Thèses soutenues 2018

Les Systèmes Produit-Service (PSS) résultent d'une intégration de composants hétérogènes couvrant à la fois des aspects matériels et immatériels (mécanique, électrique,logiciel, processus, organisation, etc.). Le processus de développement d’un PSS est fortement collaboratif impliquant des acteurs métier très variés.Ce caractère interdisciplinaire nécessite des référentiels sémantiques standardisés pour gérer la multitude des points de vue métier et faciliter l’intégration de tous les composants hétérogènes dans un système unique. Ceci est encore plus complexe dans le cas des PSS personnalisables, majoritaires dans le milieu industriel. Malgré les nombreuses méthodologies dans littérature, la gestion des processus de développement du PSS reste encore limitée face à cette complexité. Dans ce contexte, l'Ingénierie des systèmes (IS) pourrait être une solution avantageuse au regard de ses qualités bien prouvé pour la modélisation et la gestion de systèmes complexes. Cette thèse vise à explorer le potentiel d'utilisation de l'Ingénierie des systèmes (IS) comme fondement conceptuel pour représenter d’une façon intégrée tous les différents points de vue métier associés au cycle de vie du PSS. Dans ce cadre, un méta-modèle de PSS est proposé et exemplifié dans des cas industriels. Un modèle ontologique est aussi présenté comme une application d’une partie des modèles pour structurer le référentiel commun de la plateforme ICP4Life.

De nos jours, les entreprises font souvent face à des problèmes de gestion, maintenance, évolution ou remplacement de leurs systèmes logiciel existants. La Rétro-Ingénierie est la phase requise d'obtention de diverses représentations de ces systèmes pour une meilleure compréhension de leurs buts/états. L'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) est un paradigme du Génie Logiciel reposant sur la création, manipulation et utilisation intensive de modèles dans les tâches de conception, développement, déploiement, intégration, maintenance et évolution. La Rétro-Ingénierie Dirigée par les Modèles (RIDM) a été proposée afin d'améliorer les approches de Rétro-Ingénierie traditionnelles. Elle vise à obtenir des modèles à partir d'un système existant, puis à les fédérer via des vues cohérentes pour une meilleure compréhension. Cependant, les solutions existantes sont limitées car étant souvent des intégrations spécifiques d'outils. Elles peuvent aussi être (très) hétérogènes, entravant ainsi leurs déploiements. Il manque donc de solutions pour que la RIDM puisse être combinée avec des capacités de vue / fédération de modèles. Dans cette thèse, nous proposons deux approches complémentaires, génériques et extensibles basées sur les modèles ainsi que leurs implémentations en open source basées sur Eclipse-EMF: (i) Pour faciliter l'élaboration de solutions de RIDM dans des contextes variés, en obtenant différents types de modèles à partir de systèmes existants (e.g. leurs codes source, données). (ii) Pour spécifier, construire et manipuler des vues fédérant différents modèles (e.g. résultant de la RIDM) selon des objectifs de compréhension (e.g. pour diverses parties prenantes).

Le Cloud offre le calcul, stockage etréseau en tant que services. Pour réduire le coûtde cette offre, les opérateurs ont tendance à s’appuyer sur des infrastructures centralisées et gigantesques. Cependant, cette configuration entrave la satisfaction des exigences de latence et de bande passante des applications de nouvelle génération. L'Edge cherche à relever ce défi en s'appuyant sur des ressources massivement distribuées. Afin de satisfaire les attentes des opérateurs et des utilisateurs du Edge, des services de gestion ayant des capacités similaires à celles qui ont permis le succès du Cloud doivent être conçus. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur le service de supervision. Nous proposons un canevas logiciel pour la mise en place d’un service holistique. Ce canevas permet de déterminer une architecture de déploiement pair-à-pair pour les fonctions d'observation, de traitement et d'exposition des mesures. Il vérifie que cette architecture satisfait les exigences fonctionnelles et de qualité de service des utilisateurs. Ces derniers peuvent être exprimés à l'aide d'un langage de description offert par le canevas. Le canevas offre également un langage de description pour unifier la description de l'infrastructure Edge. L’architecture de déploiement est déterminée avec l’objectif de minimiser l'empreinte de calcul et réseau du service de supervision. Pour cela, les fonctions de supervision sont mutualisées entre les différents utilisateurs. Les tests que nous avons faits ont montré la capacité de notre proposition à réduire l'empreinte de supervision avec un gain qui atteint -28% pour le calcul et -24% pour leréseau.

