Sur la base d'un modèle des fonctions essentielles requises pour l'écriture d'un didacticiel, nous étudions les problèmes posés par la spécification de ces fonctions et leur programmation informatique. Les méthodes proposées sont issues d'une expérience concrète et réussie de production de didacticiels de taille importante. De plus nous rendons compte sur le plan génie logiciel, et nous décrivons l'ensemble des outils que nous avons du spécifier et réaliser pour favoriser la production de didacticiels fiables, portables et modifiables.

Notre approche, dans le cadre du test de conformité, se base sur le fait qu'il existe différents niveaux d'abstraction pour définir des tests : les tests exécutables pour une cible technologique et les tests abstraits qui sont indépendants de la technologie. Nos travaux portent sur deux points. <br />Le premier point vise à réduire l'effort alloué à la conception des tests. Pour cela nous définissons un nouveau niveau d'abstraction : les schémas de test qui offrent une abstraction supplémentaire sur les instances et valeurs manipulées. L'outil Tobias a été développé au cours de la thèse pour aider à la conception des schémas de test, les déplier en cas de test abstraits, puis concrétiser ces cas de test. <br />Malheureusement, les principes du langage de schéma de tests entraînent un problème d'explosion combinatoire du nombre de tests. Nous proposons donc diverses approches pour, d'une part, mieux contrôler le nombre de tests produits et, d'autre part, optimiser le temps d'exécution des tests. <br />Ces diverses techniques ont pu être intégrées à l'outil Tobias, nous permettant de réaliser deux études de cas afin de valider notre approche.

Le travail présenté dans le mémoire traite des problèmes liés au contrôle d'exécution des actions des robots mobiles autonomes. Une première partie présente l'architecture de contrôle globale et la compare à d'autres approches. On décrit les niveaux hiérarchiques qui la constituent et leurs rôles dans le fonctionnement du système. Le niveau inférieur, composé d'un ensemble de modules, rassemble les fonctions de perception, de modélisation et d'action du système. La seconde partie présente le niveau exécutif. L'exécutif doit suivre l'exécution des fonctions, résoudre les conflits entre modules, accomplir certaines actions réflexes et maintenir une information sur l'utilisation des ressources non partageables du robot. Il peut être vu comme un ensemble d'automates, qui interagissent et changent d'état selon les requêtes qui arrivent du niveau supérieur et les répliques qui proviennent des modules. La mise en oeuvre de l'exécutif utilise le système à base de règles KHEOPS. La compilation faite par KHEOPS permet, à partir d'un ensemble de variables d'entrée et de sortie et des règles qui les relient, d'obtenir un arbre de décision équivalent et de profondeur connue, ce qui garantit un temps d'exécution borné pour l'exécutif. La compilation permet aussi de garantir certaines propriétés logiques des automates mis en place. La troisième partie présente les relations entre le niveau fonctionnel (modules et exécutif) et la couche immédiatement supérieure, le niveau tache. Ce niveau est basé sur le système PRS, qui transforme des taches de haut niveau d'abstraction en procédures d'actions reconnues par le niveau fonctionnel et surveille leur exécution. Le mémoire présente une équivalence entre un sous-ensemble de PRS et les réseaux de Pétri colorés, ce qui permet de faire une vérification du niveau tache quand l'équivalence existe. Enfin, on présente quelques rés ultats de la mise en oeuvre expérimentale de ces travaux avec le robot Hilare 2.

Les spécifications formelles et la modélisation par objets sont considérés comme deux champs ayant un fort potentiel d'influence sur l'avenir du génie logiciel. Dans un premier temps, nous étudions cette affirmation en dégageant les caractéristiques essentielles du développement du logiciel. L'intersection des deux champs est un domaine nouveau et prometteur. Nous en étudions les différents variantes et nous synthétisons les choix faits dans les méthodes formelles à objets actuelles. Dans ce contexte, cette thèse propose une méthode de spécification et de conception de composants logiciels destinée à faciliter la formalisation, automatiser partiellement le processus de conception, permettre le contrôle et la réutilisation des classes avant implantation. L'accent est mis sur la séparation entre les niveaux de description pour clarifier le processus de conception et sur l'uniformisation à l'intérieur des niveaux de description pour assurer la cohérence. Deux modèles sont décrits. Le premier modèle, dit des types abstraits graphiques, définit les composants suivant un axe dynamique et suivant un axe fonctionnel. La modélisation dynamique, naturelle pour des objets est donnée en termes d'automates d'états finis gardés. Outre sa lisibilité, le modèle dynamique a pour intérêt majeur la construction guidée de spécifications algébriques, support de l'axe fonctionnel. Le second modèle, dit des classes formelles, est un modèle général, formel et abstrait pour la conception à objets. Basé sur les types abstraits algébriques, il permet le raisonnement abstrait et ma mise en oeuvre dans différents langages de programmation à objets. Les modèles présentés sont indépendants et sont adaptables dans d'autres méthodes de développement. Nous proposons une méthode de transition entre ces deux modèles, qui favorise le contrôle et la réutilisation des spécifications. Plusieurs outils d'écriture et de preuve sont communs aux deux modèles et nous insistons sur l'ouverture vers d'autres environnements de spécification.

