Nos thèses détaillées

Soumis par bernon le mer, 06/07/2017 - 19:10

La liste complète des thèses (et HdR) soutenues dans l'équipe est accessible par la base de publications de l'IRIT ici ou vous pouvez y effectuer une recherche via l'interface.

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  • RECOVAC : conditions de REprise de CONtrôle par auto-observation des situations au sein d'un Véhicule Autonome Connecté, PhD in collaboration with the CLLE laboratory, prepared by Kristell Aguilar, under the supervision, for SMAC, of Marie-Pierre Gleizes and, for the CLLE, Loïc Caroux. Start: 10/2018.

Résumé :  Ce projet de thèse concerne la conception de véhicules autonomes connectés et notamment les véhicules autonomes de niveau 3 c’est-à-dire des véhicules qui ne demandent pas en permanence que le conducteur contrôle le véhicule. L’objectif principal de cette thèse est de développer un système informatique dont la fonction est d’aider le conducteur à reprendre le contrôle de son véhicule dans certaines situations et vice-versa : permettre au véhicule de reprendre le contrôle sur l’humain. L'objectif de cette thèse est de concevoir un système multi-agent auto-adaptatif qui apprend par auto-observation des contextes d’exécution pour lesquels le véhicule ne sera plus en mesure de se contrôler et réciproquement, pour lesquels le conducteur peut rendre le contrôle. Ce système se basera sur l’analyse des conditions de reprise de contrôle définies par des spécialistes en ergonomie cognitive.

Publications associées

 

  • Conception d'une flotte de véhicules par systèmes multi-agents adaptatifs, thèse en collaboration avec le CLLE, préparée par Guilhem Marcillaud, sous la direction, pour SMAC, de Marie-Pierre Gleizes et, pour le laboratoire CLLE, Loïc Caroux. Début : 10/2018.

Résumé :  La thématique abordée dans cette thèse concerne le véhicule autonome et connecté. Celui-ci doit faire ses preuves du point de vue de la fiabilité technologique, ce à quoi répond la plupart des projets centrés sur les développements technologiques. Il est indispensable, après avoir fiabilisé un véhicule, d’étudier comment plusieurs véhicules autonomes connectés vont pouvoir interagir afin notamment de maximiser la sécurité du collectif. La société des ingénieurs automobiles américains (SAE international) a défini 5 niveaux d’autonomie : du niveau 1, dans lequel le conducteur réalise toutes les manoeuvres, au niveau 5, dans lequel le conducteur est complètement autonome et peut se passer de conducteur et/ou de passager. Cette thèse concerne à la fois les véhicules de niveau 4 d’autonomie dans lequel le véhicule conduit et le conducteur supervise (sans être obligé de le faire en permanence) et peut reprendre le contrôle de la conduite, ainsi que les véhicules de niveau 5 (totale autonomie du véhicule).
Dans ce projet de thèse, il s’agit d’étudier la façon dont chaque véhicule communique avec ses véhicules voisins et comment il se comporte/réagit en réponse à l’information fournie par son voisinage. Un verrou consiste notamment à déterminer les informations qui sont pertinentes à communiquer parmi l’ensemble des données récupérées à partir des nombreux capteurs disséminés dans le véhicule et des effecteurs.

Publications associées

  • Aide au maillage et à la programmation des acquisitions de grandes couvertures par systèmes multi-agents coopératifs et techniques d’apprentissage, thèse en collaboration avec l'IRT Saint Exupéry et ISAE-Supaero, préparée par Timothée Jammot, sous la direction, pour SMAC, de Pierre Glize et Elsy Kaddoum, et Serge Rainjonneau (IRT St Exupéry) et Emmanuel Rachelson (ISAE-Supaero). Début : 11/2017.

Résumé :  Dans le cadre de leurs missions les satellites d'observation de la Terre peuvent être amenés à effectuer des prises de vues de grandes zones terrestres appelées "grandes couvertures". Ces chantiers peuvent nécessiter plusieurs mois d'acquisitions d'images partielles ("mailles") de la zone par des flottes satellitaires pour acquérir la totalité d’une grande couverture. Les images ainsi acquises doivent répondre à des critères de qualité qui dépendent de paramètres en évolution au cours de la mission, tels que la couverture nuageuse de la zone.
Le problème posé concerne l'ordonnancement des acquisitions de ces images partielles par des satellites sur de longues périodes de planification (de quelques semaines à plusieurs mois). Parallèlement aux algorithmes d'optimisation, les techniques d'apprentissage automatique ont montré de bons résultats récents pour divers problèmes de classification transposables à des choix effectués au sein d’algorithmes de planification. Les systèmes multi-agents coopératifs ont aussi démontré leur capacité à s’adapter et obtenir des solutions très satisfaisantes sur des problèmes d’optimisation combinatoire dans des environnements évolutifs. Le projet de thèse met en avant le couplage de ces deux approches dans le contexte de la planification de missions satellitaires pour les grandes couvertures afin de prendre en compte les incertitudes dans le processus de planification long terme.

Publications associées  

  • Apprentissage dynamique du milieu ambiant pour des comportements éco-citoyens, thèse en cotutelle avec l'Université de Palerme et l'ICAR du CNR, préparée par Davide Guastella, sous la direction, pour SMAC, de Marie-Pierre Gleizes et Valérie Camps, pour l'Université de Palerme, Cesare Valenti, et, pour l'ICAR, Massimo Cossentino. Début : 10/2017.