Cette thèse traite de la modélisation dynamique des systèmes non-holonomes intermittents et de son application à la bicyclette 3D de Whipple. Pour cela, nous nous sommes appuyés sur un ensemble d'outils en mécanique géométrique (réduction Lagrangienne et projection dans le noyau des contraintes cinématiques essentiellement). Dans un premier temps, nous avons traité le cas de la bicyclette persistante. En définissant l'espace des configurations du vélo comme un fibré principal de groupe structural SE(3), nous avons obtenu un modèle des points de contact et des contraintes exempt de toute non-linéarité associée à un paramétrage de type coordonnées généralisées. Cette formulation nous a permis d'obtenir le noyau des contraintes sous une forme symbolique sans singularité. Nous avons alors produit un modèle symbolique de la dynamique de la bicyclette persistante en utilisant la méthode de réduction par projection de sa dynamique libre dans le sous espace de ses vitesses admissibles. Cette approche étend le cadre général mis au point ces dernières années pour la locomotion bio-inspirée. Profitant de la structure de SE(3), un modèle de la bicyclette intermittente a été proposé dans le cadre d'une approche événementielle. L'adoption du modèle physique de l'impact plastique, nous a permis d'étendre la méthode de réduction par projection au cas intermittent. Nous avons alors comparé notre approche "réduite" à l'approche classiquement utilisée et avons montré qu'elles partageaient une interprétation géométrique commune. Ces outils ont finalement été appliqués à la simulation de la bicyclette intermittente afin d'illustrer la richesse de sa dynamique.

Un manipulateur parallèle à mobilité réduite a moins de six degrés de liberté et présente généralement différents types de mouvement connus sous le nom de modes d'opération. Ainsi, ce type de manipulateur peut être classifié comme reconfigurable selon sa capacité de transition entre les différents modes d'opération. Cette thèse de doctorat s'articule principalement autour de l'analyse cinématique de manipulateurs parallèles à mobilité réduite, de manipulateurs parallèles en série obtenus à partir de leur empilement en série et de mécanismes conformes conçus à partir de leurs configurations singulières à contraintes. La transformation cinématique de Study est utilisée pour dériver les équations algébriques de contraintes. Ensuite, elles sont interprétées à l'aide d'outils de géométrie algébrique pour effectuer des analyses de mobilité, de cinématique et de singularité. Les techniques de ‘‘screw theory’’ et ‘‘line geometry’’ sont utilisées à côté de l'approche algébrique au besoin.

L’accroissement des profits, à travers l’amélioration de la productivité et la réduction des pertes de matières, représente un objectif primordial pour les entreprises industrielles. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la résolution d’un problème industriel complexe réel avec des contraintes de temps. Nous nous sommes intéressés, tout d’abord, à un objectif principal, soit la minimisation des dates de fin de production, suivi d’un objectif secondaire qui est la minimisation des quantités de déchets non recyclables. Dans un premier temps, nous avons modéliséle problème par des modèles mathématiques, que nous avons résolu à l’aide d’un solveur. Dans un second temps, nous avons proposé une méthode approchée en forme d’algorithmes évolutionnistes. Cette méthode est appliquée aux deux objectifs mentionnés ci-dessus séparément. Une troisième méthode est ensuite appliquée à l’objectif principal, à savoir une méthode arborescente approchée. Nous avons testé les algorithmes proposés sur des instances inspirées d’un cas réel ; issues d’une entreprise du secteur agroalimentaire et sur des instances inspirées de la littérature.

La tâche d'exploration dans des ressources inexploitées mais nouvellement numérisées, afin d'y trouver des informations pertinentes, est complexifiée par la quantité de ressources disponibles. Grâce au projet ANR CIRESFI, la ressource la plus importante, pour la Comédie-Italienne du XVIIIe siècle, est un ensemble de registres comptables constituée de 28 000 pages. L'extraction d'informations est un processus long et complexe qui demande une expertise à chaque étape : détection et segmentation, extraction de caractéristiques, reconnaissance d’écriture manuscrite. Les systèmes à base de réseaux de neurones profonds dominent dans l'ensemble ces approches. Le problème majeur est qu'ils nécessitent d'avoir une grande quantité de données pour réaliser leur apprentissage. Cependant, les registres de la Comédie-Italienne ne possèdent pas de vérité terrain. Pour palier ce manque de données, nous explorons des approches pouvant opérer un apprentissage par transfert de connaissance. Cela signifie utiliser un ensemble de données déjà étiquetées et disponibles, possédant un minimum de points communs avec nos données pour entraîner les systèmes, pour ensuite les appliquer sur nos données. L'ensemble de nos expérimentations nous ont montré la difficulté de réaliser cette tâche, chaque choix à chaque étape ayant un impact fort sur la suite du système. Nous convergeons vers une solution séparant le modèle optique du modèle de langage afin de réaliser un apprentissage indépendant avec différents types de ressources disponibles et se rejoignant grâce à une projection de l'ensemble des informations dans un espace commun non-latent.

