de Robotique d’activité - lirmm.fr · sculpteur ou encore ceux avec un laboratoire d’hydrologie dans le cadre de la robotique sous-marine). ... et Robotique (une thèse co-encadrée

Rapport d’activité

2002-2003

Laboratoire d’Informatiquede Robotique et de Microélectroniquede Montpellier

A la mémoire du Professeur Alain Liégeois, En 1963, après des études d'ingénieur à l’Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et des Télécommunications de Toulouse, Alain Liégeois a commencé sa carrière professionnelle, à 23 ans, comme chercheur CNRS au Laboratoire de génie électrique puis au LAAS. Jusqu’en 1972, il s’est intéressé à la commande et à la stabilisation de satellites et a participé aux travaux de recherche préliminaires sur la commande du premier satellite Meteosat en collaboration avec le CNES. Nommé en 1974 Professeur à l’Université Montpellier 2, il y est l’un des acteurs de la création du Département de Microélectronique et d’Automatique de l’Institut des Sciences de l’Ingénieur de Montpellier. Durant la même période, il assure la responsabilité du département Robotique du Laboratoire d’Automatique et de Microélectronique de Montpellier et devient l’un des pionniers de la robotique française. Il travaille notamment sur la commande dynamique des systèmes multi-corps.

A partir de 1988, ses travaux portent sur la planification de chemins et de mouvements pour les véhicules autonomes. Il propose des approches originales, combinant des algorithmes génétiques et combinatoires, et des méthodes issues de la mécanique des fluides.

Ses travaux les plus récents sur les systèmes multi-agents avaient pour objectif l’émergence de comportements collectifs de groupes de manipulateurs mobiles autonomes (tels que le robot M3 de la première de couverture dont il avait conçu le bras). Cette ultime phase des travaux d’Alain Liégeois est le dernier témoignage d’une carrière d’enseignant-chercheur, menée avec passion, empreinte d’une grande culture scientifique et animée par une curiosité jamais assouvie dont auront profité plusieurs générations d’étudiants et de chercheurs.

Alain Liégeois nous a quitté brutalement au début de l’année 2003. Au-delà de ses qualités scientifiques et professionnelles unanimement reconnues,

il laisse à ses collègues et amis le souvenir d’un homme de conviction, droit et aux grandes valeurs morales.

Sommaire

Présentation générale 7 Département Informatique 17 Personnels du département 19 Introduction générale 25 Algorithmique et Performances des Réseaux (APR) 33 Arithmétique Informatique (ARITH) 37 Données Objets Connaissances (D’OC) 43 Ingénierie des Données et des Connaissances (IDC) 53 Interaction Homme-Machine et Hypermédias (IHMH) 59 Agents, Apprentissage, Contraintes et Logique (KAYOU) 63 Méthodes et Algorithmes pour la Bioinformatique (MAB) 71 Traitement Algorithmique du Langage (TAL) 77 Visualisation et Algorithmes de Graphes (VAG) 83 Web Sémantique et E-learning (WEB) 89 Département Microélectronique 95 Personnels du département 97 Introduction générale 99 Conception de systèmes intégrés 103 Test de systèmes intégrés 121 Participation aux activités du GIP-CNFM 131 Département Robotique 133 Personnels du département 135 Introduction générale 137 Synthèse de systèmes dynamiques complexes 141 Navigation, perception et pilotage de véhicules autonomes 155 Gestion et supervision des systèmes complexes 165 Services communs 169 Service technique et informatique 171 Service administratif et logistique 177 Partenariat, valorisation et animation de la recherche 179

Présentation généraleEffectifs

Budget opérationnelProduction scientifique

BilanFonctionnement

Création d’entrepriseFormation par la recherche

Congrès et séminairesVulgarisation

ConclusionOrganigramme fonctionnel

Rapport d’activité du LIRMM 2002-2003

Présentation générale

Ce document présente les travaux réalisés au LIRMM au cours des années 2002/2003. Le LIRMM est structuré en trois départements de recherche (Informatique, Microélectronique, Robotique) et deux services communs (administratif et logistique, technique). Le spectre des activités de recherche du LIRMM est très large et va de la conception et du test de circuits à la représentation des connaissances en passant par l’étude des systèmes complexes et distribués à base d’agents, l’algorithmique, la bioinformatique, les bases de données, les réseaux, la robotique.

Effectifs du LIRMM au 1er janvier 2004

Enseignants-chercheurs 85 *

Chercheurs INRIA 2

Chercheurs CNRS 22

Total Chercheurs et Enseignants-chercheurs 109

* dont 72 UMII, 2 CUFR-Nîmes, 6 UMIII, 1 UMI, 2 CNAM, 2 ENSAM

Nombre d’agents Quotité dans l’unité

ITA CNRS permanents 17 16,4

IATOS Université permanents 8 6,5

Total ITA et IATOS permanents 25 22,9

CDD ITA CNRS 1 1

CDD IATOS Université 3 2,5

Total CDD 4 3,5

Doctorants (thèses en cours) 105

Professeur émérite 1

Le LIRMM regroupe des chercheurs CNRS des sections 7, 8 et 44, des chercheurs INRIA, des enseignants-chercheurs des sections CNU 27, 61 et 63 provenant des 3 universités de Montpellier, du centre universitaire de formation et de recherche de Nîmes, des enseignants-chercheurs du CNAM Paris, ainsi que de l’ENSAM.

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Parmi les chercheurs associés au LIRMM et appartenant à d’autres laboratoires, nous noterons un chimiste (DR CNRS), un bioinformaticien de l’INRA, deux mathématiciens de l’Université Montpellier II, un informaticien du CIRAD, montrant ainsi l’étendue et la pluridisciplinarité de nos domaines de recherche.

Evolution des effectifs

1er janv. 2004

109 Ch & Ens-Ch (+18%)

25 ITA (0%)

Création du LIRMM

1er janv.2002

92 Ch/Ens-Ch (+70 %)

25 ITA (+ 56%)

1er janv. 1992

54 Ch/Ens-Ch

16 ITA

La croissance s’est accélérée en 2002-2003, signe que le LIRMM attire toujours plus de chercheurs et enseignants-chercheurs. Ainsi, à l’automne 2003, nous avons accueilli 11 nouveaux permanents. Le LIRMM a exactement doublé depuis sa création en 1992. Malheureusement cette croissance n’est pas aussi soutenue en ITA et IATOS, ce qui a créé quelques difficultés. Du fait d’une réglementation de plus en plus contraignante (marchés, codes nomenclatures, procédures différentes selon les établissements, gestion spécifique des contrats de recherche en fonction de leur origine, etc…) et d’un transfert de charges de travail de l’Université Montpellier II vers le laboratoire (NABuCo). Le doublement de nos permanents (chercheurs et enseignants-chercheurs) en 11 ans a généré plus qu’un doublement du travail administratif et technique. Enfin en matière de locaux, si cette croissance perdure, ce que nous espérons, il est grand temps de réfléchir à une extension du LIRMM.

Budget opérationnel (hors salaires et infrastructure)

Le budget opérationnel géré en 2003 s’élève à près de 4 200 000 euros HT. La part de financement du CNRS a augmenté sensiblement (+ 5% entre 2001 et 2003). Elle s’explique par les crédits mis à disposition dans le cadre d’AS., d’EPML., de RTP, etc… La part des autres financements est relativement stable si l’on considère que la baisse des ressources européennes est conjoncturelle (fin du 5ème PCRD et démarrage du 6ème PCRD). L’exécution du budget fait apparaître une augmentation des missions qui traduit le développement des relations avec nos partenaires en France et à l’étranger. La part des dépenses d’équipement a également augmenté (+ 2%) alors que celle relative au fonctionnement reste stable. A la fin de l’année 2003, nous constatons qu’il reste un peu plus de 900 000 euros non comsommés. Cette situation est due en grande partie aux notifications de crédit tardives et à la clôture des engagements dès le 30 novembre à l’université Montpellier II, mais aussi à une réserve de 100 000 euros affectés à la réalisation du futur amphitéâtre du Campus Saint-Priest.

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Budget opérationnel géré en 2003 (hors salaires) : 4 171 500 € HT

UM213%

CNRS23%

Contrats européens9%Région L.R.

6%Industrie

23%

Ministères20%

Autres établissements de recherche

6%

Dépenses 2003 : 3 226 900 € HT

Missions24%

Fonctionnement26%

Equipement23%

Salaires CDD27%

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Production scientifique

Type de publication Moyenne

1998- 2001

2002 2003 Total

2002-2003

Ouvrages de synthèse 23 20 15 35

Thèses 25 26 25 51

Revues scientifiques 29 46 44 90

Colloques avec actes 129 137 167 304

Colloques sans actes 25 32 27 59

Rapports de fin de contrats 10 08 10 18

Brevets 1.5 04 / 04

Logiciels déposés / / 03 03

Rapports internes 52 46 21 64

Conférences & séminaires invités 16 / 07 07

Le LIRMM forme environ 25 docteurs par an et la production scientifique suit l’évolution des effectifs des permanents. Par rapport à la période 1998-2001, nous constatons une évolution positive marquée du nombre de publications dans des revues ainsi que dans des colloques avec actes.

Bilan de la période 2002-2003

Parmi les succès du LIRMM, il faut signaler que deux projets INRIA (de l’Unité de Recherche de Sophia-Antipolis) nouvellement créés sont intégrés au LIRMM :

• Fruit d’un long processus d’évaluation conjoint du CNRS et de l’INRIA, le projet DEMAR sur la locomotion artificielle (EPML du département STIC du CNRS), porté par D. Guiraud (CR1 INRIA) est un projet pluridisciplinaire non seulement du LIRMM (les départements de robotique et de microélectronique y collaborent) mais aussi montpelliérain, car des médecins du CHU sont intégrés au projet ainsi qu’une équipe de l’Université Montpellier I.

• Le projet MAESTRO est un projet bilocalisé (Sophia-Antipolis / LIRMM) centré sur la modélisation et l’analyse des réseaux ; il est la suite du projet INRIA Mistral. A. Jean-Marie (DR2 INRIA) en est le responsable montpelliérain.

Sur ces deux projets, l’INRIA nous a déjà permis le recrutement de deux chercheurs (D. Guiraud et A. Jean-Marie). L’objectif du LIRMM est de renforcer ces projets à l’aide de recrutement de chercheurs et d’enseignants-chercheurs, puis à moyen terme d’envisager la formalisation d’autres collaborations existantes ou à créer avec l’Unité de Recherche INRIA de Sophia-Antipolis. Sur la période de référence, le département Microélectronique a renforcé et finalisé ses contacts industriels tout en maintenant sa place privilégiée dans la communauté scientifique internationale. On notera la mise en place d’une opération de grande envergure concernant la « Conception et le test des circuits sécurisés » en collaboration avec l’entreprise ST Microelectronics (Rousset). Le rayonnement international de ce département est attesté par l’élection de M. Renovell, responsable du département, en tant que vice-président du Test Technology Technical Council de l'IEEE Computer Society.

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Pour le département Robotique, il y a eu un foisonnement de nouveaux projets et de nombreuses réussites scientifiques, aux grandes retombées médiatiques. La participation à la création d’un laboratoire franco-japonais de robotique (JRL) valide une reconnaissance internationale. En outre, plusieurs projets du département Robotique sont véritablement pluridisciplinaires et sont la marque d’une excellente intégration dans la société (outre le projet DEMAR déjà cité et les projets de robotique médicale nécessairement pluridisciplinaires, notons les projets en collaboration avec un sculpteur ou encore ceux avec un laboratoire d’hydrologie dans le cadre de la robotique sous-marine). Quant au département Informatique du LIRMM, la nouvelle structuration en projets a permis le brassage des chercheurs et des thématiques auparavant cloisonnés en deux départements concurrents. Cette nouvelle organisation, préconisée par le comité d’évaluation de juin 2002 est maintentant opérationnelle et elle constitue un pari scientifique et humain sur l’avenir. Le comité des projets mis en place dans cette nouvelle structure devrait permettre une meilleure évolution des thématiques ainsi qu’une croissance harmonieuse, basée sur une politique scientifique plus ciblée. Les trois départements ménent de nombreux projets en commun, parmi ceux-ci nous pouvons mentionner :

• la collaboration entre les départements Microélectronique et Informatique sur la sécurité et la cryptographie (dans le cadre de la collaboration avec ST Microelectronics) ;

• le projet DEMAR soutenu par l’INRIA et commun aux départements Robotique et Microélectronique ;

• l’étude des composants pour la programmtaion des robots, projet commun entre Informatique et Robotique (une thèse co-encadrée en cours) ;

• enfin le Groupe image, structure transversale aux trois départements et qui a permis l’émergence d’une communauté au sein du site Montpellier-Nîmes ainsi que la création de modules communs dans la formation doctorale.

Fonctionnement Fruit du travail d’une commission en 2002-2003, de nouveaux statuts pour le LIRMM, ont été adoptés lors d’une Assemblée Générale du laboratoire en Mai 2003. Ces nouveaux statuts ont en particulier modifié la composition du conseil de laboratoire en y renforçant la représentation des doctorants et des personnels en CDD. Le conseil de laboratoire actuel est conforme à ces nouveaux statuts. Nous avons réalisé en 2002, la dernière tranche de la climatisation du laboratoire et dorénavant tous les bureaux du LIRMM sont climatisés. Le recrutement par le CNRS d’un ingénieur d’étude lourdement handicapé a nécessité plusieurs aménagements spécifiques. Ceci a été réalisé, en matière de sécurité, sous le contrôle de P. Tilloy, ACMO du LIRMM (responsable Hygiène et sécurité), avec l’aide des services compétents du CNRS et de l’Université Montpellier II. En outre, nous avons aménagé une salle de repos devenue indispensable au vu de la croissance des effectifs. Enfin, l’installation d’un nouveau système de contrôle d’accès est en cours.

Création d’entreprise

Fort de son expérience passée durant laquelle nous avons soutenu la création d’une entreprise de robotique très innovante WANY, dirigée par d’anciens doctorants du LIRMM, notre laboratoire est très impliqué dans le LRI (Languedoc-Roussillon Incubation). Cette structure académique est originale car elle permet de soutenir les projets innovants à leur début, avant la création de l’entreprise. Une fois le projet défini, les soutiens institutionnels de type ANVAR ou Cap Alpha (l’incubateur d’entreprise de Montpellier) prennent le relais.

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Dans le cadre du LRI, le LIRMM apporte son soutien à 16 projets. Plusieurs d’entre eux sont pilotés par d’anciens étudiants ayant réalisé un stage de recherche au LIRMM et un projet propose la valorisation d’une thèse réalisée au LIRMM. Notons que le département Informatique, à l’image des deux autres, commence à construire une véritable politique de valorisation.

Formation par la recherche

Le LIRMM est actuellement la structure d’accueil principale de deux formations doctorales :

• formation doctorale en Informatique (35 étudiants en DEA),

• formation doctorale « Systèmes Automatiques et Microélectroniques » (45 étudiants en DEA).

Ces formations doctorales sont intégrées au sein de l’Ecole Doctorale I2S (Information, Structures Systèmes) de l’Université Montpellier II. Cette école, qui regroupe quatre autres formations doctorales est dirigée par M. Robert, membre du LIRMM. Les projets de Masters qui, dans le cadre de la réforme LMD devraient remplacer ces formations doctorales, sont en cours d’évaluation par le ministère.

Congrès organisés par le LIRMM en 2002/2003

EGC 2002 Extraction et Gestion de Connaissances du 21 au 23 janvier 2002 (organisation : D. Hérin) LMO 2002 Langages et modèles à objets du 23 au 25 janvier 2002 (organisation : M. Huchard) ALGOTEL 2002 Rencontres francophones sur les aspects algorithmiques des télécommunications du 22 au 24 mai 2002 (organisation : J.C König, C. Paul) OOIS 2002 8th International Conference on Object-Oriented Information Systems du 2 au 5 septembre 2002 (organisation : Z. Bellahsène) FPL 2002 Field Programmable Logic du 3 au 5 septembre 2002 (organisation : M. Renovell, L. Torrès) JM 2002 9èmes Journées Montoises d'Informatique Théorique du 9 au 11 septembre 2002 (organisation : G. Mélançon, V. Berthé) LFA 2002 Rencontres francophones sur la logique floue et ses applications 21 et 22 octobre 2002 (organisation : O. Strauss) CMMR 2003 Computer music modeling and retrieval du 26 au 27 mai 2003 (organisation : V. Prince, J & M. Nanard)

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SURGICAL ROBOTICS Summer European University du 6 au 13 septembre 2003 (organisation : E. Dombre, P. Poignet)

Les séminaires réguliers du LIRMM

CSS Séminaire d'Informatique (hebdomadaire) A2C2 Algorithmes, Arithmétiques, Cryptologie et Chipsets (bi-mensuel) CATIA Catégories, Algèbre, Topologie, Informatique et Applications (bi-mensuel) ALBICO Algorithme, Bio-informatique et Combinatoire ( hebdomadaire) Séminaire de Bioinformatique de la Génopole (1 matinée tous les mois) Séminaire du Groupe image (mensuel)

Vulgarisation

• Diffusion de la conférence EGC 2002 sur Canal U, la chaîne Web des Universités (janvier 2002)

• Un nouveau site WEB : http://www.lirmm.fr (printemps 2003)

• Fête de l’Internet, en partenariat avec le département STIC du CNRS. La Cité des Sciences, Paris (mars 2003)

• Contribution au CNRS Théma « Europe » (2ème trimestre 2003)

• Les Bistrots de la Technologie sur le thème de la Robotique, en partenariat avec la CCI de Montpellier (juin 2003)

• Fête de la Science, en partenariat avec le CNRS Languedoc-Roussillon et le CHU Lapeyronie de Montpellier. Concours de dessin « Dessine-moi un robot » (octobre 2003)

• Exposition « Energie » organisée par le CNRS Languedoc-Roussillon (octobre 2003)

• Anticip’emploi, en partenariat avec le Pôle TIIM, technologie de l’information, informatique et multimédia (novembre 2003)

• COMDEX 2003, Las Végas en partenariat avec le Pôle TIIM, le Pôle Productique et la Région Languedoc-Roussillon (novembre 2003)

• Action avec le CHU Lapeyronie de Montpellier : tournage d’un film pédagogique (décembre 2003) et mise en place d’un atelier de robotique pour les enfants hospitalisés.

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http://www.math.univ-montp2.fr/~malbos/catia.html

http://www.lirmm.fr/~paul/Albico/index.html

Conclusion

Avec maintenant plus de 220 chercheurs (permanents et doctorants) le LIRMM est devenu en quelques années, l’un des plus gros laboratoires du département STIC du CNRS et l’un des plus importants du CNRS en région Languedoc-Roussillon. Fort d’une très importante activité contractuelle, de nombreuses implications dans les communautés scientifiques nationales (cf. la très importante implication des chercheurs du LIRMM dans les structures CNRS du type RTP, AS, GDR, EPML, ou dans les ACI du ministère ) et internationales (cf. les nombreuses participations à des comités de programmes internationaux ainsi que les deux projets acceptés dans le 6ème PCRD), le LIRMM entend continuer sa croissance et devenir l’acteur incontournable du développement et de la structuration du champ disciplinaire des STIC sur Montpellier et la région Languedoc Roussillon. Pour l’avenir, le LIRMM est bien placé dans les domaines pluridisciplinaires en plein développement, tel par exemple le domaine STIC et Vivant (aussi appelé BIOSTIC) comprenant la bioinformatique, la robotique médicale, la création d’humanoïdes, « les hybrides » (bionique) , mais aussi l’imagerie médicale, les capteurs intelligents et les modèles de calcul et algorithmes inspirés de la biologie et plus généralement du vivant. Le site de Montpellier possède de grands atouts dans ce secteur (cf . les nombreux laboratoires de biologie, le CHU, ainsi que les organismes de recherche : INSERM , CIRAD, INRA, IRD, CEMAGREF) et le formidable potentiel pluridisciplinaire du LIRMM devrait y faire merveille. Michel Habib, Directeur Janvier 2004

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Organigramme fonctionnel du LIRMM UMR 5506 (01/01/04)

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Département INFO Informatique

Responsable : Roland DucournauAdjoints : Thérèse Libourel

Guy MélançonMathieu Lafourcade

Personnels du département

Enseignants-chercheurs (arrivée au LIRMM)

Ahronovitz Ehoud Maître de Conférences Montpellier II Ahronovitz Yolande Maître de Conférences Montpellier II Aubert Jean-Pierre Maître de Conférences Montpellier II Bajard Jean-Claude Professeur Montpellier II Bellahsène Zohra Maître de Conférences, HDR Montpellier II Berry Vincent Maître de Conférences Montpellier II Bétaille Henri Maître de Conférences Montpellier II Bodini Olivier Maître de Conférences Montpellier II 2003 Boé Jean-Marie Maître de Conférences Montpellier III Boksenbaum Claude Professeur Montpellier II Bordat Jean-Paul Maître de Conférences, HDR Montpellier II Caraux Gilles Professeur ENSAM Cart Michelle Maître de Conférences Montpellier II Cerri Stefano A. Professeur Montpellier II Chauché Jacques Professeur Montpellier II Chein Michel Professeur Montpellier II Cogis Olivier Professeur Montpellier II Dicky Hervé Maître de Conférences Montpellier II Dony Christophe Professeur Montpellier II Ducournau Roland Professeur Montpellier II Durand Sylvain Maître de Conférences Montpellier III 2002 Ferber Jacques Professeur Montpellier II Ferrié Jean Professeur Montpellier II Fiorio Christophe Maître de Conférences Montpellier II Giroudeau Rodolphe Maître de Conférences Montpellier II 2002 Habib Michel Professeur Montpellier II Hascoët Mountaz Maître de Conférences Montpellier II Hérin Danièle Professeur Montpellier II Huchard Marianne Maître de Conférences, HDR Montpellier II Janssen Philippe Maître de Conférences Montpellier II Joab Michelle Professeur Montpellier II König Jean-Claude Professeur Montpellier II Koriche Frédéric Maître de Conférences Montpellier II Lafourcade Mathieu Maître de Conférences Montpellier II Laurent Anne Maître de Conférences Montpellier II 2003 Leclère Michel Maître de Conférences Montpellier II 2003 Libourel Thérèse Maître de Conférences, HDR CNAM Liquière Michel Maître de Conférences Montpellier II Melançon Guy Professeur Montpellier III Mougenot Isabelle Maître de Conférences Montpellier II Mugnier Marie-Laure Maître de Conférences, HDR Montpellier II Nanard Jocelyne Professeur Montpellier II Nanard Marc Professeur CNAM Palaysi Jérôme Maître de Conférences Montpellier II 2003 Philippe Fabrice Maître de Conférences Montpellier III Pompidor Pierre Maître de Conférences Montpellier II Prince Violaine Professeur Montpellier II Quinqueton Joël Professeur Montpellier III Reitz Philippe Maître de Conférences Montpellier II Sala Michel Maître de Conférences Montpellier I Séébold Patrice Professeur Montpellier III 2003 Simonet Geneviève Maître de Conférences Montpellier II

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Stratulat Tiberiu Maître de Conférences Montpellier II 2003 Teisseire Maguelonne Maître de Conférences Montpellier II Terrat Richard Maître de Conférences Montpellier II Vilarem Marie-Catherine Professeur Montpellier II Vismara Philippe Maître de Conférences ENSAM

Chercheurs CNRS et INRIA

Berthé Valérie Chargé de Recherche, HDR CNRS CN 01 2002 Bessière Christian Chargé de Recherche, HDR CNRS Gascuel Olivier Directeur de Recherche CNRS Imbert Laurent Chargé de Recherche CNRS Jean-Marie Alain Directeur de Recherche INRIA 2003 Lartillot Nicolas Chargé de Recherche CNRS CN 44 2003 Paul Christophe Chargé de Recherche CNRS Rivals Eric Chargé de Recherche CNRS Sallantin Jean Directeur de Recherche CNRS

Chercheurs associés

Bréhelin Laurent Chargé de Recherche CNRS B&PMP UMR 5004 2003 Boudet Vincent Maître de Conférences UM II GAM UMR 2003 Gruau Frédéric Maître de Conférences U. Paris Sud Guin Dominique Professeur Montpellier II, section 70 2002 Jauffret Philippe Ingénieur de Recherche CNRS ENSCM HMM/LSIC UMR 5076 Laurenço Claude Directeur de Recherche CNRS ENSCM HMM/LSIC UMR 5076 Martin Olivier Chargé de Recherche INRA INRA UPC 2003 Meynard Michel Maître de Conférences Montpellier II Müller Jean-Pierre Directeur de Recherche CIRAD TERA/ERE 2002 Poncelet Pascal Professeur EMA Nîmes Pons Jean-François Maître de Conférences Montpellier II Preller Anne Professeur émérite UM III Trouche Luc Maître de Conférences Montpellier II, section 26 2002 Vilarem Jean-François Maître de Conférences Montpellier II

Chercheurs invités (2002-2003)

Akiyama S. Univ. de Niigata Bessagnet M. N. Univ de Pau Brlek Srecko Professeur UQAM, Montréal Chiricota Yves UQAC, Chicoutimi, Canada Corneil Derek Professeur Université de Toronto Delgrange Olivier Univ. Mons, Belgique Desper Richard NCBI, USA Dimitrov Vassil Univ. Calgary, Canada Jullien Graham Professeur Univ. Calgary, Canada Kanchanasut Kanchana AIT Bangkok Karatsuba Ekatherina Univ. Sciences Moscou Kelly David Professeur Univ. Winnipeg King Peter Professeur Université du Manitoba Major Francois UQAM, Montréal Rao Hui Univ. de Wuhan, Chine Rigo M. Univ. de Liège Rossi Gustavo Professeur Université de La Plata Tansupasiri T. AIT Bangkok Thuswaldner J. Univ. de Leoben, Autriche

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Thèses en cours localisation Début

Abrouk Lylia contrat industriel octobre 2003 Alemu Tigist bourse gouv. étranger octobre 2000 Baez Jose contrat industriel octobre 2003 Barde Julien salarié CEMAGREF octobre 2003 Bennouas Toufik bourse gouv. étranger octobre 1999 Bertrand Denis MJENR ED BS octobre 2002 Beurier Grégory MJENR octobre 2002 Binti Abdullah Nik Nailah bourse gouv. Malaysie octobre 2002 Boudon Frédéric Région CIRAD octobre 2000 Bouklit Mohamed MJENR octobre 2001 Boutin François PRAG octobre 2002 Chapelle Jerôme MJENR octobre 2001 Coletta Rémi MJENR octobre 2002 Colliot Nicolas MJENR octobre 2003 Collomb Maxime MJENR ACI octobre 2003 Crespelle Christophe Normalien octobre 2003 Criscuolo Alexis MJENR - ED BI octobre 2002 Dartnell Christopher CIFRE octobre 2003 De Mezzo Benoît salarié CIRAD octobre 2001 Degeilh Sylvain MJENR octobre 2002 Del Razo Lopez F. bourse étranger octobre 2003 Duprat Elodie MJENR IGH, ED BS octobre 2002 Eberspacher Henri bourse étranger octobre 2002 Fabresse Luc MJENR octobre 2003 Gouaich Abdelkader CIFRE ATER janvier 2001 Guiraud Yves DGA octobre 2000 Jaillet Simon MJENR octobre 2001 Jamet Damien MJENR ACI octobre 2003 Jonquet Clément MJENR octobre 2003 Jourdan Fabien MJENR - ED BS octobre 2001 Kiss Adorjan EGIDE ATER octobre 2000 Larmande Pierre salarié CIRAD octobre 2002 Laur Pierre Alain MJENR ATER octobre 2000 Lemoisson Philippe contrat industriel octobre 2001 Maestre Arnold MJENR ATER octobre 2000 Malbos Philippe MJENR ATER Maths octobre 2000 Maraschi Daniele EGIDE ATER janvier 2000 Mathieu Fabien AMN octobre 2002 Michel Fabien MJENR ATER octobre 1999 Mirabeau Olivier Europe EMBL, Rome octobre 2002 Miralles André salarié CEMAGREF octobre 2003 Nègre Christophe MJENR Maths octobre 2001 Nicolas François MJENR octobre 2001 Nunes Maria Augusta bourse gouv. Brésil octobre 2003 Passama Robin MJENR ROB octobre 2002 Plantard Thomas MJENR ACI octobre 2002 Privat Jean MJENR octobre 2002 Ricordeau Marc MJENR octobre 2000 Rodriguez José MJENR octobre 2003 Roume Cyril contrat industriel octobre 2000 Schoffit Stéphane CIFRE DK Systems octobre 2003 Schwab Didier MJENR octobre 2001 Souchon Frédéric bourse EMA - LGI2P octobre 2001 Suksomboon Patitta bourse étranger octobre 2003 Thièvre Jérôme CIFRE octobre 2002 Touitou Jonathan contrat octobre 2003 Tranier John MJENR octobre 2003

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Yousfi Monod Medhi MJENR octobre 2003

Thèses soutenues

2002 Financement Devenir Ardourel Gilles MJENR puis ATER MdC U. Nantes Berasaluce Sandra MJENR ED Nancy puis ATER Elemento Olivier MJENR ED BS, IGH Post-Doc Princeton Irlande Alexis MJENR ED Evry puis ATER Menezes da Nobrega G. Bourse gouv. Brésil Prof. Univ. Brasilia Palaysi Jérôme MJENR puis ATER MdC Montpellier II Petit Thierry CIFRE MdC EMN Ranwez Vincent MJENR puis ATER Ing biotechnologies Tognetti Yannic MJENR puis ATER Ing contractuel CNRS Vaudry Christophe Bourse EMA Vidot Nicolas MJENR puis ATER

2003 Baril Xavier MJENR puis ATER Bérard Sèverine MJENR ATER Montpellier II Caderas de Kerleau Ch. CIFRE Calas Yvan MJENR puis ATER Cros Hervé MJENR Guindon Stéphane Bourse Bioinformatique post-doc NZ de Montgolfier Fabien AMN Payet Denis MJENR puis ATER

HDR soutenues

2002 Crampes Michel EMA Nîmes Godin Christophe CIRAD AMAP Mugnier Marie-Laure Müller Jean-Pierre CIRAD Nock Richard U. Antilles Guyane

2003 Huchard Marianne Libourel Thérèse

Post-doctorants (2002-2003)

Anisimova Maria Angleterre-Russie 2003 Andy McKenzie Nouvelle Zélande 2002 Ceroi Stefan 2002 Paraguaçu Fabio Brésil 2003 Som Anup Inde 2003

Ingénieurs Docteurs sur contrats

Duroux Patrice Tognetti Yannic

Ingénieurs sur contrats

Divol Jacques Le Thiec Franck Pinloche Sylvie (jusqu'en juillet 2003)

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Tableaux récapitulatifs des chercheurs permanents

Chercheurs CR CR HDR DR Total CNRS 4 2 2 8 INRIA 1 1 total 4 2 3 9

Ens.-chercheurs MdC MdC HDR Prof Total

UM II 25 4 17 46 UM III 3 3 6 UM I 1 1

CNAM 1 1 2 ENSAM 1 1 2

total 30 5 22 57

Tableau récapitulatif des soutenances

Soutenances 2002 2003 Total thèses 11 8 19 HDR 5 2 7 total 16 10 26

Tableau récapitulatif des thèses en cours

Année début 1999 2000 2001 2002 2003

Total

MESR 1 4 7 10 9 31 autre 1 6 4 6 10 27 total 2 10 11 16 19 58

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Introduction générale

Présentation du département

Effectifs

Le département Informatique résulte de la fusion, en juin 2003, des deux départements ARC « Acquisition et Représentation de Connaissances » et IFA « Informatique Fondamentale et Applications ». Il se compose, au 31 décembre 2003, de :

• 66 chercheurs permanents dont 57 enseignants chercheurs (22 PR et 35 MdC dont 5 HDR), 8 chercheurs CNRS (2 DR et 6 CR, dont 2 HDR), un chercheur INRIA (DR). Sur ces 66 chercheurs, on décompte 32 HDR, soit quasiment 50%.

• Près de 60 doctorants sont encadrés par les membres du département : la très grande majorité est rattachée à la formation doctorale Informatique de l'Ecole Doctorale I2S, mais une petite partie est rattachée à d'autres formations doctorales, voire à d'autres Ecoles Doctorales. Sur ces 60 doctorants, plus des deux tiers effectuent leur thèse au LIRMM, le reste étant hébergé par des laboratoires partenaires (EMA-LGI2P, CIRAD, CEMAGREF, IRD, etc.), ou dans des entreprises (CIFRE).

• Aux membres permanents viennent s'ajouter 12 associés dont quelques chercheurs permanents d'autres UMR, des enseignants-chercheurs en informatique et en didactique et un professeur émérite. Chaque année, quelques visiteurs étrangers, professeurs invités ou post-doc, passent de quelques semaines à une année dans le département. Enfin, des ingénieurs contractuels (actuellement 5) supportent les équipes dans le cadre de contrats européens ou industriels, ou d'actions nationales (bioinformatique).

• Le département, au travers du laboratoire, est l'équipe d'accueil principale de la Formation Doctorale en Informatique (ED I2S) et accueille chaque année environ 30 étudiants de DEA, ainsi que quelques ingénieurs stagiaires CNAM, ou des stagiaires de formations locales (IUP et DESS).

A la belle saison, pendant les stages de DEA, les locaux affectés au département peuvent ainsi héberger près de 150 personnes.

Thématiques de recherche et interdisciplinarité

Les thématiques du département couvrent une bonne part de la discipline informatique, de ses frontières avec les mathématiques (arithmétique, combinatoire, optimisation) à celles avec les sciences cognitives et humains (interaction homme-machine, langage naturel, E-dialogues, E-learning), en passant par des « cœurs de métier » comme l'algorithmique, le génie logiciel, l'intelligence artificielle, les systèmes d'information, les réseaux, etc. Cette largeur de spectre fait que le département participe (voire pilote), par l'un ou l'autre de ses membres, à la plupart des structures nationales d'animation de la recherche en informatique : GDR (ALP, ARP, I3), ACI (GRID, cryptographie, IMPBio, 2 ACI jeunes chercheurs, Sécurité, Masse de données), RTP, AS-STIC, etc. La démarche générale de type « modèles, algorithmes, programmes » est assez universelle en informatique. Elle se décline au département aussi bien dans une approche théorique qu'expérimentale, autant dans une perspective fondamentale qu'applicative. La démarche est donc très souvent interdisciplinaire, autant en mettant l'informatique au service d'autres disciplines qu'en se servant des domaines applicatifs pour apporter de nouveaux problèmes qui alimentent en retour les grands domaines de l'informatique. Parmi les disciplines auxquelles le département est lié par des

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travaux interdisciplinaires féconds, figurent la biologie, la chimie, la physique, les mathématiques, l'environnement, les sciences humaines, etc. Les relations avec les différentes structures de recherche de Montpellier et de la région sont donc nombreuses : à l'UM II et au CNRS d'abord, mais aussi dans d'autres établissements (UM I, UM III, CIRAD, CEMAGREF, IRD, INRA, CHU, EMA, etc.). Tout cela bien sûr en plus de la robotique et de la micro-électronique, qui sont présentes au LIRMM. Citons dans ce cadre, les actions inter-départements passées ou présentes :

• Co-design, cryptographie et optimisation avec la microélectronique,

• Image, composants logiciels et systèmes multi-agents avec la robotique.

De cette diversité, émergent quelques thèmes où les équipes du département ont acquis une reconnaissance nationale et internationale depuis déjà plusieurs années : citons, de façon non limitative, l'algorithmique de graphes, la bioinformatique, les interfaces homme-machine, ou les systèmes multi-agents.

Structure du département

Le département est organisé en dix projets, qui regroupent chacun de 4 à 12 chercheurs permanents, et sont (dans l'ordre alphabétique) :

Algorithmique et performances des réseaux (APR)

Conception et analyse de protocoles de réseaux : routage et diffusion de l'information, avec garanties de qualité de service.

Arithmétique informatique (ARITH)

L'objectif de ce projet est de développer un groupe centré autour de l'arithmétique informatique et de la combinatoire en s'appuyant sur l'arithmétique des ordinateurs, la numération, l'infographie et la géométrie discrète.

Données Objets Connaissances pour les systèmes complexes (D'OC)

Ce projet allie des recherches sur la modélisation de systèmes complexes, les langages à objets et de composants, les architectures de médiation et la représentation de connaissances et de raisonnements.

Ingénierie des Données et des Connaissances (IDC)

Médiation de données dans les systèmes distribués à large échelle : modèles d'intégration de données axés sur des techniques de fouille de données et maintien de la cohérence.

Interaction Homme-Machine et Hypermédias (IHMH)

Étudie les aspects informatiques et cognitifs des échanges d'information au sein de systèmes complexes lorsque ceux ci mettent en jeu au moins un partenaire humain. Ex : production de documents, hypermédias, conception d'interfaces utilisateur, interactions naturelles, bibliothèques digitales,...

Kayou : agents, apprentissage, contraintes et logique (KAYOU)

Thèmes de l'IA orientés autour de deux axes : l'étude des agents rationnels et l'étude des sociétés d'agents. Les outils sont les systèmes multi-agents, l'apprentissage automatique, le raisonnement logique, et les réseaux de contraintes.

Méthodes et algorithmes pour la bio informatique (MAB)

Analyse des séquences (gènes, génomes, protéines), reconstruction de l'évolution (phylogénie, histoire des duplications), analyse statistique du transcriptome (puces à ADN, SAGE) et du protéome (gels 2D, spectroscopie de masse).

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http://www.lirmm.fr/xml/fr/0394-03.html






http://www.lirmm.fr/w3ifa/MAAS/

Traitement algorithmique du langage (TAL)

Analyse morpho-syntaxique et sémantique du Français, classification automatique de documents, recherche d'information et traduction automatique.

Visualisation et algorithme des graphes (VAG)

L'objectif du projet, axé sur la visualisation de graphes, est d'utiliser à la fois des techniques issues de l'algorithmique et la théorie des graphes ainsi que d'outils de visualisation pour des applications telles que le « clustering ».

Web sémantique et e-learning (WEB)

E-learning, Systèmes d'informations, Web sémantique, ontologies, XML, métadonnées, Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain, apprentissage collaboratif

Transversalité

Au-delà de cette partition verticale, plusieurs thèmes assurent la cohésion du département par leur transversalité. Il en est ainsi de l'algorithmique des graphes et des ordres qui est une compétence de plusieurs projets au-delà du seul VAG (APR, DOC), de la bioinformatique dans laquelle interviennent des chercheurs de APR, VAG, DOC, de l'ingénierie des connaissances, données et logiciels qui est au coeur de DOC, IDC, KAYOU, ou encore de l'E-learning qui est un thème de recherche pour WEB mais un domaine d'application pour IHMH et KAYOU. Plusieurs structures d'animation coexistent ainsi dans le département : un séminaire généraliste régulier accueillant en majorité des conférenciers invités, un séminaire des doctorants, qui est en train de se mettre en place, des séminaires interdisciplinaires (bioinformatique au niveau de la génopole, informatique et mathématiques) et des groupes de travail transversaux.

Relations avec l'enseignement

Comme la composition du département le montre, les enseignants-chercheurs y sont très majoritaires. Les membres du département ont donc une implication importante dans les enseignements de l'UM II d'abord, mais aussi des deux autres universités, de l'ENSAM et du CNAM. En ce qui concerne l'UM II, les formations impliquant le département couvrent la totalité des composantes : départements Informatique et GTR de l'IUT, département Informatique et Gestion de l'ISIM (maintenant Polytech'Montpellier). La plus grande part des enseignements se situe à l'UFR des Sciences avec les DEUG MASS et MIAS, les licence et maîtrise d'Informatique, l'IUP Génie Mathématique et Informatique et trois DESS (Techniques Nouvelles en Informatique, Informatique Appliquée aux Organisations, double compétence, et Bioinformatique). Au total, les effectifs des étudiants de l'UM II spécialisés en informatique, non compris les DEUG, dépassent le millier (1000). Cette situation a une forte influence sur la recherche menée dans le département. Elle explique d'abord sa richesse thématique. Elle se traduit surtout par une énorme pression de l'enseignement, la section 27 étant en déficit chronique. Malgré la politique de redéploiements de l'UM II, récemment assez volontariste, les enseignements d'informatique représentent plus de 10% des charges d'enseignement globales de l'Université, mais ses moyens restent plus proches des 5%.

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Bilan des activités 2002-2003

Au cours de ces 2 années, l'évolution du département a été particulièrement marquée, tant sur le plan des effectifs que sur celui des structures.


Sur le plan des effectifs, l'évolution du département s'est caractérisée par :

• le recrutement de six Maîtres de Conférences à l'UM II (Olivier Bodini, Rodolphe Giroudeau, Anne Laurent, Michel Leclère, Jérôme Palaysi et Tiberiu Stratulat),

• le recrutement d'un Maître de Conférence (Sylvain Durand) et un Professeur (Patrice Séébold) à l'UM III,

• la promotion d'un Professeur (Christophe Dony) à l'UM II,

• l'intégration comme permanents de deux chercheurs précédemment associés (Valérie Berthé, CR CNRS et Isabelle Mougenot, MdC rattachée auparavant à un laboratoire de biologie),

• le recrutement de trois chercheurs dans des opérations communes avec des UMR de Montpellier, en physique (Vincent Boudet, MdC, GAM), en biologie (Laurent Bréhelin, CR CNRS, B&PMP) et en agronomie (Olivier Martin, CR INRA, UPC),

• le retour d'Alain Jean-Marie, Professeur détaché de l'INRIA, sur son poste de Directeur de Recherche, en restant au LIRMM dans le cadre du projet INRIA Maestro,

• le départ, unique et très relatif avec son passage à l'éméritat, d'Anne Preller Professeur UM III.

Il faut noter que ces recrutements ont concerné, pour l'essentiel, des candidats extérieurs à Montpellier. Au total, l'effectif des membres permanents du département est passé de 54 à 66 chercheurs. Pour mémoire, en septembre 1992, lors de l'installation du LIRMM dans ses murs, il y avait 33 chercheurs permanents dans les départements ARC et IFA. En 11 ans, le département a donc exactement doublé.

Restructuration

Depuis sa création, les informaticiens du LIRMM étaient structurés en deux départements de taille comparable, ARC et IFA. Si cette bipartition avait un sens à la création du LIRMM, l'évolution démographique des deux départements a fini par brouiller les frontières thématiques. Par ailleurs, cette structure en deux blocs ne contribuait pas à la sérénité des débats. Aussi, l'année 2002-2003 a été l'occasion d'une remise à plat de la structure. Deux solutions étaient envisageables : réduire ou augmenter le nombre de départements. Très vite la discussion s'est orientée vers la première solution, avec un département unique, structuré en « projet » (ou « équipe-projet ») et piloté par un comité des projets, lui-même coiffé d'une direction. La restructuration a eu un double effet :

• d'une part, un brassage des chercheurs, près de la moitié des projets ayant des membres issus des deux départements,

• d'autre part, un renouvellement thématique, soit par centrage des forces sur un thème préexistant mais plus marginal, soit par regroupement de plusieurs thèmes pour mieux exploiter les synergies.

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Dans les deux cas, la démarche relève d'un certain pari. Les projets constituent des entités d'animation scientifique et de gestion. Ils partitionnent les membres du département, chaque permanent appartenant à un seul projet, et, idéalement, chaque permanent appartenant à un projet (ce dernier point n'est cependant pas totalement vérifié). Le département est dirigé par une équipe de quatre personnes, et piloté par un « Comité des Projets » qui a vocation à fonctionner comme un conseil scientifique. La mise en place s'est effectuée en juin 2003. Bien entendu, cette nouvelle structure étant toute récente, son fonctionnement en est au stade du rodage. D'une certaine manière, ce rapport d'activité et l'évaluation du début 2004 constituent son banc d'essai. Le département d'Informatique du LIRMM est donc devenu « la » structure où s'effectue la recherche en informatique à Montpellier. Il regroupe la totalité des enseignants-chercheurs de section CNU 27 de l'UM II qui appartiennent à une structure de recherche reconnue, une bonne partie des enseignants-chercheurs actifs de l'UM III, et l'un des rares de l'UM I. Cette politique de site, au moins de fait, trouve une convergence dans l'enseignement, UM II et UM III se partageant déjà une filière MASS, et elle devrait encore s'accentuer avec la mise en place du LMD.

