La problématique générale de cette thèse, qui s'inscrit dans le contexte du projet européen InTraDE (Intelligent Transportation for Dynamic Environment), concerne la modélisation de systèmes de systèmes (SdS). Un SdS est un système composé d'une hiérarchie de systèmes autonomes présents à différents niveaux de représentation. Cette thèse répond au besoin d'outils de modélisation généralistes respectant les caractéristiques fondamentales des SdS, en proposant un formalisme multi-agents mullti-niveaux et les algorithmes qui assurent le respect de ces caractéristiques. L'utilisation d'un modèle multi-agents permet de profiter de l'autonomie naturelle des agents et l'aspect multi-niveaux de notre modèle permet aux entités modélisées de raisonner à propos de l'organisation hiérarchique du système en leur offrant la notion explicite de niveau. En plus de la modélisation des systèmes complexes, cette thèse aborde les problèmatique liées à leur simulation, en particulier, le fait que les ressources informatiques (mémoire et microprocesseur utilisés) nécessaires pour simuler avec précision de tels systèmes sont particulièrement importantes. Nous proposons ainsi une méthodologie pour tirer partie de la capacité des simulations multi-niveaux à produire un compromis entre la précision de la simulation et les ressources informatiques utilisées. / The main problematic of this thesis, which takes place in the context of the european project InTraDE (Intelligent Transportation for Dynamic Environment), deals with the modeling of systems of systems (SoS). A SoS is a system composed of a hierarchy of autonomous systems present in several representation levels. This thesis answers the need of generic modeling tools respecting the fundamental characteristics of SoS, proposing a multi-level multi-agent formalism and algorithms wich insure their respect. The use of a multi-agent model allows to take advantage of the natural autonomy of agents and the multi-level aspect of our model permits to modeled entities to reason about the organisational hierarchy of the system, carrying the explicit notion of level. Besides the modeling of complex systems, this thesis also deals with the problematic related to their simulations, particularly, the fact that computer resources (used memory and microchips) needed to simulate with precision such systems are truly important. We propose a methodology to benefit from the muli-level simulations capacity to produce compromise between the simulation precision and the used computer resources.

La thèse porte sur le contrôle des systèmes de systèmes (SdS) et, sur la manière de construire des SdS adaptables et fiables. Ce travail fait partie du laboratoire d’excellence Labex MS2T sur le développement des SdS technologiques. Les SdS sont des systèmes complexes constitués de plusieurs systèmes indépendants qui fonctionnent ensemble pour atteindre un objectif commun. L’ingénierie des SdS est une approche qui se concentre sur la manière de construire et de concevoir des SdS fiables capables de s’adapter à l’environnement dynamique dans lequel ils évoluent. Compte tenu de l’importance du contrôle des systèmes constituants (SC) pour atteindre les objectifs du SdS , la première partie de cette thèse a consisté en une étude bibliographique sur le sujet du contrôle des SdS. Certaines méthodes de contrôle existent pour les systèmes à grande échelle et les systèmes multi-agents, à savoir, le contrôle hiérarchique, distribué et décentralisé peuvent être utiles et sont utilisés pour contrôler les SdS. Ces méthodes ne conviennent pas pour contrôler un SdS dans sa globalité et son évolution, en raison de l’indépendance de leur SC ; alors que les “frameworks” multi-vues conviennent mieux à cet objectif. Une approche de ”framework” générale est proposée pour modéliser et gérer les interactions entre les SC dans un SdS. La deuxième partie de notre travail a consisté à contribuer aux systèmes de transport intelligent. À cette fin, nous avons proposé le gestionnaire de manœuvres coopératives pour les véhicules autonomes (CMMAV), un “framework” qui guide le développement des applications coopératives dans les véhicules autonomes. Pour valider le CMMAV, nous avons développé le gestionnaire de manœuvres latérales coopératives (CLMM), une application sur les véhicules autonomes qui permet d’échanger des demandes afin de coopérer lors de manœuvres de dépassement sur autoroute. Cette application a été validée par des scénarios formels, des simulations