Concevoir des robots avec des Matériaux Bio-Sourcés (MBS) dans le but d'écoconception n'a presque jamais été exploré dans le passé. L’objectif de cette thèse est de montrer qu’il est possible de réduire considérablement l’impact environnemental des robots industriels en remplaçant la grande majorité des matériaux métalliques / composites de carbone utilisés dans leur conception par des matériaux bio-sourcés à faible impact écologique. Le bois est l'un des meilleurs candidats en raison de ses propriétés mécaniques intéressantes. Cependant, les performances / dimensions du bois varient en fonction des conditions atmosphériques / sollicitations externes. Ainsi, cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet RobEcolo dont le défi est de concevoir un robot industriel parallèle en bois rigide et précis. Afin d'assurer une performance optimale de robots en bois (en particulier la précision) et de minimiser l'incertitude des modèles MBS et les erreurs dues aux variations dimensionnelles en fonction des conditions atmosphériques, des capteurs extéroceptifs peuvent être utilisés pour commander le robot. Cependant, toute observation externe a un impact sur les performances du robot. Il est donc nécessaire d'optimiser la conception du robot par rapport aux critères de performance mécanique usuels mais aussi par rapport aux indices de performance issus de la définition de la commande par capteurs extéroceptifs. Ainsi, l'un des objectifs de ce manuscrit est de décrire une nouvelle approche de conception orientée commande. Cette approche permet de prendre en compte les performances du contrôleur dès la phase de conception du robot ce qui amènera à satisfaire la performance de précision lors de la commande de celui-ci, par la définition des paramètres géométriques primaires optimaux du robot. En effet, des modèles élastiques sont nécessaires aux étapes de conception et de contrôle et doivent être suffisamment précis pour fournir une estimation correcte des déformations et des fréquences propres du robot. De plus, ils doivent également être efficaces sur le plan de temps de calcul, car ils seront calculés des milliers de fois au cours du processus de la conception optimale, ou en temps réel dans la boucle de commande. Afin de répondre à ces exigences, nous proposons dans ce manuscrit une modification basée sur la théorie poutre d'Euler-Bernoulli qui est utilisée pour développer des modèles élastiques en bois simples et rapides capables de prédire un comportement réaliste des robots en bois en statique et en dynamique. Enfin, les développements théoriques proposés dans cette thèse ont permis le prototypage d'un mécanisme à cinq barres en bois et les performances du robot en termes de rigidité et de précision ont été validées expérimentalement sur le prototype.

Les voies de signalisation canoniques traditionnelles aident à comprendre l'ensemble des processus de signalisation à l'intérieur de la cellule. Les données phosphoprotéomiques à grande échelle donnent un aperçu des altérations entre différentes protéines dans différents contextes expérimentaux. Notre objectif est de combiner les réseaux de signalisation traditionnels avec des données de séries temporelles phosphoprotéomiques complexes afin de démêler les réseaux de signalisation spécifiques aux cellules. Côté application, nous appliquons et améliorons une méthode de séries temporelles caspo conçue pour intégrer des données phosphoprotéomiques de séries temporelles dans des réseaux de signalisation de protéines. Nous utilisons une étude de cas réel à grande échelle tirée du défi HPN-DREAM BreastCancer. Nous déduisons une famille de modèles booléens à partir de données de séries temporelles de perturbations multiples de quatre lignées cellulaires de cancer du sein, compte tenu d'un réseau de signalisation protéique antérieur. Les résultats obtenus sont comparables aux équipes les plus performantes du challenge HPN-DREAM. Nous avons découvert que les modèles similaires sont regroupés dans l'espace de solutions. Du côté informatique, nous avons amélioré la méthode pour découvrir diverses solutions et améliorer le temps de calcul.

La manipulation aérienne est l’un des défis de la robotique au cours de cette dernière décennie. L’un des freins au développement des manipulateurs aériens est l’autonomie limitée des drones, réduite par la charge et la consommation électrique du manipulateur embarqué. Une solution pour dépasser cette limite passe par la collaboration de plusieurs drones dans une tâche de manipulation. Cette thèse porte sur la conception et la commande d’un nouveau type de véhicule autonome aérien destiné à la manipulation. Le concept consiste à faire collaborer plusieurs drones, en particulier des quadricoptères, au travers d’une architecture passive polyarticulée. Le robot ainsi obtenu est une fusion entre l’architecture passive d’un robot parallèle et plusieurs drones. L’étude du modèle dynamique de cette classe de robots met en avant un découplage dans le modèle dynamique. Ce découplage permet la conception d’une commande en cascade qui assure la stabilisation et le suivi de trajectoire pour ces robots. Deux cas d’étude sont ensuite déclinés dans cette thèse : un robot parallèle volant à deux drones et un robot parallèle volant à trois drones. Pour ces deux robots, une simulation numérique est effectuée afin de valider le fonctionnement de la commande. Ces simulations ont également permis de valider la possibilité de changer la configuration de l’architecture passive en vol. Les travaux ont été portés avec succès jusqu’au stade expérimental pour le robot volant à deux drones.

In order to better understand how a biological system works, it is necessary to study the interactions between the different entities that compose it. To do this, we can model these biological interaction networks with graphs whose vertices are colored. A standard problem then consists in searching for a subgraph of interest in these graphs, which can include thousands of vertices and edges. In this manuscript, we are interested in two problems designed to address this issue. First of all, we present a state of the art on the GRAPH MOTIF problem, for which there exists a large algorithmic literature, then we carry out an in-depth algorithmic study of the MAXIMUM COLORFUL ARBORESCENCE problem. The MAXIMUM COLORFUL ARBORESCENCE problem is a more precise redefinition of a problem in the literature that had been introduced to determine de novo the molecular formula of unknown small molecules. While MAXIMUM COLORFUL ARBORESCENCE is, like the original problem, algorithmically difficult to solve even in very constrained tree classes, this new definition allows us to obtain new approximation algorithms in these same constrained trees. It even allows us to find a new graph class in which MAXIMUM COLORFUL ARBORESCENCE is solved in polynomial time. We also show parameterized complexity results for this new problem, which we then compare to those in the literature for the original problem on instances from biological data.