Résumé :   La réalité d'un campus intelligent ou plus généralement d'une ville intelligente passe par une observation régulière de l'environnement pour une meilleure connaissance des activités humaines et des conditions dans lesquelles ces activités sont menées. La manière directe d'obtenir cette connaissance est de truffer l’environnement d’un nombre suffisant de capteurs hétérogènes connectés. Cette connaissance de l'environnement a pour objectif d’y agir avec des dispositifs automatiques pour améliorer le bien-être des usagers. De plus, le déploiement d'un grand nombre de capteurs ad-hoc pour surveiller les paramètres environnementaux du campus peut être coûteux. Les coûts sont principalement liés à l'installation, la maintenance et les infrastructures de capteurs dans les bâtiments existants. Pour ces raisons, nous visons à réduire le nombre de capteurs à installer et à réduire les coûts associés. Nous considérons qu'à l'Université de Toulouse III Paul Sabatier le nombre de personnes par jour sur le campus est d'environ 20 000 dont 80% possèdent un smartphone conduisant à l’acquisition potentielle de plus de 500 000 données quotidiennes. Ainsi, dans le contexte du campus intelligent, l'utilisation des smartphones est une bonne solution pour éviter l'installation de capteurs ad-hoc.
L'objectif de ma thèse, dans le cadre du projet neOCampus, est d'utiliser une approche multi-agents coopératifs pour apprendre l'état des variables environnementales en utilisant des informations partielles et intermittentes provenant de smartphones des usagers du campus de l’Université Toulouse III Paul Sabatier. L'utilisation de différents dispositifs hétérogènes aboutira le système à déterminer le plus exactement possible les valeurs de l'information environnementale (température, luminosité, humidité, bruit...) et à déduire l'état des dispositifs environnants (lumières, volets, portes...) en tous lieux du campus.

Publications associées  

  • Modèles multi-agents à dires d'acteurs, thèse en collaboration avec le laboratoire GEODE, préparée par Doryan Kaced, sous la direction, pour SMAC, de Benoit Gaudou, et, pour GEODE, de Mehdi Saqalli. Début : 10/2017.

Résumé :   Les questions de l'impacts des pollutions pétrolières sur la vie et la santé des agriculteurs équatoriens ou la mise en place de nouvelles politiques de gestion de l'eau à l'échelle d'un bassin versant amènent à considerer ces questions selon une approche systémique en considérant ces systèmes comme des systèmes socio-environnementaux. La modélisation à base d'agents de ces systèmes est particulièrement bien adaptée, mais demande de pouvoir modéliser les différents aspects de ces systèmes socio-environnementaux : dynamiques bio-physiques, sociales ou même décisions individuelles. L'objectif de cette thèse est de se focaliser sur cette dernière dimension en proposant une méthodologie innovante et interdisciplinaire de formalisation dynamique des interactions entre les aspects qualitatifs et quantitatifs intervenant dans les comportements humains. Cette modélisation se fera à partir de données réelles de terrain, quantitatives (territoire, pratiques) mais aussi qualitatives issues de ZADAs, d’enquêtes semi-structurées. Cela passera en particulier par la définition d’une architecture d’agents dédiddée permettant de tenir compte de ces biais de représentation.

Publications associées  

  • Apprentissage permanent par feedback endogène, application à un système robotique, thèse préparée par Bruno Dato, sous la direction de Marie-Pierre Gleizes and Frédéric Migeon. Début : 10/2017.

Résumé :  Cette thèse a pour objectif d’étudier et de concevoir un système de robotique capable d’apprendre en permanence par feedback endogène. Le coeur de cette thèse consiste à concevoir les facultés d’apprentissage et de décision de ce système robotique en se basant sur les systèmes multi-agents adaptatifs. Ce travail correspond à la suite d'une thèse de l'équipe dont l’objet était l’apprentissage par démonstration pour un robot.
Dans cette thèse, le système robotique devra apprendre non plus par démonstration c’est-à-dire en imitant ce que le tuteur lui a montré, mais en fonction des interactions qu’il aura avec son environnement. Il devra ainsi être en capacité de modifier les buts qu’il poursuit. On nomme ces systèmes des systèmes agnostiques. Ces systèmes n’ont pas une connaissance intrinsèque de la tâche qu’ils ont à résoudre. Il faudra donc doter le système de la capacité de s’auto-observer et de se forger une représentation des conséquences de son activité sur son environnement. Ces capacités lui permettront de modifier son action sur l’environnement et donc de modifier sa tâche. L’obtention de processus émergents par la théorie des AMAS permettra de réaliser des comportements collectifs fonctionnellement adéquats en temps réel.

Publications associées

  • Conception d'un moteur intelligent pour la composition logicielle opportuniste en environnement ambiant et mobile, thèse préparée par Walid Tounes, sous la direction de Jean-Paul Arcangeli, Sylvie Trouilhet et Françoise Adret. Début : 10/2017.

Résumé :   Les systèmes ambiants et mobiles se composent d'appareils et de composants logiciels en réseau qui environnent les utilisateurs humains et fournissent des services. A partir des services présents dans l'environnement, d'autres services peuvent être composés automatiquement et de manière opportuniste par un système intelligent et proposés à l'utilisateur.
Le travail de thèse vise la construction ascendante et auto-adaptative de services et de leurs interfaces utilisateur en environnement dynamique et ouvert. L'objectif est de concevoir et d'expérimenter un middleware de composition logicielle opportuniste qui construit des services émergents. Le défi scientifique réside, d’une part, dans la conception d’un système décentralisé et distribué qui apprend et décide des compositions et, d’autre part, dans la prise en compte de l’utilisateur et des exigences liées aux interactions.

Publications associées  Poster

  • Modélisation centrée utilisateur pour un système de composition logicielle opportuniste, en collaboration avec l'équipe SM@RT, thèse préparée par Maroun Koussaifi, sous la direction, pour SMAC, de Jean-Paul Arcangeli et Sylvie Trouilhet, et, pour SM@RT, de Jean-Michel Bruel. Début : 10/2017.

Résumé :   Les systèmes ambiants et mobiles se composent d'appareils et de composants logiciels en réseau qui environnent les utilisateurs humains et fournissent des services. A partir des services présents dans l'environnement, d'autres services peuvent être composés automatiquement et de manière opportuniste par un système intelligent et proposés à l'utilisateur.
Ce dernier doit non seulement connaître les services existants, mais aussi être informé sur les évolutions afin de comprendre et de pouvoir agir sur les décisions du système.
Dans cette thèse, nous analysons les exigences d'une telle intelligence ambiante en plaçant l'utilisateur dans la boucle : présentation du service, acceptation, édition... renforcement du système de composition par l'apprentissage et le feedback. Nous proposons une approche visant à répondre aux besoins identifiés. L'originalité de notre approche consiste en l'utilisation d'un paradigme d'ingénierie dirigée par les modèles.