Thèses et Habilitations

Sept (7) HDR ont été soutenues au LIRMM, durant ces 2 années, dans le cadre de la formation doctorale Informatique de l'ED I2S. Trois l'ont été par des permanents du département : Marie-Laure Mugnier, Thérèse Libourel et Marianne Huchard. Trois autres l'ont été par des chercheurs d'équipes d'accueil avec lesquelles le département collabore : Michel Crampes de l'EMA à Nîmes, Christophe Godin et Jean-Pierre Müller du CIRAD (associé au LIRMM). Enfin, Richard Nock, ancien doctorant du LIRMM (1998) et actuellement MdC à l'Université des Antilles est revenu au LIRMM pour passer son HDR. Dix-neuf (19) thèses ont été soutenues dans le même temps, ce qui reste dans l'ordre de grandeur des années précédentes. Trois des docteurs ayant soutenu en 2002 ont été recrutés comme enseignants-chercheurs, deux à Nantes et le troisième à l'UM II. Sur les promotions 2001-2002, non couvertes par ce rapport d'activités, les recrutements de 2002-3 ont concerné 2 CR INRIA, 1 CR CNRS et 5 MdC. Comme le montre le tableau ci-dessous, sur les années 2000-2003, près de la moitié des docteurs formés dans le département ont été recrutés dans la recherche publique, la grande majorité en dehors de Montpellier.

2000 2001 2002 Total soutenances 9 11 11 31

MdC 4 4 4 12 CR EPST 3 3

total 4 7 4 15 On constate donc que le département contribue très positivement à la mobilité des jeunes chercheurs, tant en entrée qu'en sortie. Durant ces deux années, 35 thèses ont débuté au département, dont 19 sur des allocations ministérielles. Parmi ces 19 allocations, il est important de noter que trois proviennent d'ACI impliquant des membres du département, deux autres sont des AMN et que quatre proviennent d'ED autres qu'I2S. Au total, l'ED I2S dont dépend notre formation doctorale n'a fourni que 10 allocations « normales » sur 2 ans, dont une est commune avec la FD SYAM et le département ROB.

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Bilan des publications

Les travaux des années antérieures se sont traduits par un nombre significatif de publications durant ces deux années.

2002 2003 Total Thèses + HDR 10+2 8+2 18+4 Revues 24 27 51 Ouvrages (édition) 6 8 14 Ouvrages (contributions) 3 6 9 Conférences avec actes 50 71 121

Rapportés aux effectifs du 1er janvier 2002, par permanent, cela fait un article de revue tous les deux ans, un article de conférence par an, et une édition ou contribution à ouvrage tous les cinq ans.

Nouvelles collaborations scientifiques

Les collaborations interdisciplinaires du département se sont encore enrichies durant ces deux années. La bioinformatique poursuit l'approfondissement de ses relations avec la biologie, avec en particulier le recrutement de deux informaticiens, chercheurs associés au LIRMM, comme CR CNRS et INRA dans des UMR de biologie et d'agronomie, ainsi qu'avec le pilotage de l'ACI « Informatique, Mathématique, Physique pour la Biologie » (IMPBio). Une collaboration a commencé avec la physique et le Groupe d'Astroparticules de Montpellier (GAM, UMR IN2P3/UM II) autour de la thématique de la grille (GRID) et en relation avec l'algorithmique dans les réseaux : deux MdC ont été recrutés au GAM sur ce projet, l'un en section 29 (2001), l'autre en 27 (2003, associé au LIRMM). La collaboration avec les mathématiques sur la cryptographie s'est étendue à la micro-électronique dans le cadre d'une ACI. Toujours sur la thématique des réseaux, le projet INRIA MAESTRO vient d'être lancé, avec Alain Jean-Marie, DR INRIA, dans le département informatique du LIRMM, les autres membres du projet étant à Sophia-Antipolis. De plus, plusieurs collaborations ont eu lieu, ou débutent, dans le cadre d'actions COLOR INRIA, autour de l'algorithmique des réseaux et du Web sémantique. Deux enseignants-chercheurs de didactique de l'UM II sont rentrés au département comme chercheurs associés, en relation avec le projet WEB. Outre les ACI Crypto, GRID et IMPBio déjà citées, ACI « Nouvelles interfaces des mathématiques », deux ACI Jeune chercheur (Mountaz Hascouet et Valérie Berthé) ont démarré durant ces deux années, ainsi que des participations aux ACI Sécurité et Masse de données.

Quelques faits marquants

Le département a organisé, à Montpellier ou dans la région, plusieurs événements scientifiques durant ces deux années, dont des conférences internationales (OOIS'02, CMMR'03), ou francophones/nationales (Algotel'02, LMO'02, Journées Montoises d'Informatique Théoriques 2002, EGC'02). En plus de ces organisations locales, les membres du département ont co-organisé, présidé ou co-présidé des conférences internationales (STACS'03, ITS'02 à Biarritz, Mathematics of Evolution and Phylogenetics à Paris, XSym'03 associé à VLDB à Berlin) ainsi que des workshops associés à des conférences internationales (OOIS'02, ECOOP'02). Au chapitre des récompenses, Jocelyne et Marc Nanard, alliés à Peter King, ont obtenu le prix Engelbart de l'ACM pour leur contribution à la conférence ACM Hypertext 2003.

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Relations avec l'industrie, contrats européens

Différents contrats industriels et européens se sont poursuivis ou terminés, ou ont commencé durant ces deux ans. Dans le cadre du 5ième PCRD, deux projets ont commencé : ORIEL et LeGE-WG et plusieurs soumissions ont été faites dans le cadre du 6ième PCRD.

Perspectives pour 2004-2007

Les quatre années qui viennent devraient être marquées par un effort de consolidation de la croissance passée et de la dernière restructuration. Mais cette consolidation devrait s'accompagner de la poursuite de la croissance des effectifs dans un contexte assez général de réformes, à tous les niveaux, dont les conséquences nous échappent un peu : LMD, rapport Belloc, etc.


Rappelons que la croissance du département a été motivée avant tout par des besoins en enseignement, la section CNU 27 étant très déficitaire à Montpellier. La réforme la plus significative est donc sans doute celle du LMD. L'Université a construit sa proposition qui comprend, pour ce qui concerne le département, une mention de Master intitulée Informatique, Mathématiques, Statistiques. Du point de vue des contenus, la réforme constitue surtout une mise à jour de l'actuel DEA d'Informatique. L'un des résultats positifs sera une plus grande interdisciplinarité, au gré du choix des étudiants. En revanche, l'effet de la réforme sur les flux d'étudiants peut être important tout en restant assez largement imprédictible, mais il est probable que les effectifs en Master Recherche (ex-DEA) devraient augmenter, de même que la charge d'encadrement et d'hébergement des stagiaires. Sur le plan des charges d'enseignement, il est aussi probable que les enseignants de section 27 seront plus mis à contribution dans les formations d'autres disciplines, où la part de l'informatique est actuellement quasiment inexistante. Au total, cette pression de l'enseignement ne peut que faire augmenter le besoin d'enseignants-chercheurs. Mais le LMD n'est pas la seule réforme à avoir une influence sur ces problèmes. L'application du fameux « rapport Belloc » pourrait redistribuer profondément les cartes, de même qu'un CAPES ou une agrégation d'informatique. Si une grande partie de ces éléments nous échappe, il en est au moins un qui dépend pour beaucoup du département. Les discussions en cours au LIRMM pour définir sa politique scientifique à moyen terme ont fait apparaître la possibilité d'effectuer des recrutements interdisciplinaires 27-61 ou 27-63. L'hypothèse est de recruter des enseignants-chercheurs en informatique pour renforcer des équipes de recherche de robotique ou de micro-électronique. La croissance des enseignants-chercheurs en section 27 pourrait donc être partiellement découplée de la croissance du département Informatique. Les enseignants-chercheurs ne sont qu'une partie, certes très majoritaire, des chercheurs du département. Si l'effectif global a doublé en 11 ans, celui des chercheurs CNRS ou INRIA a été multiplié par plus de 4, en partant il est vrai de très loin (2). Le département a montré, ces dernières années, qu'il était capable d'attirer de jeunes chercheurs talentueux (2 recrutements de CR CNRS non formés au LIRMM, une mutation), et d'en former pour un recrutement interne (1 CR CNRS, après quelques années de MdC à Bordeaux) ou externe (2 CR INRIA, 1 CR CNRS). Il n'y a pas de raison, au moins à notre niveau, que cette croissance s'arrête. Bien au contraire, l'installation progressive de l'INRIA à Montpellier ne peut que produire des opportunités, que le département a bien l'intention de saisir, voire de susciter.

Consolidation scientifique et structurale

Pour éviter la dispersion, la croissance des effectifs doit s'accompagner de recentrages thématiques ainsi que d'un approfondissement et d'un partage des compétences à l'intérieur des équipes. La restructuration du département en projets va dans ce sens, puisque ces projets déterminent les grands axes thématiques autour desquels le département veut orienter sa croissance à moyen terme.

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A court terme, la consolidation va donc passer par un approfondissement des relations scientifiques à l'intérieur des projets, en particulier pour ceux qui sont nés d'une recomposition importante des équipes. Parallèlement, le comité des projets doit s'installer, inventer son propre mode de fonctionnement et sa jurisprudence pour acquérir la légitimité nécessaire. Enfin, la consolidation doit aussi concerner l'insertion du département dans le laboratoire. Les collaborations entre l'informatique et les deux autres départements existent, mais elles restent encore trop peu nombreuses et le passé a montré qu'elles ne duraient pas beaucoup plus que le temps d'une thèse, alors même que toutes les parties étaient satisfaites des résultats. Les discussions récentes ont montré qu'il y avait plusieurs thématiques sur lesquelles de nouvelles collaborations étaient possibles. Il faut donc arriver à pérenniser les collaborations existantes et à en créer de nouvelles. Le département se place donc résolument dans une perspective de poursuite de la croissance et son objectif est de favoriser des recrutements futurs qui renforceraient, de façon non exclusive et non ordonnée, les projets existants, les collaborations à l'intérieur du laboratoire et à l'extérieur.

Prochains recrutements

A très court terme, trois recrutements en section 27 sont prévus à l'UM II pour la rentrée 2004 (1 Pr et 2 MdC). Pour ces trois postes, le comité des projets a décidé des profils suivants, exprimés en terme de projets :

• Pr : DOC, IDC, MAB (non ordonné)

• MdC : IHMH, TAL, VAG (ordonné)

• MdC : APR, VAG, TAL (ordonné)

Les profils restent assez larges pour assurer l'existence d'un nombre suffisant de candidats de qualité. Le recouvrement entre les deux profils de MdC doit permettre à la commission de spécialistes d'optimiser l'adéquation des profils d'enseignement et de recherche.

Evénements

Plusieurs colloques internationaux (STACS'04, ICGT'05) ou francophones/nationaux (ALCAA'04, BDA'04, CAP'04, Grammaires catégorielles, EIAH'05) vont être organisés à Montpellier par des membres du département dans les années qui viennent. D'autres événements plus lointains seront présidés par des membres du département : XSym'04 à Toronto, DIWEB à Riga en 2004.

Relations avec l'industrie, contrats européens

La collaboration entamée avec la Microélectronique dans le cadre de l'ACI Cryptographie a permis de mettre en place une convention de recherche avec STMicroelectronics et le Centre de Microélectronique de Provence, qui doit démarrer début 2004. Plusieurs soumissions ont été faites par des membres du département dans le cadre du 6ième PCRD. Certains projets doivent démarrer début 2004 (REX Kaleidoscope), d'autres sont en cours d'ultimes négociations (E-LEGI), en attente de réponse (SASH, en collaboration avec ROB), voire en cours de soumission (Assembling the Tree of Life et REX Phylonet, en Bioinformatique).

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Algorithmique et Performances des Réseaux (APR)

Chercheurs : E. Ahronovitz, O. Cogis, S. Durand, R. Giroudeau, A. Jean-Marie (responsable), J.-C. König, J. Palaysi. Doctorants : T. Alemu (Bourse affaires étrangères). Thèses soutenues : Y. Calas, A. Irlande, J. Palaysi. Chercheurs invités : K. Kanchanasut (AIT Bangkok, 1 mois), T. Tansupasiri (AIT Bangkok, 3 mois). Thématique de recherche : Conception, modélisation et évaluation des protocoles de réseaux. Algorithmes de routage, de distribution d'information, d'ordonnancement des calculs et des communications. Complexité algorithmique, NP-complétude et approximabilité. Qualité de service. Actions : organisation d'ALGOTEL'02 et ASIAN'02. Collaborations : LIRMM (projets VAG, MAB, ARITH, département ROB), INRIA (projets MASCOTTE, MAESTRO et TRIO), Université d’Evry. Animation nationale : GDR ARP : Groupes de travail Tarot, STRQDS (Systèmes Temps-Réel et Qualité de Service), GDR Ordonnancement, AS-STIC 79 « Recherche Opérationnelle », AS 80 « Systèmes Dynamiques et Modélisation en Algorithmique », AS 81 DYNAMO, AS 182 « Modèles Aléatoires et Calcul de Performances dans les Systémes Distribués », ACI-GRID (AS ANIM5).

Introduction - Contexte et Historique

Le projet APR (« Algorithmique et Performances des Réseaux ») s'est constitué au printemps 2003 à partir du groupe « Optimisation et modélisation des réseaux » (A. Jean-Marie et J.-C. König) grâce à l'arrivée de chercheurs confirmés (E. Ahronovitz et O. Cogis) et d'enseignants-chercheurs récemment recrutés (S. Durand, R. Giroudeau et J. Palaysi). Les chercheurs qui le composent ont pour spécialités réunies une large couverture de la Recherche Opérationnelle : algorithmique, théorie des graphes, théorie de l'ordonnancement, théorie des files d'attente. Le projet se consacre à la modélisation, l'analyse et l'optimisation du fonctionnement des réseaux de communication. Un exemple permettra de situer le genre de problèmes que nous cherchons à résoudre. Supposons que l'on veuille établir une communication audio et vidéo de groupe par l'intermédiaire de l'Internet. Comment choisir les chemins de données à utiliser afin d'optimiser l'utilisation des ressources ? Où placer les points de concentration et de diffusion du trafic ? Comment reconfigurer dynamiquement les chemins au gré des arrivées et des départs de participants ? Comment adapter le débit de transmission de chacun aux conditions fluctuantes du trafic dans l'Internet, afin de conserver un niveau de « qualité de service » ? La nouvelle composition du projet, qui réunit spécialistes de l'algorithmique, des graphes, des modèles stochastiques et de la pratique des réseaux, nous permet d'envisager une évolution de notre méthodologie : en complément à l’étude algorithmique dite du « pire cas », nous souhaitons développer une approche dynamique et en moyenne. Il nous semble également utile d'accroître la composante expérimentale de notre recherche (simulations, benchmarks , implémentation).

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Bilan 2002-2003

Le projet fonctionne dans sa nouvelle structure depuis quelques mois. Un groupe de travail destiné à faire émerger des sujets communs a été démarré. Les principaux résultats scientifiques obtenus dans le projet pendant la période 2002-2003 sont développés dans les paragraphes qui suivent.

Routage avec contraintes dans les réseaux Cette recherche, menée par J. Palaysi, J.-C. König et O. Cogis, s'articule autour de problèmes algorithmiques inspirés du fonctionnement des réseaux « tout-optique » qui utilisent la commutation de circuits et le multiplexage fréquentiel. Il s'agit d'étudier des problèmes de routage et d'affectation de fréquences visant à optimiser l'emploi des ressources de ces réseaux. Dans ce cadre, un certain nombre de résultats ont été obtenus :

• sur les problèmes de colorations sur listes : dans les graphes bipartis de degré borné [Bessy et al., RR, 2003] et, d'autre part, sur des relations reliant le degré, le nombre chromatique et la longueur des listes [Cogis et al., ASIAN'02] ;

• sur le problème de l'affectation de fréquences : NP-complétude et non-approximabilité à un facteur constant du problème restreint au tore et à la grille [Palaysi, Colloquium, 2002] ;

• sur le problème du routage « tout-optique » : résultats d'approximabilité (à un facteur constant) pour certaines classes de routage sur le tore et sur la grille (routages lignes-colonnes) [Palaysi, RR, 2002] ;

• sur le problème de minimisation de charge : NP-complétude même dans le cas restreint du routage ligne-colonne, et existence de bornes inférieures et de bornes supérieures de valeurs comparables pour l'approximabilité du problème [Palaysi, RR, 2002].

Codes correcteurs d'erreurs

L'utilisation de codes correcteurs d'erreurs (dits « FEC » : Forward Error Correction) est une technique prometteuse pour compenser les pertes de paquets dans l'Internet, tout en maintenant une bonne qualité de service temporelle. Y. Calas a mis au point un modèle de files d'attente et un système de métriques permettant d'apprécier le gain éventuel que cette technique apporte dans le cas d'un transfert de fichiers, ou d'une application de type « voix sur IP ». Les conclusions de cette analyse sont en particulier que :

• l'utilisation de FEC peut être avantageuse en présence de trafic irrégulier (en rafales), mais le taux de redondance à choisir dépend des conditions de trafic [Calas et al., RR 03003, 2003] ;

• pour la protection de flux audio, l'utilisation de redondance par codage de moindre qualité n'est susceptible d'améliorer la qualité de la transmission que quand les conditions de trafic sont très dégradées [Calas et al., RR 03007, 2003].

Ordonnancement

Ces travaux menés par R. Giroudeau, J.-C. König et des collaborateurs extérieurs étudient l'impact des délais de communication hiérarchique sur l'approximabilité des problèmes d'ordonnancement. Il s'agit d'une généralisation du modèle classique UET-UCT dans le but de modéliser les réseaux de grappes de stations. Dans notre modèle nous considérions deux niveaux de communication au lieu d'un seul : les communications intra-cluster et le les communications inter-clusters. Dans ce cadre, un certain nombre de résultats ont été obtenus sur le problème d'ordonnancement [Bampis et al , TCS, 2003] [Bampis et al., RAIRO-RO,2002] :

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• existence de bornes inférieures et de bornes supérieures de valeurs comparables pour l'approximabilité du problème ;

• généralisation de ces bornes en fonction du nombre de processeurs par cluster et des durées de communication ][Giroudeau, RR LIRMM 02-206,2002][Giroudeau et König, RR LIRMM 03-19,2003].

Participation à l'encadrement et à l'organisation de la recherche

• comités de programme des conférences ALGOTEL 2004, Renpar 02, Renpar 03, ASIAN 2002, Sigmetrics 2003, Sigmetrics 2004 ;

• comités de rédaction des revues TSI, Calculateurs Parallèles, Réseaux et Systèmes Répartis ;

• soutenance de trois thèses, encadrement de quatre stagiaires de DEA

• organisation d'ALGOTEL 2002 (Mèze) ;

• participation à une dizaine de jurys de thèse et de deux jurys de HDR.

Perspectives 2004-2007

Les axes de recherche envisagés dans un avenir proche sont brièvement décrits ci-dessous.

Axe 1 : communications de groupe

Le problème de l'arbre de Steiner est un modèle de base du problème de la réservation de ressource pour des communications de groupe dans les réseaux (discussions collectives, vidéoconférences ...). Il a été largement étudié dans les graphes non orientés. Cependant les liens dans les réseaux de communication sont souvent unidirectionnels et les modèles de réseaux réalistes sont alors des graphes orientés. Il devient donc intéressant de généraliser le problème de l'arbre de Steiner dans les graphes orientés : étant donnés un graphe orienté G et un sous ensemble S des sommets de G, trouver un sous-graphe de G fortement connexe, contenant S et minimisant le nombre d'arcs. Ce problème est connu pour être NP-difficile en général, et un algorithme |S|-approchant a déjà été proposé. Nous nous intéressons à plusieurs questions actuellement ouvertes sur ce problème, parmi lesquelles :

• dans le cas où le problème est restreint à des groupes de taille 2 ou 3, reste-t-il NP-difficile ?

• existe t-il des algorithmes d'approximation indépendants de la taille du groupe |S| ?

• que se passe-t-il si le graphe est symétrique ?

Nous avons développé des heuristiques permettant d'obtenir des garanties de performances sur plusieurs paramètres (QoS) et de gérer efficacement l'incrémentalité. La généralisation de ces résultats sera poursuivie (prise en compte des réseaux ad'hoc notamment). Nous étudierons aussi les problèmes de diffusion dans un réseau sans fils fixe. Des interférences sont alors possibles entre les émetteurs. Dans ce contexte, nous cherchons à minimiser la profondeur de l'arbre de diffusion (rapidité de la diffusion) ainsi que le nombre de noeuds (énergie consommée). Les approches mises en oeuvre et les résultats attendus sont de même nature que pour les problèmes précédents : approximabilité, étude de cas particuliers.

Axe 2 : problèmes d'ordonnancement

Cet axe s'inscrit dans le cadre des actions autour du « Grid ». Il s'agit d'étudier les problèmes d'ordonnancement prenant en compte l'hétérogénéité des ressources (processeurs, liaisons réseau) dans le cadre de parallélisation d'applications scientifiques, notamment issues de la physique et de la chimie. Est également à prendre en compte l'organisation hiérarchique du Grid (réseaux de stations

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de travail, ...). Nous cherchons à déterminer des seuils d'approximation pour les algorithmes approchés et à développer des algorithmes polynomiaux efficaces avec une performance relative non triviale en utilisant les outils classiques en recherche opérationnelle (relaxation de programmes linéaires en nombres entiers, programmation linéaire, programmation dynamique, ...).

Axe 3 : protocoles de réseaux et qualité de service

La gestion de la qualité de service dans les réseaux au niveau transport nécessite la définition de nouveaux mécanismes de traitement des paquets. Cet axe de recherche étudiera comment obtenir des garanties de performances dans les réseaux utilisant des méthodes issues du « Network Calculus » et de l'analyse des systèmes temps-réel distribués. Un autre aspect du problème est la détermination « en ligne » de bons paramètres de fonctionnement. Les méthodes utilisées pour cela sont issues de la théorie des files d'attente et des principes du contrôle adaptatif.

Application à ordonnancer

File d’attente

Machine multi-processeurs Topologie de réseau

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Arithmétique Informatique (ARITH)

Chercheurs : J.-C. Bajard, V. Berthé (responsable), O. Bodini, C. Fiorio, L. Imbert, F. Philippe. Doctorants : D. Jamet (LIRMM), T. Plantard (LIRMM), C. Nègre (I3M+LIRMM) ; doctorants extérieurs : J. Bernat (IML) (V. Berthé, co-encadrement avec P. Arnoux), José Rodriguez (LIRMM) (C. Fiorio, co-encadrement avec William Puech), Benoit de Mezzo (CEMAGREF) (C. Fiorio, co-encadrement avec G. Rabatel). Thématique de recherche : Arithmétique, systèmes de représentation, algorithmes pour silicium, cryptographie, partitions de nombres, algorithmes combinatoires, pavages, géométrie discrète, systèmes de numération. Actions : ACI « JEUNES CHERCHEURS » 2002, ACI Crypto 2002-2004, ACI Sécurité Informatique, organisation (ARITH 16'03, Journées Montoises'02), comités de programme (DMTCS'03, DGCI'03), édition de numéros spéciaux (Theoretical Computer Science, IEEE Transactions on Computers, Bulletin of the Belgian Math. Society). Collaborations : Institut de Mathématiques et Modélisation de Montpellier (I3M), Institut de Mathématiques de Luminy (IML), LIP, Centre d’Electronique et de Micro-opto-électronique de Montpellier (CEM2), projet CODE, Inria Rocquencourt, Société TEEPY (location de logiciels sur le net, soutien du LRI (Languedoc Recherche Incubation) et ANVAR, CMP (Centre de Microélectronique de Provence) et STmicroelectronics à Rousset, CEMAGREF de Montpellier (Institut de recherche pour l'agriculture et l'environnement), Hôpital Lapeyronie, Service d'Imagerie Nucléaire, Docteur Marianno-Goulard. Animation nationale : GDR Alp, AS CNRS/STIC « Systèmes dynamiques et modélisation en algorithmique », AS CNRS/STIC « Arithmétique des ordinateurs », projet MathSTIC « Beta-numération, substitutions, pavages et quasi-cristaux » (2002).

Contexte et historique

Ce projet s'est constitué autour d'un noyau de membres du groupe « Nombres, images et mots » (anciennement département IFA, LIRMM) : J.-C. Bajard, L. Imbert C. Fiorio, F. Philippe, noyau auquel se sont adjoints comme nouveaux arrivants : V. Berthé (mutation CNRS, septembre 2002) et O. Bodini (recrutement maître de conférences, février 2003). L'objectif de ce projet est de développer un pôle d'arithmétique informatique et de combinatoire en s'appuyant sur des thématiques déjà représentées au LIRMM, comme par exemple l'arithmétique des ordinateurs, la numération, l'infographie, etc., en privilégiant l'introduction d'outils mathématiques (corps finis et courbes elliptiques, approximation diophantienne, bases de Gröbner, etc.). Les thèmes d'étude centraux en sont :

• approche arithmétique des systèmes de représentation, systèmes modulaires, systèmes redondants, corps finis, opérateurs pour la cryptographie,

• partitions de nombres (partitions colorées, applications aux partitions d'entiers vectorielles ou multidimensionnelles, applications aux statistiques quantiques), beta-numération, fractions continues généralisées, application à l'approximation diophantienne et à la discrépance ;

• approche combinatoire de la segmentation, géométrie discrète, topologie des images, pavages, polyominos, cartes combinatoires, applications à la géométrie et à la tomographie discrètes.

Le projet ARITH s'articule autour de la notion de représentation, problématique que nous développons selon trois thèmes centraux qui fédèrent notre activité de recherche : cryptographie, pavages et numération. Nous considérons ainsi, entre autres exemples, les représentations en machine, les représentations des nombres (entiers, réels, complexes, p-adiques) dans des systèmes de numération positionnels, les représentations par partitions de nombres, les représentations géométriques des pavages, les représentations symboliques de systèmes dynamiques géométriques

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par codage, etc. En particulier, le but que nous nous sommes fixé au sein du projet dans le cadre de la cryptographie est d'offrir aux cryptographes des opérateurs efficaces en temps et en espace. Pour ceci nous associons dans notre démarche représentation et algorithme. En effet, chaque représentation possède des caractéristiques qui modifient sensiblement la complexité de certaines opérations et donc le comportement d'un algorithme. Nous nous intéressons ainsi principalement aux éléments d'ensembles mathématiques possédant des lois de compositions. Nous but est alors de trouver des représentations permettant de développer des algorithmes efficaces pour ces opérations. Les représentations des nombres les plus naturelles sont données par les systèmes de numération positionnels en base entière. Les numérations non classiques généralisent ces systèmes. On peut en particulier représenter les nombres réels sous la forme d’une somme de puissances de beta, où les chiffres sont pris dans un ensemble I donné et beta est un réel plus grand que 1 (ces modes de représentation sont désignés sous le terme de beta-numération). Suivant le choix de l'ensemble I, les réels peuvent être, ou non, uniquement représentés. Certaines représentations, dites redondantes, permettent de faire des additions sans propagation de retenue. Une addition parallèle peut ainsi être faite en temps constant, et une addition série peut être faite chiffres de poids fort en tête (calcul « on-line »). Ces représentations s'étendent facilement à la représentation d'entiers ou de complexes. Ce dernier type de représentation peut être étendu au calcul sur les corps finis. Les nombres sont représentés en général par des suites de symboles pris dans un ensemble fini, un alphabet de chiffres. Traditionnellement, les nombres réels sont des suites infinies, et les nombres entiers des suites finies sur cet alphabet. Il est donc naturel de traiter les nombres avec les outils de la combinatoire des mots et de la dynamique symbolique (notions d'entropie, de répartition des chiffres dans un développement ...). Il existe d'autre part des systèmes où les chiffres n'ont plus une position précise. Les systèmes modulaires de représentation des nombres (Residue Number Systems) en sont un exemple. Ces systèmes sont basés sur le théorème des restes chinois ; les nombres sont représentés par leurs restes modulo un ensemble de valeurs premières entre elles. L'addition et la multiplication (sous certaines conditions) se font indépendamment sur chaque modulo, ce qui permet d'envisager des implantations complètement parallèles. Ces représentations peuvent se révéler intéressantes pour certaines applications en cryptographie. Ce dernier type de représentation peut être étendu au calcul sur les corps finis. L'efficacité des calcul modulaires et des calculs sur les corps finis et les courbes elliptiques est d'une importance capitale pour les implantations de protocoles cryptographiques. Ces calculs offrent de nombreuses possibilités qui ne sont pas, ni très peu, exploitées par les opérateurs ou logiciels actuels. La plupart utilisent des arithmétiques (systèmes de représentation des nombres et algorithmes associés) très classiques -les nombres sont représentés en base 2k et les corps finis sont de caractéristique 2- qui ne sont pas forcément les mieux adaptés, ni au type de calcul, ni aux objets mathématiques manipulés. Par exemple, des systèmes comme les systèmes modulaires de représentation des nombres (Residue Number Systems) offrent des caractéristiques de parallélisation très intéressantes qui peuvent être exploitées pour la conception de circuits dédiés à la cryptographie. Les travaux menés au sein de ce projet trouvent naturellement de nombreux domaines d'applications : cryptographie, sécurité, tomographie discrète, physique (physique combinatoire, physique statistique, quasi-cristaux), mathématique (approximation diophantienne, dynamique symbolique, théorie ergodique), etc.

Bilan 2002-2003

Cryptographie

Notre collaboration autour de la cryptographie avec des mathématiciens de l'Institut de Mathématiques et Modélisation de Montpellier (I3M) - UMR C.N.R.S. 5149 (anciennement GTA), a débuté en janvier 2001 par un groupe de travail hebdomadaire à l'initiative de Philippe Elbaz-Vincent dans les locaux du laboratoire de mathématiques. Après cette année de dégrossissement nous avons monté un projet « opérateurs arithmétiques pour la cryptographie » regroupant informaticiens, mathématiciens et microélectroniciens. Le groupe de travail s'est transformé en séminaire hebdomadaire, baptisé A2C2 (Arithmétique, Algorithme, Chipset, Cryptographie) localisé au LIRMM. Nous avons par la suite candidaté pour une ACI cryptographie, en collaboration avec des chercheurs du LIP ENS-Lyon (CNRS et INRIA). Jean-Claude Bajard est le porteur et le responsable de ce projet accepté en 2002.

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Nous avons cherché parmi les représentations possibles pour des éléments de corps finis, laquelle se prêtait le mieux aux opérations utilisées. Nous avons proposé à la conférence IndoCrypt 2002 une représentation des éléments de corps finis du type GF (pk) avec p > 2k, inspirée des interpolations de Lagrange. Nous offrons ainsi des opérateurs se réduisant à des produits par des constantes ce qui réduit la complexité en terme de flot de données et aussi en temps de calcul. Ce premier résultat a été affiné en particulier au niveau des cellules opératoires et du choix des points liés à cette représentation. Ce travail est publié dans les actes de la conférence ARITH16 en 2003. La multiplication modulaire est un élément de base de nombreux algorithmes aussi bien au niveau grands nombres que nombres de taille « machine ». Nous proposons un algorithme de produit modulaire dont les performances suivant les classes de moduli sont très prometteuses. Ce travail a été présenté lors de la conférence annuelle sur les circuits arithmétiques d'Asilomar en 2003. Enfin, nous avons repris des travaux de 1999 sur le produit modulaire de grands nombres dans des systèmes modulaires de représentations des nombres (Residue Number Systems RNS). En effet, ces représentations permettent de distribuer des calculs sur de grands nombres sur des opérateurs de petite taille en considérant les restes modulaires de ces grandes valeurs. Ces systèmes sont basés sur le théorème des restes chinois. Nous avons proposé dans un premier temps une implantation purement RNS du protocole cryptographique RSA dans un article accepté dans la revue IEEE transactions on Computers (parution en 2004). Puis, dans le cadre d'une collaboration que nous avons avec la société ST-Microelectronics de Rousset, nous avons mis au point une arithmétique basée sur le RNS résistant aux attaques de types « Side Channel ». Notre collaboration avec les chercheurs du LIP a donné lieu à des études pour des implantations sur FPGA de nos travaux. Une étude comparative a été exposée lors de la conférence SPIE en 2003. Une implantation de nos travaux est en cours. Ces premiers résultats encourageant nous ont permis d'élargir nos investigations aux protocoles cryptographiques basés sur les codes. Nous participons ainsi depuis 2003, à une ACI Sécurité sur ce sujet en collaboration avec le LIP ENS-Lyon et le projet CODE de l'INRIA de Rocquencourt. Un autre champ d'investigation concerne le traitement du signal. Il s'agit ici de coder des valeurs transcendantes, constantes que l'on trouve dans des produits matriciels liés à certaines transformations, de façon à minimiser les calculs et les erreurs. De nombreux travaux ont déjà été faits dans ce domaine utilisant des systèmes modulaires et des polynômes sur des corps finis. Mais d'autres systèmes de représentations, dont les doubles bases, peuvent être plus efficaces suivant le type d'architectures utilisées. Ces travaux se font actuellement en collaboration avec Vassil Dimitrov et Graham Jullien (Université de Calgary, Canada).

Pavages

Les problèmes de pavage font partie des problèmes combinatoires de bases, parfois relégués au rang de casse-tête ludiques. Ils peuvent néanmoins être considérés comme des objets d'études scientifiques à part entière, riches de sens, au confluent de plusieurs théories informatiques et mathématiques (combinatoire des mots, indécidabilité, NP-complétude, théorie des couplages dans les graphes et les hypergraphes, mais aussi représentation des groupes, géométrique algébrique effective, topologie algébrique, ...).

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J. Conway et J.C. Lagarias, puis W. Thurston ont introduit dans les annés 90 de nouvelles et prometteuses techniques montrant comment certains problèmes de pavages peuvent être résolus en utilisant des plongements de groupe de présentation sur des surfaces. Notre objectif dorénavant est de mettre à profit ces techniques récentes et de poser les premières pierres d'une théorie algébrique des pavages, en exhibant un cadre d'application non négligeable, aussi bien pour des problèmes de pavages dans le plan que dans l'espace. Parallèlement, nous prolongeons ces approches algébriques au cas des Z-pavage grâce à l'utilisation des Z-bases (généralisation des bases de Gröbner), ce qui permet par là même de jeter un pont (en plein développement) entre géométrie effective et représentation des groupes. D'autres résultats récents, comme des travaux de M. Nivat sur les suites k-homogènes, tendent à montrer les liens étroits qui existent entre pavages et complexités des suites multidimensionnelles. Ces travaux ont donné lieu aux publications suivantes d'O. Bodini : [Generalized tilings with height functions, Morfismos, Tilings on the butterfly lattice, Proceedings of Eurocomb'O3, Tilings with trichromatic edge-colored triangles, Theoret. Comput. Sci., Tiling a rectangle with polyominoes, Proceedings of DMCS'03].

Numération

Il existe d'importantes relations entre les représentations géométriques par pavages auto-similaires de certains systèmes dynamiques, à savoir les systèmes dynamiques substitutifs, et la beta-numération. Une substitution est un morphisme de monoïde libre qui agit sur les mots en remplaçant les lettres par des mots. On peut associer aux substitutions de type Pisot des compacts à bord fractal (fractals de Rauzy) qui pavent l'espace périodiquement ou de façon auto-similaire. V. Berthé étudie ces pavages qui fournissent des modèles de quasi-cristaux, c'est-à-dire d'ensemble de points non périodiques mais néanmoins munis d'une structure fortement ordonnée. Ces travaux ont donné lieu aux publications suivantes : [V. Berthé, R. Tijdeman, Balance properties of multi-dimensional words, Theoret. Comput. Sci., P. Arnoux, V. Berthé, S. Ito, Discrete planes, Z2-actions, Jacobi-Perron algorithm and substitutions, Ann. Inst. Fourier (Grenoble), P. Arnoux, V. Berthé, A. Siegel, Two-dimensional iterated morphisms and discrete planes, Theoret. Comput. Sci., V. Berthé, R. Tijdeman, Lattices and multidimensional words, Theoret. Comput. Sci.].

Applications à la physique

La condensation de Bose-Einstein, puis les nanotechnologies ont donné un nouvel essor à la physique combinatoire. Motivés par l'intérêt croissant en statistique quantique pour les ensembles canoniques et microcanoniques, F. Philippe a entrepris, en collaboration avec le CEM2, de développer la théorie des partitions de réels (l'énergie d'un système) par un nombre fini (nombre de particules) de réels (niveaux d'énergie) colorés (dégénérescence) pris dans un ensemble discret. Il étudie également l'extension de ce travail à des systèmes avec interactions (autres que faibles) entre particules. Il a par ailleurs en vue une correspondance entre partitions planes et partitions d'entiers colorés, différente de celle de Schensted-Knuth, dont l'étude (et celle de ses applications) est un objectif important à court et moyen terme. Ces travaux ont donné lieu aux publications suivantes : [Philippe, F. (2002). « Tools for Decision Making under Imprecise Risk », Statistical Papers, Arnaud, J., L. Chusseau, et F. Philippe (2002). « Carnot cycle for an oscillator », European Journal of Physics, Chusseau L., J. Arnaud, et F. Philippe (2002). « Two-level laser light statistics », Optics Communications, Chusseau L., J. Arnaud, and F. Philippe (2002). « Rate-equation approach to atomic-laser light statistics », Physical Review A, Chusseau L., J. Arnaud, et F. Philippe (2003). « Rate-equation approach to laser light statistics », Optics and Spectroscopy, Melançon, G. et F. Philippe (2003). « Generating simply connected acyclic graphs uniformly at random », Information Processing Letters].

Actions et collaborations

Nos collaborations nationales académiques s'organisent autour de l'animation de divers groupes travail, journées, ateliers. En particulier, nous animons en collaboration avec certains chercheurs de

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l'équipe DAC de l'IML un groupe de travail (Pytheas Fogg) ayant lieu alternativement au LIRMM ou à l'IML à fréquence mensuelle. Ce groupe a pour vocation à préparer le second tome de l'ouvrage collectif [N. Pytheas Fogg, Substitutions in Dynamics, Arithmetics and Combinatorics, édité par V. Berthé, S. Ferenczi, C. Mauduit et A. Siegel, Lecture Notes in Mathematics, Springer-Verlag 1794 (2002) ]. Cette collaboration avec l'IML est renforcée par le fait qu'une ACI Jeunes Chercheurs 2002 (« Combinatoire des mots multi-dimensionnels, pavages et numération », portée par V. Berthé) regroupe des chercheurs des deux laboratoires (IML et LIRMM). Nous avons également organisé plusieurs ateliers autour de cette thématique (« Substitutions généralisées, pavages et numération », '02,'03,'04, « Groupe d'étude sur la numération »,'03). Nous organisons un groupe de travail hebdomadaire au sein du projet. Enfin, nous participons à l'animation du groupe de travail AlBiCo (Algorithmes, Bioinformatique, Combinatoire) transversal à plusieurs projets du département (VAG, MAB, APR), et à fréquence mensuelle. Sur le plan international, nous maintenons de fortes relations avec le laboratoire ATIPS de Calgary au Canada où l'un de nos chercheurs (Laurent Imbert) est invité pour une année. De plus, nous avons invité de nombreux chercheurs (entre autres dans le cadre de l'ACI Jeunes Chercheurs) pour des séjours courts ou longs dans la période 2002-2003 : S. Akiyama (Univ. Niigata, JA), J.-P. Allouche (LRI), P. Arnoux (IML), S. Brlek (UQAM, CA), J. Cassaigne (IML), V. Dimitrov (Calgary,CA), E. Harriss (Imperial College, RU), G. Jullien (Calgary, CA), E. Karasuba (Ac. Sci. Moscou, RU), H. Rao (Univ. Wuhan, CH), M. Rigo (Univ. Liège, BE), A. Siegel (IRISA), J. Thuswaldner (Univ. Leoben, AUT), L. Vuillon (Liafa). Nos autres collaborations sont nombreuses : organisations de conférences, numéros spéciaux de revues, directions de thèses... Enfin, nous collaborons, depuis fin 2002 avec TEEPY, une petite société régionale de location de logiciels sur le net : nous travaillons sur les aspects sécurité de leur système de porte-monnaie électronique. Cette action est soutenue par le LRI (Languedoc-Roussillon Incubation) et l'ANVAR.

Perspectives

Nous pensons accentuer notre orientation vers la cryptographie. En effet, les recherches actuelles en cryptographie sont principalement mathématiques : elles se concentrent sur les ensembles possédant des lois de groupe sur lesquels le logarithme discret ou la factorisation sont un problème difficile. Or, des objets comme les numérations ou certaines transformations de la géométrie discrète (rotations discrètes ou substitutions généralisées agissant sur des surfaces discrètes) offrent des propriétés propices à ce type d'exploitation. Une loi de groupe peut être associée à certaines numérations, dans le cas où elles modélisent des quasi-cristaux ; il apparaît ainsi intéressant d'étudier la complexité du logarithme discret sur cet ensemble, et d'identifier les beta-numérations sur lesquelles la loi de groupe a une complexité acceptable pour concurrencer les systèmes cryptographiques actuels. Nous trouvons en géométrie discrète un problème similaire avec les transformations discrètes munies d'une loi de composition où la factorisation est un problème difficile. Nous souhaitons à ce propos poursuivre l'approche algébrique des structures discrètes que nous considérons (pavages par polyominos, plans et surfaces discrètes, reconnaissance de formes). L'utilisation de systèmes de représentations mixtes faisant intervenir plusieurs bases de numération entières conduit naturellement à des problèmes d'approximation diophantienne. Le problème de l'approximation simultanée de deux (ou plus) irrationnels par des rationnels de même dénominateur est difficile et n'a pas de solution optimale ; l'approche substitutive consiste alors à se laisser guider par la dynamique symbolique d'un système bien choisi, l'exemple de référence étant la très belle interaction entre arithmétique, théorie ergodique et combinatoire des mots que permet l'algorithme classique des fractions continues : il relie les propriétés arithmétiques d'un irrationnel à l'étude des propriétés ergodiques d'une rotation du cercle, et de la dynamique symbolique d'une classe de suites sur deux lettres, les suites sturmiennes. On peut étendre cette interaction dans le cas de deux nombres et en introduisant des suites sturmiennes multidimensionnelles associées à la discrétisation de plans discrets. Nous souhaitons poursuivre ainsi l'étude de la combinatoire des mots de systèmes dynamiques multidimensionnels engendrés par substitutions, en relation avec l'infographie

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combinatoire et la géométrie discrète afin d'en déduire des résultats d'approximation diophantienne et de discrépance pour des translations sur des groupes compacts (tores ou groupes p-adiques). D'autre part nous pensons continuer nos travaux sur les opérateurs arithmétiques sur les corps finis. Notre but est d'allier performances et robustesse aux attaques du type écoute de canaux dont sont sujets ces opérateurs. L'idée est d'obtenir des représentations et des algorithmes associés qui offrent à l'écoute un bruit aléatoire (bruit blanc). Dans ce cadre nous désirons, pour les protocoles basés sur les courbes elliptiques et hyperelliptiques, dégager des représentations mieux adaptées que celles actuelles données en fonction de coordonnées sur un corps finis. En effet, les représentations utilisées sont inutilement redondantes, pour résumer nous utilisons deux fois trop d'informations, or ceci n'est pas sans conséquences sur les algorithmes de calcul qui prennent en charge la totalité de l'information. Des premiers travaux faits par P. Montgomery vont un peu dans ce sens, et laissent penser que cette voie doit être explorée. Enfin, nous nous intéressons depuis fin 2003, dans la cadre d'un collaboration avec William Puech (Robotique) à la cryptographie liée aux images : stéganographie, authentification, intégrité, signature.... Une thèse co-encadrée par Christophe Fiorio et William Puech vient de débuter. De plus une collaboration avec une petite entreprise régionale E-DESK dirigée par J.-P. Thery vient d'être mise en place, soutenue par le LRI (Languedoc-Roussillon Incubation). Par ailleurs notre collaboration avec l'entreprise TEEPY continue et nous oriente maintenant vers des aspects sécurité système fort intéressants. L'entreprise NETHEOS vient de nous (Philippe Elbaz-Vincent et Jean-Claude Bajard) contacter pour travailler sur des points de cryptographie liés à un produit de certification qu'il propose sur le marché. Les problèmes soulevés ouvrent sur des aspects de la cryptographie peu étudiés ; cette nouvelle collaboration est très prometteuse.