Les technologies Big Data gagnent de plus en plus d’attentions de communautés de recherches variées, surtout depuis que les données deviennent si volumineuses, qu’elles posent de réels problèmes, et que leurs traitements ne sont maintenant possibles que grâce aux grandes capacités de calculs des équipements actuels. De plus, les réseaux véhiculaires, aussi appelés VANET pour Vehicular Ad-hoc Networks, se développent considérablement et ils constituent une part de plus en plus importante du marché du véhicule. La topologie de ces réseaux en constante évolution est accompagnée par des données massives venant d’un volume croissant de véhicules connectés. Dans cette thèse, nous discutons dans notre première contribution des problèmes engendrés par la croissance rapide des VANET, et nous étudions l’adaptation des technologies liées aux Big Data pour les VANET. Ainsi, pour chaque étape clé du Big Data, nous posons le problème des VANET. Notre seconde contribution est l’extraction des caractéristiques liées aux VANET afin d’obtenir des données provenant de ceux-ci. Pour ce faire, nous discutons de comment établir des scénarios de tests, et comment émuler un environnement afin, dans un premier temps, de tester une implémentation dans un environnement contrôlé, avant de pouvoir effectuer des tests dans un environnement réel, afin d’obtenir de vraies données provenant des VANET. Pour notre troisième contribution, nous proposons une approche originale de la modélisation du comportement de conducteur. Cette approche est basée sur un algorithme permettant d’extraire des représentants d’une population, appelés exemplaires, en utilisant un concept de densité locale dans un voisinage.

Les troubles musculo-squelettiques liés au travail causent des maladies physiques et mentales chez les travailleurs, réduisent leur productivité et causent de grandes pertes aux industries et à la société. Cette thèse porte sur l'évaluation du risque physique de troubles musculo-squelettiques liés au travail, pour laquelle quatre points clés sont identifiés : la mesure de la charge de travail, l'évaluation de l'effet de l'accumulation de la charge de travail, la quantification des caractéristiques individuelles et l'intégration de l'évaluation des risques dans les outils de modélisation numérique humaine. Dans l'état de l'art, les études épidémiologiques des désordres musculo-squelettiques et les méthodes actuelles utilisées pour l'évaluation des risques physiques sont présentées, ainsi que les études concernant les quatre points clés. La deuxième partie présente une étude expérimentale portant sur 17 sujets afin d'explorer un nouvel indicateur de la fatigue musculaire avec EMG de surface. Dans la partie suivante, des développements sont faits pour intégrer un modèle de fatigue musculaire dans OpenSim, un logiciel de modélisation humaine numérique, avec lequel la diminution de capacité de chaque muscle est prévisible pour une tâche donnée. Les valeurs prévues peuvent s'appliquer à l'évaluation des risques physiques. La quatrième partie présente le travail de construction d'un modèle musculosquelettique à chaîne complète dans OpenSim, étant donné qu'aucun modèle actuel ne couvre les muscles du torse et tous les membres. Une attention particulière est portée à la méthode utilisée par OpenSim pour adapter les propriétés inertielles du modèle aux individus. Les erreurs de la méthode sont évaluées à l'aide des données de référence provenant du scanner 3D du corps entier. Dans la dernière partie, le nouveau modèle de la chaîne complète est appliqué à l'analyse de la posture d'une tâche de perçage en hauteur. L'activité musculaire varie en fonction des postures, ce qui est suggéré comme indicateur des charges posturales.

Cette thèse s'intéresse à la métathéorie de la théorie des types intuitionniste. Les systèmes que nous considérons sont des variantes de la théorie des types de Martin-Löf ou du Calcul des Constructions, et nous nous intéressons à la cohérence de ces systèmes ou encore à l'indépendance d'axiomes par rapport à ces systèmes. Le fil rouge de cette thèse est la construction de modèles syntaxiques, qui sont des modèles qui réutilisent la théorie des types pour interpréter la théorie des types. Dans une première partie, nous introduisons la théorie des types à l'aide d'un système minimal et de plusieurs extensions potentielles. Dans une seconde partie, nous introduisons les modèles syntaxiques donnés par traduction de programme et donnons plusieurs exemples. Dans une troisième partie, nous présentons Template-Coq, un plugin de métaprogrammation pour Coq. Nous montrons comment l'utiliser pour implémenter directement certains modèles syntaxiques. Enfin, dans une dernière partie, nous nous intéressons aux théories des types à deux égalités : une égalité stricte et une égalité univalente. Nous proposons une relecture des travaux de Coquand et. al. et Orton et Pitts sur le modèle cubique en introduisant la notion de fibrance dégénérée.

There is a strong economic and civic demand for the opening of individual data. However, the publication of such data poses a risk to the individuals represented in it. This thesis focuses on the problem of anonymizing multidimensional data tables containing individual data for publishing purposes. In particular, two data anonymization approaches families will be focused on: the first aims to merge each individual into a group of individuals, the second is based on the addition of disruptive noise to the original data. Two new approaches are developed in the context of group anonymization. They aggregate the data using a co-clustering technique and then use the produced model, to generate synthetic records, in the case of the first solution. While the second proposal seeks to achieve the formalism of k-anonymity. Finally, we present a new anonymization algorithm “DPCocGen” that ensures differential privacy. First, a data-independent partitioning on the domains is used to generate a perturbed multidimensional histogram, a multidimensional co-clustering is then performed on the noisy histogram resulting in a partitioning scheme. Finally, the resulting schema is used to partition the original data in a differentially private way. Synthetic individuals can then be drawn from the partitions.