Publications associées   Poster

  • Dynamiques des parties non denses dans des réseaux complexes, e collaboration avec XSyS, par Mehdi Djellabi, sous la direction, pour XSyS, de Bertrand Jouve et, pour SMAC, de Frédéric Amblard. Début : 2017.
    Abstract:

Résumé :   Le terme de "réseau" désigne un système d’interactions entre entités (personnes, animaux, neurones, gènes, entreprises...) qui admet une représentation mathématique abstraite sous forme de graphe : les entités correspondent aux sommets du graphe et les interactions ou les relations aux arêtes. De nombreuses recherches ont consisté à préciser les propriétés partagées par les grands réseaux que l’on rencontre en pratique afin élaborer et par la suite d’améliorer les modèles génériques. Ces recherches de régularités et de lois d’évolutions, caractéristiques de la physique et des sciences de la nature, ont été largement portées par les chercheurs de ces domaines.
Il est cependant maintenant largement convenu que ces propriétés topologiques partagées ne sont pas suffisantes pour expliquer la diversité et la complexité des architectures des réseaux réels rencontrés. La dynamique et la structure multi-échelles de ces réseaux sont des caractéristiques au fondement même de ces architectures. Une approche possible pour capturer la structure multi-échelles peut consister à identifier les petits mondes qui correspondent souvent à des sous-parties denses en connexion (recouvrantes ou non) du réseau (appelées aussi « communautés ») et à étudier le réseau mésoscopique d’assemblage de ces communautés et sa dynamique. Voire d’étudier ensuite séparément chacune de ces communautés.
L’objet de cette thèse est de compléter ces outils de modélisation réseau en prenant le contre-pied de cette approche par communautés et en considérant que les parties non-denses d’un réseau sont aussi des éléments structurants de son organisation. Cette posture rejoint en sociologie des réseaux celle de l’importance des trous structuraux de Burt qui jusqu’à aujourd’hui n’est pas implémentée dans des modèles formels de réseaux sociaux. L’objectif sera de montrer que des études hybrides basées à la fois sur des parties denses et non dense permettent des avancées qualitative et quantitative dans la description des réseaux complexes et de leurs dynamiques, et in fine de proposer des modèles génératifs plus réalistes basés sur ces deux dimensions.

Publications associées

  • Modélisation et simulation des processus sociaux en territoires ruraux pour l'évaluation de politiques publiques de développement local, en collaboration avec l'IDETCOM, thèse préparée par Marcos Aurelio Santos da Silva, sous la direction, pour SMAC, de Christophe Sibertin-Blanc et, pour l'IDETCOM, de Pascal Roggero. Début : 04/2016.

Résumé :   L’observation de la dimension stratégique du territoire au niveau régional représente une étape importante pour l’élaboration des politiques publiques, pour l’allocation des ressources et pour l’aménagement des espaces collectifs. Dans les territoires, nous avons plusieurs processus sociaux qui établissent les jeux d’acteurs, les relations institutionnelles de pouvoir et les rapports de forces qui conditionnent la prise de décision par la collectivité qui le gère. Au Brésil, nous avons deux politiques publics territoriales pour le développement durable, le Programme National pour le Développement Durable des Territoires Ruraux (Pronat) et le Programme Territoires de la Citoyenneté (PTC) qui visent l’équilibre de rapports de forces entre les acteurs sociaux de chaque Territoire Rural qui se communiquent par la Collégialité pour le Développement Territorial (CODETER). Cette recherche part de l’hypothèse que les Territoires Ruraux soumis aux politiques publiques Pronat et PTC ont vécu un équilibrage du jeu social en matière de rapports de pouvoir des acteurs sociaux engagé dans les CODETER. Nous partons de l’idée que les processus sociaux territorialisés sont des phénomènes complexes que l’on peut comprendre par l’approche systémique.
Cette recherche vise le développement d'une méthode de modélisation et de simulation des relations de pouvoir entre les institutions des systèmes socio-territoriaux pour l'évaluation de politiques publiques de développement local (Pronat et PTC). La démarche de recherche sera fondée sur la théorie des systèmes, la complexité, théorie des systèmes complexes, la rationalité limitée et la modélisation récursive supportée par une ou plusieurs théories sociales. Le point de départ est l'approche Soclab qui a formalisé la sociologie de l’action organisée pour l’analyse des relations de pouvoir entre acteurs sociaux. L’approche proposée sera validée par son application à deux études de cas, le Territoire Rural Sud de Sergipe et le Territoire Rural du bas São Francisco, exemples d’une politique publique territoriale brésilienne qui a comme but l’équilibre des rapports de force entre les acteurs sociaux dans l’espace rural.

Publications associées

  • Gestion dynamique de systèmes auto-adaptatifs couplés : Application aux systèmes socio-techniques ambiants, thèse (en alternance) préparée par Fabrice Crasnier, sous la direction de Marie-Pierre Gleizes, Pierre Glize et Jean-Pierre Georgé. Début : 09/2015.