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Données Objets Connaissances (D’OC)

Chercheurs : Y. Ahronovitz, J.-P. Aubert, C. Boksenbaum, M. Chein, C. Dony, R. Ducournau, M. Huchard (responsable), Ph. Jauffret, C. Laurenço, M. Leclère, T. Libourel (co-responsable), I. Mougenot, M.-L. Mugnier, Ph. Reitz, Ph. Vismara, Doctorants : J. Barde, L. Fabresse, P. Larmande, A. Miralles, R. Passama (ROB), J. Privat, C. Roume, S. Schoffit, F. Souchon. Thèses soutenues : G. Ardourel, S. Berasaluce (ED Chimie Nancy), Y. Tognetti. HDR soutenues : M. Huchard, T. Libourel, M.-L. Mugnier. Thématique de recherche : Composants et objets, Modélisation et conception de systèmes complexes, Représentation des connaissances (graphes conceptuels, logique) Actions : organisation (conférence LMO'02, workshops WEAR’03, MASPEGHI’02, MASPEGHI’03, Exception Handling in Object Oriented Systems), projet RNTL MACAO, projet OPALES (INA), projet SYSCOLAG, projet ENCORE, Projet PPF « Infrastructures pour la biologie », projet européen ORIEL. Collaborations académiques : CIRAD TERA et UMR System, CEMAGREF UMR 3S, ENSCM HMM/LSIC UMR 5076 , IRD Projet ROSELT/OSS, UQAM et UDM Canada, I3S Nice, LIP6 Paris, LORIA INRIA Lorraine Nancy, LGI2P-EMA Nimes, Département ROB du LIRMM, Faculté universitaire de Namur, INRIA Rhône-Alpes, LERIA. Collaborations industrielles : France Télécom R&D, INA, SANOFI Animation nationale : GDR ALP et I3, Action IMPG, ACI GRID projet Padoue, AS STIC « Médiation via les méta-données », programme Société de l’Information Action « Infrastructures pour l'information géographique » Logiciels : Agathe, Cogitant, Galicia, Resyn-Assistant.


Ce projet repose sur la collaboration de trois domaines de recherche : génie logiciel (composants et objets), représentation des connaissances et raisonnements, systèmes d'information, orientée vers la modélisation de systèmes complexes dans divers domaines applicatifs (chimie, sciences du vivant, sciences de l'environnement, robotique).

Il regroupe les membres des anciennes équipes « Représentation des connaissances et raisonnements avec des graphes » et « Représentation par objets » du département IFA, « Objets pour les composants logiciels et les bases de données » du département ARC, le projet inter-départements « Informatique et chimie », ainsi que quelques enseignants-chercheurs travaillant sur des domaines connexes.

Nous détaillons ci-dessous les différentes problématiques qui nous rapprochent au travers des aspects tant théoriques qu’applicatifs.

Modèles et langages

Un premier objectif consiste à contribuer à l'extension ou à l'évolution des modèles et langages.

• Composants et objets (compilation et implémentation des objets, réflexivité et protocoles méta-objets, spécification et analyse des langages)

• Conception et spécification avec les langages UML, XML, OCL, B, déclaratifs (extension, définition, utilisation)

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• Représentation de connaissances avec des graphes conceptuels, OIL, KIF, RDF & OWL (extension, définition, utilisation en particulier pour la représentation d'expertise de domaine, ontologies, méta-données)

Méthodologie pour les systèmes d'information

Les systèmes d'information complexes nécessitent une méthodologie de mise en œuvre. Les problèmes peuvent être appréhendés à partir de divers paradigmes (objets, modèles discrets, etc.). Les architectures, notamment dans le cadre d'Internet, doivent de même être pensées en terme de distribution et de localisation de l'information. La méta-modélisation (MOF - Méta-Object Facility), les approches basées sur les points de vue et les transformations de modèles (MDA - Model Driven Architecture), ainsi que l’intégration des techniques d’Intelligence Artificielle (ontologie, représentation des connaissances) font partie intégrante de notre démarche.

Outils mathématiques

La plupart des notions mathématiques que nous utilisons concernent les mathématiques discrètes et la logique. Il s’agit, en particulier, des treillis de Galois, des algèbres spatio-temporelles (Allen, RCC, ...), et des automates cellulaires. Au niveau théorique, nous nous intéressons à la définition de sémantiques (opérationnelles, ensemblistes, logiques) associées aux formalismes, à l'étude des propriétés structurelles des objets mathématiques, à l'étude de la complexité des problèmes associés et à la conception d'algorithmes efficaces (en complexité théorique ou « en pratique ») pour la construction, le maintien et l'appariement de certaines des structures étudiées.

Outils logiciels

Nous cherchons à proposer des techniques d'aide à la conception dans le cadre d'ateliers de génie logiciel, ainsi que des techniques d’aide à la recherche d'informations au sein d'architectures de médiation. Dans ce contexte, recherche et localisation de ressources sont basées sur l’utilisation de divers concepts comme ceux de méta-données et d’ontologies et sont instrumentées via des systèmes de gestion de bases de données et des outils logiciels de représentation de connaissances à base de graphes conceptuels.

Applications

Les domaines d'application, déjà privilégiés dans le passé par les membres du groupe, relèvent essentiellement de collaborations établies intra et extra muros comme la robotique (département ROB), ainsi que l'information agronomique (CIRAD), biologique (IFR 56) , chimique (ENSCM) et géographique (CIRAD, CEMAGREF, IRD).

Bilan 2002-2003

Nous présentons le bilan selon trois grands thèmes principaux transversaux aux équipes précédentes : Composants et objets, Modélisation de systèmes complexes, Représentation de connaissances.

Composants et Objets

Modèles et langages de composants

Les modèles et langages de composants sont des extensions naturelles des modèles et langages à objets. Un des premiers livres sérieux faisant une synthèse sur le sujet s'intitule « Component Software. Beyond Object-Oriented programming ». Nous sommes insensiblement passés des recherches sur les objets classiques (Smalltalk, Java) à celles sur les composants en travaillant à large échelle sur la réutilisation, le découplage et la modularité. Les ambitions, en terme de génie

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logiciel sont de plus en plus larges, on souhaite aujourd'hui réaliser des applications en assemblant de façon non anticipée des composants disponibles sur « étagère » ou catalogue. On souhaite de plus le faire soit dans des contextes spécialisés difficiles, nous allons y revenir avec les projets de composants métiers, soit dans le contexte général également difficile d'applications interactives, distribuées sur un réseau non figé, concurrentes et éventuellement mobiles. Nos travaux dans ce contexte ces deux dernières années ont porté, d'une part sur la modélisation à base de composants dans le contexte de la robotique mobile et de la génération d'interface et, d'autre part, sur tous les problèmes de fiabilité et de tolérance aux pannes dans les architectures logicielles à base de composants. Ils peuvent être présentés au travers de trois projets et trois encadrements.

Le projet le plus ancien est une collaboration entre C. Dony, C. Urtado et S. Vauttier du laboratoire LGI2P de l'Ecole des Mines d'Alès avec lequel nous travaillons en étroite collaboration. Il correspond à la thèse de F. Souchon, actuellement en dernière année, qui porte sur la problématique de la tolérance aux pannes dans les applications à base de composants distribués, concurrents ou mobiles. Nous travaillons sur la tolérance aux pannes et la gestion des exceptions en génie logiciel à objets depuis 20 ans et c'est un domaine dans lequel nous sommes reconnus internationalement. La tolérance aux pannes a toujours ennuyé tous les architectes logiciels car elle complique énormément les programmes (ne parlons pas de leurs preuves) mais est de plus en plus importante car nos sociétés ne supportent plus que certains systèmes informatiques (économie, santé, transports, ...) cessent de fonctionner de façon imprévue. La gestion des exceptions dans les langages de programmation et à objets a été largement étudiée. Un standard, qui laisse d'ailleurs beaucoup de propositions intéressantes dans l'ombre, a émergé (C++, Java). Elle pose aujourd'hui un ensemble de nouvelles questions liées (1) aux besoins des applications : concurrence, distribution, adaptabilité, interopérabilité, (2) à l'évolution des techniques de développement : méta-modélisation, réutilisation, utilisation de composants, nouveaux modèles d'assemblage et de communication. Nous avons organisé deux workshops en 2000 et 2003 [Romanovsky et al., Workshop Exc., 2003], [Romanovsky et al. ECOOP’03 workshop Reader, 2003]. Ils ont eu pour but de répertorier les problèmes et les nouvelles solutions traitant de façon globale de la réalisation de composants fiables et résistans aux erreurs. Nos travaux ont porté sur la prise en compte de la communication par messages et de l'asynchronisme et ont abouti à une spécification de système de gestion des exceptions entièrement nouvelle qui a été validée par deux implantations. Une première dans la plate-forme de programmation multi-agent Madkit (collaboration avec Jacques Ferber et l'équipe KAYOU) [Souchon et al., Selmas, 2003] et [Souchon et al., LNCS, 2003] et une très récente dans la plateforme J2EE Jonas où nous traitons le cas des composants asynchrones MDB [Souchon et al., Workshop Exc, 2003] (une autre soumission est en cours). Le second projet est mené avec C. Dony, T. Libourel et en collaboration avec D. Andreu, du département Robotique du LIRMM. Il porte sur la réalisation d'une chaîne de développement de programmes embarqués au sein de robots, depuis la spécification jusqu'au déploiement. L’originalité est de penser la réalisation en termes de réutilisation. Pour cela, les maillons de la chaîne seront vus comme des composants réutilisables, assemblables et reconfigurables dynamiquement en fonction des conditions de fonctionnement. Il correspond à la thèse de R. Passama, actuellement en seconde année. Un temps très important a été consacré à la gestion de la pluri-disciplinarité, à l'établissement d'un glossaire commun et à la mise en place d'une première spécification de modèle de composants [Passama et al., CESA, 2003] que nous sommes maintenant en train de raffiner et d'implanter.

Le dernier projet qui a débuté cette année est une collaboration entre C. Dony et M. Huchard dans le cadre du doctorat de L. Fabresse (en première année). Elle porte sur une étude plus générale sur les modèles et les langages de composants assemblables qui sont beaucoup moins bien connus, compris et développés que les composants transactionnels distribués que sont les EJB ou les composants CORBA ou DCOM. Cette étude entre également dans le cadre d'une collaboration avec la société régionale Gatonero qui développe des générateurs de programmes d'interfaçage complets à base de composants.

Construction et évaluation de hiérarchies de classes

Ce thème, initié en 1994 au LIRMM par H. Dicky, C. Dony, M. Huchard et T. Libourel, s'effectue dans le cadre de diverses collaborations. Avec M. Dao et ses collaborateurs (France Télécom R&D), les relations, entamées en 97-00 par le biais d’un premier contrat, se sont poursuivies au travers du projet MACAO, projet RNTL qui a également impliqué SOFTEAM, éditeur de l'atelier Objecteering (2001-

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2003). Ce projet a permis de financer la thèse de C. Roume et une année de thèse d'A. Kiss (doctorant projet KAYOU). Dans les années 2002-2003, nous avons obtenu les résultats suivants.

Métriques. Nous avons approfondi la suite de métriques permettant de mesurer le niveau et la cohérence de la factorisation et de la généralisation dans un modèle ou un programme objet. Ces métriques évaluent l'écart entre la qualité de factorisation et de généralisation d'un modèle (ou programme) et ce même modèle (resp. programme) reconstruit de manière idéale par nos techniques de refactorisation à base de treillis de Galois. Ces travaux, qui ont suivi une étude préliminaire des métriques objets (rapport de contrat MACAO 1.1) ont été développés dans le rapport de contrat MACAO 1.2. Ils ont été publiés au Workshop QAOOSE 2001 [Dao et al., QAOOSE, 2001], à la conférence IEEE METRICS 2002 [Dao et al., IEEE METRICS, 2002] et au congrès LMO 2002 [Roume, LMO, 2002]. Dans le cadre du projet MACAO, une validation théorique et pratique de ces métriques a été effectuée par l'équipe de France Télécom R&D, notamment M. Dao et Cam-Ngan Tran qui a montré en particulier que nos métriques influençaient la traçabilité des éléments d'un modèle (Rapport MACAO 5.3). Algorithmes de construction. Nous avons spécifié un ensemble d'opérations d'évolution locale de hiérarchies dans le contexte des treillis de Galois, puis proposé une implémentation de certaines d'entre elles. Ces travaux sont présentés dans les rapports MACAO 3.2 et 4.3. Ces travaux ont été menés en particulier dans le cadre du stage d'ingénieur puis du stage de DEA de Jean Villerd. Un algorithme d'ajout d'objet formel dans une sous-hiérarchie de Galois a été publié dans les actes de l'atelier AFIA « Usage des treillis de Galois pour l'Intelligence Artificielle » [Huchard et al., Atelier AFIA, 2003]. Les algorithmes de construction CERES, ARES et quelques opérations de manipulation locale ont été implémentés dans Objecteering (Rapport MACAO 3.2) et ont fait l'objet de tests à France Télécom R&D, où divers modèles ont été reconstruits et analysés, ainsi qu'au LIRMM (A. Kiss sur le projet COMMA). Le résultat de ces expérimentations est présenté dans le rapport MACAO 5.3. Elles ont montré l'intérêt des techniques proposées dans l'assistance aux concepteurs et ont mis en évidence un certain nombre de problèmes de paramétrage et de possibilités d'amélioration de nos propositions. Généralisation croisée itérative. Pour traiter de manière réaliste la généralisation des diagrammes UML nous avons proposé une méthode générale de construction itérative et croisée de plusieurs contextes formels qui se référencent les uns les autres (rapport MACAO 4.2). Cette méthode GCI (Généralisation Croisée Itérative), qui est une contribution originale à l'analyse formelle de concepts, a fait l'objet d'une première étude théorique en collaboration avec l'UDM (P. Valtchev et M. Rouane Hacène) et a été implémentée dans l'atelier Objecteering ainsi que dans une plate-forme développée à l'UDM dédiée aux algorithmes d'analyse formelle de concepts. La méthode GCI a été publiée dans le workshop FCAKDD [Huchard et al., FCAKDD, 2002] et à la conférence JIM'03 [Valtchev et al., JIM, 2003]. Transformation de hiérarchies. Dans le cadre de l'élaboration de hiérarchies de classes, les phases d'analyse et de conception amènent parfois le concepteur à proposer une hiérarchie d'héritage multiple (graphe sans circuit) qui est ensuite transformée en hiérarchie d'héritage simple (arborescence) pour des besoins d'implémentation ou de réduction de la complexité « conceptuelle ». Nous avons commencé à étudier les possibilités d'automatisation d'une telle transformation (Rapport MACAO 4.4). Deux voies ont été explorées : une voie combinatoire qui consiste à minimiser les duplications de propriétés lors des coupures d'arcs, et une voie conceptuelle qui s'intéresse aux intentions du concepteur pour lui proposer un schéma de transformation (généralisation imbriquée, agrégation de rôles, etc.). Ces travaux ont été présentés partiellement au workshop MASPEGHI'03 [Dao et al., MASPEGHI, 2003].

Implémentation et compilation des langages à objets

Nous avons poursuivi notre étude de la technique de coloration avec deux types de résultats. Nous avons d'abord présenté un schéma d'utilisation de la coloration pour l'implémentation des trois mécanismes spécifiques aux objets : appel de méthode, accès aux attributs et test de sous-typage [Ducournau, LMO, 2002]. Les résultats étaient connus mais n'avaient jamais été organisés en une présentation cohérente. Nous avons ensuite mis au point des heuristiques de coloration uni et bidirectionnelle, que nous avons testées sur les grosses hiérarchies de classes qui servent de benchmarks à la communauté de l'implémentation des objets. Cette étude expérimentale conclut à

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l'applicabilité de la coloration en vraie grandeur [Ducournau, RR, 2001 & 2003]. Sur le plan théorique, un stage de DEA a permis de démontrer la NP-difficulté du problème [Takhedmit, DEA, 2003].

Parallèlement à ce travail, nous avons effectué une étude systématique des techniques d'implémentation des langages à objets à typage statique, dont nous avons fait des simulations spatiales sur les benchmarks précités, pour en conclure au surcoût très élevé des implémentations de l'héritage multiple à la C++. Un article long a été soumis à la revue ACM Computing Surveys [Ducournau, RR, 2002].

Confortés par ces différentes simulations, nous avons commencé l'application de la coloration à un compilateur du langage EIFFEL. Comme la coloration est une technique globale et que le caractère séparé de la compilation nous semble intéressant à préserver, nous avons défini, dans le cadre de la thèse de Jean Privat, un schéma de compilation séparée dans lequel sont exploitées deux optimisations globales : la coloration et l'analyse de types. Un stage de DEA a d'abord proposé un schéma d'analyse de types séparée [Privat, 2002, DEA]. Une implémentation est en cours, en collaboration avec le projet Miro de l'INRIA Lorraine, sur la base de leur compilateur SmartEiffel. Une publication a été acceptée à LMO'04 [Privat-Ducournau, RR, 2003].

Sémantique des langages à objets : typage, protection Sous-typage et spécialisation. Nos travaux sur la spécialisation de classes se sont orientés vers une étude du sous-typage et de la controverse dite de la « contravariance », dont nous avons conclu à une nécessité des erreurs de type, qui sont, d'une certaine manière, dans le monde réel et qui doivent être prises en compte par les phases d'analyse et de conception. Ces travaux ont donné lieu à deux publications : un article long de revue [Ducournau, TSI, 2002] et un article dans un workshop de la conférence internationale OOIS [Ducournau, MASPEGHI, 2003]. Protection. Les travaux sur le contrôle d'accès statique dans les langages de programmation à objets se sont poursuivis. La formalisation à l'aide de graphes d'accès a été publiée dans une revue [Ardourel et al., JOT, 2002]. Dans le cadre de sa thèse, soutenue en décembre 2002, G. Ardourel a mis en place une plate-forme (AGATE) consacrée à la manipulation des graphes d'accès. Nous avons étudié plusieurs applications des graphes d'accès :

• visualisation de l'encapsulation dans un programme [Gout et al., ENTCS, 2002], dans le cadre du DEA d'O. Gout,

• apprentissage des mécanismes de protection dans les langages de programmation à objets, publié dans le workshop sur la pédagogie à ECOOP 2002 [Ardourel et al., workshop PTLOO, 2002]

• formalisation des contraintes de couplages des patrons de conception [Ziane et al., WEAR 2003, 2003]

Nous avons également étudié l'introduction des graphes d'accès dans la notation UML (une publication est soumise sur ce sujet).

Modélisation et conception de systèmes complexes

Agronomie Une collaboration avec l'équipe EcoTrop du département Amis au Cirad se poursuit sur des extensions à un logiciel de simulation de plantes, SarraH, notamment sur les aspects suivants : (1) introduction d'un langage de représentation objet pour expliciter les modèles agronomiques (a fait l'objet d'un stage de DESS : UML appliqué à la modélisation du palmier à huile). Deux axes sont actuellement privilégiés sur cet aspect : soit un langage à vocation générale type UML, soit un langage dédié à la modélisation de systèmes type Modelica ; (2) prise en compte de la dimension spatiale dans la modélisation de processus, en particulier agronomiques. Nous étudions en particulier comment étendre un langage comme Modelica, dans lequel la dimension spatiale est absente, afin d'y adapter des techniques classiques de simulation type « éléments finis ».

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Chimie Notre objectif est la conception de systèmes d'information chimique. Ceux-ci doivent permettre aux chimistes de gérer l'information relative aux structures moléculaires et à leurs réactions et de l'exploiter dans la résolution de certains problèmes tels que la synthèse de molécules complexes. Nous avons poursuivi notre travail sur la modélisation du domaine de la chimie organique ainsi que la représentation et la manipulation des objets chimiques (molécules, réactions ...) à l'aide de la théorie et l'algorithmique de graphes [Tognetti, thèse de doctorat, 2002]. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la reconnaissance dans des structures moléculaires de symétries explicites ou potentielles qui sont le support d'heuristiques puissantes en planification de synthèse [Vismara et al., soumission, 2002]. Par ailleurs, nous avons poursuivi notre travail sur l'extraction de connaissances dans des bases de données de réactions chimiques par des techniques de fouille de données (collaboration avec l'équipe Orpailleur du LORIA). Le but recherché est de générer des connaissances susceptibles de structurer hiérarchiquement le contenu de ces bases dont les données sont « à plat » et de les utiliser comme des méta-données facilitant l'interrogation des bases de données initiales [Berasaluce, IC'2002], [Berasaluce, thèse de doctorat, 2002], [Laurenço et al., Chimiométrie, 2003].

Systèmes d’Information biologique et géographique La conception de systèmes d’information complexes (biologique et géographique) entraîne divers problèmes déjà abordés depuis plusieurs années et qui restent au centre de nos préoccupations. Les travaux ont donc porté de manière générale sur l’apport de la modélisation objet pour établir des modèles de données et de traitements les plus expressifs possibles tout en intégrant la notion d’évolution [Coulondre et al., Maspeghi, 2002]. La variété et la masse d’informations accumulées font que les scientifiques de ces domaines sont confrontés, au-delà de la pérennisation des systèmes, au problème de partage et diffusion de l’information. En un mot, il s’agit de « servir » l'information pertinente aux usagers. La conception d’infrastructures de médiation constitue un challenge. Il s’agit, à partir des concepts de métadonnées et d’ontologies, de construire de réels systèmes qui intègrent la « sémantique » du domaine aux données et traitements sous-jacents. La réflexion porte sur des infrastructures d’intégration et de médiation adaptées aux domaines concernés. Les sources initiales de données sont multiples, hétérogènes et distribuées. Leur localisation est effectuée via un niveau méta comportant la description sémantique du domaine (métadonnées et ontologies). Actions et projets divers (relatifs aux problématiques conception et médiation) ont pu voir le jour et sont en cours dans le cadre applicatif de l’information biologique et géographique. Information biologique

• Projet PPF « Infrastructures pour la biologie » dans le cadre du dernier plan quadriennal de l’Université Montpellier II. Il s’agit de promouvoir la mise en place d’une réelle organisation de réseaux d’information qui permette de développer une coopération scientifique autour de ressources communes accumulées sur le site montpelliérain.

• Thèse de Pierre Larmande visant à mettre en place une plate-forme intégrée pour les mutants d'insertions chez les Graminées (application chez oryza sativa).

• Projet IST-2001-32688 Online Research Information Environment for the Life Sciences (ORIEL). Isabelle Mougenot assure la co-responsabilité de ce projet. Les travaux portent sur la construction d'interfaces adaptatives et comportent la construction d’une ontologie pour la représentation des tâches en biologie (e-BioTasks-O) dans le langage ODS (développé par P. Duroux de l’équipe KAYOU). L'objectif est de rendre plus aisés l'assemblage ou le désassemblage des tâches biologiques pour le biologiste. Isabelle Mougenot a assuré les présentations relatives à l’avancement de ces travaux au cours de deux workshops « Ontologies and ontology building » (Heidelberg February 2002) et « Development of adaptive interfaces » (Wiesloch, Germany, juin 2002).

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Information géographique. Dans le cadre de la thèse d’André Miralles (collaboration avec l’UMR 3S du CEMAGREF) nous développons un outil d’aide à l’analyse et à la conception de projets mettant en œuvre l’information géoréférencée. Les spécificités spatiales et temporelles des entités manipulées sont présentées dans des patrons d’analyse (formalisme UML). L’outil proposé est conçu dans l’atelier de génie logiciel Objecteering (Softeam) et s’appuie sur un « profil » SIG-UML qui a été testé sur deux applications en vraie grandeur. Un exposé relatif à la démarche MDA (Model Driven Architecture) sous-jacente a été effectué auprès du Club UML de France Télécom. Les travaux nous ont amenés à collaborer avec l’Université de Laval à Montréal (professeur Yvan Bédard) et l’Université de Liège (professeur Jean Paul Donnay) et des publications communes sont en cours de réalisation.

L’implication au sein du GDR SIGMA (Systèmes d’Information Géographique Méthodologie et Applications) et plus particulièrement dans l’axe 3-Qualité nous a amené à axer une large partie de nos travaux autour des deux concepts de métadonnées et ontologies. La réflexion s’est donc approfondie et après avoir dressé un panorama des normes et standards en cours nous nous sommes focalisés sur le rôle qu’étaient amenées à jouer ces métadonnées dans les infrastructures de médiation [Libourel, Géoévenement, 2003]. Une typologie des applications requérant le niveau méta-information a été établie et nous avons de plus proposé une méthodogie de mise en œuvre dans le contexte d’applications de type observatoire virtuel [Desconnets et al., INFORSID, 2003] [Passouant et al., Journées de Statistique, 2003]. Cette réflexion est poursuivie et mise à contribution dans plusieurs actions :

• AS 87 du RTP 9 « Médiation via les métadonnées »,

• Projet PADOUE (ACI GRID) qui vise à développer une solution informatique distribuée, pour le partage de données environnementales et de modèles entre bases de données hétérogènes et réparties. http://www-poleia.lip6.fr/padoue/index.html

• Projet Société de l’Information Gestion Territoire et Mobilité. En collaboration avec plusieurs laboratoires (IGN Cogit, Irenav Brest, CIRAD, CEMAGREF, IRD) le projet intègre les problématiques de fusion, échange de données géographiques ainsi que celles de mise à disposition sur le Web.

• Projet SYSCOLAG. Il s’agit d’un projet régional qui s’inscrit dans le programme « Systèmes côtiers et Lagunaires » du plan état-région. Nous sommes directement impliqués via la co-direction de la thèse de Julien Barde qui vise à la mise en place d’un système de méta-données pour la base de connaissances. Une publication a été présentée au WorkShop « Medatada and Adaptability in Web Information Systems » de la conférence OOIS 2003 [Barde et al., Workshop OOIS, 2003] et une soumission est en cours auprès de la revue internationale de Géomatique.

Représentation de connaissances

Graphes conceptuels Depuis une douzaine d’années notre objectif fondamental est d’étudier, sous les aspects théorique, algorithmique et expérimental, l’hypothèse suivante : les graphes étiquetés constituent un « bon » modèle de représentation informatique de connaissances. A partir du noyau constitué par les graphes conceptuels simples nous avons défini et étudié une famille de formalismes permettant de représenter faits, règles et contraintes (cf. article dans le « Journal of Artificial Intelligence Research »). Un bilan et de nombreuses perspectives peuvent être trouvés dans le mémoire d’Habilitation à Diriger des Recherches de Marie-Laure Mugnier (HDR soutenue en novembre 2002). Après le projet MOGADOR, nos travaux en recherche d’information se sont poursuivis, toujours en collaboration avec David Genest (Maître de Conférences à Angers), en particulier dans le cadre du projet OPALES (dont le maître d’œuvre est l’Institut National de l’Audiovisuel, et pour lequel nous collaborons avec l’équipe IHM du LIRMM) qui vient de se terminer (un article a été soumis à la revue « Knowledge and Information Systems »).

Logique Nous étudions une logique spatio-temporelle définie par une classe de modèles. La structure du temps et de l’espace est une structure cellulaire et s’appuie sur des travaux de géométrie discrète et

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basée sur la notion de CW complexe (cf. Elements of Algebraic Topology J. R. Munkres 84). Nous avons construit un système d’axiomes et nous étudions des méthodes de démonstration [Aubert 2002].

Ontologies Nous étudions des représentations formelles d’ontologies à l'aide du modèle des graphes conceptuels et nous nous intéressons au problème de la déduction selon les types de connaissances représentées dans l'ontologie. Nous étudions également le problème de la validation d'une ontologie. Une application potentielle concerne le web sémantique où les ontologies sont utilisées comme méta-modèles des annotations sémantiques des ressources du web. Dans ce cadre, nous étudions les possibilités d'interprétation des langages émergents du W3C à l'aide du formalisme GC.


Dans une première partie, nous développons les perspectives par thèmes, puis nous concluons en mettant en évidence les relations nouées à l’intérieur du projet entre les différents thèmes. Nous comptons sur ces relations pour assurer notre cohésion sur les prochaines années.

Perspectives

Composants et objets Modèles et langages de composants. Les perspectives à long terme consistent à définir un langage de composants fiable, interactif et réflexif qui devrait être utilisable dans les divers domaines applicatifs, notamment le projet avec la robotique. Implémentation et compilation des langages à objets. A court terme, nous prévoyons de terminer le développement d'un prototype de compilateur EIFFEL sur la base du compilateur SmartEiffel, avec le schéma d'optimisations globales en compilation séparée que nous avons élaboré, puis d’évaluer ce prototype sur des programmes EIFFEL conséquents (dont lui-même et SmartEiffel), en le comparant aux compilateurs EIFFEL existants (dont SmartEiffel). Construction et évaluation de hiérarchies de classes. Le projet MACAO a été le creuset de nombreuses idées qui méritent des approfondissements :

• travaux de nature théorique sur la méthode GCI (algorithmes incrémentaux, complexité),

• poursuite de l'étude des métriques de factorisation et de généralisation,

• prolongement de la validation des algorithmes de reconstruction (paramétrages, construction d'une ontologie du domaine pour prendre en compte les problèmes de vocabulaire au sein des modèles),

• constitution d'un profil UML proposant des annotations sur la spécialisation/généralisation,

• définition complète de patrons de transformation de hiérarchie.

La méthode GCI fait par ailleurs l’objet d’études prospectives afin d’étudier sa pertinence dans le cadre de la généralisation de graphes conceptuels (collaboration avec le thème Représentation de connaissances).

Modélisation et conception de systèmes complexes Agronomie. Nous comptons dans un premier temps faire une synthèse des différentes avancées de la communauté « simulation de systèmes » dans la modélisation de processus impliquant données discrètes ou continues dans un cadre spatialisé : la plupart des solveurs d'équations différentielles algébriques (DAE) font en effet l'objet de nombreux travaux en cours afin d'y ajouter cette dimension spatiale qui leur fait actuellement défaut. Cette synthèse doit nous permettre de faire un point sur ce qu'il est raisonnable de programmer dans le logiciel SarraH, et de caractériser les points qui relèvent

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encore de la recherche, pour lesquels la communauté n'a pas encore de réponse satisfaisante. Ce travail est mené de front avec une autre collaboration, l'équipe Architectures Parallèles au LRI, sur l'étude d'un langage de programmation d'une machine massivement parallèle ayant la particularité de s'auto-développer, i.e. dont l'architecture évolue dans le temps. Son langage permettant en particulier de contrôler son développement, il constitue donc un moyen de décrire un processus ayant une extension spatiale ; c'est exactement le problème de fond étudié avec le logiciel SarraH. Chimie. Nos travaux devraient conserver leur nature interdisciplinaire, faisant collaborer étroitement des informaticiens et des chimistes (Laboratoire des systèmes d'information chimique de l'École Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier), voire des bio-chimistes. Les résultats obtenus seront validés par des expérimentations à l'aide de RESYN_Assistant, un système d'aide à la synthèse que nous développons au LIRMM depuis 1998. Nous poursuivrons notre contribution au projet ENCORE (ENcyclopédie de Chimie ORganique Électronique), initié par A. Krief des Facultés Universitaires de Namur et sélectionné comme « test-bed » par le projet européen E-LeGI (collaboration avec S. Cerri) démarrant en 2004. Par ailleurs, de nouvelles perspectives s'ouvrent actuellement par l'application de notre expérience du traitement des graphes « chimiques » dans la découverte de molécules bio-actives par des techniques in silico basées sur les sous-structures. Cela pose notamment le problème de l'interrogation des grandes bibliothèques de molécules disponibles ou virtuelles afin de sélectionner celles qui sont potentiellement bio-actives. Systèmes d’Information biologique et géographique. Les perspectives sont multiples. Dans le cadre de la conception, au-delà des modèles « statiques », nous souhaitons aborder la représentation de la dynamique afférente notamment aux expérimentations in-vivo dans le contexte des nanosciences. Nous sommes impliqués dans le projet de recherche « Nanobio », déposé auprès de l’Université Montpellier II et dans lequel des biologistes, des électroniciens et des informaticiens souhaitent collaborer autour de la visualisation et de la caractérisation de processus moléculaires dans les cellules vivantes. Dans le cadre de la médiation nous désirons renforcer le volet « sémantique » dans les services de localisation de ressources (collaboration avec le thème Représentation de Connaissances).

Représentation de connaissances Les principales actions envisagées sont :

• Rédiger un livre sur les graphes conceptuels présentant notre approche de la représentation de connaissances basée sur une dizaine d’années de travaux sur les graphes conceptuels.

• Développer l’étude des ontologies définies en graphes conceptuels en relation avec les langages du web sémantique. Cet axe est lié au recrutement de Michel Leclère en octobre 2003.

• Etudier les relations entre la logique intuitionniste et les opérations de graphes (en particulier la projection en présence de négation).

• Généraliser les travaux sur la recherche d’information vers l’utilisation de méta-données dans la localisation de ressources (en collaboration avec le thème Modélisation de Systèmes Complexes).

• Développer la logique spatio-temporelle mentionnée ci-dessus et l’utiliser dans les systèmes environnementaux (en collaboration avec le thème Modélisation de Systèmes Complexes).

Synthèse

Depuis sa création, le projet privilégie les réunions de travail qui ont d’ores et déjà permis d’identifier de nouvelles synergies :

• synergie sémantique et logique, les différents modèles et langages manipulés (logique, graphe, objet) ayant de fortes similitudes peuvent donner lieu à des recherches communes.

• synergie technique par exemple l'appariement de graphes est une opération essentielle aussi bien dans le contexte des graphes conceptuels que celui de la modélisation en chimie.

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Plus concrètement, quelques réflexions internes ont émergé réunissant des membres initialement issus d’équipes et départements différents, ce qui renforce notre initiative :

• autour de la méthode « Généralisation Croisée Itérative » GCI : mise en œuvre dans le contexte des graphes conceptuels (liaison des thèmes objets et représentation de connaissances),

• localisation de ressources : description sémantique de domaines (ontologies) et de contenu de ressources à base de graphes conceptuels (liaison des thèmes modélisation et conception des systèmes complexes et représentation des connaissances),

• conception et raisonnement spatio-temporel (liaison des thèmes modélisation et conception des systèmes complexes et représentation des connaissances).

Dans les quatre années à venir, nous privilégierons les actions de ce type de manière à assurer la cohésion interne du projet.

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Ingénierie des Données et des Connaissances (IDC)

Permanents : Z. Bellahsène (responsable), M. Cart, J. Ferrié, A. Laurent, M. Teisseire, P. Poncelet, JF. Pons Doctorants : P-A. Laur, S. Jaillet, J. Tranier, F. Del Razo Lopez. Thèses soutenues : X. Baril, N. Vidot. Thématique de recherche : bases de données, systèmes d'informations, systèmes distribués, web sémantique, ontologies, technologies XML, fouille de données (« data mining »), intégration de données, méta données, environnements collaboratifs, systèmes mobiles, P2P. Actions : organisation (numéro spécial du journal DKE, conférence internationale OOIS2002, symposium XSym2003, workshop DIWeb2002), projet Ulysse. Collaborations : INRIA Sophia Antipolis, eXML-Media, LIP6, Université de Dublin, Imperial College de Londres, Université de Tours, LICP - Université de Cergy-Pontoise, HELP Institute, Malaisie, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Microsoft Research, Cambridge, Institut Technology Bandung, Indonésie. Animation nationale : GDR I3, ACI GRID DataGraal, AS STIC « Médiation via les méta-données », AS STIC GaFoDonnées, AS STIC « Mobilité / Accès aux données », Action Contrat Plan Etat Région (CPER Lorraine) - Opération QSL « Mobi5 : Mobilité et Synchronisation ».


Le projet IDC regroupe des enseignants chercheurs travaillant tous dans le domaine des bases de données et ayant des compétences complémentaires pour concevoir et modéliser des systèmes distribués à large échelle. Les problèmes de recherche traités dans ce projet demandent souvent de combiner des techniques de bases de données (comme la structuration et l'optimisation), des aspects systèmes répartis (comme le maintien de la cohérence) et des techniques d'extraction de connaissances. Le projet regroupe des spécialistes de ces trois domaines. L’objectif du projet est d'étudier les principaux mécanismes et modèles permettant de concevoir et de mettre en oeuvre l'intégration de données et de connaissances dans les grands systèmes distribués. Nous étudierons également les problèmes posés par les accès concurrents aux données réparties et partagées. Le défi, aujourd’hui, est l'étude du passage à la très grande échelle des techniques de médiation ainsi que la prise en compte de la mobilité.

Bilan 2002-2003

Le bilan scientifique ne fait pas nécessairement apparaître la nouvelle dynamique du projet pour des raisons de durée. Néanmoins, les premiers résultats établis dans le cadre de cette dynamique scientifique sont en cours de soumission. Il s'agit des travaux sur la médiation de schéma et la génération automatique de règles de correspondance entre schémas (mappings) menés par Z. Bellahsene et M. Teisseire dans le cadre d'un co-encadrement de thèse suite à un stage de DEA également co-encadré. Nos travaux de recherche pendant ces deux dernières années ont porté sur (i) l’intégration de données de données XML avec une approche entrepôt de données (ii) la fouille de données et (iii) le maintien de la cohérence dans les environnements transactionnels, collaboratifs et mobiles.

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Axe 1 : Conception d'un système entrepôt de données XML

Notre premier thème de recherche concerne la problématique de l’intégration de données véhiculées par le Web qui ont pour propriété d'être semistructurées. Les systèmes d’intégration de données permettent d’accéder de manière unifiée à différentes sources de données, sans se soucier de leur localisation ni de leur modèle de données. Nous nous intéressons particulièrement aux données exprimées dans le format XML qui est le format universel d'échange de données sur le Web. Nous animons depuis 2001 le workshop international (Data Integration over the web, DIWeb) sur ce thème de recherche ; nous avons également organisé un numéro spécial du journal DKE sur ce même thème [Z. Bellahsene, DKE Journal, 2003]. Ces systèmes reposent généralement sur des modèles de vues qui permettent de restructurer les données afin de les intégrer dans un schéma médiateur. Dans sa thèse (soutenue le 11 décembre 2003), X. Baril a défini un modèle de vues pour intégrer des sources de données XML. Ce modèle, appelé VIMIX (VIew Model for Integration of Xml sources), permet de spécifier des opérations d’union, de jointure et de filtrage pour restructurer des sources de données XML. Le langage de définition de vues associé est fermé et permet de générer un schéma de vue sous forme de DTD. Ce dernier est utilisé pour servir de schéma médiateur pour interroger un ensemble de sources d'information exportant leurs données sous le format XML. Par ailleurs, une méthode de stockage pour matérialiser les vues VIMIX a été proposée. Cette méthode utilise un SGBD relationnel pour construire un entrepôt dont les données peuvent être maintenues incrémentalement. Enfin, nous avons implémenté notre modèle de vues dans le système DAWAX (DAtaWArehouse for Xml) [Baril & Bellahsene chap. de livre, ed. Wesley 20002]. Par ailleurs, nous avons proposé une méthode de sélection de vues à matérialiser avec pour objectif l'amélioration des perfomances du système. Trouver la solution optimale satisfaisant toutes les contraintes est un problème NP-complet. Nous avons proposé et expérimenté des heuristiques permettant d'obtenir des algorithmes d'ordre polynomial [Baril & Bellahsene CAiSE2003, BDA2003]. Sur le thème XML et les bases de données, à notre initiative et avec la collaboration de Erhard Rahm, Professeur à l'Université de Leipzig, Rainer Unland, Professeur à l'University de Duisburg-Essen, Michael Rys (Microsoft research, USA) et Akmal B. Chaudhri (IBM, London), nous avons créé le symposium international XML Database (Xsym). La première édition a eu lieu en septembre 2003 à Berlin en conjonction avec VLDB. Nous avons reçu 65 soumissions de très bonne qualité scientifique et il y a eu 70 participants à la 1ère édition. Ce symposium aura lieu à Toronto en 2004.

Axe 2 : Fouille de données

Le volume de documents disponibles sur le Web augmente de façon spectaculaire et incontrôlée. Ces données sont le plus souvent peu ou mal exploitées, il est donc nécessaire de disposer de méthodes de traitement automatique du contenu. L'analyse des serveurs Web par des techniques de Data Mining, appelé "Schema Mining", offre la possibilité de déterminer les structures sous-jacentes associées à un serveur web [F. Masseglia, M. Teisseire, P. Poncelet, KAIS Journal, 2003]. A partir de ces structures il est alors tout à fait possible de générer des balises XML afin de mieux décrire la structuration d'un document et ainsi faciliter son interrogation [P-A Laur, M.Teisseire, P. Poncelet, DEXA2003]. Nous avons également étudié le problème de l'analyse et de la synthèse de grand volumes de textes. Il s'agit de coupler des techniques linguistiques et de fouille de données pour analyser et synthétiser de grand volumes de textes. Nous nous intéressons plus particulièrement aux problèmes de classification supervisée (les différentes catégories de classement sont définies a priori) pour ensuite traiter les problèmes de classification non supervisée (détermination des groupes par proximité sémantique) et la recherche de tendance au sein d'une base de documents [S. Jaillet, M. Teisseire, J. Chauche, V. Prince, ICC2003]. Nous avons tout d'abord défini un modèle de catégorisation textuel (MCT) permettant de représenter les documents. En collaboration avec l'équipe TALN (Traitement Automatique du Langage Naturel), une méthode de catégorisation, la méthode des deux écarts, a été proposée. La représentation des documents et leur "comparaison" sont basés sur les concepts (au sens linguistique du terme) afin de classer de façon efficace et pertinente les documents [J. Chauche V. Prince, S. Jaillet, M Teisseire, TALN'03]. Depuis cette année, nous étudions l'adéquation des algorithmes de recherche de règles d'association et de motifs séquentiels à la classification de documents. L'objectif est de permettre la recherche de tendance au sein d'une base de documents.

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Axe 3 : Maintien de la cohérence dans les environnements transactionnels, collaboratifs et mobiles

Ce thème de recherche a pour objectif d'étudier les problèmes posés par les accès concurrents à des objets répartis et partagés, et de proposer des méthodes assurant le maintien de la cohérence de ces objets. Ces méthodes mettent en jeu des algorithmes de mise à jour qui sont adaptés à la nature des environnements considérés, à savoir : collaboratifs, transactionnels et mobiles. Notre recherche a consisté à se placer plus particulièrement :

• dans le cadre des systèmes collaboratifs, pour y étudier l'annulation d'une opération ainsi que de nouveaux algorithmes collaboratifs ;

• dans le cadre d'environnements mobiles, pour y approfondir l'utilisation des Transformées Opérationnelles et par là faciliter les traitements en mode déconnecté.