Stimulé par des applications comme l’annotation de documents ou d’images, l’apprentissage multi-label a connu un fort développement cette dernière décennie. Mais les algorithmes classiques se heurtent aux nouveaux volumes des données multi-label extrême (XML) où le nombre de labels peut atteindre le million. Cette thèse explore trois directions pour aborder la complexité en temps et en mémoire du problème : la réduction de dimension multi-label, les astuces d’optimisation et d’implémentation et le découpage arborescent. Elle propose d’unifier les approches de réduction à travers une typologie et deux formulations génériques et d’identifier des plus performantes avec une méta-analyse originale des résultats de la littérature. Une nouvelle approche est développée pour analyser l’apport du couplage entre le problème de réduction et celui de classification. Pour réduire la complexité mémoire en maintenant les capacités prédictives, nous proposons également un algorithme d’estimation des plus grands paramètres utiles d’un modèle classique de régression one-vs-rest qui suit une stratégie inspirée de l’analyse de données en flux. Enfin, nous présentons un nouvel algorithme CRAFTML qui apprend un ensemble d’arbres de décision diversifiés. Chaque arbre effectue une réduction aléatoire conjointe des espaces d’attributs et de labels et implémente un partitionnement récursif très rapide. CRAFTML est plus performant que les autres méthodes arborescentes XML et compétitif avec les meilleures méthodes qui nécessitent des supercalculateurs. Les apports de la thèse sont complétés par la présentation d’un outil logiciel VIPE développé avec Orange Labs pour l’analyse d’opinions multi-label.

Le traitement d’événements complexes (Complex Event Processing – CEP) consiste en l'analyse de flux de données afin d'en extraire des motifs et comportements particuliers décrits, en général, dans un formalisme logique. Dans l'approche classique, les données d'un flux – ou événements – sont supposées être l'observation complète et parfaite du système produisant ces événements. Cependant, dans de nombreux cas, les moyens permettant la collecte de ces données, tels que des capteurs, ne sont pas pour autant infaillibles et peuvent manquer la détection d'un événement particulier ou au contraire en produire. Dans cette thèse, nous nous sommes employé à étudier les modèles possibles de représentation de l’incertain et, ainsi, offrir au CEP une robustesse vis-à-vis de cette incertitude ainsi que les outils nécessaires pour permettre la reconnaissance de comportement complexe de façon pertinente les flux d'événements en se basant sur le formalisme des chroniques. Dans cette optique, trois approches ont été considérées. La première se base sur les réseaux logiques de Markov pour représenter la structure des chroniques sous un ensemble de formules logiques adjointe dune valeur de confiance. Nous montrons que ce modèle, bien que largement appliqué dans la littérature, est inapplicable pour une application concrète au regard des dimensions d'un tel problème. La seconde approche se basent sur des techniques issues de la communauté SAT pour énumérer l'ensemble des solutions possibles d'un problème donné et ainsi produire une valeur de confiance pour la reconnaissance dune chronique exprimée, encore une fois, sous une requête logique. Finalement, nous proposons une dernière approche basée sur les chaines de Markov pour produire un ensemble d'échantillons expliquant l'évolution du modèle en accord avec les données observées. Ces échantillons sont ensuite analysés par en système de reconnaissance pour compter les occurrences dune chronique particulière.

Dans cette thèse, nous considérons une famille des problèmes d’ordonnancement avec machine parallèle identique et contraintes de précédences. Ce champ de recherche fait l’objet de nombreuses études. Malgré tout, la complexité de ces problèmes varie selon de nombreux paramètres,notamment le type de graphe de précédence ou le critère retenu. De plus, il existe encore de nombreux problèmes ouverts. Nous étudions certains de ces problèmes dans cette thèse. Nous montrons notamment que le problème ouvert avec tâches de durée unitaires et graphe de précédence de type intree est NP-complet. Puis, nous prouvons que le problème avec graphe de précédence de type level order est NP-complet aussi. La preuve est ensuite étendue à des problèmes connexes. Par la suite, on améliore un algorithme exponentiel pour un problème spécifique qui est NP-complet. Enfin, nous proposons un modèle linéaire pour le problème avec contraintes de précédence quelconque, améliorant aussi les résultats de littérature.