informatiques, et testée sur les véhicules autonomes du projet Robotex au laboratoire Heudiasyc. / This thesis focuses on System of Systems (SoS) control, and how to build adaptable and reliable SoS. This work is part of the Labex MS2T laboratory of excellence on technological SoS development. SoS are complex systems that consist of multiple independent systems that work together to achieve a common goal. SoS Engineering is an approach that focuses on how to build and design reliable SoS that can adapt to the dynamic environment in which they operate. Given the importance of controlling constituent systems (CS) in order to achieve SoS objectives, the first part of this thesis involved a literature study about the subject of SoS control. Some control methods exist for large-scale systems and multi-agent systems, namely, hierarchical, distributed, and decentralized control might be useful and are used to control SoS. These methods are not suitable for controlling SoS in its whole, because of the independence of their CS; whereas, multi-views frameworks are more suitable for this objective. A general framework approach is proposed to model and manage the interactions between CS in a SoS. The second part of our work consisted of contributing to Intelligent Transportation Systems. For this purpose, we have proposed the Cooperative Maneuvers Manager for Autonomous Vehicles (CMMAV), a framework that guides the development of cooperative applications in autonomous vehicles. To validate the CMMAV, we have developed the Cooperative Lateral Maneuvers Manager (CLMM), an application on the autonomous vehicles that enables equipped vehicles to exchange requests in order to cooperate during overtaking maneuvers on highways. It was validated by formal scenarios, computer simulations, and tested on the autonomous vehicles of the Equipex Robotex in Heudiasyc laboratory.

La maitrise de la complexité croissante tant de nos organisations socioéconomiques que de nos systèmes et infrastructures technologiques, impose des systèmes informatiques de plus en plus intégrés. L’organisation de nos sociétés avancées ne pourrait plus se développer dans des conditions raisonnables sans le support des technologies de l’information. Les différents systèmes d’information s’intègrent ainsi de plus en plus en un maillage informationnel formant ainsi un système de systèmes qui se complexifie de jour en jour et de ce fait devient de plus en plus vital. Ces systèmes des systèmes doivent répondre à deux types d’objectifs : i) la réalisation d’un système par l’intégration de systèmes offerts par différents fournisseurs, ii) l’interopération de systèmes déjà en service en vue d’obtenir des propriétés nouvelles dues à leur coopération, généralement avec une augmentation d’efficacité. Ces objectifs et cette complexité ne peuvent être appréhendés par une démarche purement analytique. C’est pourquoi nous avons préconisé à travers cette thèse une solution de système de systèmes basée sur un graphe d'interopérabilité construit sur une comparaison hiérarchique ontologique. La mise en œuvre de cette approche à travers l’utilisation d’une plateforme d’agents mobile permet une recherche dynamique de services visant à satisfaire au mieux les critères de qualité exigés par l’utilisateur. / Mastering the increasing complexity of our socio-economic organizations and technology infrastructure requires more and more integrated information systems. The organization of our advanced societies could no longer grow on reasonable terms without the support of information technology.The different information systems belongs more and more to an informational meshing, forming in this way a complex system of systems which is getting complex day after day and because of that is becoming increasingly vital.This system of systems must meet two objectives: i) implementation of a system by integrating systems offered by different providers, ii) interoperation of systems already in use in order to obtain new properties due to their cooperation, usually with an efficiency increase.These objectives and this complexity can be grasped by a purely analytical approach. That is why we have advocated throughout this thesis a solution of system of systems based on an interoperability graph built on a hierarchical ontological comparison (foundation of trust). The platform of mobile agents associated with this system will implement a dynamic search of services which tries to satisfy the quality criteria required by the user.