L'objectif d'un environnement collaboratif est de faciliter le travail de groupe en permettant la manipulation d'objets partagés par les membres du groupe et leur évolution de façon cohérente. Des exemples d'activités collaboratives sont : l’édition d'un document par plusieurs auteurs, la conception de plans. Dans ces systèmes, les objets sont couramment répliqués dans le but d'améliorer les performances, la fiabilité et le partage, tout en favorisant l'autonomie. Dans les systèmes collaboratifs synchrones, les objets partagés par les usagers sont en plus soumis à des contraintes de temps réel. La cohérence des copies est alors obtenue en diffusant vers les copies toute opération faite sur l'objet, et en utilisant des algorithmes qui transforment cette opération pour pouvoir l'exécuter sur l'état courant de la copie. Notre recherche passée a mis en évidence les propriétés à satisfaire pour assurer la cohérence des copies : (i) respect de l'intention de l'usager, (ii) respect de la causalité et (iii) convergence des copies. Nous avons proposé pour les satisfaire deux nouveaux algorithmes de contrôle SOCT4 et SOCT5 qui exploitent les propriétés sémantiques des opérations et qui utilisent les transformées opérationnelles. Leur intérêt est (a) de ne pas imposer que les opérations choisies par les utilisateurs satisfassent une condition, mettant en jeu les fonctions de transposition "en avant", qui est difficile à vérifier et qu’il n’est pas toujours possible d’assurer, (b) de ne pas imposer de défaire puis de refaire des opérations dans certaines situations. Ils reposent sur la mise en œuvre d’un ordre global continu qui permet de s’affranchir de cette condition. Dans SOCT4, le processus d’intégration d'une opération est simplifiée en différant la diffusion des opérations vers les autres sites, alors que dans SOCT5 le parallélisme dans la diffusion a été privilégié. D'un autre côté, nous avons approfondi l'utilisation des transformées opérationnelles et adapté les algorithmes de contrôle de type SOCT2 (ou GOTO) pour permettre aux utilisateurs des systèmes collaboratifs d'annuler sans restriction (en particulier en présence de concurrence), des opérations qu'ils ont déjà exécutées, dans la mesure où les rares propositions non restrictives faites dans la littérature pour résoudre ce problème compromettent dans certains cas la convergence des copies. Dans ce cadre, nous avons mis en évidence deux conditions générales que toute transformée opérationnelle doit satisfaire pour être adaptée à l'annulation. Nous avons ensuite proposé un algorithme d'annulation général qui repose sur la définition générique d'une transformée spécifique à l'annulation et vérifiant automatiquement ces conditions. Ces résultats ont fait l'objet de la thèse de N. Vidot (Montpellier, septembre 2002). Ils ont également été présentés par J. Ferrié à la Journée "Distributed Collaborative Systems and its Applications" (ITB Bandung, Indonésie, février 2003). Nos travaux récents ont permis, en collaboration avec P. Molli (LORIA - Inria Nancy), de replacer ces résultats dans le cadre plus large de l'AS CNRS, menée sur la "Mobilité et l'accès aux données" (oct. 2001 - déc. 2002), et à laquelle l'équipe a participé. Dans ce cadre, nous avons pu montrer l'intérêt des transformées opérationnelles pour définir des méthodes permettant de réconcilier des copies d'un même objet qui ont divergé à la suite d'une déconnexion. Cette étude a été menée après avoir exploré les différentes techniques de synchronisation existantes, adaptées à la mobilité et aux traitements déconnectés. Nous avons aussi pu dégager des pistes de recherche prometteuses, basées sur l'utilisation des transformées opérationnelles et des algorithmes collaboratifs que nous avons conçus (SOCT2 et SOCT4), à savoir : la conception et la réalisation d'un synchroniseur d'objets générique, la fusion d'histoires et la compression d'histoires. Les résultats de l'action ont fait l'objet d'une chronique de 50 pages publiée dans la revue [TSI, vol. 22, n° 3 et 4, 2003]

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Médiation de données dans les systèmes à large échelle

De nombreux problèmes se posent pour l'exploitation des données véhiculées par le web. Un des problèmes soulevés par la communauté informatique est d'associer une description sémantique à ces données afin de les rendre compréhensibles par des utilisateurs humains et "faciles" à traiter par des entités informatiques, c'est ce qu'on appelle le « web semantique ». Actuellement, il existe deux approches. La première consiste à utiliser des langages de représentation de connaissances pour spécifier le sens des concepts d’une part, et d’autre part, des techniques de raisonnements peuvent s'appliquer sur des données en format RDF. L'inconvénient de cette approche est que la grande masse de données sur le web est en format XML. La deuxième approche est celle adoptée dans la communauté bases de données et qui jusqu'ici était très centrée sur la structuration des données au détriment des liens sémantiques inter-sources. Le premier thème de recherche que nous comptons investiguer porte sur les aspects construction et restructuration de schémas de médiation dans le cadre de l'architecture de médiation à large échelle basée sur le concept de super-peer qui été proposée au sein de notre équipe. L'objectif est de pouvoir élaborer l'ontologie de référence de tous schémas médiateurs du système ; maintenir cette ontologie en fonction des modifications du réseau (arrivée et départ des peers) et enfin faire évoluer les schémas de médiation lorsque un seuil défini sera atteint. Notre équipe fait partie du groupe de travail Européen consacré au "web semantique" et piloté par l'ERCIM (the European Research Consortium for Informatics and Mathematics).

Fouille de données Les travaux menés sur la recherche de motifs fréquents et les résumés flous seront poursuivis dans le cadre de grandes bases de données et de la médiation de données. Plus particulièrement, nous nous intéresserons à l'adaptation des méthodes de fouille de données aux approches existantes de médiation pour (i) définir des regroupements sémantiques de sources données afin de permettre le passage à l'échelle et (ii) la création et l'évolution des schémas de médiation. Sur ces thèmes, nous animons une session spéciale à la conférence "Information Processing and Management of Uncertainty in Knowledge-Based Systems" (IPMU2004) dédiée aux "Management of voluminous and Complex data: Datawarehouses, OLAP, Data Integration, Complex Data, Data Mining".

Fusion de schémas La définition de schéma médiateur est nécessaire pour jouer le rôle d'interface uniforme sur lequel l'utilisateur peut formuler ses requêtes. Pour cela, les règles de correspondance (ou mapping) entre les sources de données et le schéma médiateur doivent être spécifiées afin que les requêtes exprimées sur le schéma médiateur puissent être traduites sur les schémas sources. Actuellement, ces règles sont spécifiées manuellement ou semi-automatiquement. Nous nous intéressons ici à la génération automatique de règles de correspondance (mappings) entre schémas XML représentés par des arbres dans un environnement à large échelle. Il s'agit précisément de définir des méthodes et des algorithmes de génération de mappings qui passent à l'échelle. Nous avons commencé à étudier ce problème dans le contexte d'une architecture pair à pair en nous basant sur l'existence de regroupement sémantique des sources de données. Ce travail se poursuit dans le cadre d'une thèse commencée en 2003. Plusieurs méthodes de matching ont été proposées, la perspective envisagée dans ce contexte vise à étendre les méthodes classiquement utilisées pour le matching flou. Le but est de prendre en compte des correspondances approximatives. Dans ce contexte, l'utilisation de la logique floue va permettre de mettre en correspondance des éléments approximativement identiques.

Traitement des requêtes dans les systèmes pair à pair L'objectif d'une infrastructure de médiation est de permettre l'interrogation des sources de données sans se soucier de leur localisation ni de leur format. La première étape qui facilite cette interrogation

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est la fusion de schémas et la génération de mappings. La deuxième étape relève des stratégies de traitement de requêtes. Dans le contexte des systèmes pair à pair, il est crucial de limiter le délai de réponse aux requêtes des utilisateurs. Dans cette perspective, nous nous intéressons aux moyens de donner des réponses non optimales, soit parce qu'elles sont approximatives (imprécises), soit parce qu'elles sont incertaines, le degré minimal de certitude étant défini a priori par l'utilisateur. De plus, nous étudions le traitement des requêtes sur des données pouvant être imprécises ou incertaines (selon la fiabilité des systèmes distants atteints). Il s'agit d'une part de traiter les requêtes sur de telles données, et d'autre part de spécifier des méthodes permettant d'évaluer la fiabilité des sources. Enfin, nous étudions le traitement de requêtes floues, dont les termes sont vagues. Si de telles requêtes ont été abondamment étudiées dans les systèmes de gestion de bases de données, il n'existe, à notre connaissance, aucune étude sur des requêtes appliquées à des données XML et dans les systèmes pair à pair.

Synchroniseur d'objets générique

L'informatique mobile permet d'exploiter la capacité d'autonomie des sites qui peuvent continuer à fonctionner sans perte du travail effectué, tout en étant déconnectés des autres. Dans ce cadre, notre recherche consistera à concevoir un Synchroniseur d'objets générique. Un synchroniseur est un logiciel qui permet de réconcilier les copies d'un objet répliqué, copies qui ont évolué de manière indépendante, par exemple à la suite d'une déconnexion. D'une façon générale le Synchroniseur devra permettre de fusionner les histoires (i.e. la liste des opérations exécutées) de plusieurs copies d'un même objet. Il devra, en outre, être générique, c'est-à-dire adaptable à tous types d'objets et indépendant de leur structure, moyennant la fourniture des transposées appropriées. Sur ce thème, l'équipe participe à l'opération QSL « Mobi5 : Mobilité et Synchronisation », pilotée par le LORIA - Nancy (action du Contrat de Plan Etat-Région de Lorraine, 2003 - 2005).

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Interaction Homme-Machine et Hypermédias (IHMH)

Chercheurs : H. Bétaille, J. Nanard (responsable), M. Nanard (co-responsable), R. Terrat Thèse soutenue : D. Payet Invités : P. King, G. Rossi Thématique de recherche : Interaction homme-système pour la construction, la manipulation, la génération de documents et leur accès via l'établissement et l'exploration de relations intradocument et interdocuments Actions : projet OPALES, projet EADGEN, Conférence CMMR’03 Collaborations : internes - projet D’OC (pour OPALES), projet VAG (encadrement thèse J. Thièvre) ; externes - CNAM, INA, MSH-Paris, Société CS, dept. CS Univ. Manitoba, dept . CS Univ. La Plata, dept. CS Univ. Aalborg. Animation nationale : GDR I3, RTP 33, AS Temps et Document, RTP 16, AS Plasticité, AFIHM

Contexte scientifique

Le projet travaille depuis de nombreuses années sur l’interaction homme-machine et les hypermédias et s’est plus récemment intéressé aux médias dynamiques, en particulier la vidéo et depuis le milieu d’année 2002 à la musique avec l’arrivée de Richard Terrat dans l’équipe.

Objectif

L’accent est mis sur l’interaction homme-système pour la construction, la manipulation, la génération de documents et leur accès via l'établissement et l'exploration de relations intra-document et inter-documents. Il s’agit d’étudier et développer des méthodes, des modèles, des outils et des applications en considérant l’interaction homme-machine aussi bien pour le concepteur-développeur d’applications que pour l’utilisateur final. Le Web est intégré dans notre thématique comme un contexte technologique, culturel et informationnel.

Thèmes de recherche

Quatre thèmes de recherche retiennent notre attention :

• l’interaction basée sur le document et autour du document,

• les architectures basées sur les services en s’appuyant sur les approches de type « Structural computing » qui affirment la prééminence de la structure sur le contenu,

• l’interaction collaborative implicite,

• la prise en compte de médias à composante temporelle forte : vidéo, musique.

Domaines d’application

Notre recherche contribue aux domaines d’applications suivants :

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• la conception et l’ingénierie des hypermédias,

• les bibliothèques numériques,

• la production de ressources pour l’apprentissage à distance.

Relations avec d’autres thématiques de recherche

Notre approche est aussi en relation avec les thématiques suivantes :

• traitement du langage naturel,

• paradigme de programmation,

• recherche d’information,

• visualisation.

Bilan 2002-2003

Projet OPALES : environnement de travail pour l’annotation et l’indexation collaborative de documents vidéos dans des bibliothèques numériques.

Ce projet PRIAMM a été réalisé en collaboration avec comme partenaires l’INA, la MSH-Paris, la société CS et l’équipe M. Chein – D. Genest au LIRMM. Il s’est terminé en 2003. OPALES est un système pour la manipulation et l’enrichissement sémantique coopératif de documents multimédias, en particulier videos, partagés entre des utilisateurs ou des groupes d’utilisateurs ayant des pratiques propres. Les documents peuvent être enrichis par des structures d’annotations ou d’indexation multiples avec des outils multiples via des espaces de travail privés ou partagés. Nous avons introduit la plupart des concepts à la base de la conception du système OPALES pour l’interaction collaborative implicite entre experts, comme les points de vue et un modèle (IUHM) pour la gestion homogène de toutes les entités du système. Nous avons défini son architecture, développé l’infrastructure, spécifié les protocoles entre les composants, développé le client OPALES et le serveur principal OPALES, ainsi que le video Explorer et plusieurs éditeurs génériques.

Exploration rapide de documents vidéo longs à distance

Travaux réalisés pour l’INA, dans le cadre du projet OPALES. Nous avons conçu un modèle d’interaction pour l’exploration de vidéo à distance et développé un interacteur « Le vidéo explorer » qui permet à un utilisateur d’interagir en local par un geste 2D pour sélectionner portée/précision d’un segment et localiser une frame (focus) dans ce segment. Un protocole minimum entre le client OPALES et le serveur vidéo distant permet de transmettre au serveur les bornes du segment et la référence de la frame focus et en retour de récupérer des imagettes prédéterminées pour le segment au voisinage du focus. L’utilisateur peut donc explorer une vidéo distante à tout niveau de granularité avec l’impression d’une interaction continue.

Architectures pour la conception et le développement de systèmes malléables

Travaux réalisés en collaboration avec l’Université du Manitoba, Canada. La nécessité de disposer d’infrastructure ouverte pour le développement de services pour les bibliothèques numériques dans le cadre du projet OPALES nous a conduit a concevoir IUHM (the Information Unit Hypermedia Model) . IUHM apporte ouverture et extensibilité pour intégrer des données, des méta-données et des services tout au long de la vie d’un système sous la forme d’un mécanisme réflexif permettant d’encapsuler toutes ces entités dans des « Information Unit » et de décrire leurs relations sous forme d’une structure hypertextuelle générique, avec des liens typés et calculables. Ce mécanisme est utilisé pour faire de la liaison dynamique de services et de la composition dynamique de services. Il est implémenté dans le noyau du système OPALES [Nanard, Nanard, King, Conf. ACM Hypertext’2003] (Douglas Engelbart Best Paper Award). [King, Nanard, Nanard, Rossi, Conf. MetaInformatics’2003].

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Modélisation d’information musicale et recherche d’information musicale dans des bibliothèques digitales

L’extension de l’annotation et l’indexation à l’information musicale nous a conduit à deux actions :

• le lancement d’un cycle de conférences (CMMR : Computer Music Modelling and retrieval) et l’organisation de la première édition à Montpellier en collaboration avec l’Université d’Aalborg (Dk) [Betaille, Nanard, Nanard, Prince, Wiil, Edition des actes CMMR’2003]

• l’amorce de collaboration avec l’IRCAM.

Modélisation des aspects temporels dans les hypermédias, application à la spécification de scénarios réutilisables.

Ces travaux réalisés en collaboration avec l’Université du Manitoba, Canada, ont conduit à la conception du formalisme MCF (Media Construction Formalism) pour la spécification des documents hypermédias et multimédias. MCF permet de capturer des constructions qui émergent pendant la conception, et qui peuvent être manipulées par le concepteur multimédia et executées par la machine à différents niveaux de granularité. MCF utilise la métaphore de rôles, interpréteurs et acteurs pour construire des scenarios multimédias génériques, et embarque un modèle temporal réactif puissant. D’un point de vue méthodologique, nous avons montré qu’il véhicule des principes d’abstraction, de modularité, d’encapsulation et de réutilisation qui facilite la spécification formelle dès les premières étapes de l’ingéniérie de document multimedia [Nanard, Nanard, King, ACM Conf. Document Engineering 2002].

Méthodes de conception et de production de documents pour l’enseignement à distance.

Ces travaux sont réalisés en collaboration avec le Conservatoire National des Arts et Métiers. Ils résultent des approches que nous avons développées pour la génération automatique d’hypermédias. Nous avons développé la platefome EadGen. Elle est utilisable sur le web pour la production de cours consultables sur le web. Elle a déjà été utilisée pour plusieurs cours comprenant chacun un millier de pages. Elle permet aussi de générer des cours en pdf pour publication sur papier. Elle permet de gérer un processus éditorial et la notion de collection. [Nanard, Nanard, TICE’2002]

Perspectives

Deux axes principaux de recherche seront approfondis :

• spécification d’hypermédias pour la génération automatique,

• architecture ouverte pour l’intégration dynamique de services.

Ces axes seront explorés à travers différentes actions décrites ci-après, en mettant l’accent sur :

• les aspects spécification,

• l’adaptabilité des hypermédias produits au contexte,

• la malléabilité des systèmes et applications,

• le paradigme de conception par rôle.

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OPALES II

Un projet OPALES II est en cours de montage avec l’INA et la MSH. Il sera orienté vers la production automatique de nouveaux contenus par exploitation de bibliothèques numériques annotées et indexées sémantiquement de façon collaborative. L’expérimentation du projet OPALES a en effet montré que les nouveaux outils d’annotation/indexation modifient en tant que tel le processus éditorial et demande l’intégration des outils de production pour communiquer le résultat de l’indexation.

Génération automatique d’hypermédias pour l’enseignement à distance

Poursuite des travaux autour de la plateforme EadGen de production de ressources pour l’enseignement à distance.

Média temps réel

• Modélisation de la Musique : développement de ce thème avec le congé sabbatique de R. Terrat à l’IRCAM début 2004

• Spécification interactive de documents multimédias : intégration des dimensions autres que la dimension temporelle dans le formalisme visuel MCF, description formelle de la sémantique de MCF en vue de la génération automatique vers des langages opérationnels cibles (Travail en collaboration avec P. King).

Patterns pour la conception et l’ingénierie hypermédia

• Poursuite du travail entamé en 2003 en collaboration avec Gustavo Rossi sur l’utilisation des patrons (patterns) dans la conception d’hypermédias,

• Utilisation du concept de rôle dans la spécification des patrons (reprise de travaux de 2001 de J. Nanard).

Modèles d’infrastructure ouverte pour l’intégration dynamique de données, méta données et services

Poursuite du développement et de la validation du modèle IUHM (collaboration P. King et G. Rossi), confrontation au paradigme de conception par rôle.

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Agents, Apprentissage, Contraintes et Logique (KAYOU)

Chercheurs : C. Bessière, S. Cerri, J. Ferber (responsable), F. Koriche (co-responsable), M. Liquière, J.-P. Müller (CIRAD - TERA/ERE), J. Quinqueton, J. Sallantin, T. Stratulat Doctorants : G. Beurier, J. Baez, N. N. Binti Abdullah, J. Chapelle, R. Coletta, A. Gouaich, C. Jonquet, A. Kiss, Ph. Lemoisson, A. Maestre, Ph. Malbos, D. Maraschi, F. Michel, M. A. Silveira Netto Nunes, M. Ricordeau. Thèses soutenues : H. Cros, G. Menezes da Nobrega, Th. Petit Ingénieur CDD : J. Divol, P. Duroux, Y. Tognetti Thématique de recherche : agents, apprentissage, contraintes, logiques des croyances, logiques déontiques, rationalité, systèmes et organisations multiagents. Actions : RNTL, IST MKBEEM (Europe), ORIEL, LEGE-WG (Europe), ELEGI (Europe) Collaborations académiques : CIRAD Tera/Ere, IRD Montpellier, CREA co-apprentissage, DGA-CNRS, KMI, Université de Belfort, Open University (UK), SWI (Amsterdam Pays-bas), Universita di Salerno (Italie), Cornell Univ. (NY, USA), Univ. de Lleida (Espagne), Brown Univ (Providence USA), University College Cork (Irlande), CRIL (Lens), EMN Nantes. Collaborations industrielles : BNP-Paribas, CSSI, Euriware, France Telecom, ILOG, ORIEL, Motorola. Structures d’animation : GDR I3, AS SMA, Robea, AgentLink (Excellence Network on Multiagent Systems), MLNet (Excellence Network on Machine Learning) Logiciels : MadKit, Phiined, Graal, MIC-Java, ODS, Webra Ce projet est articulé autour de quatre pôles : les agents, l'apprentissage, les contraintes et la logique. Il s'intéresse aux interconnexions entre ces divers pôles pour la résolution de problèmes issus des domaines de l'intelligence artificielle et des systèmes multi-agents. Le point unificateur du projet est d’étudier la rationalité des systèmes tant sur le plan de l’agent, vu comme une entité de résolution de problèmes avec des ressources limitées, que sur le plan d’une collectivité d’agents, vue comme une organisation avec ses contraintes épistémiques, déontiques et physiques. Dans cette perspective, le projet se fixe deux domaines de recherche : « les agents à ressources limitées » et « les sociétés d’agents ».

Agents à Ressources Limitées

Le premier but fédérateur pour le projet « Kayou » est de concevoir des agents capables de fournir des réponses satisfaisantes pour l'utilisateur tout en étant intrinsèquement limités par des ressources telles que le temps et l'espace de calcul, les capacités de perception et d'action, le type et le nombre de communications, etc. Dans ce contexte, l’agent est vu comme un système de résolution de problèmes, qui essaye de prendre des décisions satisfaisantes en fonction des données du problème fournies par l’utilisateur. Ce domaine de recherche s’articule autour de trois axes : le raisonnement à base de contraintes, l’apprentissage logique et l’aide à la découverte. Les deux premiers axes ont été prospectés par les chercheurs de Kayou bien avant la création de ce projet. Ces thèmes restent cependant très actifs en intelligence artificielle et constituent des piliers fondateurs pour l’étude des systèmes à ressources limitées. Le troisième axe « aide à la découverte » est plus récent et tire parti des divers domaines de compétence réunis dans le projet Kayou.

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Raisonnement à base de contraintes Ce thème de recherche est illustré par la figure 1. L’objectif général est de construire des agents capables de résoudre des problèmes combinatoires tels que, l'élaboration des emplois du temps du personnel dans une entreprise ou la planification de tâches pour des machines devant être utilisées de façon optimale. Le formalisme des réseaux de contraintes est particulièrement adapté à la modélisation de ces problèmes. Un réseau de contrainte est constitué d’un ensemble de variables, d’un domaine de valeurs pour chacune de ces variables et d’un ensemble de contraintes qui caractérisent les relations entre variables. Le point de départ consiste à modéliser le problème sous forme d’un réseau de contraintes qui représente ainsi les connaissances de l’utilisateur. Une fois le modèle élaboré, le but de l’agent est de trouver une solution, c'est-à-dire une interprétation ou affectation de variables qui permet de résoudre le problème. L’agent est donc un solveur qui doit traiter le problème avec un minimum de ressources possibles. Pour les problèmes « centralisés », la ressource principale est le temps. En effet, en dessus d'un temps allant de la dizaine de secondes à quelques minutes, l’utilisation du solveur reste limitée à de grosses applications manipulées par des experts. Dans le cadre des problèmes « distribués » sur plusieurs sites, les ressources incluent le temps de calcul, mais aussi le nombre de messages communiqués entre les solveurs locaux.

Modèle Agent Solveur

Réseau de contraintes Ressources :

D'un point de vue combinatoire, le problème qui consiste à déterminer si un réseau de contraintes admet une solution est NP-complet. Dans ce contexte, le principal champ d'investigation dans le domaine du « raisonnement à base de contraintes » est de concevoir des algorithmes de propagation et des heuristiques pour améliorer les performances des solveurs à contraintes. Notamment, la tendance des quatre ou cinq dernières années est à la découverte de contraintes, dites « globales », bénéficiant d'algorithmes efficaces de propagation (en général polynomiaux). Ce sujet étant encore immature, nous essayons de formaliser le concept de contrainte globale, en proposant des définitions et en utilisant la théorie de la complexité pour séparer les contraintes pour lesquelles l'existence d'algorithmes de propagation efficaces est possible de celles où l'espoir se réduit à la conjecture P=NP. Une autre approche prometteuse est la technique de restart, qui consiste à arrêter une résolution dès qu'elle dépasse quelques secondes, et à la reprendre avec un autre ordre de traitement, de façon à éviter la « noyade » de la recherche dans un gros sous-arbre inconsistant. Avec l'augmentation des applications en réseau, il est un second champ d’investigation qui risque de prendre de l'importance dans les années à venir, c'est la résolution de problèmes à contraintes distribués sur plusieurs sites. Ce problème, à la croisée des domaines « contraintes » et « multi-agents », est également traité dans l'équipe Kayou. Nous avons par exemple proposé une technique de résolution évitant l'ajout de liens de communication entre agents non connectés initialement. Cette technique, qui améliore le degré de confidentialité et limite le nombre de messages, nous a permis de résoudre efficacement des problèmes distribués de planification de réunions.

Apprentissage logique Ce deuxième axe de recherche est illustré dans la figure 2. L’objectif général ici est de caractériser les connaissances, régularités ou règles cachées, issues d’un ensemble d’observations provenant de bases de données médicales, biologiques, juridiques, etc. Les seuls éléments dont dispose l’utilisateur sont des observations représentées sous forme d’exemples ainsi que des connaissances de base relatives au domaine d’étude. Le problème ici est donc de construire un agent « apprenant » capable de construire un modèle de représentation qui respecte diverses conditions. En particulier, le

temps, messages Utilisateur Solutions

Figure 1

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modèle doit être compréhensible pour l’utilisateur afin de pouvoir être utilisé pour de nouvelles taches. Le modèle doit aussi permettre de prendre des décisions correctes telles que, par exemple, la classification de nouvelles observations. Enfin, la construction d’un tel modèle doit nécessiter un minimum de ressources possibles.

Observations Agent Apprenant Exemples

Ressources :

Dans le projet Kayou, nous utilisons des modèles à base de règles construites sur la logique propositionnelle, la logique relationnelle et plus récemment les logiques modales (épistémique et déontique). Dans ce cadre logique, le temps est un paramètre crucial en apprentissage car l’espace des hypothèses augmente exponentiellement avec l’expressivité des règles logiques. Cette ressource devient critique dans le contexte de l’apprentissage relationnel : même pour de simples règles (ex. conjonction existentielle d’atomes), le problème qui consiste à déterminer si un exemple est couvert ou non par une règle est NP-difficile. Ainsi, un des problèmes centraux en apprentissage logique est de caractériser quels sont les biais ontologiques (vocabulaire, règles), épistémiques (pertinence des règles, préférences entre règles), et heuristiques (classification des règles et exploration de l’espace des règles). Une grande part des travaux de Kayou en apprentissage se concentre sur la découverte de biais et la combinaison de ces divers biais afin de construire des modèles de représentation satisfaisants. Un premier champ d’investigation est d’étudier le problème à partir des correspondances de Galois. L’objectif est d’identifier des éléments particuliers du treillis de Galois (irréductibles, essentiels..) utilisés pour caractériser l'espace de règles logiques. L’intérêt de cette technique a été démontré tant au niveau propositionnel et qu’au niveau relationnel. Un deuxième champ est d’étudier la combinaison des biais épistémiques et heuristiques en s’inspirant des paradigmes de fusion de croyances et de révision de croyances. En particulier, nous avons développé un modèle d’apprentissage par fusion qui combine un ordre de préférence entre règles fondé sur une notion de proximité et une heuristique d’exploration de l’espace des règles. Des premiers résultats empiriques ont été démontrés au niveau propositionnel et sont encourageants pour étendre le modèle à l’apprentissage relationnel. Enfin, des travaux récents ont été élaborés pour la construction d’un algèbre catégoriel des biais d’apprentissage afin de formaliser les opérateurs qui permettent de les construire et de les combiner. En plus de son intérêt théorique, ce champ d’investigation a permis d’identifier des premiers biais pour l’apprentissage modal ainsi qu’une application pour la construction interactive de règles en logique déontique.

Aide à la découverte Cet axe de recherche s’inspire à la fois des travaux dans le raisonnement par contraintes et des investigations réalisées en apprentissage logique. Le paradigme général de ce thème est illustré dans la figure 3. L’aide à la découverte peut se décomposer en deux parties : la modélisation interactive et la résolution interactive. Dans la modélisation interactive, l’utilisateur cherche à construire une base de règles logiques ou un réseau de contraintes qui modélise les connaissances relatives à son domaine d’étude. L’utilisateur ne possède pas une expertise suffisante lui permettant de caractériser précisément quelles sont les règles ou contraintes correspondant à son domaine d’étude. Les seules informations dont il dispose sont des « cas concrets », des observations ou exemples, et des connaissances de base sur son domaine. Par exemple, dans un problème de configuration, le constructeur ne peut avoir à sa disposition qu’une base de données des produits qu’ils construit, ainsi que quelques contraintes d’intégrité de départ sur les composants ; le but est de découvrir quelles sont les autres contraintes entre les composants. Dans un problème de construction interactive de contrats juridiques, le juriste ne peut fournir que quelques cas concrets de contrats et un ensemble de règles déontiques associées

Connaissances de base

temps, espace Modèle Logique

Utilisateur

Figure 2

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au domaine de ces contrats. L’objectif ici est de découvrir quelles sont les règles cachées qui peuvent être induites de ces informations. Ainsi l’utilisateur interagit avec l’agent apprenant, par le jeu d’exemples, de validations et de réfutations qui permettent d’ajuster le modèle de représentation.

Utilisateur

Modèle Solutions Observations Agent Agent

Apprenant Solveur Logique Connaissances Réseau de

contraintes

de base

Figure 3

Dans la résolution interactive, le modèle de représentation construit par l’apprenant est à son tour utilisé par l’agent solveur pour le raisonnement ; trouver une solution au problème sous-jacent, répondre à des requêtes, expliquer de nouveaux cas, etc. Par exemple, le juriste peut demander de vérifier si un nouveau contrat est valide ou non, en se basant sur l’information induite des contrats précédents. Dans ce cadre, l’apprentissage possède des incidences sur le raisonnement, en parti-culier dans le choix des biais adoptés pour la construction du modèle de représentation. Par exemple, l’apprenant peut chercher à induire des théories de Horn ou des réseaux arborescents qui garantissent l’efficacité du solveur pour les problèmes de déduction. De manière duale, les solutions fournies par le solveur peuvent avoir des incidences sur l’apprentissage. Notamment l’utilisateur peut juger une solution non satisfaisante et donc demander une révision du modèle en fournissant à l’apprenant des contre-exemples. Ainsi, la résolution interactive est un jeu de communications entre trois partenaires, l’utilisateur, l’apprenant et le solveur. L’aide à la découverte constitue une perspective de recherche fédératrice du projet Kayou. Bien que nos investigations dans ce domaine soient très récentes, nous pouvons faire référence à plusieurs travaux dont les résultats sont prometteurs. Un premier objet d’étude est l’aide à la modélisation de réseaux de contraintes utilisé pour les problèmes de configuration et la construction de bibliothèques de contraintes. Un autre sujet d’investigation important est l’aide à la modélisation de contrats juridiques, qui utilise des règles relationnelles de Horn pour l’apprentissage de normes. Enfin, sur le plan théorique, nous cherchons à spécifier, à partir de logiques dynamiques et épistémiques, la notion d’agents capables de raisonner sur des connaissances apprises.

Sociétés d’agents

Le second objectif fédérateur de « Kayou » consiste à étudier et formaliser des systèmes composés de plusieurs agents, artificiels et/ou humains. Ce domaine de recherche est examiné en détail selon quatre points de vue : les modèles d'organisation (théorie AGR, systèmes de coalition), les modèles de rationalité (juridiques et économiques), les modèles cognitifs (états mentaux, actes de langage et dialogues), et les théories de l’émergence (calcul émergent, vie artificielle) et de l’interaction (MIC*). Dans ce cadre, le projet s'inspire des divers travaux issus des quatre pôles du projet, notamment les algorithmes distribués, l’apprentissage décentralisé, les logiques et modèles de calcul pour les systèmes multi-agents, ainsi que les méthodologies de conception orientées agent. Enfin, une découverte est faite par des agents dont les interactions sont organisées par un jeu social ; elle est souvent conséquence de l’observation d’un événement surprenant inexpliqué dans la théorie

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abduite. Nous avons réalisé un environnement expérimental pour étudier ce phénomène en collaboration avec des chercheurs en psychologie et en économie cognitive

Action Aalaadin : organisation dans les SMA AALAADIN est un projet qui porte sur l’analyse, la conception, la formalisation et la réalisation de systèmes multiagents à partir d’une perspective organisationnelle. Le modèle conceptuel sous-jacent (AGR) est fondé sur les notions d’agents, de groupes et de rôles, un SMA étant vu comme un ensemble de groupes d’agents interconnectés par l’intermédiaire d’agents appartenant à plusieurs groupes. A partir de ce modèle conceptuel, novateur dans le domaine des SMA, nous avons développé une méthodologie qui s’exprime de manière omplémentaire par rapport aux méthodologies classiques (UML par exemple) ou centrées sur l’agent [Gutknecht 2001]. Il s’agit d’un «framework organisationnel», un cadre méthodologique volontairement partiel et complété par des modèles externes. Des notations spécifiques, conçues comme des extensions d’UML ont été développées à cet effet. [Ferber et al 2003]. Le problème de la dynamique des groupes dans AGR qui avait été formalisée en termes de picalcul, a été repensé dans le cadre du calcul MIC* permettant de modéliser l’interaction [Gouaich et al 2002]. La mise en œuvre de ce modèle s’est effectuée dans l’environnement de développement MadKit, qui implémente les concepts AGR et permet d’écrire des applications directement avec ce modèle. Disponible en ligne, MadKit possède plusieurs centaines d’utilisateurs dans tous les pays du monde (USA, Europe, Maghreb, Chine, Japon, etc…) qui travaillent et l’utilisent dans de nombreux domaines d’application : biologie, simulation multi-agents, acquisition de connaissances. Plus d’une vingtaine d’équipes en France travaillent sur ce domaine. Mais si l’agent est autonome, qu’est ce qui le relie au système collectif et donc aux organisations auxquelles il appartient ? C’est à la composante normative que revient cette responsabilité, c'est-à-dire aux concepts de droits et de devoirs imposés à l’agent au sein d’une organisation. Le problème de cette composante normative a été approfondie récemment au sein de Kayou à partir d’un fragment de logique déontique modale disposant de bonnes propriétés de complexité tout en offrant une capacité d’expressivité remarquable [Tranier et al. 2003]. Cette approche va se renforcer à l’avenir car il correspond à un besoin manifeste pour coordonner le comportement autonome des agents lorsque le nombre des agents devient important (plus d’une centaine d’agents). Le recrutement de T. Stratulat en 2003 s’inscrit d’ailleurs totalement dans cette démarche.

E-Dialogue L’action E-Dialogue considère que les processus de communication, entre agents artificiels d’une part mais aussi entre humains et agents artificiels, constituent le cœur des techniques orientées vers le web. Nous appelons e-Dialogues, les processus de communication sur le Web entre des agents humains et artificiels. Nous étudions ces e-Dialogues d'un point de vue théorique, expérimental et appliqué en partant du fondement conceptuel des actes de langages. Notre approche théorique est fondée sur les sémantiques formelles de la programmation héritées du lambda-calcul et du pi-calcul. Le modèle STROBE appréhende les actes de langages comme des commandes interprétées par un méta-interprète distant. La sémantique de ces actes peut alors être décrite comme une méta-procédure interprétée par ce méta-interprète. A partir de cette sémantique, nous avons proposé une approche méthodologique et conceptuelle qui, au travers de la notion de génération dynamique de services sur GRID permet d’unifier dans un même système des applications de type apprentissage humain, systèmes d’information et systèmes de conception distribués (projet européens LEGE-WG et ELEGI). Les mécanismes d’interaction de bas niveau, qui supposent une action simultanée sont pris en compte par le modèle MIC* [Guiraud et Guaich 2002][Gouaich et al. 2003] développé au sein de l’équipe Kayou en collaboration avec l’équipe l’équipe GTA Géométrie Topologie et Algèbre du département de Mathématiques. Ce formalisme algébrique a été déjà donné lieu à de nombreux développements dans le cadre des applications de l’équipe (modèle AGR cité ci-dessus, modèle influence-réaction cité ci-dessus, construction de théories par interactions sociales cité ci-après, etc.). D’autre part, la notion de contrat est centrale dans le commerce et le sera dans le e-commerce car chaque dialogue dans ce contexte cherche à établir un accord. Dans les développements actuels du e-commerce, beaucoup d'applications se concentrent sur la production d'ontologies décrivant sans ambiguïté des systèmes complexes (produits ou services) dans les langages disponibles sur le WEB (XML, XSL, programmation par Agent). Leur objectif est de gérer l'échange de messages entre les parties en négociation. Dans le cadre du modèle conversationnel que nous appelons Phi-Calcul

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[Sallantin et al. 2002], la notion de contrat est reformulée avec des concepts mathématiques bien définies comme celles de fait, d'exemple, de théorème, lemme, etc. Un outil interactif appelé Phiined a été développé dans le dessein d'assister un utilisateur dans le processus de développement d'une ontologie. Un accord prend forme quand son ontologie est partagée. Ce système intègre la méthodologie du Phi-Calcul et le modèle STROBE. Le développement d’outils interactifs de construction d’ontologie WEBRA (web Rational Agent), ODS (Ontology Description System) s’est poursuivi dans les projets européens IST MKBEEM (e-commerce) and ORIEL (annotation des séquences génétiques). A partir de cette première approche nous poursuivons nos recherches en analysant le processus de découverte scientifique (voir section aide à la découverte décrit ci-dessus). Ce travail, qui s’effectue en partenariat avec des chercheurs en psychologie et en économie cognitive et en collaboration avec une entreprise NORMIND en cours de création par d’anciens doctorants du laboratoire, porte sur la modélisation du jeu social impliqué dans le processus de recherche. La découverte est en effet souvent la conséquence d’une observation d’un événement surprenant et inexpliqué par les théories admises. Nous travaillons à partir du jeu d’Eleusis à la modélisation de ce processus de constructions de théories [Sallantin 2003]. Le développement d’un tel modèle met en œuvre, pour ce qui touche au jeu des interactions, le modèle de calcul MIC*.

Architectures pour les simulations multi-agents et modélisation de systèmes naturels et sociaux

Les systèmes multi-agents sont de plus en plus utilisés dans les sciences de la vie et de l’environnement pour leur possibilité de représenter directement les différents acteurs biologiques, sociaux et économiques, leurs comportements et leurs interactions. Malgré leur intérêt, ils soulèvent plusieurs problèmes. Un problème important porte sur la définition d'un modèle « sans biais », c'est-à-dire d’un modèle permettant effectivement d’assurer au modélisateur que l’outil informatique implémente bien le modèle que le modélisateur a décrit (on ne s’intéresse pas ici au problème de l’adéquation entre le modèle et la réalité qui est un problème de modélisation), et que les conséquences observée lors de la simulation sont bien directement des conséquences du modèles et non le produit d’un comportement non désiré du système informatique. Le problème n’est pas seulement technique, il est aussi théorique : il a nécessité le développement d’une théorie de l’action, le modèle « influence/réaction », une extension du calcul situationnel, qui permet de décrire des comportements simultanés d’action. Ce modèle a été formalisé par le modèle algébrique d’interaction MIC* développé au sein de Kayou [Guiraud et Gouaich 2002][Gouaich et al. 2003] et a été appliqué avec succès au problème des actions simultanées [Michel et al. 2003]. Une architecture de simulation de systèmes multi-agents fondée sur ce principe a été réalisée. Cette recherche s’effectue en collaboration étroite avec l’équipe TERA/ERE du CIRAD Montpellier, et donnera lieu, entre autre, à la réalisation d’un outil de simulation intégré à Madkit.

Méthodes Multi-agents appliquées aux problemes de robotique collective avec forte hétérogénéité

Une partie importante de notre activité s’est consacrée au développement d’architecture de robots réactifs disposant de capacités intentionnelles pouvant leur permettre de réaliser des tâches coopératives dans un cadre de robotique collective. Cette action, qui s’est passé en collaboration avec l’équipe d’A. Liégeois puis, lors de son décès, de celle de R. Zapata, a donné llieu à la réalisation d’un modèle d’agent basé sur une architecture réactive et des communications par émission de signaux. Le problème de la sélection d’actions, ainsi que la gestion des interactions entre agents, sont gérés par une fonction d’état de satisfaction. Cette satisfaction étant elle-même décomposée en trois sous-satisfactions : personnelle (progression de la tâche courante de l’agent), interactive (réaction aux actions des agents voisins) et coopératives (fonction de la satisfaction des autres agents). Un modèle de combinaison vectorielle est utilisé pour calculer les actions menées par les agents dans l’environnement. Il permet ainsi de combiner des tâches de haut niveau avec des tâches élémentaires comme l’évitement d’obstacles. Les signaux émis par les agents sont leur niveau de satisfaction interactive. Ainsi, nous avons défini le comportement altruiste d’un agent comme étant un nouveau vecteur répondant aux signaux émis. Les agents sont alors capables de sélectionner ou de combiner en temps réel ce vecteur altruiste pour effectuer des tâches coopératives et améliorer la navigation des agents. Des robots ont été réalisés au LIRMM et ont été équipés de ce modèle d’architecture pour gérer la coopération entre robots (thèse de Ph. Lucidarme, département ROB). Les résultats actuels montrent

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une bonne performance de ce modèle et une utilisation possible dans le cadre de flottes d’agents mobiles devant travailler en coopération [Simonin 2002]. Le travail actuel consiste à rendre encore plus souple cette architecture d’agent pour qu’elle puisse être considérée elle-même comme un système multiagent et offrir des capacités de coordination œil/bras accrues.

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Méthodes et Algorithmes pour la Bioinformatique (MAB)

Chercheurs : V. Berry, L. Bréhélin, G. Caraux, O. Gascuel (responsable), N. Lartillot, O. Martin, E. Rivals Post-doctorants : A. Anisimova, A. McKenzie, A. Som Ingénieurs CDD : F. Lethiec, S. Pinloche Doctorants : D. Bertrand, A. Criscuolo, E. Duprat, F. Jourdan, O. Mirabeau, F. Nicolas Thèses soutenues : S. Bérard, O. Elemento, S. Guindon, V. Ranwez HDR soutenue : R. Nock (U. Antilles) Thématique de recherche : Algorithmique, combinatoire, statistiques et probabilités, analyse des séquences, reconstruction de l'évolution, analyse du transcriptome et du protéome. Actions : Présidence du conseil scientifique de l’ACI Informatique, Mathématiques, Physique en Biologie Moléculaire (IMPBio), Coordination scientifique de l’action ministérielle Informatique, Mathématiques, Physique pour la Génomique (IMPG), Animation du RTP-STIC 41 Bioinformatique : de la séquence génomique à la fonction biologique et des AS-STIC 77 Algorithmes et Séquences, 162 Apprentissage statistique pour l'analyse des données du transcriptome et 185 Indexation de texte et découverte de motifs, Coordination de la plate-forme de bioinformatique de la Génopole Montpellier-LR Trois projets soutenus par les ACI Masses de données, Informatique, Mathématiques, Physique en Biologie Moléculaire et Nouvelles interfaces des mathématiques Steering committee du Workshop on Algorithms in BioInformatics (WABI), Chair de la conférence Mathematics of Evolution and Phylogeny à l’IHP (Paris, 2003), Bureau éditorial de Systematic Biology, revue à plus fort facteur d’impact en Evolution 12 articles publiés dans des revues internationales en 2002-03 Collaborations internationales : Camberra University (AU), Massey University (NZ), Max Planck Institute de Berlin (DE), NCBI (USA), Université de Montréal (CA), University of New Mexico (USA). Collaborations nationales : IRISA (Rennes), LORIA (Nancy), LIF (Marseille), MIG (Jouy en Josas), IBCP (Lyon), Université d’Orsay Collaborations régionales : B&PMP, CEFE, GPI, IGH, ISEM, IRD, INRA

Contexte

Les membres de ce projet travaillent dans le domaine de la bioinformatique, qui regroupe l’ensemble des méthodes informatiques pour le traitement des données issues de la biologie moléculaire à grande échelle. La bioinformatique connaît un fort développement actuellement. En effet, de nombreux génomes complets sont aujourd’hui disponibles, notamment celui de l’homme dont le séquençage est pratiquement terminé. Et de très nombreux autres génomes seront séquencés dans les années à venir, dont la proximité avec le génome humain constituera une précieuse aide pour décrypter ce dernier. De plus, les données post-génomiques, en particulier issues de puces à ADN, sont maintenant produites en abondance et à bas coût, ce qui permet d’avancer à grands pas dans la compréhension de la fonction des gènes. Les enjeux scientifiques, technologiques et médicaux sont très importants, comme en témoigne la presse spécialisée et grand public. Mais l’exploitation des données génomiques et post-génomiques fait appel à des méthodes mathématiques et informatiques de plus en plus complexes. En particulier, la taille des données impose des algorithmes de plus en plus performants, par exemple pour comparer entre eux des génomes entiers. De plus, de nombreux problèmes biologiques sont mal résolus et nécessitent d’être modélisés toujours plus finement pour que les méthodes informatiques soient opérationnelles. Dans ce cas, outre des travaux de nature

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mathématique sur les modèles, il importe de conduire une réflexion de type algorithmique pour déterminer ce qui est calculable à partir des données aujourd’hui disponibles. Le plus souvent on ne peut s’arrêter à un constat de NP-difficulté, il faut s'en accommoder et mettre en place des heuristiques performantes. Le projet MAB a une activité reconnue régionalement, nationalement et internationalement en bioinformatique, comme l’atteste la liste d’actions, responsabilités et collaborations ci-dessus. Ses chercheurs ont un très bon niveau de publication, dans des revues fort diverses puisqu’en 2002-2003 nous avons publié 12 articles dans Journal of Combinatorial Theory, Discrete Applied Mathematics, Combinatorics, Probability and Computing, Journal of Computational Biology, Bioinformatics, Systematic Biology, Molecular Biology and Evolution, Proteomics…. Le projet est fortement impliqué dans l’animation de la communauté régionale et nationale, et participe à diverses actions internationales, dont le Workshop on Algorithms in Bioinformatics et le projet Resource for Phyloinformatics and Computational Phylogenetics qui fait partie du programme Assembling the Tree of Life (NSF-USA). En 2002, deux chargés de recherche, Laurent Bréhélin (informaticien) et Olivier Martin (statisticien), ont été recrutés par le CNRS et l’INRA dans des laboratoires de biologie, la partie méthodologique de leurs travaux devant s’effectuer au LIRMM. Ils sont aujourd’hui parfaitement intégrés au projet MAB auquel ils apportent des collaborations avec le monde de la biologie ainsi qu’une participation active à nombre de nos projets. En 2003, Nicolas Lartillot a été recruté par le CNRS (C.I.D. 44) pour une intégration dans notre projet ; en post-doc à Montréal, il rejoindra le LIRMM début 2004, et nous nous réjouissons de ce recrutement qui nous permettra, notamment, d’amplifier nos collaborations avec l’équipe d’Hervé Philippe (Lab. Biochimie, Université de Montréal). Nous accueillons de manière récurrente 1 post-doc étranger par an, et nous avons bénéficié au cours des 3 ans passés d’un CDD d’ingénieur informaticien grâce à la Génopole. Enfin, nous avons en moyenne 4 à 6 doctorants, et 4 thèses ont été soutenues en 2002-2003. Ces chiffres, si on les compare à ceux du rapport d’activité 2001, montre une augmentation sensible des effectifs puisque nous sommes passés de 12 à environ 18 membres travaillant au sein du projet. Cette augmentation est accrue par le fait que nous avons des collaborations fortes avec 4 équipes de biologie de Montpellier, issues de l’Institut des Sciences de l’Evolution de Montpellier (ISEM), du laboratoire Génomes, populations, interactions et adaptations (GPIA), de l’Unité de Protéomique (INRA) et de l’Unité Biochimie & Physiologie Moléculaire des Plantes (B&PMP) ; ces collaborations sont structurées au sein d’une Equipe Projet Multi-Laboratoires (EPML) soutenue par le Département STIC du CNRS et par l’INRA. Enfin, nous avons des collaborations suivies en bioinformatique au sein du LIRMM, en particulier avec Alain Jean-Marie (projet APR) et les membres du projet VAG. Ce tissu serré de relations et de collaborations nous permet de déborder les frontières strictes du projet MAB et de nous rapprocher de la masse critique indispensable dans un domaine pluridisciplinaire comme la bioinformatique.