Des réseaux de capteurs acoustiques sont actuellement mis en place dans plusieurs grandes villes afin d’obtenir une description plus fine de l’environnement sonore urbain. Un des défis à relever est celui de réussir,à partir d’enregistrements sonores, à estimer des indicateurs utiles tels que le niveau sonore du trafic routier. Cette tâche n’est en rien triviale en raison de la multitude de sources sonores qui composent cet environnement. Pour cela, la Factorisation en Matrices Non-négatives (NMF) est considérée et appliquée sur deux corpus de mixtures sonores urbaines simulés. L’intérêt de simuler de tels mélanges est la possibilité de connaitre toutes les caractéristiques de chaque classe de son dont le niveau sonore exact du trafic routier. Le premier corpus consiste en 750 scènes de 30 secondes mélangeant une composante de trafic routier dont le niveau sonore est calibré et une classe de son plus générique. Les différents résultats ont notamment permis de proposer une nouvelle approche, appelée « NMF initialisée seuillée », qui se révèle être la plus performante. Le deuxième corpus créé permet de simuler des mixtures sonores plus représentatives des enregistrements effectués en villes, dont leur réalisme a été validé par un test perceptif. Avec une erreur moyenne d’estimation du niveau sonore inférieure à 1,2 dB, la NMF initialisée seuillée se révèle, là encore, la méthode la plus adaptée aux différents environnements sonores urbains. Ces résultats ouvrent alors la voie vers l’utilisation de cette méthode à d’autres sources sonores, celles que les voix et les sifflements d’oiseaux, qui pourront mener, à terme, à la réalisation de cartes de bruits multi-sources.

Historiquement, les Modèles Graphiques Probabilistes (PGMs) sont une solution d’apprentissage à partir des données incertaines et plates, appelées aussi données propositionnelles ou représentations attribut-valeur. Au début des années 2000, un grand intérêt a été adressé au traitement des données relationnelles présentant un grand nombre d’objets participant à des différentes relations. Les Modèles Probabilistes Relationnels (PRMs) présentent une extension des PGMs pour le contexte relationnel. Avec l’évolution rapide issue de l’internet, des innovations technologiques et des applications web, les données sont devenues de plus en plus variées et complexes. D’où l’essor du Big Data. Plusieurs types de bases de données ont été créés pour s’adapter aux nouvelles caractéristiques des données, dont les plus utilisés sont les bases de données graphe. Toutefois, tous les travaux d’apprentissage des PRMs sont consacrés à apprendre à partir des données bien structurées et stockées dans des bases de données relationnelles. Les bases de données graphe sont non structurées et n’obéissent pas à un schéma bien défini. Les arcs entre les noeuds peuvent avoir des différentes signatures. En effet, les relations qui ne correspondent pas à un modèle ER peuvent exister dans l'instance de base de données. Ces relations sont considérées comme des exceptions. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à ce type de bases de données. Nous étudions aussi deux types de PRMs à savoir, Direct Acyclic Probabilistic Entity Relationship (DAPER) et chaines de markov logiques (MLNs). Nous proposons deux contributions majeures. Premièrement, Une approche d’apprentissage des DAPERs à partir des bases de données graphe partiellement structurées. Une deuxième approche consiste à exploiter la logique de premier ordre pour apprendre les DAPERs en utilisant les MLNs pour prendre en considération les exceptions qui peuvent parvenir lors de l’apprentissage. Nous menons une étude expérimentale permettant de comparer nos méthodes proposées avec les approches déjà existantes.

La chirurgie robotisée a été développée pour pallier les difficultés de la chirurgie laparoscopique. Le robot da Vinci (Intuitive Surgical) est largement répandu dans les hôpitaux nord-américains et européens pour la chirurgie abdominale. Basé sur de la téléopération, il améliore la dextérité et la précision des opérations en chirurgie mini-invasive. Cependant, des recommandations incomplètes et des défauts ergonomiques du système, pour positionner les bras du robot à la surface l’abdomen du patient avant l’opération, créent un des principaux problèmes de la chirurgie robotisée : des organes inatteignables ou des collisions entre les instruments pendant l’opération. L’objectif de ces travaux de recherche est de proposer une nouvelle méthode de placement des bras du robot basée sur une assistance opératoire numérique utilisant l’analyse d’images médicales du patient et la modélisation 3D de la surface de son abdomen afin de calculer des positions des bras optimales en fonction des caractéristiques du robot, de la position des organes et du type de chirurgie.

A l’opposé de l’approche consistant à concevoir aucas par cas des contraintes et des algorithmes leur étant dédiés, l’objet de cette thèse concerne d’une part la description de familles de contraintes en termes de composition de fonctions, et d’autre part la synthèse d’objets combinatoires pour de telles contraintes. Les objets concernés sont des bornes précises, des coupes linéaires, des invariants non-linéaires et des automates finis ; leur but principal est de prendre en compte l’aspect combinatoire d’une seule contrainte ou d’une conjonction de contraintes. Ces objets sont obtenus d’une façon systématique et sont paramétrés par une ou plusieurs contraintes, par le nombre de variables dans une séquence, et par les domaines initiaux de ces variables. Cela nous permet d’obtenir des objets indépendants d’une instance considérée. Afin de synthétiser des objets combinatoires nous tirons partie de la vue déclarative de telles contraintes, basée sur les expressions régulières, ainsi que la vue opérationnelle, basée sur les automates à registres et les transducteurs finis. Il y a plusieurs avantages à synthétiser des objets combinatoires par rapport à la conception d’algorithmes dédiés : 1) on peut utiliser ces formules paramétrées dans plusieurs contextes, y compris la programmation par contraintes et la programmation linéaire, ce qui est beaucoup plus difficile avec des algorithmes ; 2) la synergie entre des objets combinatoires nous donne une meilleure performance en pratique ; 3) les quantités calculées par certaines des formules peuvent être utilisées non seulement dans le contexte de l’optimisation mais aussi pour la fouille de données.

