du langage définie dans l'assistant de preuves HOL4. Enfin, ce mémoire présente mes contributions sur les contraintes en domaines continus (i.e. où les variables sont des nombres réels). Ces contraintes ont de nombreuses applications pratiques, par exemple en mécanique ou avionique, et leurs mécanismes de résolution peuvent servir de base à la vérification de programmes en présence de nombres flottants.

Le traitement d'images a une longue histoire, à commencer par les approches provenant de techniques du traitement du signal 1-D. Ces approches reposent sur la théorie du filtrage (linéaire ou non), l'analyse spectrale, ou sur des concepts basiques de probabilité et statistiques.