Résultats 2002-2003

Dans l’ensemble de nos travaux, nous essayons de combiner des résultats théoriques solides avec des applications réelles, essentiellement issues de la biologie moléculaire et de la génomique. Nous donnerons trois exemples de cette approche :

• Dans le domaine de l'algorithmique du texte, nous abordons diverses questions liées à la combinatoire des mots et à la statistique des textes. Celles-ci, outre leur intérêt théorique, ont des applications très pratiques : (1) pour paramétrer les méthodes de recherche de motifs approchés utilisées en analyse des séquences génomiques ; (2) pour juger de la qualité des générateurs de nombres aléatoires. Récemment, nous avons étudié la combinatoire des périodicités des mots finis. Les positions auxquelles un mot fini se chevauche lui même sont des périodes de ce mot. Pour tout mot de longueur n, l'ensemble de ses périodes est un sous-ensemble de [0, n-1]. Nous avons étudié les sous-ensembles de cet intervalle qui sont des ensembles de périodes et les propriétés combinatoires de l'ensemble des ensembles de périodes. Cela nous a permis d'exhiber de la redondance dans les ensembles de périodes, de proposer un codage plus compact de ces ensembles, ainsi qu'une méthode pour tirer aléatoirement avec une probabilité uniforme un ensemble de périodes [Rivals, Rahmann, 2003]. Ces résultats sont utiles pour étudier certaines statistiques des textes, qui avaient été

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très peu étudiées jusqu’à présent, comme le nombre de mots manquants de longueur n dans un texte. Nous avons ainsi proposé une méthode efficace pour calculer l’espérance de ce nombre pour des textes aléatoires et ce calcul repose sur l'énumération de tous les ensembles de périodes ; cette approche a ensuite été étendue au nombre de mots communs à deux textes aléatoires [Rahmann, Rivals, 2003].

• Nous travaillons sur la reconstruction phylogénétique depuis de nombreuses années. Ces travaux ont porté leurs fruits en 2002-2003, puisque nous avons proposé des algorithmes à la fois plus rapides et plus précis que les standards mondiaux pour reconstruire des phylogénies à partir de séquences. Une première approche est celle basée sur les distances, qui consiste à calculer la distance évolutive qui sépare chaque paire de séquences, puis à approximer par un arbre la matrice de distance ainsi obtenue. Le standard pour ce type d’approche est l’algorithme Neighor Joining (Saitou et Nei, 1987), qui a été cité plus de 7000 fois ce qui le classe parmi les 3-4 articles les plus cités en biologie. Nous avions proposé [Gascuel, 1997] une première amélioration de cet algorithme : BIONJ, qui est aujourd’hui la méthode de distance par défaut dans PAUP* (le logiciel de phylogénie le plus diffusé dans le monde). Avec Richard Desper (NCBI, USA) nous avons proposé un nouvel algorithme bien différent, basé sur le critère d’évolution minimum et qui procède par réarrangements de sous-arbres. Cet algorithme est plus rapide que NJ, BIONJ et les autres méthodes de distance disponibles : O(n2log(n)) au lieu de O(n3) où n est le nombre de séquences, mais surtout apparaît en simulation comme bien plus précis du point de vue de la capacité à retrouver l’arbre vrai [Desper, Gascuel, 2002]. Des approfondissements théoriques récents nous ont permis d’expliquer et confirmer ce gain de précision [Desper, Gascuel, 2004]. La deuxième approche est celle du maximum de vraisemblance, qui consiste à cherche l’arbre (y compris les longueurs de branches) qui explique le mieux les séquences au sein d’un modèle donné d’évolution. Cette approche est actuellement considérée comme étant la plus précise, et elle a de nombreuses qualités, comme de permettre des tests statistiques pour départager des hypothèses concurrentes. Mais elle était considérée comme très lourde en temps calcul. Nous avons réussi récemment à diminuer ses temps calcul d’un ordre de grandeur, en proposant un algorithme qui optimise simultanément la structure de l’arbre et ses longueurs de branche, au lieu d’alterner les deux optimisations [Guindon, Gascuel, 2003]. On peut avec cet algorithme (PHYML, distribué sur Internet) reconstruire des phylogénies portant sur des centaines de séquences en quelques minutes, alors que ce type de calcul nécessitait des jours de calcul, voire était impossible auparavant.

• Nous nous intéressons à l'évolution des séquences répétées en tandem, i.e., dont les copies sont des motifs similaires et adjacents dans le génome. Ces séquences sont très abondantes puisqu’on estime qu’elles représentent près de la moitié du génome humain. Pourtant de très nombreuses questions demeurent quant à leur évolution et à leur fonction. En plus des mutations ponctuelles, ces répétitions subissent des amplifications ou contractions en tandem qui leur ajoutent ou leur enlèvent une ou plusieurs copies. Pour retracer ce type d'évolution, nous avons traité deux problématiques. Étant donnée une séquence de répétitions, la première vise à recouvrer l'histoire des amplifications qui, à partir d'un motif ancestral, a abouti à la séquence actuelle dont les copies diffèrent du fait des mutations accumulées au cours du temps. Lorsqu'on optimise l'histoire selon le critère de parcimonie, le problème se révèle NP-difficile, mais nous avons conçu un algorithme qui explore tous les arbres de duplication possibles et qui est performant pour des répétitions de petite taille. Cette méthode nous a permis de vérifier, dans le cas des répétitions de gènes, que le mécanisme génétique des amplifications est bien la recombinaison inégale [Elemento, Gascuel, Lefranc 2002]. Pour un critère de distance, nous avons établi que, lorsque les amplifications sont des duplications, il est possible de retrouver le meilleur arbre en temps polynomial [Elemento, Gascuel, 2003]. Enfin, nous nous sommes intéressés à la combinatoire de ces histoires, dans le but de mettre en place des tests de validité du modèle. Nous avons ainsi apporté les premiers résultats mathématiques sur ces nouveaux objets : dénombrement, reconnaissance, génération uniforme, et en avons démontré certaines propriétés surprenantes [Gascuel, Hendy, Jean-Marie, McLachlan, 2003]. L'autre problématique est celle de la comparaison par alignement de deux allèles (versions chez des individus différents) d'une même séquence répétée. Classiquement, un alignement est un ensemble de mutations ponctuelles qui permettent de transformer une séquence en l'autre. L'introduction des amplifications et des contractions rend les opérations non commutatives. Le problème exige alors de trouver la meilleure suite ordonnée de mutations au sens du coût total de

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l'alignement. Après avoir défini ce problème et le modèle évolutif sous-jacent [Bérard, Rivals, 2002], nous avons montré que la non-commutativité ne joue un rôle que dans certains facteurs des séquences que nous avons nommé arches. Calculer le meilleur alignement d'une arche avec un symbole de l'autre séquence se réduit à un problème de stable maximum dans un graphe de chevauchement, problème polynomial pour ce type de graphes triangulés. Notre premier algorithme combine donc la programmation dynamique, comme dans le cas classique, et un algorithme de graphe pour le pré-traitement simultané de toutes les arches [Bérard Rivals, 2003]. Récemment, nous avons amélioré ce pré-traitement dont la complexité est descendu en O(n3) où n est la taille de la plus longue séquence [Bérard, 2003]. Nous avons programmé et rendu notre méthode (MS_Align) disponible sur Internet, puis l'avons utilisée pour comparer des allèles d'un minisatellite (un type de répétition en tandem) humain situé sur le chromosome Y, qui est haploïde (sans recombinaison). Des premières expériences (article en préparation) ont permis de valider le modèle et la méthode sur ce type de séquences répétées.


Nos travaux à venir s’inscriront dans la continuité de nos recherches actuelles, et viseront à l’exploitation des données à grande échelle de la biologie moléculaire, en cherchant à combiner retombées effectives en biologie et approfondissements théoriques sur les versants mathématique et informatique. Nos thèmes de recherche sont essentiellement liés à l’analyse et l’algorithmique des séquences, la reconstruction de l’évolution, et, plus récemment, l’analyse des données d’expression. Nos perspectives sont pour une large part lisibles au travers des projets que nous avons récemment soumis aux ACI et autres appels d’offre nationaux et internationaux :

Méthodes statistiques pour la phylogénie moléculaire

Les phylogénies moléculaires constituent un outil fondamental, aussi bien pour établir une classification des espèces, que pour étudier l'évolution moléculaire ou faire des inférences sur la fonction des gènes. Les méthodes modernes de reconstruction phylogénétique reposent sur la modélisation de l'évolution sous forme de processus stochastiques, et s'appuient de manière de plus en plus marquée sur les mathématiques. Le présent projet a pour thème central l'inférence statistique de phylogénies à partir de séquences, ADN ou protéines. Ses objectifs sont : (1) l'étude de méthodes non-paramétriques pour la sélection et les tests de comparaison des reconstructions phylogénétiques; (2) la réalisation de méthodes plus efficaces et mieux caractérisées pour l'inférence statistique des phylogénies, qu'il s'agisse de l'étude des paysages de vraisemblance ou de la décomposition par matrices creuses des modèles de Markov sous-jacents ; (3) la mise en place effective de tests pour deux problèmes biologiques majeurs, liés aux transferts latéraux et à la coévolution des sites. Ce projet associe le GPIA et le LIRMM, ainsi que le Laboratoire de Mathématiques d’Orsay. Il fait suite à un projet soutenu par le programme interEPST Bioinformatique jusqu’en 2003. Il a reçu récemment le soutien de l’ACI Nouvelles interfaces des mathématiques pour la période 2003-2006.

Super-matrices et super-arbres pour l’arbre de la vie

L'explosion récente de la quantité de séquences d'ADN, ARN, et protéines disponibles chez un grand nombre d'organismes rend aujourd’hui envisageable de reconstruire dans son intégralité l’arbre de la vie. C’est l’objectif du programme Assembling the Tree of Life mis en place aux USA depuis bientôt 2 ans. Cependant, l'exploitation de l'énorme masse de données de l'ère post-génomique se heurte à plusieurs problèmes. En premier lieu la taille des données rend impraticable l’application de la plupart des méthodes usuelles de reconstruction phyplogénétique. Ensuite, les données sont partiellement recouvrantes, certains gènes étant absents ou non-séquencés chez certaines espèces, et possiblement contradictoires du fait de la possibilité de transferts horizontaux. Les deux grandes approches sont basées sur les "super-matrices" et les "super-arbres". La première consiste à rassembler l’ensemble des gènes disponibles au sein d’une unique matrice de données puis à exécuter un programme d’inférence phylogénétique, qui doit nécessairement être rapide et capable de

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Combinaison d’arbres phylogénétiques s’accommoder de données manquantes. PHYML [Guindon, Gascuel, 2003 ; voir ci-dessus] possède ces deux qualités, et les premiers travaux sur les super-matrices, notamment ceux d’Hervé Philippe, donnent à penser que c’est une très bonne direction de recherche, même si elle nécessite encore des améliorations, par exemple pour permettre à chaque gène d’avoir son mode d’évolution propre. La deuxième approche consiste à inférer indépendamment une arbre pour chaque gène, puis à combiner ces arbres sources en un super-arbre qui les représente aussi bien que possible. Ce problème est NP-difficile en général, mais il existe des variantes polynomiales et de bonnes heuristiques. Notre objectif est de mettre en place et généraliser aux super-arbres un certains nombres d’outils et résultats issus de nos travaux sur les méthodes combinatoires de reconstruction phylogénétique [e.g., Bryant, Berry, 2001, Advance in Applied Mathematics]. Ce projet implique le LIRMM, l’ISEM, l’IRD (Montpellier) et le Département de Biochimie de l'Université de Montréal. Il fait suite à un projet soutenu par le programme Bioinformatique interEPST et vient d’être accepté par l’ACI Informatique, Mathématique, Physique en Biologie Moléculaire (IMPBio) Il est également associé au programme américain Assembling the Tree of Life, au projet Européen du même nom en cours de soumission au 6ème PCRD, ainsi qu’au réseau d’excellence PHYLONET lui aussi soumis au 6ème PCRD.

Evolution des séquences répétées

L'équipe a acquis une expertise sur les problèmes liés aux répétitions en tandem dans les génomes. Elle souhaite renforcer cet axe de recherche qui correspond à des questions fondamentales en biologie, et qui s’est avéré être une source de problèmes nouveaux et intéressants sur le versant méthodologique. Comme indiqué plus haut, les modèles évolutifs comportent des hypothèses réalistes, mais simplificatrices. Dans un premier temps, il convient de valider nos méthodes sur des données diverses : nouvelles familles de gènes dupliqués en tandem, minisatellites subissant la recombinaison (i.e., sur les chromosomes non sexuels), etc., de manière à établir la limite de validité de nos approches et à mesurer l'importance des phénomènes non pris en comptes tels que la délétion de copies, l'échange de copies inter-allélique, les amplifications/contractions portant sur k copies adjacentes. Ensuite, nous nous attacherons à rechercher des algorithmes pour des modèles plus généraux incluants les phénomènes sus-cités : amplifications générales et poids de mutations variables dans le cas de l'alignement, délétion pour la reconstruction d'histoires. D'autres versions de ces problèmes, seront aussi abordées. Notamment, les deux problématiques examinées indépendamment jusqu'ici (voir partie Résultats) sont bien entendus liées. Les répétitions en tandem sont souvent polymorphes : la séquence varie entre individus. La reconstruction de l'histoire des duplications à partir d'une seule séquence peut difficilement prendre en compte la perte d'une copie, difficulté qui se répercute sur la capacité à inférer correctement les nœuds internes de l'histoire de duplication. L'alignement de répétitions ne révèle lui qu'un chemin "direct" d'évolution entre deux allèles, chemin qui ne passe pas par un ancêtre commun (qui a bien évidemment existé). Considérer ensemble les deux problèmes permettra de pallier à leurs faiblesses duales. En effet, inférer l'histoire à partir de plusieurs allèles d'une répétition permettra de mieux identifier les copies perdues et

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améliorera la qualité des arbres inférés, mais ceci demande de comparer ces allèles en même temps. Pour la comparaison, considérer une évolution arborescente rendra plus réaliste et plus précis le chemin évolutif calculé entre deux allèles. Évidemment, ce problème combiné est bien plus complexe que les problèmes séparés puisqu'il ressemble au problème de la recherche conjointe de l’alignement multiple et de l’arbre phylogénétique sous-jacent, dans le cas de séquences classiques. Ce projet associe le LIRMM, le LORIA, l’IGH et le CEFE (Montpellier). Il a reçu le soutien du programme Bioinformatique interEPST jusqu’en 2003 et était en liste complémentaire dans le récent appel d’offre de l’ACI IMPBio.

Analyse de données de puce à ADN

Analyses des données de biopuce

Les biopuces ou "puces à ADN", ainsi que certaines méthodes de protéomique, fournissent une photographie de la vie cellulaire à un instant donné. Cette photographie peut être utilisée pour caractériser un tissu ou pour comparer différents tissus ou différentes conditions. Par exemple, on peut espérer détecter des signatures particulières au sein du transcriptome correspondant à diverses pathologies (telles que les cancers) ou à divers états physiologiques d'un organisme, notamment au cours du temps. L’acquisition de ces signatures se traduit naturellement en problèmes de classification, supervisés et non supervisés. Dans le cas supervisé, il s'agit, par exemple, de diagnostiquer une pathologie particulière via le transcriptome. Le diagnostic est alors effectué avant que les symptômes n'apparaissent et permet un traitement rapide, plus efficace et à moindre coût. Dans le monde végétal, cette approche peut permettre de détecter et caractériser les gènes qui interviennent dans la réponse d'une plante à une carence nutritionnelle, par exemple en phosphate. Dans le cas non supervisé, le but est de caractériser des groupes de gènes qui sont co-régulés, c'est-à-dire qui "réagissent" simultanément : leur niveau d'expression augmente ou diminue dans les mêmes conditions et les même temps. Cette approche apporte un nouvel éclairage sur le phénomène biologique étudié et permet de progresser dans la compréhension des mécanismes de régulation cellulaires. Ce sujet d’étude est le plus récent au sein de MAB, mais nous avons déjà réalisé certains travaux dans ce domaine, basés sur des techniques statistiques, d’analyse de données, ou d'apprentissage automatique. Trois articles, qui s'intéressent respectivement aux problématiques supervisées et non supervisées ainsi qu’à l’approche exploratoire de tableaux de données, ont récemment été soumis dans des revues. Ce projet est soutenu par l’AS-STIC 162 Apprentissage statistique pour l'analyse des données du transcriptome, pour la période 2003-2004.

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Traitement Algorithmique du Langage (TAL)

Chercheurs : J. Chauché, M. Lafourcade, A. Preller (professeur émérite), V. Prince (responsable) Doctorants : S. Degeilh, D. Schwab, M. Yousfi Monod Ingénieur CNAM : J-M. Delorme Thématique de recherche : Syntaxe et sémantique du langage naturel, grandes applications (recherche d’information et classification de documents), traduction automatique. Actions : co-organisation de la conférence CMMR2003 (avec le projet IHMH et l’Université d’Aarhus au Danemark), organisation pour 2004 d’une conférence internationale sur les grammaires catégorielles. Collaborations : Université de Tokyo, Université de Penang (Malaisie), Société Makkina News (projet SPRINTT), Université de Montréal (J. Lambek), Université de Grenoble 1 (GETA), Projet Papillon, Projet UNL. Animation nationale : co-direction d’une équipe projet « sémantique » du RTP 14 (département STIC du CNRS)


Ce projet, composé au printemps 2003, reprend les thématiques de la précédente équipe « traitement algorithmique du langage » du département « acquisition et représentation des connaissances ». Il s’est élargi à tous ceux qui, au LIRMM, s’intéressent au langage naturel1, ce qui en fait un projet transversal entre les deux anciens départements (ARC et IFA). Nous détaillons ci-dessous les différentes problématiques traitées dans ce projet.

Syntaxe du langage naturel

L'analyse syntaxique du langage naturel (ici, le Français) se définit à travers deux impératifs :

Appréhension Définir le passage d'une structure S1 dans un modèle M1 vers une structure S2 d'un modèle M2.

Compréhension Définir, à partir de toutes structures d'un modèle M1, les structures correspondantes qui doivent être obtenues par appréhension. Il s'agit d'une application. La construction d'un outil d'analyse s'appuie sur la définition d'algorithmes de Markov (J.Chauché) , ou sur les prégroupes de Lambek (A. Preller). L'environnement SYGMART développé par J. Chauché est un traducteur de langages fondé sur des transducteurs d'arbres. SYGMART se prête entre autres à l'analyse du langage naturel, à condition qu'une « grammaire » de ce langage soit fournie. C'est le rôle de l'environnement SYGFRAN, analyseur du Français.

1 Parfois aussi nommé « informatique linguistique » (Natural Language Processing) ou « linguistique informatique » (Computational Linguisitics) selon les communautés et les dominantes (informatique, mathématiques ou linguistique formelle).

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Sémantique du langage naturel

Fonctions lexicales et modèle des vecteurs conceptuels Le projet TAL cherche à modéliser et utiliser les fonctions lexicales (issues des travaux du linguiste formel Igo Melcuk) pour améliorer la représentation vectorielle des termes et des segments. Ce projet possède deux grandes bases de représentation des termes : des vecteurs attachés à SYGFRAN (environ 30 000) et une base de 100 000 vecteurs créée et maintenue par Mathieu Lafourcade (les vecteurs conceptuels) pour lesquels les fonctions lexicales servent d'améliorateurs.

Projet Papillon Ce projet a pour but de créer une base lexicale multilingue comprenant entre autres l'anglais, le français, le japonais, le malais, le lao, le thaï, le vietnamien et le chinois. L'accès est gratuit pourvu que l'usage ne soit pas commercial (licence de logiciel libre). Amorcé par des chercheurs en linguistique informatique, ce projet se veut utile et ouvert à la collaboration de toutes les personnes ayant un intérêt pour ces langues. Mathieu Lafourcade, membre du projet TAL, a participé à la réalisation d’un dictionnaire Français-Anglais-Malais dans le cadre de cette communauté. Adresse : http://www.papillon-dictionary.org/

Communauté UNL Le projet UNLP consiste à mettre en place un système de traduction automatique universel. Il est défini comme un projet de "métalangage numérique" pour l'encodage, le stockage, la recherche et la communication d'informations multilingues indépendamment d'une langue source - et donc d'un système de pensée. Il est mené sous l'égide de l'Université des Nations Unies (UNU, Tokyo). Plusieurs équipes réparties dans le monde travaillent sur ce projet (Japon, Inde, France, Espagne, Italie, Chine, Russie…). L’intérêt de cette collaboration est de travailler avec les mêmes règles et codes et d'obtenir ainsi un résultat vraiment universel, c’est-à-dire compréhensible par toutes les cultures. Adresses : http://www.unl.ias.unu.edu ou http://www.undl.org

Outils mathématiques

La plupart des notions mathématiques que nous utilisons sont algébriques.

Le modèle vectoriel Celui-ci est employé pour la représentation sémantique des termes et segments de discours. Deux modèles, qui sont des variantes d’un même principe, sont développés :

• les vecteurs sémantiques (Chauché 1990) qui permettent de projeter tout terme lexical sur une famille génératrice de 873 concepts, avec des composantes booléennes ;

• les vecteurs conceptuels (variante proposée par Mathieu Lafourcade), sur un espace de même dimension, mais dont les composantes sont calculées à partir de l’analyse syntaxique et des vecteurs sémantiques des textes définitoires ou des textes corrélés.

Les pré-groupes de Lambek Les pré-groupes ordonnés de Joachim Lambek sont à la base d'un calcul de types permettant de reconnaître les phrases et syntagmes en diverses langues, dont l'anglais, l'allemand, le français et l'italien. L'efficacité de cette notion réside dans la présence de foncteurs adjoints d'un endofoncteur du monoïde des types.

Pour le Français, J. Lambek a défini, en collaboration avec D. Bargelli, un système de types muni d'une structure de pré-groupes permettant de décider, si une séquence de mots forme une phrase ou non. Bien que l'algorithme puisse être expliqué sans référence à la théorie de prégroupes sous-jacente, il est important d’étendre le système de types à un fragment plus grand du Français en tenant compte des problèmes d'efficacité de l'algorithme associé. C’est à cette tâche que le projet TAL s’est attelé. Pour en savoir plus : http://www.lirmm.fr/~preller/papers

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Nous utilisons aussi des formalismes théoriques de réécriture : les algorithmes de Markov (réécriture de mots avec règles terminales) appliqués aux structures d’arbres (syntaxiques) permettant de produire un analyseur fondé sur la transduction d’arbre.

Applications

Classification de documents La classification de documents peut être réalisée soit à partir d’une analyse statistisque de similarités (entre documents), soit à partir d’une démarche « langage naturel ». Cette dernière part du principe que l'analyse automatique syntaxique et sémantique d'un texte peut permettre de le classer, indépendamment du problème de fréquence d'occurrence de termes ou de mots-clés.

Ressources dictionnairiques Les ressources dictionnairiques sont les ensembles de données et de connaissances lexicales nécessaires pour réaliser d’autres applications de TAL. Beaucoup d’entre elles sont lacunaires, comme les ressources bi ou multi-lingues. D’autres existent mais sont peu exploitables par des algorithmes ou des machines. L’objectif du projet a été de réaliser des ressources multilingues (voir projet Papillon) et dans le cadre de la traduction automatique, de créer une structure bilingue (français-anglais) exploitable sous forme vectorielle (mémoire de JM Delorme) pour SYGtoFE.

Traduction automatique : SYGtoFE Un prototype de traduction par transduction d’arbre est proposé (Français vers l’Anglais) à partir de l’analyse du Français. Pour ce traducteur, une ressource lexicale a été développée, permettant un choix dans le transfert lexical. La qualité syntaxique est assurée par la transformation d’arbres (de la grammaire française vers la forme générée anglaise). Pour une démonstration se référer à http://www.lirmm.fr/~prince

Résumé automatique de textes Une thèse démarre actuellement sur le thème du résumé automatique à partir de l’analyse syntaxico-sémantique.

Bilan 2002-2003

Syntaxe

L’évolution 2002-2003 de ce domaine est très importante. Les deux grandes avancées sont: l’application des prégroupes de Lambek à la représentation des clitiques en Français (Preller, Degeilh), et les travaux de Chauché sur SYGFRAN, analyseur du Français, qui est passé durant cette année d’un ensemble de 3500 règles à 9000 règles, avec un rappel de 30% sur un corpus de 220 000 phrases, là où la moyenne des analyseurs syntaxiques tourne autour de 5 à 10% de rappel. Pour avoir une démonstration de SYGFRAN, on peut se référer à l’adresse suivante : http://www.lirmm.fr/~chauche/ExempleAnlMem.html

Sémantique

Vecteurs Conceptuels Durant la période 2002- 2003 plusieurs publications ont été réalisées sur deux des plus importantes fonctions lexicales : la synonymie et l’antonymie. Testées et mises en œuvre, elles ont servi à améliorer la base lexicale maintenue par Mathieu Lafourcade (voir http://www.lirmm.fr/~lafourcade). L’hyperonymie-hyponymie (relation plus complexe que is-a et member-of qui sont utilisées dans les

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http://www.lirmm.fr/~prince

http://www.lirmm.fr/~chauche/ExempleAnlMem.html

ontologies en Intelligence Artificielle) et la méronymie (relation part-of) sont en cours d’étude. Un ensemble d’outils est mis à disposition par Didier Schwab (doctorant) à l’adresse suivante : http://www.lirmm.fr/taln/servlet/General?REQUEST_TYPE=InformationsAgents

Création d'une équipe projet « sémantique » du RTP 14 (CNRS) L'équipe TAL a fortement participé à la création d'une équipe projet concernant la sémantique, et en particulier la sémantique lexicale, au sein du RTP 14. Violaine Prince co-dirige cette équipe avec Maria Caterina Manes Gallo (Université de Nantes). Pluridisciplinaire, elle regroupe des chercheurs en informatique, mathématiques, linguistique, psychologie cognitive et psycholinguistique, de plusieurs universités (Nantes, Caen, Grenoble, Aix-Marseille et Lyon). Cette équipe projet a contribué a la mise en place de journées scientifiques d'étude et à la réponse à des appels d'offre du CNRS (projet TCAN du département STIC entre autres).

Classification de documents : projet SPRINTT LIRMM-LGI2P-Makkina News

Le projet TAL a collaboré avec le projet IDC sur ce thème, chacun des projets s’attachant à une méthodologie propre à ses thèmes de recherche. Sur un corpus de près de 8000 articles, dépêches, éditoriaux ou extraits, le projet propose un classement en 37 catégories (pré-définies) à partir d’une analyse syntaxico-sémantique à l’aide de SYGFRAN et des vecteurs sémantiques. La précision de classement dans les trois premières catégories atteint 85%. Aujourd'hui, dans une phase ultérieure, 14000 articles du projet ont été classés avec une précision analogue.

Ressources dictionnairiques pour la traduction

Le travail de J.M. Delorme, ingénieur CNAM en projet de fin d'études, a été de réaliser, de juillet 2002 à octobre 2003, des ressources bilingues et une structure matricielle pour le traducteur Français- Anglais SYGFtoE, fondé sur l'usage de l'analyseur SYGFRAN en première phase. Les vecteurs sémantiques associés à SYGFRAN ont été transformés dans leur totalité (association avec leurs homologues anglais du dictionnaire Roget, par une matrice 1043x873). Aujourd'hui une traduction « brute » peut être réalisée. L'actuel développement de SYGFtoE (moins de 100 règles) permet d'assurer une qualité syntaxique pour les phrases les plus usuelles.


Pour la période 2004-2007, le projet TAL compte poursuivre dans les voies de recherche présentes. Le traitement du langage naturel est un domaine parmi les plus anciens en informatique, et celui sur lequel les avancées sont les plus lentes, car très dépendantes de la technologie d'une part et des résultats d'expérience dans les différents paradigmes théoriques d'autre part. La syntaxe a une large part dans la particularité scientifique du projet, le comparant aux équipes de Caen et de Bordeaux qui s'intéressent à ce domaine. Les perspectives en terme d'évolution en syntaxe sont les suivantes :

• développement des performances de SYGFRAN : l'objectif des 50% d'analyse correcte, tous corpus confondus, est en vue pour la période concernée.

• avancée dans la représentation et la mise en oeuvre de la syntaxe du Français à l'aide des prégroupes de Lambek.

Le projet se spécialise aussi en sémantique lexicale, domaine beaucoup plus répandu en recherche que la syntaxe. Cependant, la particularité de l'équipe du LIRMM est la prépondérance du modèle vectoriel non saltonien. Les perspectives pour la période à venir sont les suivantes :

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http://www.lirmm.fr/taln/servlet/General?REQUEST_TYPE=InformationsAgents

• amélioration de la base des vecteurs conceptuels (aujourd'hui 100 000 termes sont indexés et calculés) à l'aide de l'apprentissage automatique, des fonctions lexicales et des découvertes d'associations. De plus, l'ambition de l'équipe est de tester les limites de l'hypothèse du noyau générateur de vecteurs, en cherchant à calculer automatiquement un nouvel espace générateur.

• introduction d'une sémantique « de segment » (et non plus simplement lexicale) dans l'espace des vecteurs de SYGFRAN. Locutions, expressions pourront ainsi être affinées dans leur expression mathématique afin de réduire les effets secondaires des contresens dans des applications comme la classification automatique ou le résumé.

Une des originalités les plus fortes de l'équipe est de s'atteler à la tâche, longtemps convoitée et fort risquée, de la traduction. La filiation grenobloise d'une partie des membres du projet TAL n'est pas étrangère à ce particularisme, sachant que le GETA (Grenoble) a été longtemps leader de projets européens et internationaux en traduction automatique. Cependant, en choisissant de subordonner la traduction à l'analyse, l'équipe montpelliéraine opte pour une voie « sûre » : en effet, la traduction de segments (phrases, textes, ensembles de documents) se fonde d'abord sur une analyse correcte et en profondeur. La traduction de segments se fait donc à partir du Français , de façon unidirectionnelle. La liaison entre SYGFRAN et tout traducteur « générateur » est donc évidente. Les perspectives pour la période 2004-2007 en traduction sont :

• le développement de SYGFtoE (Français vers l'Anglais) jusqu'à une version robuste, éventuellement en phase pré-industrielle. Le marché de la traduction est en pleine expansion, et ce type de produit est très convoité. Certes la traduction Anglais -> Français apparaît comme plus attractive, car les sources web en langue anglaise sont multiples, mais la « niche » de tout traducteur SYGFtoX ( Français vers une langue X) est d'augmenter la diffusion des sources en Français.

• la poursuite des projets internationaux autour des sources dictionnairiques multilingues (Projet Papillon et UNL).

Enfin, les applications sont la vitrine des travaux de recherche plutôt fondamentaux menés en syntaxe et sémantique. Parmi les applications qui seront privilégiées pour la période considérée :

• poursuite des applications de classification automatique de documents (essentiellement des corpus hétérogènes).

• début de recherches autour de l'application des techniques d'analyse syntaxique et sémantique de segments pour la création de résumés typés : résumés « thématiques » (affiliant les textes à des thèmes) ou par saillance (résumés donnant la « particularité » d'un texte dans un thème donné). Là aussi, dans ce domaine, l'accès aux immenses ressources textes du Web font du résumé automatique une application d'une utilité évidente.

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Visualisation et Algorithmes de Graphes (VAG)

Permanents : M. Habib, M. Hascoët, P. Janssen, G. Melançon, C. Paul (responsable), G. Simonet, M.-C. Vilarem Doctorants et post-doctorants : T. Bennouass, M. Bouklit, F. Boutin, S. Ceroi (jusqu'à sept. 2002), N. Colliot, M. Collomb, C. Crespelle, F. Jourdan, F. de Montgolfier, J. Thievre Invités : D. Corneil (University of Toronto, Ca), Y. Chiricota (Université du Québec à Chicoutimi, Ca), D. Kelly (University of Manitoba, Ca), M. Raffinot (CNRS, Génopôle Evry) Thèse soutenue : F. de Montgolfier, Décomposition modulaire des graphes, théorie, extensions et algorithmes (2003). Thématiques - Mots clefs : Algorithmes et théorie des graphes; Décomposition de graphes et clustering; Modélisation de structures multi-échelles; Interaction et Visualisation, Evaluation. Actions : Comités de programmes internationaux (STACS 2003 et 2004, WG 2002 et 2003, IHM 2004, IEEE InfoVis 2002 et 2003); Organisation de conférences internationales (STACS 2004); comités de programmes nationaux (AlgoTel 2003), Organisation de conférences nationales (AlgoTel 2002) Animation nationale : ACI Masse de données PairAPair, ACI Masse de données NavGraphe, ACI jeune chercheur; Actions Spécifiques (Dynamo, Algorithmiques des grands graphes, Représentation compacte et élicitation de préférence dans des domaines combinatoires, Résolution interactive et résolution de problèmes combinatoires, Plasticité des systèmes interactifs, Visualisation d'information); Action COLOR Dynamic; Groupe de travail de GDR (Visualisation, Graphes et algorithmes).

Contexte scientifique et objectifs

Les dernières décennies ont vu l'émergence d'importantes masses de données qu'il s'agit de traiter le plus efficacement possible. L'exemple le plus typique est sans doute la croissance du WEB et l'apparition de moteurs de recherche très performants. Mais on peut aussi penser aux données issues de la biologie ou autres réseaux sociaux. De nouvelles problématiques, liées au traitement de grandes quantités de données, nous sont donc posées. Il faut donc développer des nouveaux modèles ainsi que de nouveaux outils et algorithmes. Le projet VAG regroupe des chercheurs travaillant sur la combinatoire, les graphes, l'algorithmique et la visualisation. Nous souhaitons à la fois utiliser des outils mathématiques (combinatoire, graphes, probabilités) et des outils/systèmes de visualisation pour proposer de nouvelles modélisations (graphes, structures multi-échelles) de ces données et de nouveaux algorithmes. L'objectif est donc d'offrir une approche transversale.

Modélisation et algorithmique

Les données issues du WEB, de la biologie, des réseaux de communications, des réseaux sociaux sont souvent modélisées par des graphes. Dans la pratique, à cause de leur grande taille et/ou leur dynamicité, la structure de ces graphes reste relativement méconnue. Toutefois, il a été constaté de manière empirique que ces graphes ont des caractéristiques communes regroupées sous le terme de graphes petits mondes. Il s'agit donc de proposer et d'étudier de nouveaux modèles de génération. Sur ces modèles, nous étudions :

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• des paramètres et théorèmes structuraux (propriétés combinatoires, comportement asymptotique...)

• l'algorithmique (décomposition, parcours, routage...),

• des codages et représentations compactes.

Clustering

L'existence de schémas de décomposition de graphes est souvent la base d'une algorithmique puissante. Le problème consiste donc à partitionner si possible de manière récursive un graphe de manière à ce que chaque partie, appelée de manière générique cluster , soit relativement homogène vis à vis de l'extérieur. Le challenge est ici de mettre au point des méthodes de clustering efficaces tant en terme de temps de calcul qu'en terme de "pertinence" par rapport aux données initiales (communautés dans les réseaux sociaux, groupes de gènes similaires en biologie...) Enfin, pour permettre l'exploitation des données à travers les modèles proposés, il est important d'offrir aux utilisateurs des outils de visualisation qui autorisent une vision à la fois globale de la structure (éventuellement multi-échelle) et détaillée sur certaines zones choisies. Il faut permettre une navigation aisée dans ces structures. Par exemple, dans le domaine du génie logiciel, de bonnes méthodes de clustering associées à des logiciels de visualisation sont utiles au "reverse engineering".

Visualisation et interaction

L'objectif est la validation des modèles proposés par des mesures empiriques des paramètres caractéristiques (sur des graphes type petits mondes par exemple). La visualisation permet lors d'un protocole expérimental d'effectuer des mesures statistiques sur nos heuristiques. Nos méthodes sont basées sur :

• l'application des algorithmes de décomposition pour le calcul de vues abstraites (hiérarchisation des données)

• l'application des paramètres structuraux à des fins de navigation (filtres, design d'indices visuels)

Enfin, nous étudions les problématiques liées au prototypage et à la conception de systèmes de visualisation (aspect génie logiciel et IHM).

Bilan 2002-2003

L'objectif du projet VAG est donc d'offrir une approche transversale partant de l'étude théorique (combinatoire, algorithmique) jusqu'à la mise au point de systèmes de visualisation et d'interaction pour traiter des données massives issues de domaines tels que par exemple la biologie (génome, réseaux de protéines...), les nouveaux réseaux de communications (WEB, réseaux pairs à pairs...). De ce point de vue, il est important de noter que différents membres de projet VAG ont fait partie ou font partie d'actions spécifiques et/ou ACI qui se veulent prospectives sur ces thèmes :

• Actions Spécifiques : Dynamo (RTP 1), Algorithmiques des grands graphes (RTP 23), Nouveaux modèles et algorithmes de graphes pour la biologie (AS 186, RTP 41 et GDR ALP) ;

• ACI Masse de données PairAPair et NavGraphe.

D'autre part, certains travaux effectués ces deux dernières années présentent déjà des caractères transversaux aux 3 thèmes principaux. Ces travaux sont principalement centrés sur le clustering et les graphes petits mondes :

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• étude d'algorithmes de routage dans les graphes petits mondes,

• un nouveau modèle pour visualiser et détecter des clusters dans les graphes petits mondes,

• visualisation et navigation dans des structures multi-échelles,

• techniques de clustering dépendant du focus.

Avant de présenter ces quelques travaux fédérateurs pour VAG, nous décrivons de manière très succincte les spécialités des différents membres du projet. En quelques chiffres, les membres du projet VAG ont à leur actif 28 publications ou pré-publications ces deux dernières années, dont 6 revues et 10 conférences internationales avec actes à large diffusion. Des rapports détaillés sur l'ensemble des recherches correspondantes ainsi que la bibliographie complète sur les années 2002-2003 sont accessibles à l'adresse : http://www.lirmm.fr/~vag/

Graphes et Algorithmes

L'existence d'algorithmes efficaces sur les graphes repose généralement sur des propriétés combinatoires fortes ou des techniques de décomposition puissantes. Une importante recherche dans cette direction est menée par des membres de notre groupe tant sur le plan théorique qu'algorithmique. Sur les années 2002-2003, nous pouvons recenser 6 revues internationales et 4 conférences internationales sur cette thématique. Les principaux sujets traités sont donc : algorithmes de décomposition de graphes, problème de la reconnaissance de familles de graphes et variantes, codages et représentation de graphes, hypergraphes ou ensembles ordonnés...

Thèse soutenues : Décomposition modulaire des graphes, théorie, extensions et algorithmes (F. de Mongolfier) Collaborations : L. Nourine (LIMOS, Clermont-ferrand), H. Fargier (IRIT, Toulouse), Mathieu Raffinot (Génopôle, Evry), C. Gavoille (LaBRI, Bordeaux), P. Fraigniaud (LRI, Orsay), R. McConnell (Denver, USA), D. Corneil (Toronto, Ca), J.A. Telle (U. Bergen No).

Visualisation

Dans un but de visualisation d’information, visualisation de graphes, nous définissons des artifices et des indices visuels exploitant les propriétés combinatoires et structurelles de la donnée. Nous travaillons sur la mise au point de modèles multi-échelles. A l'aide du calcul ou de l’identification de structures multi-échelles nous pouvons proposer des outils de visualisation interactifs. Les domaines d'applications visés sont le génie logiciel (reverse engineering), la biologie moléculaire (graphes d’interactions de protéines, voies métaboliques), réseaux sociaux (réels ou symboliques), les réseaux physiques (informatiques, électriques, routiers). Deux étudiants sont en cours de thèses sur ces problématiques. Collaborations : Graph Visualization Framework (projet Open Source hébergé sur SourceForge, gvf.sourceforge.net), Projet Visualisation de l’information (LaBRI, U. Bordeaux I), Y. Chiricota (UQAC, Ca.), C. Godin (AMAP, CIRAD), F. Molina (CPBS, U. Montpellier 1)

Modèles d'interaction

Nous avons développé le mur-écran (ou wall-screen), un nouveau dispositif de visualisation de type « focus+contexte » pour la visualisation d'information à différents niveaux d'échelle. Dans le contexte de l'interaction sur le mur-écran, nous avons proposé, deux nouveaux modèles permettant de déplacer les objets du mur vers l'écran et reciproquement. Ces deux modèles ont pour objectif d'optimiser le temps d'acquisition d'une cible d'une part et la précision d'autre part, en minimisant le nombre d'erreurs. Par ailleurs, nous développons un modèle de visualisation et d’interaction pour l'exploration de bases de données documentaires. Ce modèle repose sur l’exploitation optimale des diagrammes de Venn ou d’Euler pour, d'une part la formulation des requêtes, et d'autre part, la représentation des résultats.

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Collaborations : Le travail sur les modèles d'interaction et de visualisation pour l'exploration de bases documentaires se fait dans le cadre d'une collaboration avec l'INA et en particulier Marie-Luce Viaud, responsable de l'équipe VIE à l'INA et J. Thievre doctorant CIFRE de notre équipe. Elles sont également l'occasion de collaborations trasnversales avec l'équipe IHM du LIRMM et en particulier Jocelyne Nanard.

Modélisation et Algorithmes

Nous présentons ici des travaux récents qui ont été menés dans le cadre de trois actions spécifiques (Algorithmiques des grands graphes, Dynamo et Nouveaux Modèles de graphes et algorithmes pour la biologie). Le dénominateur commun de ces AS est la recherche de nouveaux modèles et algorithmes pour traiter des grandes quantités de données offrant éventuellement un aspect dynamique.

Recherche de structures communes à plusieurs graphes Une des problématiques de la bioinformatique est la recherche de motifs communs dans des chaînes de caractères modélisations des brins d'ADN, des gènes... L'émergence des réseaux métaboliques par exemple, montre qu'il est nécessaire de considérer des modèles plus complexes que des objets linéaires tels que les chaînes de caractères. Nous avons donc développé des algorithmes de recherches de structures communes à plusieurs graphes. En utilisant la technique, désormais classique, de l'affinage de partition (introduite à l'origine pour la minimisation d'automates finis déterministes), nous avons obtenu des algorithmes quasi-optimaux pour le calcul de composantes connexes communes à un ensemble de graphes. A.-T. Gai and M. Habib and C. Paul and M. Raffinot. Identifying Common Connected Components of Graphs. Technical Report RR-LIRMM 03-016, LIRMM, Université de Montpellier 2, July 2003.

Routage glouton dans les graphes petits mondes Les petits mondes peuvent être définis de manière informelle comme des réseaux dans lesquels non seulement les noeuds sont à faible distance les uns des autres, mais surtout il est possible de trouver un court chemin entre toute paire de noeuds au moyen d'un processus simple et distribué. Cette définition s'applique donc au problème du routage : étant donné des informations locales (il n'est pas possible de connaître tout le graphe), comment acheminer un message vers une adresse destination? L'algorithme de routage doit être excessivement simple (afin qu'il puisse par exemple être mis en oeuvre par tout individu d'un réseau social). Nous avons étudié comment la quantité d'informations disponible pour un algorithme de routage glouton influe sur ses performance (longueur moyenne du chemin découvert). Nous avons mis en évidence un effet de seuil sur la quantité d'information à stocker pour que les performances de l'agorithme soit optimales. Ce travail a été mené dans le cadre des AS Dynamo (RTP 1) et Algorithmiques des grands graphes (RTP 23) P. Fraigniaud, C. Gavoille et C. Paul, Ecleticism shrinks the world, Rapport de Recherche LRI-1376, novembre 2003.