Au cours des dernières années, la taille et la complexité des systèmes logiciels ont considérablement augmenté, rendant le processus d'évolution de plus en plus complexe et consommant ainsi beaucoup de ressources et de temps. C’est pourquoi, l'architecture logicielle est devenue l'un des éléments les plus importants dans la planification et la mise en œuvre du processus d'évolution. L’architecture peut fournir une vue structurelle globale du système sans se focaliser sur les détails de bas niveau. Cette abstraction permet une meilleure compréhension des décisions de conception prises précédemment et un bon moyen d'explorer, d'analyser et de comparer des scénarii alternatifs de l'évolution. Aussi, la thématique de l'évolution dans les architectures logicielles a pris une importance significative aussi bien dans le monde académique que dans le monde industriel, et a conduit au développement de méthodes, de techniques et d’outils pouvant aider les architectes à planifier l’évolution d’un système. Dans cette lignée, nous avons introduit une approche de styles d'évolution afin de capitaliser les pratiques d'évolution récurrentes dans un domaine particulier et de favoriser leur réutilisation. Dans cette thèse, nous préconisons de relever les défis de la réutilisation de l’évolution de l'architecture logicielle en spécifiant un cadre de modélisation standard conforme à différents styles d'évolution et pouvant satisfaire les préoccupations de différentes équipes impliquées dans un processus d'évolution. Cette thèse a un double objectif : Premièrement, elle introduit un style de méta-évolution (langage de méta-modélisation) qui spécifie les éléments conceptuels de base nécessaires à la modélisation de l'évolution de l'architecture logicielle. Deuxièmement, elle introduit une nouvelle méthodologie pour développer un style d'évolution selon plusieurs vues et plusieurs abstractions. Cette approche multi-vues et multiabstractions permet de réduire la complexité du modèle de processus d'évolution en décomposant un style d'évolution en plusieurs vues, dont chacune d’entre elles couvre un ensemble d'aspects pertinents et répond aux préoccupations de différentes catégories d’utilisateurs. Enfin, afin de valider l'applicabilité et la faisabilité de notre approche, nous avons développé un prototype basé sur la plateforme de méta-modélisation ADOxx.

De nombreuses sociétés œuvrant dans le logiciel dépendent des technologies web pour tester des hypothèses de marché et ainsi développer des entreprises viables. Elles ont souvent besoin de construire rapidement des services web qui sont au cœur de leurs « Minimum Viable Products » (MVP). Dans ce contexte, la construction des services web doit permettre la variabilité des technologies et des spécifications, et favoriser la productivité des développeurs. Même si de nombreuses solutions existent pour développer des services web, le contexte industriel manque de techniques assurant une construction aisée et flexible, un bon fonctionnement et une facilité de maintenance des services web, tout en étant abordables par des développeurs généralistes. Dans le but de réduire ces limitations, nous proposons une méthode de développement de services web basée sur l'Ingénierie Dirigée par les Modèles et adaptée pour (i) le prototypage rapide, (ii) la vérification de modèle, (iii) la compatibilité avec les langages de programmation classiques et (iv) l'alignement automatique entre documentation et implémentation. Cette méthode se base sur un méta-modèle volontairement minimaliste, qui est accompagné de règles de cohérence sémantique, et dont les modèles peuvent être dérivés de modèles OpenAPI 3.0 étendus. Nous fournissons également un outil, SWSG, qui automatise une grande partie de ce processus. SWSG permet notamment de générer le code des services web de manière à l'intégrer à une application utilisant le framework PHP Laravel. Enfin, nous évaluons notre approche au travers de cas d'étude.

L'informatique utilitaire a évolué au fil des années pour aboutir à ce que nous appelons aujourd'hui le Cloud Computing. Pourtant, ces infrastructures ne sont pas adaptées pour répondre aux besoins de l'Internet des Objets ayant des besoins de calculs à faible latence malgré des ressources limitées. C'est pourquoi, en 2012, Cisco a proposé le paradigme de Fog Computing, consistant à répartir des serveurs sur de nombreux sites placés près des utilisateurs. Dans cette thèse, nous cherchons à créer une solution de stockage unifiée entre les différents sites de Fog. Notre première contribution consiste à évaluer si les solutions de stockage existantes peuvent être utilisées dans un tel environnement. Nous montrons que la solution de stockage InterPlanetary FileSystem (IPFS) reposant sur un protocole similaire à BitTorrent et une table de hachage distribuée (DHT) pour localiser les données est la plus prometteuse. Toutefois, le trafic réseau inter-sites généré impacte négativement les temps de lecture. Notre seconde contribution consiste à coupler IPFS au système de fichiers distribué RozoFS pour limiter ces échanges inter-sites dans le cas d'accès à des données stockées sur le site local. Enfin, notre dernier axe de recherche vise à localiser les données grâce à un protocole reposant sur un arbre des plus courts chemins, de façon à confiner le trafic réseau et à privilégier les nœuds atteignables avec une faible latence. Grâce à de nombreuses expérimentations sur la plateforme Grid'5000, nous montrons que le couplage à un système de fichiers réduit en moyenne de 34 % les temps d'accès et que notre protocole de localisation permet un gain de 20 % du temps de localisation des données.