Résumé :   Depuis ces dernières années, le nombre d'objets connectés ne cesse de croître dans notre environnement personnel et professionnel. Certains d’entre eux colonisent de manière exponentielle le monde industriel et les citées urbaines sous l’égide de la transformation numérique que l’on nomme maintenant Industrie 4.0 et villes intelligentes. L’objectif de cette fourmilière d’objets connectés est de faciliter notre immersion dans un milieu muni de capteurs et d'actionneurs de façon à rendre notre vie quotidienne plus agréable tout en respectant une certaine éthique d'éco-citoyenneté. Définir une approche d'adaptation locale, en temps réel, pour des systèmes permettant la convergence collective, revient à immerger dans un environnement dynamique des systèmes ayant des capacités d'apprentissage en temps réel pour s'adapter aux évolutions de l'environnement non connues à leurs conceptions. Les systèmes sociotechniques ambiants sont particulièrement pertinents car ils possèdent de très nombreux dispositifs immergés dans l’environnement humain afin de faciliter leurs activités tout en réduisant sa charge cognitive. De plus ils contribuent à faire émerger le bien être ressentie par l’être humain en fonction de leur état d’équilibre.
L’apprentissage de l’environnement lié au bien-être est réalisé dans nos recherches par apprentissage à l’aide de systèmes multi-agents auto-adaptatifs liés aux quatre caractéristiques du confort physique humain i.e. le confort thermique, le confort visuel, le confort olfactif ou le confort auditif que nous appellerons « SMA Conforts ». Ces derniers auront la charge dans un premier temps d’apprendre les ambiances thermiques, lumineuses, olfactives ou auditives et dans une seconde phase de fournir leurs niveaux de criticité aux systèmes multi-agents représentant les systèmes sociotechniques ambiants de type capteurs et effecteurs de l’environnement que nous appellerons « SMA Dispositifs ». Les critères pourront être déterminés soit par l’observation des actions des utilisateurs qui seront enregistrées sous la forme d’une plage de données acceptables pouvant être assimilée à la notion satisfaction, soit par les Normes en vigueur reposant sur les études faites sur chaque type de confort [ASHRAE Standard 55 - Confort Thermique]. Les influenceurs de conforts sont, quant à eux, les SMA Dispositifs qui produisent des modifications de l’environnement par les différentes actions qu’ils réalisent.
Enfin, pour rendre compte de la consommation énergétique optimale et des gains réalisés par la mise en place de tels objets numériques, il est nécessaire que ces nouveaux outils du quotidien puissent connaitre leur propre consommation afin de mieux évaluer leur pertinence à produire des actions dans l'environnement. Le « SMA Consommation » est le système sociotechnique ambiant auto-adaptatif en capacité d'apprendre en temps réel ces consommations.

Publications associées

  • Intégration de la dimension sociale dans les processus, thèse préparée par Hanane Ariouat, sous la direction de Chihab Hanachi et Eric Andonoff. Début :09/2015.

Résumé :   Cette thèse porte sur l'"Intégration de la dimension sociale dans les processus". Un processus est conventionnement représenté à l’aide de trois perspectives (informationnelle, organisationnelle et comportementale). Le focus est souvent mis sur l’aspect comportemental qui spécifie un ensemble coordonné de tâches mises en oeuvre par des acteurs (humains, logiciels, matériels). Il peut être défini de manière mécaniste (ordre établi), systémique (dirigé parles événements) ou émergent (vu comme un système d’acteurs coopératifs). Dans le cadre de cette thèse, on se situera plutôt dans le cadre émergent. L’idée est alors de produire un ensemble de mécanismes (méthodes, modèles, outils...) qui facilitent la coopération de ces acteurs en prenant en compte la perspective sociale comme une dimension à part entière intégrant les relations interpersonnelles (pouvoir, responsabilité, réseaux d’influence, contexte social...) ainsi que leurs modes d’interactions. Cette dimension sociale pourra être amenée à s’inspirer de techniques de coopération issue de l’intelligence artificielle distribuée ou du groupware et intégrera des recommandations concernant la dimension sociale mais aussi les trois perspectives.
Le projet ANR GéNéPi, qui aborde la problématique de la construction d’une réponse de type processus à des éléments observées sur le terrain dans le cadre de gestion de crises de type "crus de la Loire", sert de support à l’illustration de nos propositions.

Publications associées

  • Perturbation et évolution de réseau sociaux, thèse préparée par Audren Bouadjio Boulic sous la direction de Chihab Hanachi et Frédéric Amblard. Début : 10/2014.

Résumé :   Le projet GenStar vise à proposer un outil fournissant une population synthétique, spatialisé dans une ville, et interconnecté. Les réseaux sont une représentation pratique et lisible des interactions entre entités.
Dans ce cadre, la génération de réseaux sociaux réalistes est donc utilisée pour interconnecter cette population synthétique. L'objet de la thèse est de fournir des modèles de génération fournissant des réseaux réalistes, et capable d'évoluer avec le temps ou après avoir subi des perturbations.
L'un des modèles de génération consiste à utiliser une simulation agents, en dotant ces agents de comportements de construction topologique sur le réseau. L'interaction entre les agents, sous certaines contraintes, va alors créer un certain type de réseau. On explore les paramètres initiaux à l'aide d'un algorithme génétique pour trouver les conditions de création pour le type de réseau souhaité.

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Thèses soutenues

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  • Analyse automatique de traces d’activités utilisateurs pour la testabilité et l’amélioration continue de systèmes logiciels complexes par systèmes multi-agents adaptatifs, thèse CIFRE en collaboration avec Berger-Levrault, soutenue le 19/06/2020 (aussi sur YouTube) par Florent Mouysset, sous la direction, pour SMAC, de Marie-Pierre Gleizes et Frédéric Migeon.

Résumé :   Les logiciels de la fonction publique deviennent de plus en plus complexes à mesure que la réglementation évolue et à mesure que les exigences des utilisateurs s’affinent. Ainsi, il est parfois difficile de maintenir ou d’utiliser ces applications.
Afin de garantir un niveau de qualité acceptable, nous explorons, dans cette thèse, les possibilités qu’offre l’exploitation des traces utilisateur. Une trace utilisateur est une empreinte laissée lorsqu’un utilisateur emploie un logiciel. À court terme, l’objectif est de fournir un feedback aux l’équipes de production. Par exemple en confrontant les tests de recette à l’utilisation effective. À plus long terme, un assistant intelligent pourrait être conçu afin d’aider l’utilisateur dans des tâches délicates ou répétitives. Pour y parvenir, il est indispensable de modéliser le fonctionnement de l’application à partir des observations.
Actuellement, les méthodes existantes montrent leurs limites compte tenu du niveau de bruit très élevé et de la complexité des traces. Les systèmes multi-agents adaptatifs ont démontré leurs capacités à traiter des données complexes, l’approche semble donc pertinente pour notre problème. Après avoir défini les termes du domaine métier, nous travaillons à présent sur les comportements agents.

Publications associées

  • Auto-structuration de trafic temps-réel multi-objectif et multi-critère dans un monde virtuel, en collaboration avec Sopra Steria, thèse CIFRE soutenue le 03/06/2020 (aussi sur YouTube) par Augustin Degas, sous la direction, pour SMAC, de Marie-Pierre Gleizes et Elsy Kaddoum.