Dans un monde de plus en plus connecté, le besoin d'interconnecter des systèmes hétérogènes apparait de plus en plus présent. Les Systèmes de Systèmes (SoS) sont une approche de supervision et de contrôle global où les systèmes constituants sont caractérisés comme des sous-systèmes du SoS. Certains de ces sous-systèmes peuvent être sujets à un environnement dynamique leur demandant d'évoluer pour répondre à de nouvelles exigences, voire de s'adapter s'ils doivent répondre à un besoin de disponibilité. La principale difficulté dans la gestion des évolutions possibles est qu'elles peuvent impacter plusieurs sous-systèmes connectés, et par extension, une vision globale comme celle proposée par un système de systèmes. Ainsi, les problèmes d'évolution et d'adaptation d'un SoS se posent. Dans un cadre d'ingénierie logicielle, cette thèse propose l'approche R-* qui soutient l'hypothèse que plus un système est Réflexif, et plus il devient capable de s'adapter, et donc d'évoluer. Trois contributions majeures et un cas d'utilisation évalu ́e sont proposés pour justifier l'intérêt de R-*. R-DDS et R-MOM ajoutent la capacité de réflexivité dans des sous-systèmes de communication asynchrones, et R-EMS ajoute la capacité de réflexivité sur la vision globale d'un SoS, incluant ses sous-syst'emes et son environnement. R-DDS ajoute la réflexivité à l'intergiciel de Service de Distribution de Données dédié aux domaines du temps-réel et de l'embarqué. R-MOM remonte en abstraction pour proposer la réflexivité au niveau des fonctionalités d'un intergiciel asynchrone. R-EMS est un système de gestion d'environnement réflexif en support de l'utilisation d'un SoS. Finalement, le cas d'utilisation est une implémentation d'un sous-modèle du système de systèmes TACTICOS de THALES, qui servira également d'environnement d'évaluation.

Notre thèse porte sur la Modélisation d'Entreprise et plus particulièrement sur une vision Ingénierie Système de celle-ci afin de faciliter son application « à minima » en entreprise. Alors que la modélisation d'entreprise arrive à maturité scientifique et technologique, force est de constater que sa pratique est encore trop peu courante. En outre, il n'existe pas à proprement parler de tâche de modélisation, de maintenance et de gestion de modèles dans l'entreprise. La question s'est alors posée de la relation d'interopération entre les systèmes, d'un Système-Entreprise évolutif, le plus souvent composé de façon ad-hoc de sous-systèmes (COTS), qui ont pour particularité d'encapsuler leur propre Savoir-Faire et leurs Ingénieries respectives, en incluant le Système-Produit (son besoin, son projet, ...) à la source de chaque recomposition « à la demande » du Système-Entreprise. Un des objectifs de nos travaux est donc de faciliter l'interopération entre les ingénieries de ces systèmes interopérants (autour du produit A Faire) et l'Ingénierie du Système-Projet d'Entreprise (Pour Faire). Nous nous sommes alors inspirés de la proposition de Kuras pour formaliser notre Système-Entreprise (en fait son Ingénierie) dans une sorte de « Système de Systèmes d'Information » (SdSI) en tenant compte de ses aspects récursifs et multi-échelles dans un contexte organisationnel évolutif. De plus, en nous appuyant sur la théorie des patterns, nous avons identifié puis dérivé le « composite-pattern» pour mieux décrire la nature « Tout et Partie » de l'Holon Système-Entreprise utilisé par Kuras pour extraire le patron de conceptualisation le plus adéquat. Parmi tous les points de vue d'un système, cette dérivation nous permet de représenter ceux du Système A Faire et ceux du Système Pour Faire avec son contenu d'Ingénierie associée guidée par le cadre de modélisation de Zachman. Nous avons outillé notre proposition de cadre d'Ingénierie Système Basée sur des Modèles (ISBM) en étendant le méta-modèle de l'outil « MEGA Modelling Suite » ainsi qu'en développant les interfaces utilisateurs nécessaires et nous l'avons appliqué à l'Ingénierie d'un Système de Traçabilité d'un Produit dans le contexte d'un scénario PLM plausible entre l'AIPL et DIMEG.