Ce travail se situe dans le cadre des systèmes informatiques pour l'enseignement intégrant des capacités de raisonnement. Les exigences de ces EIAO (Environnement Interactif d'Apprentissage avec Ordinateur) sont à la fois d'ordre didactique et d'ordre informatique : exigence d'un contrat didactique à la sémantique claire et pré­cise; exigence d'une liberté maximale donnée à l'enseignant dans la formulation de ce contrat; exigence de capacités de déduction complètes; exigence de performances garantissant un niveau d'interactivité suffisant. Concrétement, nous avons conçu et réalisé le système TALC (Tuteur d'Aide Logique à la Construction) pour l'enseignement de la géométrie, dont l'objectif est de diagnostiquer la correction de la construction d'un apprenant vis-à-vis de la spécification d'une figure donnée par un enseignant. La définition du contrat didactique constitue le point central de notre travail. Notre point de vue est que son expression à l'aide de la logique du premier ordre est nécessaire à la fois pour obtenir une définition claire et pour fournir de bonnes explications à l'apprenant. Nous donnons ainsi une sémantique précise aux langages manipulés par le système : le langage logique LDL - à partir duquel est déterminé le diagnostic - et les langages d'interface. Nous présentons aussi les principes de la formulation de la théorie logique représentant les connaissances présupposées de l'élève. Nous établissons, par étapes de dérivation successives, l'expression logique de la correction d'une construction. Cette attitude est fructueuse. Elle nous a amenés à proposer le concept d'extension logique d'une formule par rapport à une autre, nécessaire pour prendre en compte des objets non décrits dans la spécification. Les perspectives ouvertes sont les suivantes : amélioration de la formulation du contrat didactique (par une meilleure définition de la négation), extension des langages d'interface, constitution de séquences didactiques, construction d'un modèle de l'apprenant à l'aide de techniques d'apprentissage et définition d'un langage d'expression des dialogues à tenir.

La vérification formelle est indispensable pour assurer la fiabilité des applications critiques comme les protocoles de communication et les systèmes répartis. La technique de vérification basée sur les modèles (model-checking) consiste à traduire l'application vers un système de transitions étiquetées (STE), sur lequel les propriétés attendues, exprimées en logique temporelle, sont vérifiées à l'aide d'outils appelés évaluateurs (model-checkers). Cependant, les logiques temporelles "classiques", définies sur un vocabulaire d'actions atomiques, ne sont pas adaptées aux langages de description comme LOTOS, dont les actions contiennent des valeurs typées. Cette thèse définit un formalisme appelé XTL (eXecutable Temporal Language) qui permet d'exprimer des propriétés temporelles portant sur les données du programme à vérifier. XTL est basé sur une extension du mu-calcul modal avec des variables typées. Les valeurs contenues dans le STE, extraites à l'aide d'opérateurs modaux étendus, peuvent être passées en paramètre aux opérateurs de point fixe ou manipulées à l'aide de constructions d'inspiration fonctionnelle comme "let", "if-then-else", "case", etc. Les propriétés portant sur des séquences d'actions du programme sont décrites succinctement au moyen d'expressions régulières. Des méta-opérateurs spéciaux permettent l'évaluation des formules sur un STE et l'expression de propriétés temporelles non-standard par exploration de la relation de transition. La sémantique de XTL est formellement définie et des algorithmes efficaces sont proposés pour évaluer des formules temporelles XTL sur des modèles STEs. Un évaluateur XTL est développé et utilisé avec succès pour la validation d'applications industrielles comme le protocole BRP développé par Philips et la couche liaison du bus série IEEE-1394 ("FireWire").

Cette thèse propose une infrastructure pour la spécification de gestionnaires de présentations multimédias spatio-temporelles (JAGUAR). Un gestionnaire assure la définition, le stockage, l'interrogation et la mise en forme des présentations qui sont stockées dans un système de gestion de bases de données multimédias. Les gestionnaires spécifiés servent de médiateurs entre des applications multimédias et des sources hétérogènes d'objets réparties et accessibles au travers du Web (via leur URL). Les objets gérés par un gestionnaire pour un ensemble d'applications sont décrits par un schéma de données qui associe à chaque type une présentation par défaut. Ainsi ce schéma définit la manière dont les objets sont vus par les applications. Un modèle spatio-temporel a été défini pour traiter de manière homogène les objets intégrés dans les présentations. Ce modèle permet également de décrire un objet composé en mettant en évidence les relations spatio-temporelles entre ses composants. Nous proposons également le langage OQLiST qui intègre des opérateurs spatiaux et temporels pour la spécification et l'interrogation de présentations. Ainsi, le langage et le modèle permettent de spécifier, d'interroger et de représenter de manière homogène les descriptions inter et intra-médias. Un prototype de gestionnaire a été implanté pour valider l'infrastructure JAGUAR. Il a été adapté à la construction d'applications sur des plates-formes SMIL et Java Media Framework (JMF). Ce gestionnaire a été utilisé pour la spécification et la mise en oeuvre d'une application touristique. Il a également été employé pour spécifier un outil de visualisation d'objets stockés dans un entrepo>t de données.