Résumé :  Un monde virtuel est peuplé d’une multitude d’entités mobiles. Le trafic qui en résulte est caractérisé par deux niveaux d’activités interdépendants : (1) Le niveau micro qui est constitué des entités autonomes situées dans le monde virtuel (modélisant un environnement physique). Ces entités ont des propriétés et contraintes intrinsèques (vitesse maximale, dimensions, position dans l'environnement...) et des objectifs à atteindre (destination, durée et plan du trajet, consommation, évitement de collisions...). (2) Le niveau macro qui caractérise les propriétés du trafic (densité et dynamique des entités dans une zone spatiotemporelle définie en 4D, nombre de conflits à éviter ou obtenir dans des zones observées de l’environnement, durée de l’activité du trafic virtuel...).
L’objet du projet de recherche est de produire un trafic réaliste qui satisfasse au mieux un ensemble d’objectifs et de contraintes de chacun de ces niveaux. Ce trafic devra en outre permettre à des humains d’interagir, et s’adapter à des événements pouvant se produire dans l’environnement virtuel..

Publications associées

Résumé :   Le développement des énergies renouvelables fait de la prévision de production un outil de plus en plus important pour faciliter l'intégration de ces sources d'énergie. L’éolien est particulièrement complexe à prévoir car sa production dépend de nombreux facteurs de natures différentes : météorologique, électromécanique, topographique, etc.
Le but de ce travail de recherche (en lien avec le projet meteo*swift) est de développer un système de prévision, de quelques heures à quelques jours à l’avance, de production électrique à partir de prévisions météorologiques, à l’échelle d’une éolienne ou d’un parc éolien. De plus, certains facteurs jouant sur la performance évoluant au cours du temps (rugosité du terrain, nouveaux bâtiments, bridage...), il est nécessaire de construire un système adaptatif, qui n’ait pas besoin d’être reprogrammé explicitement à chaque modification des conditions d’entrée.
C’est pourquoi, l’utilisation de systèmes multi-agents permettra cette adaptation temps réel ainsi que la prise en compte de beaucoup plus de paramètres qu’une courbe de puissance classique qui n’utilise que la vitesse du vent pour calculer la production d’électricité. On pourra ainsi considérer d’autres facteurs tels que la direction du vent, l’énergie cinétique turbulente ou la densité de l’air.

Rapport  Publications associées

Résumé :   L'objectif de cette thèse est de créer un ensemble d'outils, d'algorithmes et de modèles appelé AMAS4BigData rendant l'utilisation des AMAS la plus générique possible de façon à permettre à un tiers, sans connaissance experte des AMAS, d'utiliser cette approche pour son propre problème de Big Data. Les fonctionnalités visées concernent :

  • la capacité à analyser des données dynamiques arrivant en flux ou par lots dans la base, ou changeant au cours du temps;
  • le pré-filtrage avant intégration, par analyse à la volée et comparaison avec la base;
  • la complétion de données incomplètes et la précision de données incertaines;
  • l'analyse de propriétés, de regroupements et de caractéristiques préparant des visualisations dynamiques;
  • la levée d'alerte concernant des données inconsistantes ou des évènements/patterns types.

Ces points sont les verrous scientifiques actuels majeurs du Big Data et sont potentiellement accessibles par les systèmes multi-agents à fonctionnalité émergente. Ainsi, AMAS4BigData pourra être appliqué à plusieurs domaines pour illustrer sa généricité, comme la détection de situations types/urgentes en médecine, en particulier pour l'utilisation de capteurs dans le maintien de personnes âgées à domicile; l'optimisation des ressources énergétiques et des systèmes ambiants en général; la mise en valeur pour des décideurs de propriétés concernant les déplacements et services à l'échelle d'une agglomération par utilisation de l'Open Data.

Rapport  Publications associées  Poster   Démos

Résumé :  Les cellules d’un organisme supérieur sont diverses et coordonnent leurs actions en échangeant constamment des messages chimiques. Malgré de nombreux progrès méthodologiques et technologiques, il reste encore très difficile de caractériser in vivo ou in vitro cet état dynamique. Or, de nombreuses questions sont encore ouvertes quant à la nature de la communication intercellulaire. En effet, même si la plupart des messagers chimiques (protéiques, en général) sont aujourd’hui bien caractérisés, leur action sur les cellules semble dans bien des cas dépendre du contexte des cellules qui reçoivent ces messages. Dans certains cas extrêmes, un même messager peut avoir une action ou son opposée sur une cellule en fonction de la situation de la cellule. Il est possible d’expliquer ce type de phénomènes si les messagers ne sont pas liés de façon univoque à une action unique mais participent plutôt à l’élaboration d’un message formé de plusieurs messagers qui ensemble déterminent l’action que doit effectuer la cellule. Cette explication présente aussi l’avantage d’aller dans le sens de la nature qui tend à minimiser les ressources utilisées pour une tâche donnée. En effet, l’ADN encode les séquences d’acides aminés des protéines en utilisant 4 bases groupées par 3 plutôt que 20 bases chacune encodant pour un acide aminé spécifique. De même, les protéines sont toutes composées à partir d’un "alphabet" de 20 acides aminés plutôt que d'avoir des molécules complexes et différentes pour chaque fonction. Il est donc raisonnable de penser que cette stratégie s'applique aussi à la communication entre cellules et plutôt que d'avoir un messager pour chaque action possible de la cellule, un système de combinaison de signaux permette de réduire le nombre de type de messagers à produire.
Cependant il est difficile expérimentalement de suivre dynamiquement et simultanément la concentration de différents messagers autour d'une cellule unique. La biologie reste encore largement une science statistique qui tire ses enseignements de la moyenne sur de grande population de cellules.
Pour valider cette hypothèse de combinaison de signaux, il peut donc être avantageux de simuler un système cellulaire simplifié et d'observer les conditions d'émergence de la communication entre les cellules et la nature de cette communication. Si, pour un système simpl,e la communication est déjà de nature contextuelle, il devient très probable que ce soit aussi le cas pour les cellules réelles. Dans ce cas, l'étude des systèmes réels serait enrichie par ce concept.