Visualisation de graphes du type petits mondes Cette étude s'inspire du modèle PageRank (utilisé par le moteur de recherche Google pour l'indexation des pages WEB) pour développer un outil de visualisation de graphes massifs (tels que le graphes du WEB) permettant de mettre en évidence des communautés (clusters). La méthode PageRank permet d'affecter une « mesure d'audience », sous forme d'un coefficient, aux sommets d'un graphe. Nous interprétons ce coefficient comme la masse de chaque sommet. Chaque sommet étant une particule évoluant dans un espace soumis aux forces d'attraction-répulsion telles que dans un modèle gravitationnel. Un algorithme simulant un tel modèle a été proposé et implémenté. Il permet de visualiser le graphe en faisant apparaître des groupes de sommets qui correspondent à des "communautés. T. Bennouas, M. Bouklit et F. de Montgolfier, Un modèle gravitationnel du Web , Cinquièmes Rencontres Francophones sur les aspects Algorithmiques des Télécommunications (Banyuls-sur-mer, France), ALGOTEL'03 (Mai 2003)

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Visualisation multi-échelle des graphes petits mondes En visualisation d'information de nombreux réseaux sont petits mondes. Cette caractéristique est apparue lors de l'étude des réseaux sociaux, biologiques ou de ceux produits par le génie logiciel. En outre, nombre de ces réseaux présentent une structure multi-échelle : des réseaux petits mondes dont les élements sont eux mêmes des petits mondes. Nous décrivons une métrique permettant d'identifier efficacement les liens « faibles » qui, une fois filtrés, induisent une organisation des éléments du réseau en composantes densément connectées. Nous montrons comment cette méthode peut permettre une navigation interactive en utilisant le zoom sémantique. Nous présentons une navigation entre les différents groupes et sous-groupes extraits par notre méthode. D. Auber, Y. Chiricota, F. Jourdan et G. Mélançon, Multiscale VisualizatioInformation Visualization Symposium, Seattle, USA, IEEE CS Press (2003)

Clustering intégrant le point de vue (focus) pour l'explo Nous proposons une méthode de clustering de graphe intégrant la non'importe quel noeud du graphe d'origine choisi par l'utilisateur. L'alpartir du focus et de la structure du graphe pour extraire des clusteappelé arbre silhouette ou « outline tree ». Cet arbre donne ud'abstraction élevé de l'ensemble du graphe et peut ensuite servir ddes détails. Nous décrivons l'algorithme permettant la construction dapplications et une étude de cas dans l'article ci-dessous. Boutin, F. and M. Hascoët (2003). Focus-Based Clustering for Multi-ScaConference on Information Visualization, IV'2003, IEEE Press Publishing, pp

Perspectives

Malgré sa jeunesse, le projet VAG a déjà montré un certain nombthématiques qu'il souhaite aborder. A moyen et long terme, nous interactions. On peut parier que la participation de différents meSpécifiques et Actions Concertées Initiatives sur ces sujets permeampleur au projet. Nous décrivons donc ici les retombées attendues

Nouveaux modèles et algorithmes

Ces dernières années ont vu l'émergence de nouveaux réseauxtélécommunication physiques ou virtuels, réseaux mobiles, réseaux en biologie...). Malgré la diversité apparente de ces objets, ils problèmes tous liés à leur taille et leur dynamicité. L'Action Spécifnaturel d'expertise sur le thème générique des réseaux dynamiquenjeux stratégiques du domaine tant sur le plan théorique qu'appliqude manière plus incisive dans ces thématiques. Les conclusions defléchage thématique prioritaire au sein du département STIC. Les obdans ces perspectives.

Graphe « Petit Monde »

n of Small World Networks . IEEE

ration multi-échelle de graphes

tion de focus. Le focus peut-être gorithme de clustering travaille à rs qui s'organisent dans un arbre ne représentation à un niveau e point de départ à l'exploration e l'arbre silhouette ainsi que les

le Visualization. Proceedings of the 53-59, july 2003.

re de liens entre les différentes souhaitons donc développer ces mbres du projet à des Actions tte de donner une plus grande

de ces différents projets.

(réseaux sociaux, réseaux de pair-à-pair, réseaux de protéines ont en commun de nombreux

ique Dynamo est née du besoin es. Elle a mis en évidence les

é et surtout la nécessité d'investir l'AS vont jusqu'à préconiser un jectifs du projet VAG s'inscrivent

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AS Nouveaux modèles de graphes et algorithmes pour la biologie De nouveaux besoins en modélisation et algorithmique sur des modèles liés aux graphes apparaissent dans de nombreux domaines de la biologie, mais ces modèles ne sont pas encore complètement figés. Les progrès des biotechnologies de ces dernières décennies ont grandement augmenté à la fois la quantité de données disponibles et les types de données utilisées. Comment gérer ces nouvelles données ? Quels sont les modèles de graphes adaptés ? Comment proposer des algorithmes efficaces en complexité linéaire ou à l'extrème limite quadratique sur ces graphes ?

ACI Masse de données PairAPair Les réseaux pair-à-pair ont connu ces dernières années un fort essor par l'apparition d'applications de partage de fichiers (telles que Gnutella ou Kazaa ) qui ont remporté un tel succès qu'elles constituent aujourd'hui la principale source de trafic sur Internet. Le projet PairAPair se propose de faire le pont entre les aspects pratiques et les solutions efficaces théoriques. L'objectif principal est donc la conception de protocoles pair-à-pair. Outre les aspects algorithmiques à développer, cela soulève des problèmes de mesure, de modélisation et d'analyse.

Visualisation et interaction

ACI Masses de données NavGraph L'idée fondamentale de ce projet est de combiner les méthodes automatiques de l'algorithmique de graphes, les requêtes de bases de données et l'oeil de l'expert pour construire une navigation performante. Nous désirons ainsi sonder de nouvelles applications pour des modèles réalistes de graphes traitant: de bases de données vidéos, de la visualisation de structures biologiques, l'exploration de cartes sémantiques.

ACI jeune chercheur Paradigmes d'interaction pour la visualisation multi-échelle d'information et dispositifs matériels associés

Le mur-écran nous permet d'explorer de nouveaux modèles d'interaction et de visualisation d'information. Nos perspectives de recherche s'inscrivent pour beaucoup dans la continuation des travaux sur le clustering pour permettre une exploration multi-échelle des données visualisées.

Dispositif mur-écran

Par ailleurs, la mise au point de ce type de dispositif demande que l’on étudie également trois principaux types de problèmes : (i) problèmes de coordination entre les deux espaces d’affichage - comment coordonner au mieux les deux vues lorsque l'une est globale (et affichée sur le mur) et l'autre de détail (et affichée sur l'écran) ? Quels sont les modèles de couplage, coordination et communication entre les deux vues qui peuvent permettre une intégration optimale du tout du point de vue de l'utilisateur ? (ii) problèmes de modalités d'interaction avec la surface affichée sur le mur – dispositif de pointage de type direct ou indirect ? (iii) problème d’architecture matérielle (affichage géré par plusieurs postes de travail - un ou plusieurs clients et un serveur d’affichage dédié à l'affichage du mur, ou poste unique assurant la gestion de tous les affichages).

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Web Sémantique & E-Learning (WEB)

Chercheurs : D. Guin, D. Hérin, M. Joab (responsable), P. Pompidor, M. Sala, L. Trouche. Doctorants : L. Abrouk, H. Eberspacher, P. Suksomboon, J. Touitou Invités : M.N. Bessagnet, Université de Pau (oct-dec. 2003) Thématique - Mots clés : E-learning, Systèmes d'informations, Web sémantique, Ontologies, XML, Métadonnées, Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain, Apprentissage Collaboratif Actions : Comité de programme de conférences internationales (ITS'02, AIMSA'02, K-CAP'03, SW-WL'03, OOIS'02, SETIT'03, AIM'02), nationales (EGC'02, EIAH'03, TICE'02, DVP'02, INFORSID'02, COMETIC'03) ; Comité de lecture de revues nationales (RIA, ISI, STICEF) et internationale (IJAIED) ; Organisation de conférence (SW-WL'03, EGC'02, EIAH'05). Projets : AS STIC (RTP 39) "Web sémantique & E-learning" et "Fondements théoriques et méthodologiques de la conception des EIAH"; Action COLOR INRIA "WebLearn"; Projet de recherche "Semantic Web & Learning" au sein du NoE Kaleidoscope ; projet Minerva "E-quality”; projet Intereg III Transforma. Collaborations : INRIA Sophia Antipolis (R. Dieng), TT&S, GEIE Semide Sophia. Structures d'animation : réseau RTP 39 « Apprentissage, éducation & formation »; ATIEF; GDR I3; projet de recherche au sein de Kaleidoscope (NoE 6e PCRD)


Compte tenu de la croissance exponentielle des ressources pédagogiques et de leur hétérogénéité, il est difficile de trouver les documents pédagogiques pertinents du point de vue sémantique. Il est donc nécessaire de concevoir et de réaliser des outils spécifiques pour faciliter l’accès aux documents pédagogiques et leur intégration. Les technologies émergentes du web sémantique, du Grid et du P2P, offrent une contribution significative dans ce domaine. Dans ce contexte, nous étudions les aspects liés à (i) l'extraction de connaissances distribuées sur le Web pour réaliser des ontologies de services afin d'assurer un accès à des sites hétérogènes, (ii) la construction de synthèses et d'agrégations des connaissances de façon semi-automatique, (iii) la modélisation des sites Web, (iv) et la constitution de communautés virtuelles. L’approche que nous retenons, la plus fréquente d'ailleurs, consiste à décrire les ressources par des méta-données ou des annotations sémantiques, en utilisant un vocabulaire conceptuel fourni par une ontologie. Nous travaillons également sur la normalisation de ressources pédagogiques pour permettre leur partage par une communauté d’utilisateurs. Nous souhaitons construire un modèle sémantique de ressources compatible avec la description des ressources pédagogiques définie par les comités de standardisation ou le groupe de travail de l’ISO/JTC1/SC36. Pour la mise en œuvre de l’apprentissage collaboratif, des objets pédagogiques viennent s’ajouter aux ressources (supports de cours, exercices, documents de référence). Les profils d’apprenants, les interactions entre apprenants et leurs produits sont modélisés pour faciliter le travail collaboratif alternant phases synchrone et asynchrone. Nous souhaitons construire un modèle sémantique d’objets pédagogiques intégrant ces aspects et compatible avec les standards en cours d’élaboration. En résumé, l'objectif du projet est d’explorer les techniques du Web Sémantique pour les applications e-learning et de mesurer l’impact des spécificités du e-learning pour la conception de portails dédiés. Le projet regroupe des enseignants-chercheurs travaillant dans l'ingénierie des données et des connaissances et plus précisément dans les systèmes d'information, l'extraction des connaissances, pour s'intéresser à ces problèmes, en liaison avec des didacticiens (membres associés). Ces chercheurs ont décidé de mettre en avant le thème émergent « WEB sémantique & e-learning » compte-tenu de leur implication croissante dans le domaine au niveau national (AS STIC-RTP'39, action COLOR INRIA) et international (Réseau d’EXcellence 6° PCRD Kaleidoscope, projet européen Minerva E-Quality pour la formation à distance, projet européen Intereg III Transforma France/Espagne).

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Ce projet s’intègre pleinement dans le développement régional du e-learning avec la participation active de plusieurs de ses membres à l’Université Ouverte de Montpellier Languedoc-Roussillon qui fédère les initiatives sur ce secteur. Montpellier est l’une des dix UNR (Universités Numériques en Région) retenues au niveau national en octobre 2003.

Bilan 2002-2003

L'objectif du projet Web Sémantique et E-Learning est de proposer des concepts, des méthodes et des outils sur les environnements informatiques pour l'apprentissage humain mettant en œuvre l'expertise de ses membres dans les domaines de l'ingénierie des données et des connaissances, de l'extraction de connaissances et de la recherche de documents et d'informations. Il relève par là même à la fois de la recherche théorique et de la R&D. D'ores et déjà, les membres du projet font partie d'actions spécifiques qui se veulent prospectives sur ce thème: « Fondements théoriques et méthodologiques de la conception des EIAH » et « Web sémantique et E-learning ». La plupart des travaux effectués ces deux dernières années relèvent déjà de ce thème. La bibliographie complète sur les années 2002-2003 est consultable sur le site du projet : http://www.lirmm.fr/~web

Accès au Web « caché »

L'objectif est d'extraire des connaissances dynamiques de manière à découvrir les structures cachées afin de pouvoir formuler des requêtes par le contenu. En effet, les moteurs de recherche actuels tels que Google ou Hotbot référencent uniquement le web visible (ou statique). Or le web caché dont l’information se trouve dans les pages générées dynamiquement, le plus souvent via un formulaire de recherche qui permet à l’utilisateur d’interroger une base de données, est de plus en plus important. Au début 2002, il était évalué à 500 fois le web visible et à plus de 10 000 bases de données cachées. Les sites destinés au commerce électronique sont spécifiques du web caché. L’objectif est d’interroger les données du web cachées depuis n’importe quel site d’un même domaine. L'approche retenue est basée sur la médiation, les ontologies et les logiques de descriptions. Prototype Chimère : MS. Segret, P. Pompidor, D. Hérin, "Extraction et intégration d'infroamtions semi-structurées dans les pages web - Projet Chimère", RR Lirmm. A paraître dans ouvrage.

Aide à l'enseignant pour la composition de cours

Le problème à résoudre est d'aider l’enseignant dans sa phase de préparation de cours. Pour cela, l’objectif est de modéliser et synchroniser les ressources pédagogiques disponibles sur le web, en vue de concevoir, d’évaluer et de réviser un cours. Ce travail permet la création assistée de cours par l’enrichissement d'une ontologie de concepts pédagogiques. Nous traitons le problème par deux approches complémentaires. Dans la première approche, nous retenons comme hypothèse que l’enseignant peut modéliser les aspects sémantiques du cours que nous représentons par une ontologie. Dans ce cas nous organisons les contenus sémantiques. Après évaluation auprès des étudiants, nous mettons en place des informations qui vont permettre à l’enseignant de réviser son cours. Dans la deuxième approche, nous supposons que l’enseignant lors de la conception d’un nouveau cours, ne dispose que de certaines connaissances du domaine. Dans ce cas, nous recherchons sur le web de manière automatique en se basant sur des patrons syntaxiques et sémantiques, des contenus, des instances et des concepts se référant au domaine cherché. Nous obtenons un « brouillon de cours » que l’enseignant peut ensuite adapter et réutiliser. D. Hérin, M. Sala, P. Pompidor, "Evaluating and Revising Courses from Learning Web Resources", ITS'2002. P. Pompidor, M. Sala, D. Hérin, "An incremental method for extraction of pedagogical knowledges on the web", SW-WL'2003 & EIAH'2003

Parcours personnalisés pour le e-learning

A l'heure actuelle, le webmaster d'un site web ne dispose habituellement que de connaissances statistiques pour connaître les utilisations de son site. Pour pouvoir enrichir les connaissances sur la

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navigation dans des parcours de formation, nous modélisons le site web en utilisant une ontologie du domaine (représentée en XML) et relions les pages du site à cette ontologie. Ensuite, nous catégorisons les apprenants pour pouvoir obtenir des connaissances ciblées. Ces informations vont permettre par catégories d'apprenants : d'optimiser les parcours, de ne présenter que les informations pertinentes et d'aider à la révision du site. M. Sala, P. Pompidor, D. Hérin, Aid to the Semantic Maintenance of the Web Site, IADIS WWW/Internet'03

Simulation et formation professionnelle

Le projet « Système Pédagogique d’Entraînement de Peloton » (SPEP) est mené en collaboration avec Thales Training & Simulation et le Laboratoire d’Informatique de Paris 6. Il a pour objectif d’ajouter des fonctions d’aide à l’instructeur à un réseau de simulateurs pleine échelle reproduisant le char Leclerc. Un système d’évaluation automatique du comportement tactique du peloton et un générateur de document interactif de debriefing ont été réalisés durant 2002-2003. Un système à base de connaissances analyse on-line les observables du comportement des stagiaires. Les règles d’évaluation tactiques analysent le contexte (niveau de menace, adéquation de la formation à la phase courante) et émettent des critiques sur le comportement agressif, le déplacement et la sauvegarde. Il permet de relier les critiques émises aux contextes et événements passés proches ou lointains. La représentation graphique adoptée pour le rapport interactif de debriefing place les événements, les contextes et les critiques dans une même trame temporelle de façon à représenter de façon homogène les dépendances proches ou lointaines. Elle comporte aussi des points de repère fondés sur l’expertise du domaine (icônes de tir, courbes de menace, couleur par critère d’évaluation). La conception du rapport de debriefing met en évidence les événements ou les séquences marquants de l’exercice, les justifications des critiques avec leurs références dans le temps. L’exploitation du rapport de debriefing par critère d’évaluation permet à l’instructeur de rapprocher le comportement du peloton durant des épisodes dispersés. De ce fait, il facilite l’identification de comportements erronés et réguliers des stagiaires.

Auzende O., Joab M., Rivière F., Le Leydour P., Futtersack M., A Knowledge-Based Generator For After Action Review Interactive Documents, CALIE'04 Joab M., Auzende O., Futtersack M., Bonnet B., Le Leydour P., Computer Aided Evaluation of Trainee Skills on a Simulator Network, ITS’2002

Conception de ressources pédagogiques

Depuis septembre 2000, le projet SFODEM (Suivi de Formation à Distance des Enseignants de Mathématiques) a pour objectif de former les enseignants de mathématiques du second degré à l’intégration des Nouvelles Technologies dans l’enseignement. Dans SFODEM, nous avons élaboré avec D. Guin et L. Trouche un modèle de ressources pédagogiques dans le but d’aider les enseignants dans la conception de leurs propres ressources ou dans l’appropriation de ressources existantes. Par itérations successives, ce modèle est expérimenté par les enseignants en formation du SFODEM, évalué et modifié en conséquence. Un CD-ROM, publié en 2003 par l’IREM établit le bilan de la phase expérimentale. Il rassemble des ressources expérimentées conformes au modèle. Cette recherche se situe dans le cadre des actions en cours sur la normalisation des objets pédagogiques (IEEE, AFNOR).

M. Joab, D. Guin, L. Trouche, Conception et réalisation de ressources pédagogiques vivantes : des ressources intégrant les TICE en mathématiques, EIAH'2003. Guin D., Joab M., Trouche L. , Suivi de Formation à Distance pour les Enseignants de Mathématiques du Second degré : bilan de la phase expérimentale (2000-2002), CD-ROM IREM Montpellier, 2003.

Organisation du travail des groupes pour l’apprentissage collaboratif

Aujourd’hui en e-learning, l’apprentissage collaboratif contribue à rompre l’isolement des apprenants, facteur d’abandon majeur. Dans ce cadre, nous étudions l’organisation du travail collaboratif. L’architecture P2P constitue une voie que nous explorons pour obtenir un environnement collaboratif alternant phases de travail synchrone et asynchrone où les participants (ou les groupes de participants) sont autonomes, échangent des données et interagissent. Notre travail s’appuie sur la

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modélisation des profils d’apprenants, des interactions entre apprenants et des contributions au travail collaboratif.


Les membres du projet ont déjà montré leurs interactions au travers de publications et de montage d'actions. Nous espérons que le réseau d'excellence Kaleidoscope (Concepts and Methods for exploring the future of Learning with digital technologies) focalisera les travaux du projet, puisque les travaux du réseau démarrent officiellement à partir du 1er janvier 2004. Par ailleurs, l'AS STIC et l'action Color INRIA sur le « Web sémantique & E-learning » se dérouleront durant l'année 2004 et participeront fortement à l'émergence des points forts et des points faibles des travaux autour de notre thématique et nous aideront ainsi dans nos orientations. Le début des travaux a mis en évidence les enjeux stratégiques du domaine sur les plans théoriques et appliqués.

Kaleidoscope se compose de plusieurs SIGs auxquels participeront les membres du projet (Learning Grid, Collaborative Learning, etc.) et de JEIRPs (Jointly Executed Integrated Research Project). Le JEIRP « Semantic Web and Learning » est animé par un membre du projet et tous les membres de l'équipe sont impliqués dans cette activité. Il regroupe 10 partenaires, 6 pays et une trentaine de membres. Les travaux se focaliseront autour de quatre enjeux :

• les méthodologies et les standards pour l'annotation sémantique des contenus d'enseignement et la description des méta données.

• la création d'outils automatiques ou semi-automatiques pour assister la description des métadonnées et l'annotation des ressources pédagogiques.

• les solutions pour organiser, stocker et accéder aux ressources, mais également aux métadonnées, annotations et ontologies dans un contexte Pair à Pair et Grid.

• l'étude des besoins et des usages futurs des métadonnées et de l'annotation sémantique en définissant les acteurs et les systèmes qui utilisent les ressources pédagogiques.

Les travaux du projet se situent dans ces perspectives. Ils concernent plus particulièrement :

• la composition de ressources pédagogiques à destination d'enseignants ou d'étudiants, avec prise en compte de la modélisation de l'apprenant dans ce dernier cas,

• l'évaluation des ressources par l'analyse des parcours d'étudiants et l'évaluation par les pairs (enseignants),

• la conception de curriculum,

• la recherche de ressources pédagogiques.

L'approche retenue pour la médiation de ressources ou de fragments de ressources repose sur des clients pair à pair, des ontologies définies en OWL (Ontology Web Language) supportées par des plateformes du type Protégé-OWL, KAON ou SWI.

Au niveau applicatif, nous souhaitons développer un prototype (déjà démarré) pour valider nos travaux théoriques, qui offre une alternative aux plates-formes d'enseignements en se rapprochant d'architectures P2P de type Edutella, mais qui permette de gérer des ressources pédagogiques situées sur les pages personnelles des enseignants et qui soient guidées par des métadonnées et des annotations liées aux équivalence d'unités d'enseignement de différentes uiversités (LMD) .

Nous engageons une action sur la qualité pour la formation à distance dans le projet européen Minrva E-Quality (Quality implementation in open and distance learning in a multicultural European environment). Il a débuté en octobre 2003 pour une durée de 3 ans et a pour objectif de construire un cadre méthodologique commun de référence pour la FOAD. Il adopte une approche innovante pour évaluer la qualité de la FOAD en Europe prenant en compte les différences culturelles et les travaux en cours des organismes internationaux de normalisation. Notre démarche consiste d'abord à produire des guides méthodologiques incluant un modèle conceptuel et une charte générale du processus de

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qualité, une base de données des meilleures pratiques et un guide méthodologique pour le processus de conception. Ces matériaux fourniront la base de supports de formation et seront exploités dans les formations d'équipes pilote. Ils seront révisés après observation des équipes pilote à l'issue de leur formation, lors de la mise en œuvre de dispositifs de FOAD par ces mêmes équipes.

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Département MICMicroélectronique

Responsable : Michel RenovellAdjoint : Pascal Nouet



Enseignants-chercheurs

Auvergne Daniel Professeur Montpellier II Bertrand Yves Professeur Montpellier II Cambon Gaston Professeur Montpellier II Cathébras Guy Maître de Conférences Montpellier II Dufaza Christian Maître de Conférences Montpellier II (31.01.02 Prof à Marseille) Galy Jérôme Maître de Conférences Montpellier II Latorre Laurent Maître de Conférences Montpellier II Maurine Philippe Maître de Conférences Montpellier II Nouet Pascal Professeur Montpellier II Pravossoudovitch Serge Professeur Montpellier II Robert Michel Professeur Montpellier II Roche Fernand-Michel Maître de Conférences, HDR Montpellier II Rouzeyre Bruno Professeur Montpellier II Torres Lionel Maître de Conférences, HDR Montpellier II Virazel Arnaud Maître de Conférences Montpellier II

Chercheurs CNRS

Azaïs Florence Chargée de recherche Azémard-Crestani Nadine Chargée de recherche, HDR Bernard Serge Chargé de recherche Deschacht Denis Directeur de recherche Flottes Marie-Lise Chargée de recherche Girard Patrick Chargé de recherche, HDR Landrault Christian Directeur de recherche Renovell Michel Directeur de recherche Sassatelli Gilles Chargé de recherche

Chercheur associé

Sagnes Georges Professeur Montpellier II (4.11.03 Retraite)

Post-doctorants

Pouget Julien ATER jusqu’au 31.08.04 Zenteno Antonio Boursier Mexicain jusqu’au 31.12.03

Ingénieur sur contrat

Belin Stéphanie CDD Ingénieur d’études

Thèses en cours Début

Badereddine Nabil MJENR octobre 2003 Benoît Pascal MJENR septembre 2001 Chaehoi Aboubacar MJENR UFI octobre 2002 Dilillo Luigi MJENR octobre 2002 Djellid-ouar Anissa EMSE octobre 2003 Dumas Norbert BDI CNRS-Région octobre 2002 Elbaz Reowen EMSE octobre 2003

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Entringer Christophe CIFRE octobre 2003 Gensolen Fabrice CIFRE octobre 2002 Hely David CIFRE octobre 2002 Heron Olivier MJENR AMN octobre 2001 Lasbouygues Benoit CIFRE octobre 2003 Lopez Alain MJENR octobre 2001 Martin David CIFRE octobre 2002 Mesquita Daniel CAPES septembre 2002 Ngouanga Alex MJENR octobre 2003 Perez Renaud CIFRE janvier 2001 Perrot Robin MJENR octobre 2003 Pille Guillaume MJENR octobre 2002 Poirier Regis MJENR octobre 2001 Puyal Vincent ADER octobre 2002 Rahim Solaiman CIFRE octobre 2001 Razafindraibe Hanitriniaina EMSE octobre 2003 Riso Séverine MJENR octobre 2002 Tanguy Sébastien DGA octobre 2002 Techer Jean-Denis MJENR octobre 2002 Verle Alexandre MJENR octobre 2002

Thèses soutenues

2002 Financement Devenir Béroulle Vincent MJENR AMN ATER Valence Dutertre Jean-Max MJENR PRAG Caen Faure Philippe MJENR Laville Sébastien CIFRE ST-Microelectronics Ingénieur ST-Microelectronics Papaix Caroline CIFRE AMTEL Ingénieur ATMEL Pelissier Gilles CIFRE + CDI Ingénieur ST-Microelectronics Picot Fabrice CIFRE AMTEL + CDI Ingénieur ATMEL Pouget Julien MJENR ATER Montpellier Rahajandraibe Wenceslas Contrat EGIDE Maître de conférence Marseille Richard Alexandre CIFRE INFINEON + CDI Ingénieur Infineon Sassatelli Gilles MJENR Chargé de Recherche CNRS Vogel Isabelle Contrat ADER

2003 Bonhomme Yannick MJENR Post-Doc Nara Japon Caillard Benjamin Contrat ADER Post-Doc Tokyo Japon Comte Mariane MJENR Post-Doc Nara Japon Dardalhon Muriel Bourse CNES Delauche Flavien CIFRE MEMSCAP Galliere Jean-Marc Salarié éducation nationale Education Nationale Nimes Landrault Alexis BDI CNRS-INFINEON ATER Université de Provence Michel Xavier MJENR Navarro David MJENR ATER Ecole Centrale de Lyon Pellier Ludovic CIFRE Ingénieur Infineon Tisse Cristel-Loïc CIFRE ST-Microelectronics Assis.-Prof. Univ. of Sydney - Australie

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Les thèmes et projets de recherche

Dans le domaine des circuits intégrés, on s’accorde à penser que la course à la miniaturisation est la caractéristique essentielle des technologies CMOS sur silicium. Il faut dire que, dans ce domaine, miniaturisation, et donc intégration, sont synonymes de performances. On intègre toujours plus de composants sur un même substrat de silicium pour obtenir des systèmes qui fonctionnent à des fréquences plus élevées, qui consomment moins, qui ont plus de capacité mémoire ou de ressources de calcul, qui présentent un coût ou un encombrement moindre… A l’heure des technologies submicroniques profondes, le degré de miniaturisation est tel que l’on atteint des taux d’intégration vertigineux avec des circuits pouvant contenir jusqu’à cent millions de transistors. A ce stade d’intégration, le circuit sur silicium apparaît comme un véritable trou noir capable d’absorber la fonctionnalité complète d’une carte électronique, autant dans ses aspects logiciels que matériels, donc le système électronique dans son ensemble : on parlera de Systèmes Intégrés. Cette course effrénée à l’intégration sur silicium ne s’arrête pas aux seuls composants électroniques, aux seuls transistors MOS. Des systèmes mécaniques, thermiques, magnétiques ou autre, peuvent aussi être intégrés pour former des capteurs ou actionneurs de tout type qui pourront d’ailleurs côtoyer sur le même substrat l’électronique de traitement des signaux délivrés par les capteurs ou requis par les actionneurs. Le capteur ou l’actionneur intégré avec son électronique de traitement forment un système à part entière : on parlera de MicroSystèmes. Cet accroissement de la complexité des Systèmes et Microsystèmes Intégrés en technologie CMOS submicroniques pose de nombreux problèmes de recherche dans le domaine de la CAO et du test : spécification, modélisation, ré-utilisation, partitionnement entre logiciel et matériel, optimisation de performances, vérification, validation, test intégré..etc. Les recherches effectuées dans ces domaines ont pour objectif général de proposer des solutions innovantes pour concevoir, tester et réaliser les systèmes intégrés du futur. Le département Microélectronique travaille depuis de nombreuses années dans ces domaines et possède donc maintenant une expérience et un savoir-faire solides et reconnus. Ses activités de recherche concernent la plupart des aspects relatifs aux Systèmes et Microsystèmes Intégrés en insistant plus particulièrement sur les aspects modélisation et méthodologie. Les projets de recherche menés au cours des deux années de référence s’organisent à l’intérieur de deux grandes thématiques qui sont :

• La conception de systèmes intégrés

• Le test de systèmes intégrés

La conception et le test de systèmes intégrés en technologie CMOS sous-micronique apparaissent donc comme les deux grandes thématiques correspondant au domaine d’expertise du département Microélectronique. Orthogonalement à ces thématiques verticales de recherche, il est intéressant de faire apparaître des axes horizontaux mettant en relief des domaines d’application ou des problématiques spécifiques :

• Réseau et système sur puce,

• Circuit et système reconfigurable,

• Circuit analogique et MEMS,

• Hautes performances et faible puissance,

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• Fiabilité et défectivité.

Le schéma ci-après fournit une vue synthétique des projets de recherche du département. Il permet en particulier de montrer clairement les liaisons projets-thématiques et projets-axes ainsi que les interactions entre axes et thématiques.

LpesndbP«M

1

• Systèmes Reconf. Dyn .

• Circuit Sécurisé Reconf .

Test Booléen de Syst . Reconf.

Test de retard de Syst . Reconf.

Circuit et SystèmeReconfigurable

• Architecture de ‘ NoC’

• Reconnaissance Biométrique

• CDMA Optique

• Commun . Intracorporelle

Infra-structure de Test

Compression de Données

Test fonctionnel

Vérification

Reseau et Systèmesur Puce

Conception de SI Test de SI

• Composant Anal. faible courant Test de convertisseur A/N

Circuit Analogique&

MEMS

• Modélisation de performances

• Assignement Faible Puissance

Test Faible consommationHautes Performanes

&Faible Puissance

• Bibliothèque Virtuelle

• Logique Asynchrone

• Modélisation d’Interconnexions

• Perfomances aux limites techno .

• Fiabilité des Systèmes Silicium

• Circuits Durcis aux radiations

• Systèmes Implantables

Modélisation des Défauts

Test de retard de Mémoires

Fiabilisation&

Défectivité

Test de Systèmes sécurisés

• Rétine Silicium CMOS

• Microsystème Monolithique Microsystème Monolithique

ThématiquesAxes

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Thématiques et Axes des projets de recherche

a cohérence thématique s’exprime plutôt par des actions de diffusion de la connaissance comme, ar exemple, l’ouvrage collectif sur le test rédigé en 2002-2003 par l’ensemble des chercheurs et nseignants-chercheurs de la thématique « Test de SI ». Par contre, les différents axes de recherche e manifestent par l’intégration des projets du département dans de très grands projets au niveau soit ational soit européen avec les aspects valorisations correspondants. On notera d’ailleurs que les escriptions de ces aspects valorisation sont intégrés dans les projets de recherche et y sont décrits rièvement. ar exemple au niveau Européen, les projets « Test de retard de Mémoires », « Test de CAN », Test faible consommation » et « Infrastructures de Test » font partie intégrante d’un projet Européen EDEA+, lui-même suite du projet Européen MEDEA. Les projets relatifs aux Microsystèmes

00

participent à un Réseau d’Excellence Européen PATENT. Les projets « Assignement faible puissance » et « Test faible consommation » participent à un projet Européen IST appelé MARLOW… En ce qui concerne les actions collaboratives et le transfert technologique, nous avons développé un projet de grande envergure en collaboration avec la société ST-Microelectronics sur le thème de la « Conception et du test des Circuits Sécurisés ». Le département s’est donc impliqué de manière importante avec 6 thèses en cours concernant les projets « Circuits sécurisés Reconfigurables », « Test de circuits sécurisés », « Fiabilité et analyse de défaillances », « Logique Asynchrone », « Performances aux limites technologiques » et « Circuits durcis ». D’autres thèses commenceront à la rentrée 2004 dans le cadre de ce projet impliquant d’autres laboratoires de la région PACA comme le Centre de Microélectronique de Provence, le GRIM, etc. On notera particulièrement l’intégration dans un projet très large DEMAR (DÉambulation et Mouvement ARtificiel) dans lequel sont aussi impliqués le département de Robotique du LIRMM et une équipe médicale. Ce projet, piloté par l'INRIA en collaboration avec le CNRS, a pour but de permettre à des paraplégiques de retrouver une certaine motricité de leurs membres inférieurs en stimulant les muscles moteurs par une commande externe. La technique utilisée dite de stimulation électrique fonctionnelle (FES pour Functional Electric Stimulation) doit permettre à un paraplégique de se mettre debout et de marcher à l'aide d'un déambulateur. Enfin, différents projets en collaboration avec d’autres départements/disciplines du LIRMM ont émergé au fil des années, témoins d’une volonté certaine de pluridisciplinarité. Il s’agit de projets avec le département Informatique relatif à l’Arithmétique des ordinateurs et avec le département de Robotique relatif à l’électro-stimulation fonctionnelle ou à la commande de processus via le réseau.

Les effectifs au 31 décembre 2003

Au 31 décembre 2003, le département Microélectronique comprend 25 chercheurs dont 14 enseignants-chercheurs (7 PR, 7 MdC) et 9 chercheurs CNRS (3 DR, 6 CR) ainsi que 2 post-doctorant. Dans la période considérée, le département s’est renforcé de 1 chercheur CNRS et 2 Maîtres de Conférences. On compte en outre 27 doctorants. Le département étant une équipe d’accueil de la formation doctorale SYAM (Systèmes Automatiques et Micro-électroniques) et plus particulièrement de l’option Systèmes Micro-électroniques, il accueille régulièrement une vingtaine d’étudiants de cette formation auxquels viennent s’ajouter des stagiaires des diverses composantes de l’UMII.

Le bilan des deux années 2002-2003

Au cours de la période considérée, les chercheurs du département ont publié un nombre important d’articles dans des revues internationales (43) ou des conférences internationales avec actes (93), sans parler des articles dans les colloques sans actes. Le tableau ci-après donne la répartition de la production sur les différentes années. On notera une bonne régularité de ces chiffres attestant de la constance et de la tenue de la production au fil des années mais surtout l'excellente qualité des congrès où nous avons publié nos travaux. Il faut aussi mentionner que le tiers environ des publications est réalisé en collaboration avec des organismes extérieurs français voire étrangers. Outre les articles, 2 habilitations à diriger des recherches et 23 thèses ont été soutenues. De plus, 1 brevet a été déposé et un second est en préparation.

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2002 2003

Revues Internationales / Ouvrages 21 22 Conférences Internationales avec Actes 53 40 Thèses de Doctorat 11 12 Habilitations à Diriger des Recherches 1 1 Brevets 3 - Président Général / Comité de Programme 2 1

Tableau récapitulatif de la production scientifique 02-03

Les membres du département font partie de très nombreux comités des programmes de conférences dont certaines sont les plus prestigieuses dans leur domaine telles que l’International Test Conference (ITC), Design And Test in Europe (DATE), VLSI Test Symposium (VTS), l’European Test Symposium (ETS), l’International Conference on Circuit Design (ICCD), l’International Conference on CAD (ICCAD), l’Asian Test Symposium (ATS), Field Programmable Conference (FPL), Fault Tolerant Computing Symposium (FTCS), ainsi que de nombreux workshops internationaux tels que HLDVT, LATW, IOLTW, IMSTW, PATMOS, DDECS, DELTA... La dernière ligne du tableau ci-dessus souligne enfin que plusieurs chercheurs se sont vus attribuer la charge soit de Président de Comité de Programme soit de Président Général de conférences internationales ce qui, bien sûr, constitue une reconnaissance importante du rayonnement scientifique. Ainsi, le département a entièrement organisé ces dernières années l’International Conference on Field Programmable Logic (FPL’02) qui a fait suite à l’International Mixed Signal Testing Workshop en 2000, l’International Conference on Design of Circuits and Integrated Systems en 2000 et l’International Conference on VLSI en 2001.

Le département est également fortement impliqué et actif dans la vie et l’animation de la communauté scientifique nationale par le biais de nos instances de tutelle en occupant des postes comme membre junior de l’Institut Universitaire de France, conseiller au Ministère CSRT, Vice-Président du CNFM, membre du CNU, responsable de Réseaux Thématiques Pluridisciplinaires. Le LIRMM est le principal support du pôle CNFM (Coordination Nationale de la Formation en Microélectronique) de Montpellier. En plus de sa mission d’aide à la formation au niveau local (Ecole d'ingénieurs ISIM-MEA, Formation doctorale SYAM, maîtrise et licence EEA...), le pôle CNFM de Montpellier assure la gestion de 2 plateformes technologiques d’intérêt national : Le Centre de Ressources en CAO du CNFM et le Centre de Ressources en Test du CNFM. La description en est donnée en dernière partie. Nos relations avec les acteurs de la recherche sont excellentes puisque nous entretenons des relations contractuelles suivies avec les grands groupes industriels nationaux et internationaux tels que ST-Microelectronics, PHILIPS, THOMSON, ALCATEL, INFINEON, SIEMENS, ATMEL, SCHNEIDER, DASSAULT, INTEL ainsi qu’avec les grands groupes institutionnels tels que le CNES, CNET, l’Aérospatiale, France Télécom à travers des partenariats directs, des projets européens (MEDEA, MEDEA+), des programmes nationaux (GDR GAPs, GDR CAO, JEMSTIC, RTP..), des conventions CIFRE ou BDI CNRS…

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Conception de systèmes intégrés

Permanents : D. Auvergne, F. Azaïs, N. Azémard-Crestani, G. Cambon, G. Cathébras, D. Deschacht, J. Galy, L. Latorre, P. Nouet, M. Robert, F.M. Roche, B. Rouzeyre, G. Sassatelli, L. Torres Les activités abordées dans cette thématique concernent de manière générale la conception de Systèmes et Microsystèmes Intégrés. Certaines activités concernent plus particulièrement la conception de haut niveau traitant des problèmes d’architecture, de description comportementale, de synthèse de haut niveau… Alors que d’autres activités concernent plus particulièrement la conception bas niveau ou ce qu’il est coutume d’appeler la synthèse physique traitant des problèmes de synthèse électrique, d’optimisation électrique, de dessin des masques, etc. En ce qui concerne la conception de haut niveau, on s’intéresse à l’étude des architectures de circuits intégrés et, plus largement, de systèmes sous différents aspects. Ces études se situent dans les domaines suivants :

• la conception d'architectures de circuits intégrés reconfigurables ou non, spécialisés dans le domaine du traitement du signal et de l’image avec une prise en compte de l'adéquation entre algorithme et architecture.

• les méthodes de conception et de validation de systèmes et réseaux complets sur silicium, systèmes constitués aussi bien de composants standards ("IP Cores") que de composants spécifiques.

Les projets en cours concernent les sujets suivants :

• étude et validation d’architectures de « Network on Chip »

• étude et validation d’architectures de circuits sécurisés

• architectures reconfigurables dynamiquement pour le traitement du signal et des images

• architectures spécifiques telle que CDMA optique, circuit pour la communication sans fil.

En ce qui concerne la conception de bas niveau, on s’intéresse à différents aspects de synthèse et optimisation. En effet, les technologies CMOS submicroniques actuelles permettent de grandes densités d’intégration, ce qui implique un contrôle précis des caractéristiques des composants que l’on intègre. L’ensemble de ce travail de recherche s’articule donc autour de la synthèse au niveau transistor, en privilégiant les aspects relatifs aux performances, aux interconnexions et aux techniques d’assignement indépendantes de la technologie. Sont aussi abordés les problèmes de tenue aux radiations. C'est dans ce contexte aux multiples facettes que sont menés les différents projets de cette thématique qui s'appuie sur la longue expérience du département Microélectronique dans les aspects modélisation, caractérisation et optimisation :

• modélisation des performances vitesse/consommation

• assignement technologique faible puissance ou à l’aide de bibliothèque virtuelle

• synthèse de logique asynchrone

• modélisation des effets parasites dans les interconnexions des circuits digitaux

• synthèse de rétines CMOS, de circuits durcis aux radiations, de circuits implantables

• modélisation et conception de composant analogique faible courant

• conception de microsystèmes monolithiques

• fiabilité des systèmes et microsystèmes

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Etude et validation d’architecture « Network on Chip »

Travaux de : L. Torres, G. Sassatelli, M. Robert, G.Cambon, S. Riso (10/02-10/05) L’interconnexion de composants électroniques a été de tout temps une préoccupation majeure dans la réussite et la conception d’un système électronique performant. S’il y a une décennie, l’interconnexion se faisait plus au niveau composant élémentaire par l’intermédiaire des technologies PCB (circuits imprimés), nous sommes maintenant face à une problématique nouvelle où l’interconnexion se fait à l’intérieur du circuit (intra-chip) avec des dizaines de cœurs (IP Intellectual Property) à connecter. A titre d’exemple, l’ITRS prévoit en 2010 l’intégration de systèmes électroniques de 4 milliards de transistors pour des fréquences proches de 10 GHz. De ce fait, le goulot d’étranglement des SOCs (System On Chip) réside dans la gestion des communications entre les blocs. Les réseaux sur puce (appelés NOC pour Network On Chip) semblent être une solution appropriée pour gérer la communication entre les blocs. La difficulté de la conception d’un NOC réside dans un compromis entre une Qualité de Service (QoS) optimale, une bande passante élevée et une flexibilité d’utilisation importante, tout en limitant la consommation d’énergie et la surface de silicium. La synchronisation d’un circuit avec une seule source d’horloge est maintenant très difficile voire impossible. Le modèle de synchronisation des futures puces sera probablement du type « Globalement Asynchrone Localement Synchrone » (GALS) avec la possibilité d’utiliser plusieurs domaines isochrones. L’objectif de ce travail est de montrer qu’il est possible d’envisager de nouvelles topologies d’interconnexion permettant de s’affranchir d’une part de la synchronisation globale d’ensemble du circuit et d’autre part d’augmenter sensiblement les performances externes en termes de débit. En étroite collaboration avec l’Université Catholique de Porto Alegre (notamment le Professeur Fernando Moraes), nous analysons les performances d’une nouvelle architecture de réseau d’interconnexion appelée Hermes. Nous cherchons à déterminer le meilleur compromis entre les différentes performances telles que le débit, la latence et la qualité de service en comparaison des solutions architecturales existantes (académique ou industriel, du type bus ou Noc).