Dans le cadre du geste communicatif, la langue des signes française (LSF) constitue un sujet d'étude privilégié, par la richesse que lui confère précisément son statut de langue. Notre étude vise à obtenir un système de synthèse de phrases en LSF à partir d'une représentation textuelle intermédiaire, dans l'optique d'une traduction globale du français en signes. Issue des traits linguistiquement pertinents, une grammaire formelle est proposée pour spécifier le signe, avec pour principe la décomposition en primitives formationnelles (configurations manuelles, mouvement, ...). La description hiérarchique obtenue inclut des caractéristiques spatio-temporelles (points corporels, symétrie des articulateurs, répétition); une étude poussée des profils de vitesse a par ailleurs été effectuée pour représenter finement la dynamique du mouvement. Au niveau du discours interviennent les processus grammaticaux propres aux langues gestuelles : le paramétrage des signes permet, outre de décrire des items lexicaux génériques, de prendre en charge les mécanismes de localisation ou de référence pronominale. Afin de marquer le type de clause, l'expressivité non-manuelle – notamment faciale – est de première importance. Le système a été intégralement implanté pour aboutir à l'animation d'un signeur virtuel. L'exigence de configurations naturelles pour les chaînes articulaires a nécessité le développement d'un modèle réaliste pour l'avatar, et de méthodes spécifiques de cinématique inverse pour l'orientation et le positionnement manuels. L'ensemble, de l'analyseur syntaxique au module de génération graphique tridimensionnelle, constitue un prototype performant d'obtention de phrases signées. Doté d'une interface graphique, il laisse entrevoir (comme le prouve un exemple illustratif) toute une gamme d'applications pour lesquelles la vidéo n'est pas adaptée, tirant principalement profit de la compacité de l'encodage et de la rapidité avec laquelle sont produits les signes.

Les travaux développés dans cette thèse visent à assister le processus d'ingénierie des exigences temporelles pour les systèmes complexes à contraintes de temps. Nos contributions portent sur trois volets : la spécification des exigences, la modélisation du comportement et la vérification. Pour le volet spécification, une nouvelle classification des exigences temporelles les plus communément utilisées a été proposée. Ensuite, afin de cadrer l'utilisateur durant l'expression des exigences, une grammaire de spécification à base de motifs prédéfinis en langage naturel est développée. Les exigences générées sont syntaxiquement précises et correctes quand elles sont prises individuellement, néanmoins cela ne garantie pas la cohérence de l'ensemble des exigences exprimées. Ainsi, nous avons développé des mécanismes capables de détecter certains types d'incohérences entre les exigences temporelles. Pour le volet modélisation du comportement, nous avons proposé un algorithme de transformation des state-machine avec des annotations temporelles en des automates temporisés. L'idée étant de manipuler une notation assez intuitive et de générer automatiquement des modèles formels qui se prêtent à la vérification. Finalement, pour le volet vérification, nous avons adopté une technique de vérification à base d'observateurs et qui repose sur le model-checking. Concrètement, nous avons élaboré une base de patterns d'observation (ou observateurs) ; chacun des patterns développés est relatif à un type d'exigence temporelle dans la nouvelle classification. Ainsi, la vérification est réduite à une analyse d'accessibilité des états correspondants à la violation de l'exigence associée

Les défauts de code et de conception sont des problèmes d'implémentation et de conception qui proviennent de ''mauvais'' choix conceptuels récurrents. Ces défauts ont pour conséquence de freiner le développement et la maintenance des systèmes en les rendant plus difficiles à maintenir et évoluer. Une détection et une correction semi-automatiques sont donc des facteurs clefs pour faciliter les phases de maintenance et d'évolution.<br /><br />Des techniques et outils ont été proposés dans la littérature à la fois pour la détection et la correction des défauts. Les techniques de détection proposées consistent principalement à définir des règles pour détecter les défauts et à les appliquer sur le code source d'un système. Quant aux techniques de correction, elles consistent à appliquer de façon automatique des refactorisations dans le code source du système analysé afin de le restructurer de manière à corriger les défauts. Cependant, la phase qui consiste à identifier les restructurations est réalisée manuellement par les<br />ingénieurs logiciels. Ainsi, il n'est pas possible de corriger<br />directement et automatiquement les défauts détectés. Ce problème est dû au fait que la détection et la correction des défauts sont traitées de façon isolée.<br /><br />Ainsi, nous proposons DECOR, une méthode qui englobe et définit toutes les étapes nécessaires pour la détection et la correction des défauts de code et de conception. Cette méthode permet de spécifier des règles de détection à un haut niveau d'abstraction et de suggérer des restructurations de code afin d'automatiser la correction des défauts.<br /><br />Nous appliquons et validons notre méthode sur des systèmes libres orientés objet afin de montrer que notre méthode permet une détection précise et une correction adaptée des défauts.