Rapport   Publications associées  Poster   Démos

 

Résumé :   Cette thèse porte sur la conception de systèmes multi-agents ambiants pour faciliter l’autonomie et l’accessibilité aux espaces publics, en particulier aux personnes âgées.
Le vieillissement de la population et son corollaire, l’accroissement des situations de handicap liées à la progression en âge, appellent une approche nouvelle de l’accessibilité des espaces publics urbains. Actuellement, certaines difficultés, à l’exemple des déficiences cognitives légères (notamment amnésiques), rendent ardu l’accès à la ville des personnes âgées concernées et favorisent leur (auto) confinement à domicile.
Dans ce contexte, cette thèse propose la conception d’un dispositif outillé d’assistance aux personnes âgées dans leurs activités quotidiennes à l’extérieur. Pour permettre son acceptabilité, ce dispositif sociotechnique ambiant s’appuie sur une démarche de conception interdisciplinaire et collaborative. La complexité de ce travail réside dans la prise en compte, la compréhension et la modélisation des différents points de vue sociotechniques corrélés (organisationnel, collaboratif et technique) et de l’environnement ouvert dans lequel le dispositif doit s’insérer.
L’utilisation des Systèmes Multi-Agents permet d’appréhender le dispositif visé et son interaction avec l’environnement avec le bon niveau d'abstraction. L’apprentissage de la collaboration inter-agents est facilité par l’utilisation de la théorie des AMAS.
Les contributions sont les suivantes : (1) La définition d’une approche de conception centrée utilisateur et basée sur les scénarios, pour laquelle nous avons défini un cycle de vie et fourni un méta-modèle de scénarios. (2) Une spécification et conception d’un système multi-agent adaptatif, doté d’apprentissage par renforcement. (3) Un prototype de ce dispositif avec quelques expérimentations.

Rapport   Publications associées

  • A Cooperative Architecting Procedure for Systems of Systems based on Self-adaptive Multi-Agent Systems, thèse soutenue le 30/11/2017 par Teddy Bouziat, sous la direction de Pierre Glize, Valérie Camps et Stéphanie Combettes.

Résumé :   Depuis la fin de seconde guerre mondiale, l’ingénierie des systèmes a permis le développement de méthodologies et d’outils pour contrôler le développement de systèmes et de projets de plus en plus complexes. Ce domaine de recherche interdisciplinaire continue de se développer de nos jours. Cependant, en 1990, la chute de l'URSS a provoqué un changement de doctrine militaire aux Etats-Unis en passant d'une confrontation bipolaire à une mondialisation des conflits comportant une grande variété de menaces. Sa nouvelle doctrine était de réutiliser et de faire collaborer ses systèmes de défense existants pour produire un système de défense de haut niveau, décentralisé, adaptable et composé de systèmes indépendants et complexes. C'est l'apparition du concept de Système de Systèmes (SdS). Après 2000, ce concept s’est étendu au domaine civil tel que la gestion de crise ou les systèmes logistiques. Plus précisément, un SdS est un système complexe caractérisé par la nature particulière de ses composants: ces derniers, qui sont des systèmes, ont tendance à être autonomes en terme opérationnel et en terme de gestion ainsi que géographiquement distribués. Cette caractérisation spécifique a conduit à repenser les domaines de recherche de l’ingénierie des systèmes, tels que la définition, la taxonomie, la modélisation, l'architecture, etc. Ainsi par exemple, l’architecture des SdS se concentre sur la façon dont les composants indépendants d'un SdS peuvent être structurés de manière dynamique et peuvent changer de manière autonome leurs interactions de manière efficace pour atteindre l'objectif du SdS et pour faire face à la forte dynamicité de l'environnement.
Cette thèse de doctorat se concentre principalement sur deux domaines de recherche des SdS. Le premier concerne leur modélisation formelle et le second leur architecture. Dans le premier, nous proposons un nouveau modèle de SdS appelé le modèle SApHESIA (SoS Architecting HEurIstic based on Agent). Nous avons utilisé la théorie des ensembles ainsi qu’un modèle basé agent afin de prendre en compte les caractéristiques communes des SdS trouvées dans la littérature. Deuxièmement, nous proposons une nouvelle méthodologie d'architecture pour les SdS basée sur l'approche par AMAS (Adaptive Multi-Agent System) qui préconise une coopération complète entre tous les composants d’un SdS à travers le concept de criticité. La criticité est une métrique qui représente la distance entre l'état actuel d'un composant et ses objectifs. Dans cette méthodologie, l'architecture du SdS évolue d’elle-même au fil du temps en s’auto-organisant pour s'adapter à la dynamicité de l'environnement dans laquelle il est plongé, tout en tenant compte des objectifs locaux respectifs de ses composants. Enfin, nous mettons en avant ce modèle ainsi que cette méthodologie à travers 4 exemples provenant de différents domaines (militaire, logistique et exploratoire) et validons la faisabilité, l'efficacité, l'efficience et la robustesse de notre méthodologie d'architecture que nous avons développée et proposée.

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Résumé :   L’objet de cette thèse est l’apprentissage artificiel dans le contexte des systèmes complexes. Les systèmes complexes sont caractérisés par leurs propriétés d’ouverture, d’hétérogénéité, de dynamique non linéaire, et la présence de cycles de rétro-actions. De plus, ils mettent souvent en scène un grand nombre d’entités et d’interactions. Dès lors, apprendre (c’est à dire générer un modèle) dans de tels environnements est très difficile pour des algorithmes d’apprentissage artificiel.
Face aux défis que présentent les systèmes complexes, cette thèse propose d’aborder la problématique de l’apprentissage de manière décentralisée et ascendante, par l’utilisation du paradigme des systèmes multi-agents (SMA). Pour développer un système multi- agent capable de jouer le rôle d’un système apprenant, nous utilisons l’approche AMAS (pour Adaptive Multi-Agent System). Celle-ci propose un ensemble de mécanismes pour permettre aux agents d’interagir de manière efficace, et pour favoriser l’auto-organisation du système multi-agent.
Nous proposons et détaillons dans cette thèse AMOEBA pour Agnostic MOdEl Builder by self-Adaptation, un système d’apprentissage artificiel supervisé basé sur cette approche AMAS. Il est constitué d’agents autonomes. Chacun de ces agents construit une représentation locale et personnelle d’une partie de l’espace des solutions. Par ajustement successifs suite à des retours de l’environnement, les agents cherchent à maintenir en permanence un état coopératif, qui se caractérise par des interactions mutuellement profitables. Lorsque cet état est perdu, les agent modifient leurs représentations internes et leurs interactions, de manière à retourner dans un état coopératif. L’activité globale des agents permet de construire une représentation globale du monde observé, c’est à dire un modèle, adaptatif et en permanent réajustement, qui peut être exploité pour réaliser des tâches de contrôle, de prévision ou d’aide à la décision.
AMOEBA est évalué sur plusieurs expérimentations, dégageant des propriétés intéressantes, notamment en terme de passage à l’échelle, de réactivité et de simplicité de mise en oeuvre.