Architectures reconfigurables dynamiquement

Travaux de : L. Torres, G. Sassatelli, M. Robert, G.Cambon, A. Ngouanga (10/03-10/06), P. Benoit (10/01-10/04) De nombreuses approches prônant l’utilisation d’architectures reconfigurables en tant qu’accélérateurs de traitement numérique sont apparues ces dernières années. Leur capacité d’exécution parallèle les rend particulièrement performantes pour toute la gamme d’application liée aux applications multimédia. Les architectures dynamiquement reconfigurables en particulier se révèlent très performantes de par leur aptitude à se reconfigurer de manière continue tout au long de l’application. Bien que de telles architectures aient déjà été validées sur de multiples applications, la phase de portage d’une description algorithmique vers l’architecture est toujours difficile et manuelle. En effet, le déploiement du parallélisme potentiel d’une description séquentielle vers une architecture de traitement parallèle est un problème non encore résolu de manière satisfaisante. L’absence de compilateurs efficaces est, de ce fait, un obstacle majeur à leur adoption dans le contexte des systèmes embarqués, et les restreint encore à des approches marginales. Ce projet s’inscrit dans une approche aussi bien architecture que méthodologie CAO. L’objectif est d’établir de manière prospective les caractéristiques qu’une telle architecture devrait présenter en vue de la réalisation d’outils d’aide à la projection d’une description algorithmique de haut niveau (langage C par exemple). Dans un deuxième temps, il s’agira d’évaluer dans quelle mesure le matériel (l’architecture) peut prendre en charge une partie du travail du déploiement du parallélisme d’exécution, tâche incombant usuellement au compilateur. Les travaux s’appuieront sur une

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architecture reconfigurable dynamiquement ayant vue le jour au LIRMM nommée « Systolic Ring » (brevet WO03083696). Un démonstrateur prenant la forme d’une chaîne complète (de l’algorithme à l’architecture silicium) capable d’exécuter divers algorithmes multimédia est envisagé dans l’objectif de valoriser les travaux réalisés dans le cadre de ce projet.

SwitchSwitch

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I/O

layer n

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Switch 1 Switch 2

Switch 3 Switch 4

N1,1 N1,2

N3,1 N3,2

N2,2N2,1

N4,1 N4,2

BN1 BN3 BN2 BN4

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I/O I/O

I/O I/O

I/O Systolic Ring-8@200MHz system • 1600 MIPS (PII@450MHz : 400 MIPS) • 3200 MOPS (millions operations / seconde) • 1600 MMACS (millions MACs / seconde) • Reconfigurable dynamiquement

I/O

Architectures sécurisées reconfigurables

Travaux de : L. Torres, G. Sassatelli, M. Robert, D. Mesquita (9/02-9/05), R. Elbaz (10/03-10/06)

Les équipements numériques grand public sont amenés à traiter du contenu confidentiel et/ou ayant une valeur commerciale. Ils évoluent vers des plateformes ouvertes, modulaires et connectées aux réseaux. Leur configuration matérielle et logicielle évolue par téléchargement au cours de la vie du produit, ce qui représente un risque sécuritaire. Les architectures existantes ont été conçues avec l’objectif primaire de répondre aux contraintes de performance (MIPS, Consommation …), mais sans prendre en compte les besoins sécuritaires. Si rien n’est fait, ces équipements seront soumis aux mêmes risques que le PC : virus, piratage de contenu, fraude, atteinte à la vie privée … Il convient donc d’inventer et concevoir des architectures de processeurs non vulnérables à ces attaques. Ce projet ce décompose en deux phases :

• Les technologies reconfigurables semblent être un vecteur intéressant pour sécuriser les protocoles de communication entre des entités (logicielles ou matérielles) différentes sur un même système sur puce ou entre des circuits différents. En effet, on peut imaginer des architectures implantant des algorithmes cryptographiques évoluant au cours du temps (recodage d’une clef dynamiquement par exemple).

• Un autre intérêt est d’identifier des méthodes d’encryption d’un bus intra-circuit ou entre un circuit et une mémoire afin de sécuriser les données contenues dans la mémoire (typiquement entre un processeur et de la mémoire cache ou de la mémoire système).

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Reconnaissance biométrique

Travaux de : L. Torres, M. Robert, C.L. Tisse (10/00-10/03) « Avec elle, ces attentats terroristes du 11 septembre 2001 n’auraient peut-être pas eu lieu, parce que les pirates de l’air n’auraient même pas pu monter à bord des avions. Elle, c’est la biométrie, une technologie qui permet d’authentifier l’identité d’une personne à partir de ses caractéristiques physiques uniques : empreinte digitale, iris, rétine… » citation de L’antidote high-tech au terrorisme par Bruno D. Cot - L’Express - 22/11/01. Le marché de l’authentification par biométrie est favorisé par les récents progrès des technologies informatiques, et l’essor du commerce électronique et des objets de communication nomades (téléphones et ordinateurs portables, PDA, etc.), qui nécessitent d’identifier automatiquement une personne physique plutôt que d’utiliser un mot de passe ou une carte d’accès. Dans le cadre d’un partenariat entre la société ST-Microelectronics (département AST) et le département Microélectronique, une étude complète a été réalisée ayant permis la réalisation d’un système biométrique temps réel, de l’ordre de la seconde. Bien que chacune des techniques biométriques (empreintes digitales, reconnaissance vocale, reconnaissance de visage, ...) présente un intérêt particulier suivant l’application visée, il a été montré que les systèmes de reconnaissance basés sur l’iris sont parmi les plus fiables. L’iris humain est un attribut biométrique particulièrement discriminant entre individus. La combinaison d’un capteur d’images monochromes et d’un système optique spécifique faible coût permet l’observation de son relief, représenté par une texture circulaire codée sur plusieurs niveaux de gris déterminant la spécificité de chaque individu. Il a été montré que la faisabilité d’intégration de la technologie d’authentification par reconnaissance d’iris sur les futurs terminaux mobiles ne relevait plus des scénarios futuristes mais est devenue une réalité incontournable. La technologie biométrique basée sur l’iris se révèle particulièrement prometteuse. En effet, nous disposons d’algorithmes qui permettent le traitement d’images d’iris pour vérifier automatiquement et de manière fiable l’identité de personnes. Nous avons démontré la possibilité de porter ce traitement sur un système embarqué mono-processeur tout en respectant les contraintes temps réel. Toutefois, au cours de ces travaux, nous avons mis en évidence que les performances d’un système de reconnaissance d’iris sont étroitement liées à la qualité des images acquises. Or, l’acquisition d’une image bien définie d’un iris nécessite un éclairage par LED dans le proche infrarouge et une lentille spécifique, qui contraignent l’utilisateur à être extrêmement coopératif. Ces contraintes matérielles limitent aujourd’hui l’intégration de cette technologie biométrique sur les appareils électroniques grand-public et/ou portables (du type PDA ou téléphone cellulaire) qui utilisent des optiques standards. Le succès de l’iris dans ce secteur de marché repose donc, entre autres, sur la faisabilité d’un système optique faible-coût, qui soit plus convivial et multi-usages (possibilité d’acquérir une image d’iris ou de paysage) vis à vis de l’utilisateur.

Exemple de Codage de l’iris

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CDMA Optique

Travaux de : J. Galy, Y. Moreau, S.Pille (11/02-11/05) Collaborations : Centre d'Electronique et de Micro-optoélectronique de Montpellier Le partage de la ressource spectrale dans les télécommunications optiques est un enjeu clé pour tirer parti de la large bande optique. Outre l'accès multiple à répartition temporelle qui demande une synchronisation complexe lorsque le débit est élevé, la technique actuelle est la répartition en longueur d'onde (WDM) avec des canaux de 50 ou 100 GHz. Une autre technique apparaît : l'accès multiple par répartition de codes (CDMA). La plupart des avantages du CDMA (souplesse meilleure efficacité spectrale) devrait être transposable en communication optique (depuis les radio fréquences : téléphonie UMTS) : étalement de spectre moins sensible aux fluctuations, aux atténuations sélectives, sécurisation de la transmission, accès multiple flexible. Néanmoins, l'absence de signaux bipolaires en optique, conduit à utiliser des codes OOC (Optical Orthogonal Codes) caractérisés par des poids (répartition des 1 et des 0) spécifiques par rapport aux longueurs des codes. Des études essentiellement théoriques ont été menées sur ces techniques en particulier par J.A. Salehi et L.A.Rusch. Le groupe photonique du CEM développe (en collaboration avec le laboratoire des Verres et une jeune société, KLOE) des circuits optiques intégrés fabriqués à partir d’un nouveau matériau hybride (organique-inorganique) de type « Ormosil », actuellement pour le filtrage en longueur d'onde WDM. Le LIRMM étudie et développe des techniques de traitement du signal pour les télécommunications. Nous envisageons des solutions fondées sur les dispositifs à interférence multimodale. La réalisation de circuits codeurs et décodeurs reste à développer. Nous proposons dans ce projet d'explorer les possibilités de réalisation de circuits codeurs et décodeurs. Ce projet devrait aussi exploiter les acquis du laboratoire en matière d'optique guidée et diffractée, en matière de conception et de réalisation de circuits d'optique intégrée de type coupleurs directionnels, démultiplexeurs en longueurs d'onde... pour réussir une transposition vers des circuits optiques pour accès multiple à répartition par code (diffusion de l'optique vers d'autres domaines). Ceci devrait nous amener à la réalisation d'une chaîne démonstratrice. Les codes à utiliser doivent respecter à la fois des critères de faisabilité et compatibilité avec des dispositifs fondés sur les interférences, et des critères mathématiques d'autocorrélation et d'intercorrélation. L'étude devrait être effectuée à l'aide de simulations. L’optique intégrée qui supplante de plus en plus les réalisations à base de fibres présente elle-même un fort caractère innovant. L’utilisation de matériau organo-minéral en optique intégrée est innovant : le matériau est souple d’emploi tout en étant peu onéreux, il permet le développement de circuits complexes : systèmes à interférences, systèmes multicouches, il permet l’inscription directe, l’intégration de dopants rendant l’approche que nous avons adoptée très prometteuse… La technique CDMA, bien qu'elle connaisse actuellement un fort développement en téléphonie mobile (norme UMTS), n'en est qu'à ses balbutiements dans les communications optiques.

Communication intra-corporelle sans fils

Travaux de : J Galy, D. Guiraud, D. Andreu Collaborations internes LIRMM: Département Robotique La stimulation électrique fonctionnelle (FES) est actuellement la seule voie possible pour la restauration du mouvement de membres paralysés. Les reconstructions de la moelle épinière doivent encore prouver leur faisabilité sur l'homme même si des progrès considérables ont été réalisés, en particulier sur la limitation de l'étendue de la lésion. Les enjeux scientifiques et techniques, aussi bien dans le domaine médical qu'en électronique, sont de nature à faire avancer dans de nouvelles directions les axes de recherches théoriques et appliquées. Un des éléments nécessaires à la restauration du mouvement est le système d'activation des muscles, les « moteurs » du mouvement du vivant. Bien que les techniques aient largement évolué,

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un certain nombre d'améliorations, mais surtout l'intégration des nouvelles découvertes scientifiques dans ce domaine, doivent être apportées au travers de nouvelles générations d'implants. De plus, actuellement, tous les stimulateurs implantés sont organisés autour d'un implant central d'où partent les fils se dirigeant vers les électrodes. Outre la lourdeur de la chirurgie, ces systèmes sont fragiles (risque de rupture des fils) et forcément limités en nombre de canaux donc d'activateurs. C'est pourquoi nous voulons orienter nos recherches vers la conception et le développement d'électrodes neurales intelligentes et autonomes où l'électronique est située à proximité de l'électrode. On supprime ainsi les fils et on allège la chirurgie. Les objectifs de ce projet sont à la fois théoriques (techniques de transmission de l’information, définition d’un protocole de communication) et expérimentaux (validation intra-corporelle), avec une finalité bien définie : concevoir un système autonome et sans fils d’électrodes pouvant être implantés et permettant à un handicapé moteur de retrouver une certaine autonomie et un confort de vie amélioré. Cet axe de recherche s’inscrit dans le cadre du projet INRIA/CNRS DEMAR (Déambulation et Mouvement Artificiel) créé en octobre 2003. L'approche choisie est résolument orientée vers le traitement et la transmission du signal, l’étude de protocoles permettant la communication ainsi que l’implantation d’électrodes intelligentes. La méthodologie envisagée doit tenir compte de la finalité médicale du projet :

• bibliographie et recherche d’informations sur le transfert d’énergie et d’information intra-corporel.

• étude théorique et simulations sur le transfert d'énergie et la transmission d'informations.

• réalisation d'un prototype et tests.

• tests in-vitro (liquide physiologique) pour permettre de valider le fonctionnement dans l'environnement final.

• implantation sur l'animal (cochon) des électrodes pour non seulement vérifier la biocompatibilité mais aussi la fonctionnalité et la résistance mécanique de l'implant, les réactions du corps (fibrose…). Cette étape permet d'apprendre à placer l'électrode au bon endroit sur le nerf ou le muscle.

• implantation sur « cadavre frais », cette étape permet un apprentissage de l'acte chirurgical (accès aux futurs emplacements des électrodes).

• implantation sur l'homme avec passage du projet devant le comité d'éthique, loi Huriet.

Architecture et conception de rétines silicium CMOS

Travaux de : G. Cathébras, G. Cambon, M. Robert, D. Navarro (11/00-11/03), F. Gensolen (12/02-12/05)

La photosensibilité naturelle du silicium à la lumière visible en a fait, depuis les années 1970, la technologie de référence en termes de capteurs d’image. Cette domination n’a cependant été rendue possible que par l’utilisation de registres à transfert de charges (CCD) pour assurer la sérialisation, et donc la lecture, de l’image électronique. Aujourd’hui, les progrès de la lithographie CMOS permettent de réaliser des dispositifs de lecture à base de transistors capables de concurrencer, tant en termes de densité que de qualité et au moins sur les applications grand public, les registres à transfert de charges. Économiquement parlant, ceci à ouvert de nouveaux champs d’application pour l’industrie de la

microélectronique. Les capteurs CMOS représentent aujourd’hui la moitié du marché des capteurs d’image. Ils n’en représentaient que le quart en 2000 et en représenteront les trois quart en 2007.

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D’un point de vue technologique, la possibilité d’intégrer de l’électronique de traitement au plus près du capteur permet d’envisager des applications de traitement d’image bénéficiant du parallélisme de données intrinsèque à l’imageur. Depuis les travaux de Carver Mead à la fin des années 1980 sur les systèmes neuro-mimétiques, on appelle rétine un capteur d’image doté d’une intelligence in situ. Dans ce projet, nous étudions la faisabilité de tels dispositifs. Pour la période de référence (01/2002 à 12/2003) nous avons travaillé sur quatre systèmes. Tout d’abord, dans le cadre de notre coopération avec le laboratoire LE2I à l’IUT du Creusot, nous avons continué l’expérimentation sur la rétine d’intercorrélation dont le principe a été breveté en 1999, et dont la première réalisation a remporté le « CMP Design Contest Award, Operational Design Category » de la conférence DATE’02 et a fait l’objet d’une publication à la conférence ESSCIRC’02. Les derniers développement de ce système ont fait l’objet d’une proposition de publication dans la revue « Journal of Electronic Imaging. » Enfin, un nouveau prototype de cette rétine, devant permettre un plus grand contrôle sur l’image de référence, a été développé et envoyé en fabrication fin 2003.

Dans le courant de l’année 2001, nous avions développé un imageur noir et blanc de 213x160 pixels fonctionnant en mode d’intégration. Malgré les limitations liées à sa sortie binaire, nous avons pu l’utiliser pour acquérir des images sur 256 niveaux de gris, avec, il est vrai, un temps d’exposition de quelques secondes. L’étude du bruit spatial de cet imageur nous a permis de dégager un certain nombre de règles de « bonne conception », essentiellement liées à la propagation des signaux de commande.

Parmi les tâches de vision, la détection du mouvement en temps réel est l’une de celles qui demandent de grandes ressources de calcul et de la rapidité. Il s’agit donc d’un bon démonstrateur des possibilités des rétines électroniques. Dans le cadre de la thèse de David Navarro, soutenue le 17 octobre 2003, nous nous sommes intéressés à la mesure du flot optique en utilisant la transformée de Census, une transformée locale non paramétrique permettant de coder la texture d’un voisinage. Les résultats de cette étude ont été présentés à plusieurs conférences, dont ESSCIRC’03. Enfin, depuis décembre 2002, nous nous intéressons à la détection du mouvement global d’une image, à des fins de stabilisation. Ces travaux sont confiés à Fabrice Gensolen, thésard CIFRE de la société ST-Microelectronics. La principale difficulté de ce travail consistera à élaborer une architecture telle que le calcul ne perturbe pas la qualité de l’image acquise.

Modélisation des performances vitesse/consommation des circuits digitaux

Travaux de : D. Auvergne, N. Azemard, M. Robert, P. Maurine , F. Picot (10/98-12/02), C. Papaix (11/99-11/02), B. Lasbouygues (10/03- 10/06) Collaborations : Infineon, Atmel, BULL, Thomson, Alcatel, MHS, Philips, LIP6, ST-Microelectronics, université de Barcelone, INP de Grenoble, Université de Porto Alegre (Projet Européen KIT, projet EUREKA MEDEA). L’évolution rapide des procédés de fabrication CMOS, associée à la complexité croissante des structures à gérer, impose la définition et l’utilisation de métriques pour les performances. Ces métriques doivent donner au concepteur la possibilité d’utiliser des indicateurs robustes leur permettant d’évaluer les différentes alternatives ou choix disponibles à toutes les étapes du flot de conception. En utilisant les considérations physiques du processus de commutation des structures CMOS nous avons développé des métriques pour évaluer et comparer leur performance. Dans un premier temps, ces métriques ont été définies pour permettre :

• de caractériser la vitesse spécifique des procédés de fabrication,

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• d’évaluer l’efficacité des différentes structures en terme de charge et contrôle de temps de transition,

• de déterminer la sensibilité des performances aux variations de température ou de tension d’alimentation.

Dans un deuxième temps, une deuxième génération de modèles a été développée et validée sur un process 0.18 µm et est utilisée pour modéliser les performances de portes complexes. Le modèle complet a été intégré dans un analyseur de chemins (POPS) permettant l’évaluation et l’optimisation de performances de blocs logiques. Dans un troisième temps, nous nous sommes intéressés aux performances en terme de puissance. Le développement d’applications portables, ainsi que la forte augmentation de la densité d’intégration imposent le développement de techniques de conception faible puissance applicables à tous les niveaux de la conception. Au niveau physique, la réduction de la composante de court-circuit, bien souvent négligée apparaît être un élément par lequel des économies substantielles peuvent être réalisées. Nous avons utilisé un modèle orienté conception de la composante de dissipation de puissance de court-circuit. Ce modèle, basé sur un concept précédemment développé de capacité équivalente, permet une comparaison directe des composantes de puissance principalement considérées comme prépondérantes dans les structures CMOS. Afin de définir, au niveau des cellules, des critères faible puissance pour la conception de buffers et répéteurs, nous avons développé un modèle orienté conception de la composante de puissance de court-circuit. Nous avons développé une représentation linéaire du modèle de cette composante. La validation de cette approche a été réalisée sur les process 0,25 et 0,18 µm. Un effort tout particulier a été apporté à la modélisation des réseaux série de transistors par un transistor équivalent ayant les mêmes possibilités en courant que le réseau initial. L’application de ces résultats aux problèmes industriels a été faite dans le cadre de deux thèses CIFRE en partenariat avec ATMEL (F. Picot, C. Papaix). Ces travaux portant sur la caractérisation de librairie et l'optimisation de plans mémoires ont donné lieu à de nombreuses publications et au dépôt de deux brevets. L'application de ces modèles de performances aux technologies fortement submicroniques (0.13-0.65µm) est en cours de développement dans le cadre d'une collaboration avec le centre de recherche de ST-Microelectronics à Crolles (thèse de B. Lasbouygues). L'application au SOI est en cours de réalisation avec la société SOISIC de Grenoble.

Assignement technologique faible puissance

Travaux de : N. Azémard-Crestani, D. Auvergne, X. Michel (10/00-12/03), A. Richard (01/99-06/02), A. Verle (09/02-09/05). Collaborations : Infineon (Sophia- Antipolis ), Université de Barcelone, INP de Grenoble, Atmel, BULL, Thomson, Alcatel, MHS, Philips, LIP6 (Projet Européen KIT, Projet EUREKA MEDEA). La synthèse de circuits impose d'obtenir des évaluations de performances en termes de vitesse ou de puissance avec une précision voisine des performances réelles. Ce projet bénéficie de l’ensemble des compétences acquises dans les actions précédemment développées en synthèse physique. Afin d’assurer la validation des techniques d’optimisation de circuits, des critères sont en cours de définition pour contrôler la vitesse et la puissance de chemins combinatoires. Ceci nous conduit à identifier un certain nombre de sujets à développer :

• identification de chemins pour l'optimisation et la vérification temporelle,

• définition et évaluation de la criticabilité d'un chemin pour différentes alternatives de vitesse comprenant la restructuration logique, le dimensionnement et l'insertion de buffers,

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• application de l'évaluation des performances d'un circuit aux différentes stratégies d'implantation utilisant des portes simples ou complexes (ANDORI),

• définition de techniques d'accélération ou de ralentissement de chemins en méthodologie de conception pour l'implantation de circuits digitaux à la limite de vitesse.

Le développement d’une technique d'énumération de chemins a permis d'élaborer et d'appliquer sur différents circuits test, différentes stratégies d'optimisation des portes appartenant aux chemins les plus longs (optimisation du retard) ou les plus courts (optimisation de la puissance), comme par exemple, le redimensionnement, l'ajout d'étages tampons, l'activité des portes, l'objectif étant la mise au point d'une stratégie d'optimisation des performances des circuits. Ces résultats ont permis la réalisation d'un module d'évaluation et d'optimisation de chemins (POPS pour "Performance Optimization by Path Selection"). Ces travaux ont été validés par comparaison aux outils EPIC (PathMill et AMPS). Le module POPS considéré comme un démonstrateur des modèles d'évaluation de performances pour les technologies submicroniques, a été développé dans le cadre d'un projet EUREKA MEDEA : « Advanced tools for deep submicron design » (partenaires BULL, Thomson, Alcatel, MHS, Philips, LIP6, LIRMM). Cet outil permet de classifier en terme de délai de propagation les chemins d'un circuit combinatoire et de les optimiser en fonction des contraintes imposées. La partie classification a été réalisée et validée. La partie optimisation est en cours de développement. Deux axes sont développés :

• la définition de critères de choix permettant de choisir, en fonction des contraintes imposées à un chemin, la meilleure méthode (dimensionnement, insertion de buffer, restructuration) (thèse de X. Michel),

• la définition d'une méthode de budgétisation permettant de distribuer sur un circuit une contrainte en minimisant le nombre de boucles de traitement des branches de divergence (thèse A. Verle),

l'objectif général de ces méthodes étant de permettre une satisfaction de contrainte temporelle à puissance minimale. L’utilisation de cet outil pour développer une chaîne de CAO industrielle est faite dans le cadre d’une bourse CIFRE en partenariat avec Infinéon (R. Alexandre).

Assignement technologique avec bibliothèque virtuelle

Travaux de : M. Robert, D. Auvergne, A. Richard (01/99-06/03), A. Landrault (12/00-11/03), L. Pellier (12/00-11/03). Collaborations : Infinéon (Sophia-Antipolis), Professeur F. Moraes (Université Porto Alegre, Brésil) Le concept de ré-utilisation de parties matérielles a tendance à se généraliser aujourd'hui : la recherche de solutions optimales en termes de performances et de temps de conception conduit à la ré-utilisation de composants « virtuels », dont l'utilisation est régie par des règles de propriétés intellectuelles (IP). Un système complexe sur une puce (SOC) comprend ainsi aujourd'hui un ensemble de fonctions matérielles ou logicielles réalisées à partir d'un ensemble de macrocellules (cœur de processeur, mémoire, périphériques, ...), des blocs spécifiques à l'application et éventuellement des blocs personnalisés par l'utilisateur. Actuellement, les grands fabricants de composants se placent dans cette dynamique en réutilisant des blocs fonctionnels déjà développés dans l’entreprise ou acquis auprès de sociétés spécialisées. Malheureusement, les concepteurs manquent d’outils et surtout de méthodologies de conception et de migration technologique. Dans ce contexte, l’approche traditionnelle « bibliothèque de cellules pré-caractérisées » apparaît insuffisante : les avantages bien connus (sécurité de conception et prédiction de performances relativement précise par construction) sont pondérés par un certain nombre de contraintes : l'utilisation de cellules pré-caractérisées limite les choix lors de l'assignation technologique, les performances électriques sont figées par construction et la maintenance des bibliothèques est lourde et très

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coûteuse. Ce dernier point est aujourd’hui un problème important pour l’industrie de la microélectronique compte tenu des changements rapides de technologie.

Un bloc de cellules pré-caractérisées

De nouvelles approches de synthèse physique sont donc à imaginer. L’objet de ce projet est le développement de méthodologies et d’outils de synthèse automatique du dessin de masques des circuits intégrés CMOS submicroniques, sans utilisation de bibliothèques de cellules (librairies « virtuelles »). Cette approche permet un ajustement continu des performances électriques. Plusieurs axes sont explorés :

• nouvelles topologies de dessin de masques,

• utilisation de portes complexes,

• optimisation de performances,

• gestion de la complexité et de la prédiction de performances (définition du plan de masse),

• liaison avec la CAO industrielle.

Ces recherches font l’objet d’un partenariat avec la société Infinéon (Sophia Antipolis). Dans ce contexte, deux étudiants (A. Landrault BDI CNRS et L. Pellier CIFRE) ont réalisé une thèse de doctorat soutenue fin 2003. Leurs travaux ont permis la définition d’un flot de conception exploitant le concept de cellules virtuelles, la validation de ce flot pour des technologies CMOS submicroniques et la définition de techniques permettant une optimisation des performances électriques. L'utilisation de ce générateur pour implanter des structures spécifiques asynchrones, n'existant pas dans les bibliothèques standards, a permis de mettre en évidence les gains appréciables en densité et puissance réalisables dans une approche de librairie virtuelle.

Conception et optimisation de structures logiques asynchrones

Travaux de : P. Maurine, N. Azémard-Crestani, M. Robert, D. Auvergne, R. Perrot (10/03-10/06), H. Razafindraibe (10/03-10/06) Collaborations : ST-Microelectronics (Rousset), laboratoire TIMA (Grenoble) Cette thématique de recherche, récemment apparue au LIRMM, vise à explorer, maîtriser et exploiter les propriétés des circuits asynchrones (micropipelines, QDI) pour apporter des solutions innovantes aux problèmes de conception majeurs posés tant par l’émergence des technologies nanométriques que l’apparition de nouveaux domaines d’application tel que la sécurité. Le développement de cette thématique s’appuie actuellement sur deux projets. Le premier projet est orienté vers le développement de technique de contrôle dynamique de la consommation. Les technologies nanométriques (90nm, 65nm) induisent une profonde modification de la gestion des performances dans les circuits intégrés et notamment au niveau de la gestion de la consommation. En effet, la rapide dégradation des qualités d'interrupteur du transistor MOS induit un accroissement rapide de la consommation statique des circuits intégrés. Si aucune alternative de conception n'est proposée, la consommation due aux courants de fuite devrait devenir équivalente, voire supérieure, à la consommation requise pour le traitement d'une information. Bien que des avancées technologiques importantes tentent de résoudre ces problèmes, celles-ci restent hypothétiques. Par conséquent, le développement de techniques de conception permettant

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une maîtrise efficace de la consommation statique apparaît comme un enjeu stratégique pour la mise en œuvre des technologies nanométriques. Il apparaît donc particulièrement important de gérer l'alimentation des circuits non plus de manière statique mais dynamique. Dans ce contexte, les circuits asynchrones Micropipeline apparaissent comme une alternative de conception intéressante dans la mesure où cette classe de circuits asynchrones offre par construction une gestion locale et connue de l'activité électrique. Ceci devrait donc permettre de gérer avec une granularité particulièrement fine l'alimentation. L'objectif de ce projet est donc d’adapter et d’optimiser les structures Micropipelines classiques afin de gérer dynamiquement et avec une granularité fine l'alimentation des circuits intégrés. Le deuxième projet est orienté vers l’accroissement de la robustesse de circuits QDI aux attaques différentielles en puissance. Les technologies asynchrones, et plus précisément les circuits QDI, offrent une alternative intéressante à la technologie synchrone pour la conception de circuits intégrés sécurisés. En effet, l’absence de signal global de synchronisation des échanges de données, ainsi que l’évolution constante de la durée de ces échanges rendent la cryptanalyse de ce type de circuits difficile, mais pas impossible. Il est donc nécessaire d’accroître la robustesse naturelle de ce type de circuit par des mesures ad hoc. Parmi les actions possibles, la définition et le développement de structures permettant de rendre la consommation de ces circuits indépendante des données traitées devraient accroître la robustesse de ces circuits aux attaques DPA. Dans ce contexte, un projet ayant pour objectif la mise en place d’un flot de synthèse de circuit asynchrone QDI a donc été élaboré entre la division SmartCard de ST-Microelectronics, le laboratoire universitaire TIMA et le département Microélectronique du LIRMM. Dans ce projet, les actions menées au LIRMM visent à définir ce que doit être une bibliothèque de cellules dédiée à la conception de circuits QDI sécurisés, de la développer et enfin la mettre en œuvre au travers du développement de démonstrateurs (DES et AES).

Modélisation des effets parasites dans les interconnexions de circuits digitaux

Travaux de : D. Deschacht (LIRMM), E. Paleczny et J.F. Légier (IEMN), F. Huret et P. Bréhonnet (LEST), A. Lopez (10/01-10/04) Collaboration : IEMN, LEST. Face à l’augmentation constante des fréquences de fonctionnement, les interconnexions entre blocs logiques, devenues véritables bus de données, jouent un rôle de plus en plus prépondérant dans l’estimation des performances temporelles des systèmes sur puce. L’augmentation des longueurs et les routages en parallèle de ces bus vont induire des phénomènes parasites non négligeables qu’il faut connaître, estimer et maîtriser avant la conception sous peine de dégrader les signaux. Parmi eux se trouvent le retard de propagation, le couplage entre plus proches interconnexions et tension de crosstalk… L’intégrité du signal est donc devenu un problème d’actualité majeur qu’il faut contrôler. L’augmentation en fréquence est une des raisons de l’inclusion de l’inductance aux modèles électriques proposés aux concepteurs permettant de contenir précisément tous les phénomènes. Dans ces conditions, nous proposons une méthode novatrice qui nous permettra, d’une part, de déterminer précisément dans quelles conditions le modèle électrique RLC se substituera au modèle RC probablement obsolète, d’autre part, de quantifier l’importance de l’inductance sur les performances temporelles en terme de temps de latence et temps de transition en sortie de ligne, tension de crosstalk, afin d’établir les règles générales permettant la caractérisation des effets selfiques des lignes. L’introduction de matériaux comme le cuivre, les diélectriques à faible permittivité, associés à la diminution constante des temps de commutation de signaux, implique un encombrement spectral de plus en plus étendu de signaux. Les effets cumulés de ces deux tendances accentuent la complexité

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des phénomènes de propagation au niveau des lignes d’interconnexion et des phénomènes de couplage associés. La réduction des dimensions impose la prise en compte d’effets physiques incompatibles avec les techniques utilisées par les simulateurs actuels. D’autres solutions doivent être proposées afin de développer des outils de modélisation dont la validité devrait s’étendre du submicronique au nanométrique. La complexité de ces connexions obligera les concepteurs à utiliser des modèles très sophistiqués. Partant de cet état de fait, nous avions initié une collaboration, dés 1998, avec des équipes d’électromagnétisme, de l’IEMN (UMR 8520) et du LEST (UMR 6165) pour utiliser un logiciel de simulation électromagnétique 3D afin de concevoir des modèles, certes complexes, mais rigoureux, reproduisant le plus fidèlement possible le résultat de l’assemblage technologique. Dans une seconde étape, nous avons élargi notre collaboration à une équipe de numéricien travaillant sur différentes techniques d’approximations de signaux, de modélisation, d’approximation rationnelle, de simplification des fonctions de transfert afin de réduire au maximum la complexité de ces modèles. Des méthodes originales et performantes de réduction de l’ordre des modèles à temps discret (matrice de Gram) et continu ont été développées. Les comparaisons et tests effectués sur de nombreux exemples confirment l’intérêt de ces nouvelles techniques qui seront employées afin de réduire la complexité des modèles d’interconnexions des futurs circuits ULSI.

Conception et Test de microsystèmes monolithiques

Travaux de : F. Azaïs, Y. Bertrand, L. Latorre, P. Nouet, V. Beroulle (10/99-10/02), A. Chaehoi (10/02-10/05), N. Dumas (10/02-10/05), V. Sacco (10/02-10/05). Collaborations : Prof. Salvatore Bagglio (Université de Catania, Italie), Réseau d’excellence PATENT (6ème PCRD). Les activités relatives à l’intégration monolithiques de microsystèmes ont débuté au LIRMM en 1995. Dans le domaine des microsystèmes, nous occupons une activité de niche en nous positionnant résolument au niveau système et en essayant de développer des flots de conception et de test permettant de « faire le meilleur système avec un capteur qui n'est pas forcément le meilleur »… Avec une approche identique à celle que nous développons dans le domaine des systèmes électroniques, nous développons des systèmes intégrant des éléments sensoriels électromécaniques sans maîtriser les étapes liées à la fabrication. Nous nous intéressons actuellement à deux champs d’application, la mesure du champ magnétique et celle de l’accélération ou du choc. La mesure du champ magnétique a été le cadre de la thèse de doctorat de Vincent Beroulle qui a validé notre flot de conception basé sur des modèles comportementaux décrits en Verilog-A ou en VHDL-AMS et sur la simulation conjointe des éléments électromécaniques et de l’électronique analogique. Nous avons ainsi montré que l’électronique implantée au plus près du capteur pouvait permettre d’atteindre des résolutions proche du micro-tesla en améliorant considérablement les performances en bruit. La thèse de Norbert Dumas (BDI CNRS) sera pour nous l’occasion de développer un prototype de micro-boussole sur une puce. Une carte de démonstration composée d’un prototype du capteur et de composants électroniques externes a été réalisée (photo ci-contre), le but étant de valider la faisabilité de la boussole et l’architecture générale du microsystème. Les fonctionnalités de cette carte seront intégrées progressivement sur la même puce que le capteur afin de valider le flot de conception. En 2002, nous avons démarré la thèse d’Aboubacar Chaehoi avec un objectif simple : démontrer que la technologie FSBM, la moins coûteuse et la plus compatible CMOS des technologies MEMS, pouvait permettre de réaliser des accéléromètres trois axes mono-puce. Les premiers résultats sont très encourageants et ont été présentés à la conférence IEEE sensors en 2003. Cette thèse se déroule dans le cadre d’une bourse de l’Université Franco-Italienne en co-tutelle avec S. Baglio de l’Université de Catania en Italie. Vincenzo Sacco effectue dans ce même cadre sa thèse en Italie.

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Les activités relatives au test des microsystèmes sont conduites transversalement dans ce projet et font le lien entre les deux thématiques principales de notre département à savoir la conception et le test des systèmes intégrés sur silicium. Nos travaux sur l’utilisation du test par oscillation comme méthode de test faible coût pour les MEMS ont été publiés dans la conférence majeure du domaine (VTS) en 2002. D’autres travaux concernant l’utilisation de stimuli électrothermiques pour le test des MEMS sont en cours de formalisation et seront présentés en 2004. Ils démontreront que l’utilisation des propriétés de dilatation thermique des matériaux peut remplacer avantageusement les stimuli non électriques ou les inspections visuelles afin de réduire le coût du test. Ces résultats nous ont permis d’occuper une place de choix dans le réseau d’excellence européen PATENT qui concerne la conception en vue de l’industrialisation et qui a été retenu dans le cadre du 6ème PCRD. Enfin, il pourrait être intéressant de développer une activité permanente au laboratoire qui permettrait de combler le vide qui existe actuellement entre les activités de conception des MEMS et celles relatives à leur fiabilité.

Fiabilité des systèmes sur silicium

Travaux de : F. Azaïs, L. Latorre, P. Nouet, B. Caillard (10/00-10/03), M. Dardalhon (10/00-10/03), C. Entringer (10/03-10/06), D. Martin (10/02-10/05), F. Thérond (10/03-10/06). Collaborations : ST-Microelectronics (Crolles et Rousset), CNES (Toulouse), EADS L.V. (Les Mureaux) Ce projet est consacré à la fiabilité des systèmes sur silicium en général. L’approche est résolument tournée vers le système et les problématiques classiques du département y sont abordées (gestion de la complexité, modélisation électrique et comportementale, conception de structures élémentaires…). Dans la pratique, on y trouve trois activités indépendantes en prise directe avec le milieu industriel.

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Le thyristor parasite de la technologie CMOS

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Le thyristor parasite de la technologie CMOS

La première activité est développée dans le cadre d’un partenariat avec le centre R&D de la société ST-Microelectronics à Crolles. Il s’agit d’améliorer la tenue des circuits intégrés lors des décharges électrostatiques en plaçant des structures de protection « intelligentes » dans les plots d’entrée-sortie. Un premier contrat de collaboration de recherche signé en 2000 a donné lieu à la thèse de doctorat de Benjamin Caillard soutenue à la fin de l’année 2003. Les travaux ont porté sur l’utilisation du thyristor parasite inhérent à la technologie CMOS pour évacuer les charges électriques occasionnées par une décharge. Les résultats principaux, publiés dans les conférences les plus significatives du domaine (ESSDERC et EOS/ESD Symposium) ont concerné le développement d’un modèle électrique du thyristor parasite et la mise au point d’une structure de protection originale qui a donné lieu au dépôt d’un brevet conjoint entre le CNRS et l’industriel. Devant le succès de cette première collaboration, nous avons démarré à l’automne dernier deux thèses de doctorat. La première, dans le cadre d’une convention de recherche, est celle de Frédéric Thérond qui, tout en poursuivant les travaux antérieurs, devra s’attacher à proposer des modèles de simulation comportementaux des structures de protection afin de permettre l’analyse prédictive du comportement d’un système sur silicium. La deuxième thèse est conduite par Christophe Entringer dans le cadre d’une convention CIFRE et concerne l’étude et le développement de structures de protection adaptées aux systèmes intégrés sur substrat SOI. La deuxième activité concernait la fiabilité des microsystèmes et a donné lieu à la thèse de Muriel Dardalhon dans le cadre d’une bourse CNES (co-financée par EADS L.V.). Dans ce domaine où tout restait à faire, notre contribution a consisté à : i) recenser et valider les structures de test élémentaires et les équipements d’analyse paramétrique permettant d’évaluer la fiabilité d’un procédé de fabrication ; ii) proposer un véhicule de test destiné à évaluer la fatigue dans une technologie plus mature ; iii) développer un plan de test afin d’évaluer la fiabilité d’un microsystème sous différentes contraintes environnementales et fonctionnelles.

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La troisième activité est conduite par David Martin dans le cadre d’une convention CIFRE avec la société ST-Microelectronics à Rousset. Ces travaux ont débuté en février 2002 dans le cadre d’un stage de DEA. Ils concernent l’amélioration des procédures de localisation de défauts et de diagnostic par la mise en place d’un flot d’analyse fonctionnelle original utilisant un maximum d’outils industriels et un module logiciel qui permettra de « sortir » du flot dès lors qu’un site fautif sera identifié avec certitude ou que la liste des sites fautifs probables ne pourrait plus être réduite (cas de pannes redondantes). Les premiers résultats, en cours de formalisation, seront publiés en 2004. On notera que dans le cadre de ces activités, nous faisons partie du RTP Fiabilité du CNRS au titre de deux équipes-projets consacrées respectivement aux MEMS et à la défiabilisation des circuits intégrés suite à des décharges électrostatiques.

Conception de circuits intégrés aux limites technologiques

Travaux de : S. Bernard, G. Cathébras, P. Nouet, S. Mahtouk (10/03-10/06), V. Puyal (10/02-10/05), R. Roubadia (10/03-10/06). Collaborations : Alcatel R&I (Marcoussis), Atmel (Rousset), ST-Microelectronics (Rousset) Ce projet est né au milieu de l’année 2002 d’une collaboration de recherche avec Alcatel Recherche & Innovation sur le thème de la conception de circuits intégrés hautes performances pour les communications optiques à très haut débit. Alcatel R&I dispose d’une technologie de pointe et un travail de fond restait nécessaire pour conforter la méthodologie de conception, et fournir aux équipes Système les circuits clés dont elles ont besoin. Il s’agit de cellules digitales élémentaires (Multiplexeurs, bascules D, diviseur statique, …) dont les fréquences de fonctionnement doivent atteindre et dépasser 50 GHz. Le travail développé au LIRMM, confié à Vincent Puyal dans le cadre de sa thèse de doctorat,

consiste à étudier des architectures nouvelles à même de permettre d’améliorer de manière significative la qualité des signaux obtenus. Les premiers résultats sont en cours de publication. Nous avons par exemple obtenu un doubleur de fréquence basé sur le principe de la cellule de gilbert qui fonctionne parfaitement avec des signaux de 50 GHz en entrée et permets de générer un signal à 100 GHz. A l‘automne 2003, deux nouvelles activités sont venues s’ajouter au travaux de V. Puyal. Elles sont conduites en forte collaboration avec deux des industriels principaux de l’industrie microélectronique et débutent dans le cadre de stages de DEA qui se poursuivront en thèse à la rentrée 2004.

La première de ces activités est conduite dans le cadre d’une convention CIFRE avec la société ATMEL (Rousset). Elle concerne la conception de PLLs HF à faible bruit de phase et faible tension d’alimentation en technologie CMOS submicronique. Une PLL (ou Boucle à verrouillage de phase) permet de générer dans un circuit intégré les horloges hautes fréquences nécessaires au fonctionnement des processeurs et des interfaces (e.g. USB 2.0 480MHz). Les performances requises pour une PLL sont de plus en plus contraignantes en terme de précision de phase. De plus, une PLL doit à la fois assurer la haute précision pour les circuits d'acquisition, la haute vitesse pour les processeurs embarqués et surtout la possibilité de changer de rapport de multiplication de fréquence « à la volée ». L’utilisation de tensions d’alimentation réduites et le partage des rails d’alimentation avec des circuits digitaux provoquent une dégradation systématique de la précision de phase dans les PLL. Si l’on associe à cela les exigences de rendement de production, le travail de thèse de Régis

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Roubadia concernera aussi la mise en place d’une stratégie de test spécifique aux PLLs et une réflexion profonde sur l'auto-testabilité des PLLs. Nous démarrons actuellement une autre activité en collaboration avec la société ST-Microelectronics (site de Rousset) dans le domaine des circuits sécurisés. Il s’agit de concevoir des générateurs de nombres aléatoires intégrés sur silicium et répondant aux contraintes spécifiques imposées par l’application en terme de consommation et de sécurité anti-intrusion par exemple. Le travail est confié à Samir Mahtouk dans le cadre de son stage de DEA et devrait déboucher sur une thèse à la rentrée 2004.

Circuits durcis aux radiations

Travaux de : F.M. Roche, J.M. Dutertre (10/99-10/02), R. Perez (01/01-01/04) Collaborations : Université de Grenoble (TIMA), Université de Bordeaux (IXL), Société iRoC Technologies Le projet Synthèse physique durcie aux radiations s'intéresse aux dispositifs et circuits logiques et analogiques destinés à opérer en milieu hostile. Ce milieu peut être l'espace ou la haute atmosphère (aéronautique) mais également l'environnement terrestre habituel comme montré récemment. La finalité du projet est d'élaborer des méthodes de durcissement par conception aisément intégrables améliorant la robustesse des systèmes sans faire appel à des solutions technologiques. Son champ d'application s'est élargi aux circuits submicroniques et programmables de nouvelle génération devenus indispensables à l'électronique embarquée (aéronautique, spatial) ainsi qu'à une électronique terrestre de plus en plus vulnérable et astreinte à un degré de fiabilité élevé (médical, nucléaire, portable). L'objectif du projet est l'élaboration de solutions de conception de circuits assurant la robustesse des blocs fonctionnels aux effets perturbateurs identifiés. Concevoir des évaluateurs et des circuits prototypes tolérants en traduit la finalité. Ainsi, nous avons pu montrer que la conception de blocs fonctionnels robustes est réalisable pour les circuits logiques. Pour les circuits analogiques, le défi actuel se limite au maintien des spécifications dans des marges prédéfinies. Depuis quatre années, les études d'évaluation et de simulation des dégradations (critères, seuils) ont été appliquées à des structures fondamentales. Elles ont fourni des modèles de dégradation des grandeurs analogiques conditionnant marges de bruit et état des niveaux logiques de sortie. Un résultat important avait été mis en évidence auparavant avec l'identification des paramètres sensibles à l'effet de dose dans les inverseurs CMOS submicroniques. Vu son intérêt pratique dans les systèmes enfouis (SoC) l’axe de recherche concernant le durcissement de points mémoires SRAM aux aléas radiatifs (SEU) a été réactivé. Plusieurs principes de conception robuste présentant un fonctionnement sûr en présence d'ions lourds ont été définis en technologie fortement submicronique. Cette étude a été validée par des tests sous radiation. Depuis, plusieurs circuits originaux durcis dès la phase de conception ont été élaborés. Implémentés en registres à décalage, testés et validés, ils ont fait définitivement la preuve de la faisabilité de la méthode de durcissement aux ions lourds par seule conception (T. Monnier, JM Dutertre, R. Perez). Ces blocs durcis ont tout naturellement trouvé une application comme étages dans un convertisseur analogique numérique rapide (CAN Flash) durci . Ce travail a permis de valider plusieurs méthodes de durcissement inédites : par restructuration du circuit, par intégration d'une logique corrective au sein de la partie logique et par optimisation du dimensionnement de l'étage analogique (Th. Monnier).