Les systèmes neuromusculaires et musculo-squelettique sont considérés comme un système de systèmes complexe. En effet, le mouvement du corps humain est contrôlé par le système nerveux central par l'activation des cellules musculaires squelettiques. L'activation du muscle produit deux phénomènes différents : mécanique et électrique. Ces deux activités possèdent des propriétés différentes, mais l'activité mécanique ne peut avoir lieu sans l'activité électrique et réciproquement. L'activité mécanique de la contraction du muscle squelettique est responsable du mouvement. Le mouvement étant primordial pour la vie humaine, il est crucial de comprendre son fonctionnement et sa génération qui pourront aider à détecter des déficiences dans les systèmes neuromusculaire et musculo-squelettique. Ce mouvement est décrit par les forces musculaires et les moments agissant sur une articulation particulière. En conséquence, les systèmes neuromusculaires et musculo-squelettique peuvent être évalués avec le diagnostic et le management des maladies neurologiques et orthopédiques à travers l'estimation de la force. Néanmoins, la force produite par un seul muscle ne peut être mesurée que par une technique très invasive. C'est pour cela, que l'estimation de cette force reste l'un des grands challenges de la biomécanique. De plus, comme dit précédemment, l'activation musculaire possède aussi une réponse électrique qui est corrélée à la réponse mécanique. Cette résultante électrique est appelée l'électromyogramme (EMG) et peut être mesurée d'une façon non invasive à l'aide d'électrodes de surface. L'EMG est la somme des trains de potentiel d'action d'unité motrice qui sont responsable de la contraction musculaire et de la génération du mouvement. Ce signal électrique peut être mesuré par des électrodes à la surface de la peau et est appelé I'EMG de surface {sEMG). Pour un muscle unique, en supposant que la relation entre l'amplitude du sEMG et la force est monotone, plusieurs études ont essayé d'estimer cette force en développant des modèles actionnés par ce signal. Toutefois, ces modèles contiennent plusieurs limites à cause des hypothèses irréalistes par rapport à l'activation neurale. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau modèle de relation sEMG/force en intégrant ce qu'on appelle le sEMG haute définition (HD-sEMG), qui est une nouvelle technique d'enregistrement des signaux sEMG ayant démontré une meilleure estimation de la force en surmontant le problème de la position de l'électrode sur le muscle. Ce modèle de relation sEMG/force sera développé dans un contexte sans fatigue pour des contractions isométriques, isotoniques et anisotoniques du Biceps Brachii (BB) lors une flexion isométrique de l'articulation du coude à 90°. / The neuromuscular and musculoskeletal systems are complex System of Systems (SoS) that perfectly interact to provide motion. This interaction is illustrated by the muscular force, generated by muscle activation driven by the Central Nervous System (CNS) which pilots joint motion. The knowledge of the force level is highly important in biomechanical and clinical applications. However, the recording of the force produced by a unique muscle is impossible using noninvasive procedures. Therefore, it is necessary to develop a way to estimate it. The muscle activation also generates another electric phenomenon, measured at the skin using electrodes, namely the surface electromyogram (sEMG). ln the biomechanics literature, several models of the sEMG/force relationship are provided. They are principally used to command musculoskeletal models. However, these models suffer from several important limitations such lacks of physiological realism, personalization, and representability when using single sEMG channel input. ln this work, we propose to construct a model of the sEMG/force relationship for the Biceps Brachii (BB) based on the data analysis of a High Density sEMG (HD-sEMG) sensor network. For this purpose, we first have to prepare the data for the processing stage by denoising the sEMG signals and removing the parasite signals. Therefore, we propose a HD-sEMG denoising procedure based on Canonical Correlation Analysis (CCA) that removes two types of noise that degrade the sEMG signals and a source separation method that combines CCA and image segmentation in order to separate the electrical activities of the BB and the Brachialis (BR). Second, we have to extract the information from an 8 X 8 HD-sEMG electrode grid in order to form the input of the sEMG/force model Thusly, we investigated different parameters that describe muscle activation and can affect the relationship shape then we applied data fusion through an image segmentation algorithm. Finally, we proposed a new HDsEMG/force relationship, using simulated data from a realistic HD-sEMG generation model of the BB and a Twitch based model to estimate a specific force profile corresponding to a specific sEMG sensor network and muscle configuration. Then, we tested this new relationship in force estimation using both machine learning and analytical approaches. This study is motivated by the impossibility of obtaining the intrinsic force from one muscle in experimentation.