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Résumé :   Etablir le meilleur plan pour l'usinage d'un produit ou la meilleure tournée de véhicules pour la livraison des commandes, en prenant en compte diverses contraintes : dans cette diversité d'applications, optimiser la planification est une tâche complexe par le grand nombre d'entités hétérogènes en interaction, la forte dynamique, les objectifs contradictoires à atteindre...
La planification de missions pour des constellations de satellites en est un exemple majeur : beaucoup de paramètres et de contraintes, souvent antagonistes, doivent être pris en compte, entraînant une importante combinatoire. De nouveaux systèmes basés sur la décentralisation et la distribution inhérentes à ce genre de problèmes sont nécessaires.
La théorie des systèmes multi-agents adaptatifs (AMAS) et notamment le modèle AMAS4Opt (AMAS for Optimisation) ont montré leur adéquation pour la résolution de problèmes d'optimisation complexes sous contraintes. Le comportement local et coopératif des agents AMAS permet au système de s'auto-adapter à la forte dynamique et de fournir des solutions adéquates rapidement.
Dans cette thèse, nous adressons la résolution de la planification des missions de satellites par AMAS. Pour cela, nous avons complété et enrichi les modèles d'agents proposés par AMAS4Opt. Nous avons ainsi développé le système de planification dynamique de missions ATLAS. Pour valider ATLAS sur divers critères, nous avons utilisé un grand nombre de données hétérogènes. Enfin, ce travail a été comparé à un système "opérationnel" standard sur des scénarios réels, mettant en valeur les apports de notre système.

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Résumé :   L’électricité joue un rôle de plus en plus important dans notre société. En effet, nous nous dirigeons vers l’ère du "tout électrique". Les besoins évoluant, il est indispensable de repenser la manière dont l’électricité est produite et distribuée. Cela introduit le concept de Smart Grid. Le Smart Grid est un concept de réseau électrique capable de supporter de manière autonome et intelligente les changements et pannes qui pourraient survenir dans un réseau.
Cela répond directement au fait que de part la nature fortement distribuée et l’imprédictibilité de l’environnement (météo...), ces événements sont imprévisibles. Pour cela, cette thèse propose un cadre applicatif (framework) innovant basé sur les multi-agents ainsi que la conception et l’implémentation de comportements coopératifs pour résoudre deux problémes courants dans les réseaux électriques: l’analyse des flux de puissance et l’estimation d’état.
Ces problèmes ont été abordés avec l’approche des Systèmes Multi-Agents Adaptatifs. Ces systèmes sont efficaces pour résoudre des problèmes complexes et ont la capacité d’adapter leur fonctionnement aux évolutions de leur environnement. Les résultats obtenus indiquent la pertinence d’utiliser de tels systèmes adaptatifs pour résoudre les problèmes inhérents au concept de Smart Grid.

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Résumé :  Cette thèse s'intéresse a l'apprentissage du comportement des avions dans le ciel. À partir de ces comportements l'objectif est de pouvoir générer du trafic aérien de manière autonome, légère et flexible pour alimenter une simulation.
Les méthodes actuelles de simulation aériennes demandent beaucoup de préparation avant la simulation pour concevoir le scénario et d'interventions humaines pendant la simulation pour que le trafic aérien soit réaliste. Générer du trafic est une tâche complexe car le comportement des avions dépend de beaucoup de variables et des décisions de plusieurs d'acteurs : le contrôleur aérien décide de la trajectoire à suivre parmi toutes les possibilités qu'il perçoit, puis le pilote réagit plus ou moins rapidement de façon plus ou moins strict.
Un système multi-agent adaptatif observe des trajectoires d’avions réelles pour apprendre comment les avions se comportent dans la réalité. Les différents agents impliquées coopèrent et modifient les liens qui les relient. Ce réseau entre les agents fini par représenter le comportement global de l’ensemble des avions et peut être interrogé par des agents avions en simulation pour savoir ce qu’ils doivent faire en fonction de leur situation courante.
Nous présentons EVAA (Environnement Virtuel Auto-Adaptatif) capable d'apprendre le comportement des avions et de générer du trafic en fonction de ces comportements de manière totalement autonome.