Le nombre de robot humanoïde s’est accru ces dernières années pour pouvoir collaborer avec l’homme ou le remplacer dans des tâches fastidieuses. L’objectif de cette thèse est de transférer aux robots humanoïdes, des habilités ou compétences humaines, en particulier pour des mouvements impliquant une coordination entre les deux bras. Dans la première partie de la thèse, un processus de conversion d’un mouvement humain vers un mouvement de robot, dans un objectif d’imitation est proposé. Comme les humains possèdent beaucoup plus de degrés de liberté qu’un robot humanoïde, les mouvements identiques ne peuvent pas être produits, les caractéristiques(longueurs des corps) peuvent aussi être différentes. Notre processus de conversion prend en compte l’enregistrement des localisations de marqueurs attachés aux corps de l’humain et des articulations pour améliorer les processus d’imitation. La deuxième partie de la thèse vise à analyser les stratégies de génération du mouvement utilisées par l’homme. Les mouvements humains sont supposés optimaux et notre objectif est de trouver un critère à minimiser pendant les manipulations. Nous faisons l’hypothèse que ce critère est une combinaison de critères classiquement utilisés en robotique et nous recherchons les poids de chaque critère qui représente au mieux le mouvement humain. De cette façon, une approche de commande cinématique optimale peut ensuite être utilisée pour générer des mouvements du robot humanoïde.

La thèse traite de la planification des mouvements optimaux dans les systèmes robotiques redondants pour l'automatisation des processus d’enroulement filamentaire. L'objectif principal est d'améliorer la productivité des cellules de travail en développant une nouvelle méthodologie d'optimisation des mouvements coordonnés du robot manipulateur, du positionneur de pièce et de l'unité d'extension de l'espace de travail. Contrairement aux travaux précédents, la méthodologie proposée offre une grande efficacité de calcul et tient compte à la fois des contraintes technologiques et des contraintes du système robotique, qui décrivent les capacités des actionneurs et s'expriment par les vitesses et accélérations maximales admissibles dans les articulations actionnées. La technique développée est basée sur la conversion du problème continu original en un problème combinatoire, où toutes les configurations possibles des composants mécaniques sont représentées sous la forme d'un graphe multicouche dirigé et le mouvement temporel optimal est généré en utilisant le principe de programmation dynamique. Ce mouvement optimal correspond au plus court chemin sur le graphique satisfaisant les contraintes de lissage. Les avantages de la méthodologie développée sont confirmés par une application industrielle d’enroulement filamentaire pour la fabrication de pièces thermoplastiques au CETIM.

Les humanités défient les capacités du numérique depuis 60 ans. Les années 90 marquent une rupture, énonçant l'espoir d'une interprétation qualitative automatique de données interopérables devenues « connaissances ». Depuis 2010, une vague de désillusion ternit ces perspectives, le foisonnement des humanités numériques s'intensifie. Au coeur de ce paysage complexe, nous proposons une méthode implémentée produisant différentes vues d'un corpus textuel pour (1) l'analyse en interaction avec les connaissances qualitatives de l'historien et (2) la documentation numérique en contexte patrimonial (musée, site) auprès d'un public avisé. Les vues du corpus sont des graphes multiples pondérés, les documents sont des sommets liés par des arêtes renseignant les proximités sémantiques, temporelles et spatiales. Cette méthode vise à co-créer des connaissances historiques. À l'utopie d'une modélisation des connaissances qualitatives de l'historien, nous préférons l'heuristique pragmatique: l'interprétation de quantifications du corpus suscite l'émergence de nouvelles certitudes et hypothèses. Par ailleurs, notre approche (type OLAP) ouvre des parcours et accès personnalisés à chaque usager pour la documentation/analyse du patrimoine numérique voire 3D. Plusieurs cas d'étude valident les méthodes proposées et ouvrent des perspectives d'applications industrielles.

Le secteur médical est un domaine dynamique en constante évolution, nécessitant des améliorations continues de ses processus métier et une assistance intelligente aux acteurs impliqués. Ce travail de thèse se focalise sur le processus de soins nécessitant l’implantation d’une prothèse. La particularité de ce processus est qu’il met en interaction deux cycles de vie appartenant respectivement au domaine médical et celui de l’ingénierie. Ceci implique plusieurs actions de collaboration entre des acteurs métier très variés. Cependant, des problèmes de communication et de partage de connaissances peuvent exister en raison de l’hétérogénéité de la sémantique utilisée et des pratiques métiers propres à chaque domaine.Dans ce contexte, ce travail de thèse s’intéresse aux apports des approches d’ingénierie des connaissances et de gestion du cycle de vie du produit pour répondre aux problématiques sous-jacentes au processus de soins médicaux nécessitant l’implantation d’une prothèse. Pour se faire, un cadre conceptuel est proposé pour analyser les connexions entre les cycles de vie de maladie (domaine Médical)et de la prothèse (domaine d’ingénierie). Sur la base de cette analyse, un modèle sémantique sous forme d’une ontologie pour le domaine médical est définit dans le cadre de la construction d’une approche PLM à base de connaissances. L’application de cette proposition est démontrée à travers l’implémentation de quelques fonctions utiles dans un outil PLM du marché nommé AUDROS.