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Résumé :   La théorie des AMAS (Adaptive Multi-Agent Systems) propose de résoudre des problèmes complexes par auto-organisation pour lesquels aucune solution algorithmique n'est connue. Le comportement auto-organisateur des agents coopératifs permet au système de s'adapter à un environnement dynamique pour maintenir le système dans un état de fonctionnement adéquat. Au cours de cette thèse, cette approche a été appliquée au contrôle dans les systèmes ambiants, et plus particulièrement à la robotique de service.
En effet, la robotique de service tend de plus en plus à s'intégrer à des environnements ambiants, on parle alors de robotique ambiante. Les systèmes ambiants présentent des caractéristiques, telles que l'ouverture et l'hétérogénéité, qui rendent la tâche de contrôle particulièrement complexe. Cette complexité est accrue si l'on prend en compte les besoins spécifiques, changeants et parfois contradictoires des utilisateurs. Les travaux de cette thèse proposent d'utiliser les principes de l'auto-organisation, pour concevoir un système multi-agent capable d'apprendre en temps réel à contrôler un système à partir des démonstrations faites par un tuteur. C'est l'apprentissage par démonstration. En observant l'activité de l'utilisateur et en apprenant le contexte dans lequel l'utilisateur agit, le système apprend une politique de contrôle pour satisfaire les utilisateurs.
À l’issue de cette thèse, nous avons proposé un nouveau paradigme de conception des systèmes robotiques sous le nom d'Extreme Sensitive Robotics. L'idée de base de ce paradigme est de distribuer le contrôle au sein des différentes fonctionnalités qui composent un système et de doter chacune de ces fonctionnalités de la capacité à s'adapter de manière autonome à son environnement. Pour évaluer l'apport de ce paradigme, nous avons conçu ALEX (Adaptive Learner by EXperiments), un système multi-agent adaptatif dont la fonction est d'apprendre, en milieux ambiants, à contrôle un dispositif robotique à partir de démonstrations. L'approche par AMAS permet la conception de logiciels à fonctionnalités émergentes. La solution à un problème émerge des interactions coopératives entre un ensemble d'agents autonomes, chaque agent ne possédant qu'une vue partielle de l'environnement. L'application de cette approche nous conduit à isoler les différents agents impliqués dans le problème du contrôle et à décrire leurs comportements locaux. Ensuite, nous identifions un ensemble de situations de non coopération susceptibles de nuire à leurs comportements et proposons un ensemble de mécanismes pour résoudre et anticiper ces situations. Les différentes expérimentations ont montré la capacité du système à apprendre en temps réel à partir de l'observation de l'activité de l'utilisateur et ont mis en évidence les apports, les limitations et les perspectives offertes par notre approche à la problématique du contrôle de systèmes ambiants.

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Résumé :   Avec la multiplication des objets connectés, les systèmes multi-échelles (qui vont de l’Internet des objets au Cloud, en passant par des machines personnelles, des smartphones, des tablettes, etc.) sont de plus en plus répandus. Ces systèmes sont fortement répartis, hétérogènes, dynamiques et ouverts (apparition et disparition d’appareils). Ils peuvent être composés de centaines de composants logiciels déployés sur des milliers d’appareils.
Le déploiement est un processus complexe qui a pour objectif la mise à disposition puis le maintien en condition opérationnelle d’un système logiciel. Pour les systèmes multi-échelles, l’expression du plan de déploiement (association entre les composants logiciels et les appareils) ainsi que la réalisation et la gestion du déploiement sont des tâches humainement impossibles du fait de l’hétérogénéité, de la dynamique et de l’ouverture, du nombre, mais aussi parce que le domaine de déploiement (le réseau de machines sur lesquelles on déploie) n’est pas forcément connu à l’avance. Le déploiement n’est, de plus, pas réservé à un ingénieur spécialiste mais, dans le cadre d’applications grand public, certains utilisateurs peuvent aussi être parties prenantes. Ainsi, pour assurer le déploiement, il est nécessaire de disposer d’une part de moyens d’expression et d’abstraction, et d’autre part, de supports pour la réalisation automatisée (construction du plan, mise en oeuvre du plan puis maintien en condition opérationnelle du système). Or, les solutions de déploiement actuelles sont globalement inadaptées ou incomplètes : elles ne prennent pas en compte l’ensemble des caractéristiques des systèmes multi-échelles. Le contexte multi-échelle nécessite, par ailleurs, de nouvelles formes de spécification relatives à des parties du domaine de déploiement identifiées selon différents points de vue ou échelles (géographiques, sociaux, etc.).
L’objectif de cette thèse est d’étudier et de proposer des solutions pour le déploiement de systèmes répartis multi-échelles. Nous proposons tout d’abord une mise à jour du vocabulaire relatif au déploiement, ainsi qu’un état de l’art sur le déploiement automatique des systèmes logiciels répartis. Le reste de la contribution réside dans la proposition : (1) d’un processus complet pour le déploiement autonomique de systèmes multi-échelles (qui s’appuie sur les deux éléments décrits ci-dessous) ; (2) d’un langage dédié (DSL), MuScADeL, qui simplifie la tâche du concepteur du déploiement et permet d’exprimer les contraintes propres aux composants logiciels du système à déployer, les choix de conception, les propriétés relatives aux aspects multi-échelles, ainsi que de spécifier les sondes nécessaires à la perception de l’état du domaine de déploiement ; (3) d’un middleware, MuScADeM, qui assure la génération automatique d’un plan de déploiement en fonction de l’état du domaine, sa réalisation puis le maintien en condition opérationnelle du système. L’infrastructure de déploiement est décentralisée, et des composants autonomes sont capables de réagir à des situations d’adaptation (variations de l’état du domaine) selon les principes de l’informatique autonomique.
En pratique, un plugin Eclipse permet l’édition de propriétés exprimées en MuScADeL, avec plusieurs niveaux de vérification. Il permet aussi de déclencher la génération d’un plan de déploiement.
En matière de réalisation, notre solution s’appuie sur OSGi, ce qui permet d’assurer les activités d’installation et d’activation, mais aussi des activités tel que l’arrêt, la mise à jour, etc. L’utilisation d’un framework OSGi permet à MuScADeM de s’affranchir des problèmes d’hétérogénéité.
Ces travaux ont fait l’objet de plusieurs publications, et les solutions sont expérimentées dans le cadre du projet INCOME financé par l’Agence Nationale de la Recherche.

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Résumé :   Dans cette thèse, nous explorons les diverses contributions que les systèmes multi-agents (SMA) et les architectures à base de composants (CBSA) peuvent mutuellement et complémentairement s’apporter l’un à l’autre. Dans un premier temps, nous définissons, illustrons, analysons et discutons une méthodologie du développement des SMA, un modèle de composants (SpeAD), un langage de description d’architecture (SpeADL) et une méthode de conception (SpEArAF) qui facilitent et guident la description et l’implémentation des SMA. Cette réponse complète au développement des SMA est assistée par un outil (MAY) et a été appliquée à un grand nombre d’applications. Dans un second temps, nous explorons à travers divers expériences l’aide que peuvent apporter les SMA auto-adaptatif aux CBSA. Les agents et leur réorganisation continuelle jouent à la fois le rôle de moteur de la construction et de l’adaptation dynamique de l’architecture, mais aussi du conteneur qui connecte ses éléments en pratique.

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