Enfin, profitant de notre expertise en matière de SRAM et de Flip-flop robustes, les investigations ont été poussées vers le durcissement de SRAM pour FPGA reconfigurables. Ceux-ci constitechnologique de plus en plus utilisée par les concepteurs de systèmeslieu à des avancées significatives en matière de définition de macro-celdans le cadre d’un contrat de collaboration avec la Société iRoC Tecdéveloppement de solutions robustes (J.M. Dutertre, R. Perez).

tuent actuellement la solution (SoC). Ce travail, qui a donné lules tolérantes, s’est poursuivi hnologies spécialisée dans le

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Conception de blocs sécurisés

Travaux de : F.M. Roche, G. Cathébras , A. Djellid-Ouar (10/03-10/06) Collaboration : ST-Microelectronics (Rousset), Centre de Microélectronique de Provence Ce projet s’inscrit dans le cadre d’un contrat avec ST-Microelectronics. Les raisons qui motivent cette recherche se résument essentiellement à la nécessité d’améliorer la sécurité des cartes à puce en tant que produit industriel protégé. Ceci se décline en deux objectifs complémentaires. Pour l’utilisateur, ces « Smartcard » ont à assurer une sûreté de stockage ou de transfert de l’information sensible ; pour les concepteurs-réalisateurs il convient de les protéger contre une intrusion destinée à en percer les secrets de fabrication. Les fabricants doivent donc aussi bien se prémunir contre les attaques extérieures destinées à casser les « codes de cryptage », que contre un piratage de l’IP « conception du circuit » – y compris par des moyens industriels ou de reverse engineering. Ces agressions extérieures peuvent revêtir une multitude de formes. C’est cet aspect que nous nous proposons d’analyser, afin de proposer des solutions de détection, d’alerte et de protection adaptées à chacune des situations au niveau des blocs élémentaires. L'étude a plusieurs objectifs :

• isoler les potentialités d’intrusion directes ou indirectes,

• les classifier et de proposer des principes nouveaux de conception des blocs,

• mettre en œuvre des architectures circuits aptes à contrer l’effet des attaques en proposant des améliorations, et les caractériser par simulation,

• en estimer les coûts et en analyser la portée en terme de performance,

• de développer à partir d'une technologie commerciale des prototypes améliorés.

Ce nouveau projet est mené en étroite collaboration avec les chercheurs du Centre Microélectronique de Provence et ceux de notre partenaire industriel. Il doit mettre en oeuvre les outils de conception, de simulation et de validation industriels.

Modélisation et conception de circuits analogiques faible courant

Travaux de : D. Auvergne, C. Dufaza, S. Laville (12/99-12/02), W. Rahajandraibe (09/99-09/02).

Collaborations : ST-Microelectronics (Discrete and Standard Linear Group) Ce projet de recherche s’inscrit dans le cadre d’un contrat avec la société ST-Microelectronics, division DSG – Discrete and Standard Linear Group. Les raisons qui motivent cette recherche se résument simplement par la nécessité d’améliorer les performances des composants analogiques linéaires : amplificateurs opérationnels, références de tensions, etc. Les performances de ces circuits, dans le contexte de produits industriels, sont bien entendu inter-dépendantes et leur optimisation nécessite des recherches avancées sur plusieurs points, parmi lesquels :

• la théorie des composants bipolaires et MOS à faible courant de polarisation,

• l'extraction ciblée des paramètres de la technologie,

• la définition de nouvelles cartes modèle pire cas,

• la prise en compte de ces paramètres dans les simulateurs électriques nouveaux modèles,

• la conception de nouvelles cellules test,

• les techniques intégrées d'ajustement des composants.

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Cette recherche, menée en étroite collaboration avec les ingénieurs de notre partenaire industriel, a permis notamment dans le cadre de deux thèses de doctorat, la conception, la fabrication et le test de plusieurs circuits prototypes. Ces circuits nous ont conduit à améliorer les performances des circuits commercialisés en assurant une bonne modélisation de la technologie permettant d'obtenir une bonne correspondance entre les performances simulées et celles mesurées sur silicium. Ces travaux ont donné lieu à plusieurs publications de niveau international et au dépôt de 4 brevets par la société ST-Microelectronics. Au-delà des avancées scientifiques réalisées durant ce projet, la réelle synergie industrie-université et la confiance qui s'est développée entre les parties a été très enrichissante. W. Rahajandraibe a été nommé Maître de Conférences à l'université d'Aix-Marseille où il continue le développement de ce thème sous la direction de C. Dufaza, nommé professeur dans la même université.

Conception et sûreté de fonctionnement de systèmes implantables pour la stimulation électrique fonctionnelle

Travaux de : S. Bernard, Y. Bertrand, G. Cathébras, J.D. Techer (10/02-10/05) Ce projet porte sur le développement de méthodes de conception de systèmes intégrés pour des applications médicales très sensibles dans lesquelles les critères de fiabilité et de sûreté de fonctionnement sont particulièrement critiques. La conception étant intimement liée à l'application, nous avons choisi de nous intéresser à un problème concret en participant au projet DEMAR (DÉambulation et Mouvement ARtificiel) dans lequel sont aussi impliqués le département de robotique du LIRMM et une équipe médicale. Ce projet, piloté par l'INRIA en collaboration avec le CNRS, a pour but de permettre à des paraplégiques de retrouver une certaine motricité de leurs membres inférieurs en stimulant les muscles moteurs par une commande externe. La technique utilisée dite de stimulation électrique fonctionnelle (FES pour Functional Electric Stimulation) doit permettre à un paraplégique de se mettre debout et de marcher à l'aide d'un déambulateur.

Concrètement, la solution de FES envisagée consiste à placer des électrodes directement sur les nerfs des muscles moteurs. Chaque électrode, pilotée par une unité centrale, doit fournir au nerf qu'elle contrôle le courant de stimulation approprié pour un mouvement d'ensemble donné (mise en position debout, avancée de la jambe,…). Elle doit donc convertir la consigne de stimulation (amplitude, forme d'onde, durée) en signal électrique à l'aide d'un ASIC implanté à coté de l'électrode.

Au sein de ce projet ambitieux, nous nous intéressons plus particulièrement à la conception de l’ASIC. Ce Circuit Intégré (CI) doit être capable de fournir une impulsion de courant de forme complexe, d’amplitude variant de 0 à 5 mA, avec une précision de 20µA, et de durée réglable de 0 à 1 ms par pas de 5 µs. En outre, le circuit devra fournir une différence de potentiel de 15 V aux bornes de l’électrode tout en étant alimenté sous 3 V. Ce contexte d'application médicale est un excellent support pour étudier les techniques de conception de CI en environnement sensible. En effet, en plus des contraintes fortes concernant les performances "classiques" d'un système sur puce électronique, le contexte médical impose des contraintes draconiennes de sûreté de fonctionnement. Il faut donc développer des solutions permettant d’éviter tout point de fonctionnement dangereux pour le patient. Les méthodes considérées devront par exemple prendre en compte les effets du milieu d'implantation (température, effet de "fibrose" autour des électrodes…) et l'environnement extérieur (perturbations électromagnétiques par exemple). Circuit de stimulation

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D'autre part, le caractère invasif de l’intervention chirurgicale interdit tout accès à l’ASIC après implantation. Nous devrons donc concevoir le circuit intégré en privilégiant au maximum sa fiabilité. Nous devrons aussi être capables de diagnostiquer un mauvais fonctionnement pour réparer ou inhiber à distance la partie défectueuse du circuit.

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Test de systèmes intégrés

Permanents : F. Azaïs, S. Bernard, Y. Bertrand, M.L. Flottes, P. Girard, C. Landrault, P. Nouet, S. Pravossoudovitch, M. Renovell, B. Rouzeyre, A. Virazel. Les technologies microélectroniques ainsi que les chaînes de CAO actuelles permettent la conception de plus en plus rapide de circuits intégrés très complexes en termes de nombre d'éléments actifs. Cet accroissement en complexité joint à une nécessité croissante de réduire les temps de mise sur le marché ne peut pas se faire au détriment de la qualité du produit fini. Un circuit, qu’il soit très simple ou très complexe, doit être réalisé conformément à son dossier de fabrication pour être utilisable. C'est son test qui en est le garant. Le département Microélectronique travaille dans cette thématique depuis de nombreuses années au cours desquelles nous nous sommes intéressés à des sujets très variés tels que : la modélisation des défauts, l’extraction des sites de pannes, la simulation de fautes, la génération automatique de vecteurs de test au niveau transistor interrupteur, l'équivalence de pannes, le test intégré de machines d'états finis, le test intégré de filtres numériques, le test et le diagnostic des fautes de délais, la synthèse pour le test. Aujourd’hui, suivant l'évolution générale des techniques et des connaissances, nous nous orientons vers des problématiques de test relatives aux systèmes intégrés, aux circuits analogiques, mixtes, reconfigurables, pipeline, etc... Ces circuits sont maintenant réalisés dans des technologies fortement submicroniques avec des contraintes spécifiques de puissance, taille et vitesse. Au cours de ces quatre dernières années, les différents projets sur lesquels nous avons travaillé sont :

• le test intégré de circuit séquentiel, pipeline, reconfigurable, de circuits mixtes, de CAN, de mémoires,

• le test de panne temporelle, le test orienté défaut,

• l’optimisation faible puissance du test,

• les infrastructures de test au niveau système, la compression de données de test,

• le test fonctionnel, la vérification,

• le test de systèmes sécurisés,

• le test des microsystèmes.

Infrastructures de test pour SOC

Travaux de : M.L. Flottes, B. Rouzeyre, J. Pouget (10/99-11/02) La tendance actuelle est de concevoir des systèmes complets à base de « cœurs » prédéfinis et peu ou pas modifiables. Ceci ne fait qu’ajouter à la complexité du processus de test du système complet (génération de vecteurs, accessibilité, contrôle du test de chacun des cœurs, puissance dissipée …). Ce projet concerne la mise en œuvre du test au niveau système c’est-à-dire le test de chacun des cœurs et le test de leurs interconnexions en incluant la logique glue aux interfaces. En ce qui concerne l’organisation du test des cœurs, aux deux extrêmes de l’espace des solutions se trouvent une solution totalement parallèle, et une solution totalement série. La première solution consiste à activer toutes les ressources de test en même temps, elle n’est donc pas toujours envisageable pour des raisons de puissance dissipée et d'accessibilité. La seconde consiste à activer le test de chacun des cœurs l’un après l’autre, elle peut donc induire des temps de test trop importants.

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Nous avons tout d'abord défini différents modes de contrôle au niveau système de façon à respecter à la fois les contraintes de puissance, d'accessibilité et de temps de test. Nous avons ensuite développé des méthodes d'ordonnancement pour ces différents modes de contrôle. Nos travaux ont ensuite porté sur la génération automatique d'infrastructures de test pour les SOCs, conformément aux recommandations de la norme P1500. Afin de répondre aux différentes exigences requises pour le test, des moyens d'accès aux divers cœurs doivent être implantés sur le circuit. Autour de chaque cœur, est implantée une « ceinture d'isolation » ou « wrapper » constitué de cellules scan reliées aux E/S du cœur. Les wrappers sont eux-mêmes reliés à un bus global (ou TAM pour Test Access Mechanism) connecté aux plots d'entrée/sortie du circuit. Les données de test transitent via ce bus vers les cœurs. De la taille des wrappers, du bus et de la façon dont sont interconnectés les wrappers au bus dépendent la durée du test de chaque cœur, la consommation du circuit en mode test, et la durée du test du système complet. Nous avons développé une méthodologie complète de co-optimisation de l'architecture de test (wrappers et TAM) et d'ordonnancement des tests. Elle s'appuie sur différentes heuristiques et algorithmes d'optimisations exacts. Cette méthode permet de rechercher le compromis optimal entre la surface additionnelle, le temps de test et la puissance dissipée pour les systèmes sur puce. Ces travaux ont donné lieu à la thèse de J. Pouget, travaux poursuivis dans le cadre d'un post-doc en collaboration avec l'université de Linköping (Suède).

Compression de données de test

Travaux de : M-L Flottes, B. Rouzeyre, R. Poirier (10/01-10/04). La complexité actuelle des composants microélectroniques et notamment des systèmes sur puce (SOC) permet d'atteindre des performances encore jamais atteintes. Malheureusement, cette complexité grandissante augmente dans un même temps les problèmes liés au test de ces composants. En effet, plus le composant contient d'éléments intégrés et plus le nombre de vecteurs pour le tester est important. Ce volume croissant de données de test rend difficile leur stockage et augmente de façon considérable les temps de test (cf. projet « Infrastructures de test »). Les travaux réalisés dans le cadre de ce projet ont pour but d'étudier et de développer de nouvelles méthodes de compression de données de test de façon à réduire leur volume et/ou leur temps d'application. Une étude bibliographique a tout d'abord été réalisée dans le cadre du stage de DEA de P. Benoit (2001). Il ressort de cette étude que l'un des problèmes cruciaux pour les circuits actuels est la limitation du nombre de canaux testeurs par rapport au nombre sans cesse croissant de chaînes de scan internes au circuit. Dans le cadre de la thèse de R. Poirier, nous avons donc développé une nouvelle méthode de « compression/décompression horizontale » de vecteurs de test. Pour un nombre de chaînes de scan donné N, le nombre de canaux testeurs M peut être choisi aussi petit que voulu. Les données sont compressées hors ligne et stockées dans le testeur. Lors de la phase de test, les données sont décompressées en ligne au sein du circuit à l'aide d'une structure arithmétique de surface négligeable (cf. figure ci-après). La structure de décompression est indépendante des données de test. Les résultats obtenus montrent que la solution proposée réduit à la fois la quantité de données stockées dans le testeur ainsi que le temps de test comparé à une solution classique consistant à modifier le circuit de telle façon que le nombre de chaînes de scan corresponde au nombre de canaux testeur. Il faut de plus noter que cette solution n'entraîne aucune aucun délai supplémentaire dans le circuit ni aucune modification interne.

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CUT

Horizontal M-to-NDecompressor

. . .

. . .

N scan chains

M ATE channels

Scan chains

N>M

M

N

Pdata_In

Shift

ADDER

Scan_En

Nbits SRA

. . .

M

Test fonctionnel

Travaux de : M.L. Flottes et B. Rouzeyre (LIRMM), V. Béroule et C. Robach (LCIS/INPG), M. Scholivé (10/01-10/04) Nous nous intéressons ici à la génération de données de test structurel dès les premières phases de la conception d'un circuit intégré. Nous cherchons à minimiser l'effort classiquement fourni au niveau porte pour générer les données de test appliquées au circuit après fabrication. Au plus haut de la chaîne de conception nous disposons de la description comportementale du circuit. Cette description est un programme, VHDL par exemple, définissant le comportement du circuit à concevoir. Il n'existe pas à l'heure actuelle de générateur automatique de vecteurs de test structurel travaillant à ce niveau d'abstraction (problème de modélisation des défauts pouvant affecter le futur composant). Par contre, on cherche généralement à valider cette description comportementale pour prévenir toute erreur de conception. Cette tâche fournit un ensemble de données de validation que nous allons chercher à réutiliser pour construire l'ensemble de test structurel. Bien qu'il soit généralement reconnu que les données de test fonctionnel sont utiles au test structurel, il n'est pas établi de relation entre l'efficacité d'une séquence de test fonctionnel pour valider la description algorithmique, et l'efficacité de cette même séquence à déceler des fautes structurelles après fabrication. Cette étude fait l'objet de la thèse de M. Scholivé dans le cadre d'une collaboration de recherche avec le laboratoire LCIS / INPG à Valence. Pour générer une séquence de validation, nous nous sommes appuyés sur une technique issue des techniques de test de logiciel : le test par mutation. Le processus consiste à sélectionner des vecteurs capables de distinguer le comportement du circuit à concevoir, du comportement d'un ensemble de versions fautives de ce comportement, les « mutants ». L'une des premières actions a été de développer un ensemble d'outils d'aide à la génération de tests par mutation. Le synoptique ci-dessous illustre l'utilisation de ces derniers, on y distingue trois actions principales : la génération des mutants, la génération des données de test permettant de les distinguer du programme original, et

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l'évaluation de ces données vis-à-vis d'un test structurel (FC% est le taux de couverture d'une séquence de test générée/évaluée au niveau porte, MCF% et MS% représentent respectivement le taux de couverture des fautes de collage et le taux de couverture des mutants pour une séquence générée à haut niveau par mutation). L'ensemble de ces outils permet maintenant l'évaluation d'une séquence de test générée à haut niveau par la technique de mutation pour des circuits séquentiels de type machine d'état. Nous avons comparé ces séquences de test avec des séquences aléatoires classiquement utilisées au niveau porte pour déceler les fautes les plus faciles. Les premiers résultats expérimentaux montrent qu'une séquence optimisée de test obtenue par mutation est beaucoup plus efficace en termes de nombre de vecteurs nécessaires qu'une séquence aléatoire pour obtenir un même taux de couverture sur les fautes de collage. Nous nous attacherons par la suite à définir les opérateurs de mutation les plus favorables à la génération d'une séquence de test structurel « efficace », et au moyen de générer une séquence de test déterministe à partir de ces mutants (notion de mutation sélective et d'enrichissement).

TEST DATA EVALUATION

TEST DATA GENERATION

MUTANT GENERATION

Modified mutants

FC%

MS%

Sequential VHDL

description

Database: Mutation Operators

Mutants

No ordered Test set

Gate Level Description

Ordered Test Set For FSM

MutantsGenerator

Translator

Synthesis Tool

Gate LevelTest set

VHDL Simulator

Vector ordering

random/determinist Generation on

combinational parts

VHDL Simulator

MFC% Fault

Simulation

Classical tool Proposed new tool

Vérification

Travaux de : B. Rouzeyre, L. Torres, R. Solaiman (10/01-10/04) Malgré les techniques et outils de CAO, la conception d'un circuit microélectronique reste une activité longue et coûteuse. Les erreurs aussi bien humaines que présentes dans les logiciels de conception s'avèrent donc catastrophiques. La pratique courante, consistant à s'assurer que le circuit obtenu correspond bien à sa spécification par simulation, ne permet que d'explorer partiellement l'espace de simulation et ne permet généralement pas d'analyser les causes de dysfonctionnements. A contrario, les techniques formelles de vérification permettent de pallier en partie ces inconvénients. Aussi, les industriels de la CAO et les utilisateurs manifestent-ils un grand intérêt pour ces techniques émergentes. Nous avons démarré un nouveau projet dans ce domaine depuis 2001. Nos travaux ont plus particulièrement porté sur :

• le développement d'un nouveau modèle de représentation des circuits numériques (appelé Taylor Expansion Diagram ou TED) permettant de rassembler dans un même formalisme des descriptions algébriques et logiques. Nous envisageons également d’utiliser les corps de

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Galois pour représenter certaines applications difficilement exprimables avec une représentation du type TED.

• Les méthodes d’équivalence checking au niveau structurel permettant de s’assurer que spécification d'un circuit et son implantation issue de la synthèse logique correspondent en tout point.

Les travaux portant sur le premier point ont été effectués en collaboration avec le Prof. M. Ciesielski de l'université de Amherst (USA) venu passer une année sabbatique au LIRMM et continuent dans le cadre d'un accord de collaboration CNRS/NSF. En ce qui concerne le second point, nos études futures porteront sur les problèmes d'équivalence des circuits séquentiels et s'effectuent en collaboration avec un industriel.

Test des systèmes sécurisés

Travaux de : M.L. Flottes, B. Rouzeyre, M. Renovell, D. Hely (12/02-12/05) Collaboration : ST-Microelectronics (Smart Card) Les circuits sécurisés occupent une place de plus en plus importante dans de nombreux domaines comme les transports, l'identification, la télévision à péage… Les circuits intégrés dit « sécurisés » ont pour vocation le stockage et le transfert de données sensibles. Ils sont donc conçus de façon à réduire au maximum leur piratage. Dans ces conditions, les notions de contrôlabilité et d'observabilité qui garantissent la possibilité de tester les circuits après fabrication peuvent être en contradiction avec les exigences de sécurité. Une étude prospective a démarré en janvier 2003 sur le test et le diagnostic de ces circuits en collaboration avec la division SmartCard de la société ST-Microelectronics. Cette étude s'effectue dans le cadre d'une thèse CIFRE. La première année a permis de faire un inventaire des problèmes à résoudre. Des solutions ont été proposées pour pallier la vulnérabilité sous-jacente aux techniques de scan par un "scrambling" des chaînes rendant leur observabilité très difficile sans une connaissance fine de l'architecture des circuits et donc quasiment impossible pour une tierce personne. Nos travaux futurs concerneront l'adaptation au domaine de la sécurité d'autres techniques de DFT ainsi que l'étude de la vulnérabilité intrinsèque des circuits par des techniques d'injection de fautes.

Test de circuit reconfigurable

Travaux de : M. Renovell, P. Faure (10/99-12/02), S. Tanguy (10/02-10/05) Collaborations : Pr Joan Figueras (Université Polytechnique de Catalogne, Barcelone, Espagne), Dr Yervant Zorian (LogicVision, USA), Pr Paolo Prinetto (Politecnico de Torino), Pr M. Lubazewski (Univ. Of Porto-Alegre).

Les circuits flexibles reconfigurables constituent une solution technologique intéressante et sont de plus en plus utilisés par les concepteurs au fur et à mesure de l’amélioration de leurs performances tant en vitesse qu’en capacité logique. Ces circuits sont d’ailleurs présents maintenant sous forme de cœurs utilisables dans une conception basée sur l’intégration de cœurs. De ce fait, le test de ces circuits en sortie de fonderie aussi bien qu’en entrée avant utilisation fait l’objet d’études spécifiques. Le test des FPGAs de type symétrique en sortie de fonderie a fait l’objet de travaux dans la période s’étendant de 1996 à 2000. Le travail s’est ensuite axé principalement vers les problématiques de

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test utilisateurs dans la période s’étendant de 1999 à 2001. Le test des FPGAs de type hiérarchique en sortie de fonderie fait maintenant l’objet du travail de thèse de S. Tanguy. Compte tenu de la complexité des circuits reconfigurables à base de cellules mémoires SRAM, le premier travail a consisté à décomposer ces circuits en plusieurs parties distinctes : les blocs logiques, les éléments d’interconnexions et les points mémoires de stockage de la configuration. Nous avons abordé dans un premier temps le problème du test des blocs logiques. Nous avons proposé une approche structurelle utilisant directement une description du FPGA, et non pas une description au niveau porte classique, pour générer les vecteurs de test. Ceci permet de tester l’intégralité des dispositifs et, par conséquent, d’aboutir à des taux de couverture très élevés au détriment du temps de calcul requis pour générer ces vecteurs de test. Pour minimiser le temps de calcul des vecteurs de test, nous avons ensuite proposé différentes modifications de la description du FPGA. Ces modifications apportées avant la génération des vecteurs permettent de réduire considérablement le temps de calcul. Cette approche est en cours d’évaluation avec des circuits largement répandus tels que les XILINX 3000, 4000, ALTERA. Moins connus que les FPGAs digitaux, les FPAAS analogiques font l’objet d’un intérêt certain de la part des concepteurs de systèmes. Ces composants très particuliers n’ont jusqu’ici fait l’objet d’aucune puiblication. En collaboration avec l’Université de Porto-Alegre, un travail de recherche a commencé sur les FPAAs analogiques et une première publication a été acceptée au VLSI Test Symposium 2004.

Test faible consommation

Travaux de : P. Girard, C. Landrault, S. Pravossoudovitch, N. Badereddine (10/03-09/06), Y. Bonhomme (10/00-09/03) Collaboration : L. Guiller - Sté Synopsys, Mountain View, USA Ce projet porte sur la prise en compte des problèmes de consommation de puissance pendant la phase de test logique des circuits intégrés numériques. Le but est de développer des méthodes et outils permettant de réduire l’activité totale du circuit en mode test, puisque celle-ci s’avère être largement supérieure à l’activité générée lors du fonctionnement normal, et peut donc entraîner une dégradation totale ou partielle du circuit testé. Dans le cadre de la thèse de Y. Bonhomme, soutenue le 25 septembre 2003, nous nous sommes intéressés aux problèmes de consommation qui apparaissent lors du test des circuits séquentiels munis de chaînes de scan. Les premiers travaux réalisés ont concerné le test intégré (BIST) de circuits munis de chaînes de Scan. Une approche basée sur le partitionnement de chaque chaîne de Scan en deux ou plusieurs sous chaînes travaillant en alternance lors du chargement (déchargement) de chaque vecteur (réponse) a permis de réduire de moitié la consommation dans le circuit lors du test. Ce partitionnement s’effectue en jouant soit sur les signaux d’horloge, soit sur les signaux d’inhibition des bascules constituant la chaîne de scan. La deuxième partie de cette étude a consisté à adapter cette technique pour le test externe dans lequel les vecteurs de test sont issus d’un Equipement Automatique de Test (vecteurs déterministes). Notons que ces travaux ont été réalisés dans le cadre du contrat européen MEDEA+ A503 ASSOCIATE portant sur la conception en vue du test et le développement d’outils logiciels de test pour les systèmes sur puce. Les travaux suivants ont porté sur le ré-ordonnancement des bascules de chaque chaîne de Scan du circuit numérique à tester dans le cadre d’une approche de test externe. En effet, de nombreux changements d’états, inutiles pour la détection de pannes, apparaissent sur les entrées du circuit lors des phases de chargement/déchargement, générant une suractivité qui peut être rédhibitoire. Or, il s’avère qu’un placement judicieux des cellules dans une chaîne de Scan permet de diminuer de façon significative cette suractivité. Le critère choisi pour guider ce ré-ordonnancement repose sur un décompte du nombre de bits différents dans chacun des vecteurs constituant la séquence de test. Par la suite, l’objectif a été d’étendre cette solution pour réduire non seulement l’activité liée au test mais également respecter une des contraintes fortes de conception qui est le routage lié aux interconnexions entre les bascules scan. Pour ces travaux, nous nous sommes appuyés sur une

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collaboration avec la Sté SYNOPSYS (Mountain View, CA, USA), leader mondial du marché des outils CAO pour le test. Par la suite, nous essaierons d’adapter les solutions apportées dans ce domaine (test des circuits munis de chaînes de scan) au traitement des SOC (System On Chip), dans lesquels de nombreux éléments servant à l’acheminement des données de test (cellules de test dans les wrappers, cellules scan à l’intérieur des cœurs, éléments de connexions tels que multiplexeurs et démultiplexeurs au niveau des mécanismes d’accès, etc.) existent et nécessitent une prise en compte de leur activité lors du test. Ces travaux seront réalisés dans le cadre de la thèse de Nabil Badereddine, qui a démarré en octobre 2003, et devraient ouvrir la voie à d’autres études tout aussi génériques sur la réduction de consommation pendant le test des SOC. Cette orientation devrait également permettre de répondre aux exigences formulées dans le projet européen MEDEA+ ASSOCIATE, dans lequel un des axes de recherche dont le LIRMM est responsable est le test intégré faible consommation des blocs logiques de propriété intellectuelle.

Modélisation de défauts

Travaux de : M. Renovell, F. Azaïs, S. Bernard, Y. Bertrand, J.M. Galliere (10/00-10/03) Collaboration : Professeur André Ivanov (University of British Columbia, Vancouver, Canada), Professeur Becker (Université de Freibourg, Allemagne) L'étude en cours depuis plusieurs années concerne le problème de l’adéquation entre les modèles de fautes et les défauts réels en technologie CMOS. Cette étude a commencé par la définition d’un modèle de faute pour un défaut particulier : le circuit-ouvert sur une connexion de grille de transistor MOS appelé grille flottante. Après deux thèses sur ce sujet, l’étude s’est poursuivie avec une analyse d’un type tout à fait différent de défaut, les courts-circuits, mettant en évidence un nombre important de propriétés. Ces propriétés ont conduit à la définition d'un nouveau modèle de faute, appelé le modèle du « Vote Direct ». Par la suite, nous nous sommes intéressés aux courts-circuits résistifs. Ce deuxième volet de l’étude a conduit à la définition d’un modèle original appelé le modèle « Paramétrique » prenant en compte la résistance aléatoire du court-circuit. L’expérience acquise depuis plusieurs années sur le comportement des défauts ainsi que sur les modèles de fautes qui les représentent, a permis de s’intéresser à la relation défauts/modèles de fautes en prenant en compte les paramètres aléatoires des défauts. L'étude envisagée maintenant s’est fixée comme objectif de formaliser de manière générale les relations entre différents défauts tels que les grilles flottantes, les courts-circuits ou les percements de grille et les différents modèles de fautes existants. De plus, ce travail prend en compte les différentes techniques de test telles que le test en tension et le test en courant. Le travail d’analyse des relations défauts/modèles de fautes a permis de mettre en évidence l’importance, dans ces relations, des paramètres aléatoires des défauts. De nouveaux concepts capables de représenter les paramètres aléatoires des défauts doivent être proposés et considérés dans la relation avec les modèles de fautes. L’objectif est donc d’appréhender ces paramètres, dans un premier temps pour des défauts simples tels que les courts-circuits et dans un deuxième temps, pour des défauts plus complexes tels que les grilles flottantes et les percements de grille.

Test de pannes temporelles dans les mémoires SRAM

Travaux de : P. Girard, S. Pravossoudovitch, A. Virazel, L. Dilillo (10/02-10/05) Collaborations : Infineon Technologies France (Sophia Antipolis), ST-Microelectronics (Crolles) Les mémoires représentent la grande majorité des dispositifs dans les systèmes sur puce. Il est ainsi très commun d'avoir des systèmes où les éléments mémoires occupent plus de la moitié de la surface silicium. L'optimisation de ces mémoires en termes de surface, de puissance consommée et de temps d'accès, est donc prépondérante pour obtenir un système le plus optimisé possible. Cette course à l'optimisation des blocs mémoires oblige à les concevoir en utilisant les limites de la technologie. En

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conséquence, ces dispositifs sont plus sensibles aux pannes que la logique standard. Il est reconnu que les mémoires concentrent la plupart des défauts dans un SOC et qu'elles sont donc l'une des causes principales de la baisse de rendement. Les solutions utilisées pour tester les mémoires sont particulières dans le sens où elles sont intimement liées à l'architecture et aux influences spécifiques des défauts induits par le procédé de fabrication de la mémoire. Les algorithmes de test de mémoire permettent par exemple de tester, outre les défauts classiques de type collage, des modèles de défauts tels que l'interdépendance entre les cellules mémoire adjacentes. Il reste cependant un certain nombre de défauts qui sont très mal pris en compte par les algorithmes actuels notamment les défauts introduisant un dysfonctionnement temporel. En effet, certains défauts induisent un comportement spécifique en se manifestant par exemple par une erreur uniquement après la nème lecture consécutive d’une même cellule mémoire réalisée à la fréquence nominale de fonctionnement (RDF, « Read Disturb Fault »). L’objectif de ce projet est d’étudier ce type de comportement à caractère temporel induit par ces défauts particuliers et de développer des solutions méthodologiques et algorithmiques permettant de mettre en évidence ces défauts lorsqu’ils affectent une mémoire. Dans ce projet, nous nous sommes pour l’instant concentrés sur les points suivants :

• analyse des pannes à effet temporel dans les décodeurs d’adresse et plus particulièrement des ADOFs (Address Decoder Open Fault)

• algorithmes MARCH prenant en compte des modèles de défauts entraînant un comportement dynamique (ADOFs et RDFs)

• solutions de DFT (« Design-for-Testability ») permettant d'améliorer le contrôle mais surtout l'observation des effets de faute. Ce dernier point étant primordial pour le test d'une mémoire car uniquement la sortie de « data » est observable.

Ces études menées dans le cadre du projet MEDEA+ ASSOCIATE font partie des travaux de thèse de Luigi Dilillo. Les premiers résultats de ces travaux ont été présentés à l'ETW 2003 ainsi qu’à l’ATS 2003. Par la suite nous finaliserons les axes abordés précédemment puis nous nous intéresserons à l’aspect test intégré en développant notamment les points suivants :

• implantation BIST des algorithmes de test proposés,

• étude de la possibilité d'utiliser une méthodologie de BIST commune pour les parties de mémoire et de logique des systèmes sur puces.

Test de pannes temporelles dans les circuits programmables de type FPGA

Travaux de : P. Girard, S. Pravossoudovitch, M. Renovell, O. Heron (10/01-10/04) Les circuits programmables ou reconfigurables de type FPGA constituent aujourd’hui une solution technologique particulièrement intéressante, notamment avec l’amélioration de leurs performances tant en vitesse qu’en capacité logique. La structure originale de ce type de circuit, sous forme d’un tableau ordonné de blocs logiques identiques entourés de canaux d’interconnexions verticaux et horizontaux, permet d’envisager des techniques de test spécifiques. Compte tenu de l’expérience acquise, d’une part sur le test et le test intégré des pannes temporelles et, d’autre part, sur le test des circuits programmables, nous avons entrepris en 2001 une étude portant sur le test des pannes temporelles dans les circuits programmables. L’objectif de cette étude est de proposer des méthodes et outils adaptés aux structures spécifiques de ce type de circuits permettant de tester les pannes temporelles pouvant affecter ces structures. Que ce soit dans un contexte « application » (test des structures utilisées par une application programmée dans le FPGA) ou dans un contexte « manufacturing » (test de l’ensemble des ressources du circuit), les travaux

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réalisés jusqu’à présent ciblaient principalement les pannes de délai intervenant sur les structures d’interconnections. Dans le cadre de cette étude, nous nous sommes plus particulièrement attachés au test des pannes temporelles affectant les structures logiques programmables (LUT) en nous plaçant dans un contexte « manufacturing ». Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur les points suivants :

• déterminer le modèle électrique d’un bloc logique (LUT) du FPGA,

• analyser l’impact de défauts temporels (de type résistifs) sur son comportement dynamique,

• établir les conditions de test de pannes temporelles dans une LUT,

• développer une technique globale de test de pannes temporelles pour l’ensemble des blocs logiques d’un FPGA,

• implanter les algorithmes BISTde test proposés.

Cette étude a finalement donné lieu à la réalisation d’une architecture de test intégré (BIST) capable de couvrir l’ensemble des pannes de délai pouvant affecter les blocs logiques d’un FPGA. Cette étude constitue l’essentiel des travaux de thèse d’Olivier Héron. Les résultats de ces travaux ont été présentés à l'ETW 2003, au LATW2003 ainsi qu’à l’IOLTS 2003. Nous prévoyons par la suite d’exploiter les propriétés de cette architecture de test pour localiser les blocs fautifs (diagnostic). La connaissance de ces blocs défaillants par un outil de synthèse adapté pourrait ainsi permettre de rendre utilisable un tel circuit en programmant l’application sur les blocs exempts de tout défaut.

Test de convertisseur Analogique-Numérique

Travaux de : F. Azaïs, S. Bernard, Y. Bertrand, M. Renovell, M. Comte (09/00-09/03) Les travaux menés dans ce projet ont pour objet la réduction du coût du test des Convertisseurs Analogique-Numérique (CAN). Deux techniques sont principalement utilisées dans le milieu industriel, à savoir le test par histogramme et le test par transformée de Fourier. Ces deux méthodes permettent de mesurer les caractéristiques fonctionnelles d'un convertisseur telles que la tension de décalage, le gain, les non-linéarités, le rapport signal sur bruit, le taux de distorsion harmonique… Ce type de test est si complexe qu’il arrive que le coût du test représente la moitié du prix de revient du circuit complet. Ainsi, réduire le coût du test des CAN est un point critique. Pour minimiser ce coût deux solutions peuvent être envisagées. La première solution consiste à intégrer tout ou partie des ressources de test directement sur le même substrat que le CAN à tester afin de réduire la complexité et donc le coût des ressources externes utilisées. Dans cette optique, les travaux antérieurs avaient porté sur la redéfinition de l’algorithme de test par histogramme en vue de son intégration à surface réduite d’une part, et sur le problème de la génération intégrée de stimuli de test d’autre part. Nous disposions ainsi de l’architecture haut niveau du module d’exploitation dédié à l’analyse des réponses et d’un générateur de rampes auto-calibré. Ces travaux ont été poursuivis avec comme objectif la mise en œuvre dainsi proposé différentes adaptations du généraspécificités du test par histogramme et nous avonsd’analyse permettant la génération automatique de

Efficacité statistique de nouveaux flots de test

’une solution de test intégré complète. Nous avons teur de rampes afin de prendre en compte les défini une méthodologie de conception du module l’architecture en fonction d’un cahier de charges. A

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l’issue de ces travaux, nous disposons d'une solution BIST complète pour le test des convertisseurs A/N incluant à la fois le module de génération de signaux de test et le module d'analyse des réponses. La deuxième solution consiste à optimiser le flot de test des CAN. Le flot classique repose sur l’utilisation de deux procédures de test distinctes, à savoir une analyse statistique pour l’évaluation des paramètres statiques et une analyse spectrale pour l’évaluation des paramètres dynamiques. L’utilisation de ces deux techniques de test très différentes rend le test très onéreux. L’objectif de ces travaux est d’étudier la faisabilité d’une procédure de test uniquement basée sur l’analyse spectrale, permettant de vérifier l’ensemble des performances d’un CAN. A cette fin, nous avons fait une investigation des corrélations qui existent entre les paramètres statiques et dynamiques. L’étude repose sur la simulation d’un modèle d’environnement de test des CAN. Tout d’abord, nous avons montré que l’influence de chaque erreur statique sur les paramètres dynamiques est suffisamment significative pour envisager de détecter les erreurs statiques rédhibitoires à travers la mesure des performances dynamiques. Ensuite, nous avons évalué l’efficacité statistique de détection des circuits défectueux pour plusieurs flots de test alternatifs reposant seulement sur l’analyse spectrale. Nous avons enfin développé un outil qui permet d’adapter l’évaluation de l’efficacité statistique de chaque flot à un contexte de test réel. Ces travaux ont fait l'objet de la thèse de M. Comte soutenue en juillet 2003.

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Participation aux activités du GIP-CNFM

Participants : P. Amadou (STI), F. Azaïs, S. Belin, S. Bernard, C. Blanc (Adm), Y. Bertrand, G. Cambon, G. Cathébras, J.M. Dandonneau (STI), M.L. Flottes, P. Lépinay (STI), L. Latorre, R. Lorival (STI), P. Nouet, M. Robert, L. Torres Le LIRMM est un des piliers du pôle CNFM (Comité National de Formation en Microélectronique) de Montpellier. En plus de sa mission d’aide à la formation au niveau local (Ecole d'ingénieurs ISIM-MEA, Formation doctorale SYAM, maîtrise et licence EEA, DEUG STPI-GS, etc.), le pôle CNFM de Montpellier (PCM), assure deux responsabilités nationales : Centre de Ressources en CAO du CNFM (CRCC, responsable G. Cathébras) : Il assure l'interface entre les fournisseurs de logiciels de CAO microélectronique et les pôles du CNFM. Il recense les besoins, évalue les outils disponibles, propose des choix, passe des accords avec les fournisseurs, met à disposition, moyennant une participation aux frais, logiciels de CAO et matériels de prototypage, apporte une aide à l’utilisation, organise la formation des formateurs. Pour tenir compte des efforts financiers consentis par les fournisseurs, l’usage des outils de CAO mis à la disposition des établissements par le CRCC est réservé à l’enseignement et à la recherche académique. Le CRCC gère à l’heure actuelle un parc de logiciels répartis sur une soixantaine de sites des douze pôles du CNFM. Cette offre concerne sept outils industriels : Cadence, Mentor-Graphics, Silvaco, Altera (avec 350 cartes de protoypage), Xilinx, MEMScAP et Anadigm (avec 50 cartes de prototypage). Centre de Ressources en Test du CNFM (CRTC, responsables Y. Bertrand, L. Latorre) : En 1997, le CNFM a décidé de se doter d’un centre commun de formation, le Centre de Ressources de Test du CNFM, dans le but de développer de façon significative l’enseignement du test industriel (caractérisation, production) à destination des étudiants et élèves-ingénieurs. Un autre volet des activités du CRTC concerne le développement de programmes de test pour les circuits d’application spécifique conçus dans le cadre des projets de recherche des laboratoires. Le LIRMM au travers de son département de microélectronique a été choisi par le CNFM comme site d’implantation pour ce centre.

Pour assurer l’accès à un test de composants performant, le CRTC, dispose depuis septembre 1997 d’un outil de test
exceptionnel (le testeur HP83000-F330t), tant au niveau des performances techniques que de sa diffusion dans le monde des fabricants de circuits comme outil de caractérisation et de production. Chaque site éloigné accède au testeur localisé au LIRMM par le réseau dans la mesure où il dispose d’un serveur local. Cette implantation a été rendue possible par la mise en place d’un partenariat pluri-annuel entre le CRTC et Agilent Technologies (ex Hewlett Packard), des chercheurs et ITA du département de microélectronique assurant des formations profes-sionnelles aux ingénieurs de compagnies clientes de Agilent comme ST-Microelectronics.
Le bilan pour 2003 montre un taux d’utilisation (cumulé en local et en déporté) de plus de 90% des jours ouvrables avec plus de 150 personnes formées au niveau national et 60 personnes dans le cadre du projet IST EuNICE-Test (2001-2003) dont le CRTC était le responsable européen.

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Département ROBRobotique

Responsable : Etienne DombreAdjoint : David Andreu



Enseignants-chercheurs

Andreu David Maître de Conférences Montpellier II Comby Frédéric1 Maître de Conférences Montpellier II Company Olivier2 Maître de Conférences Montpellier II Crestani Didier Maître de Conférences, HDR Montpellier II Crosnier André Maître de Conférences, HDR Montpellier II Fournier Alain Professeur Montpellier II Fraisse Philippe Maître de Conférences Montpellier II Jouvencel Bruno3 Professeur Montpellier II Liégeois Alain4 Professeur Montpellier II Poignet Philippe Maître de Conférences Montpellier II Prunet François Professeur Montpellier II Puech William5 Maître de Conférences CUFR Nîmes Strauss Olivier Maître de Conférences Montpellier II Triboulet Jean6 Maître de Conférences CUFR Nîmes Zapata René Maître de Conférences, HDR Montpellier II

Chercheurs CNRS

Aldon Marie-José Chargée de Recherche, HDR Dauchez Pierre7 Chargé de Recherche, HDR Dombre Etienne Directeur de Recherche Pierrot François8 Directeur de Recherche Vaganay Jérôme9 Chargé de Recherche

Chercheur INRIA

Guiraud David Chargé de Recherche

Ingénieur sur contrat

Gilbert Bernard Assistant Ingénieur (50%) Montpellier I

Post-doctorants

Bennour Meziane ATER, Montpellier II depuis le 01.09.03 Carbou Jean-Damien ATER, Montpellier II 01.09.02-31.08.03 Chemouny Stéphane Ressources propres 01.03.03-30.09.03 1 depuis le 01/02/03 2 depuis le 01/10/03 3 promotion au 01/10/03 4 décédé le 21/02/03 5 rattaché au Département depuis le 01/09/03 6 rattaché au Département depuis le 01/09/03 7 en détachement au MAE depuis le 01/09/00, Consulat de France, Houston TX (USA) 8 promotion au 01/10/02 9 en disponibilité pour convenance personnelle depuis le 01/11/00

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Comby Frédéric ATER, Montpellier II 01.09.01-31.08.02 Ressources propres 01.10.02-31.01.03 Company Olivier Ressources propres 01.09.00-30.08.02 CDD CNRS 01.09.02-30.09.03 Duchemin Gilles ATER, Montpellier II 01/09/02-31.08.03 Ressources propres 01.09.03-31.12.03 Lapierre Lionel Ressources propres depuis le 01.09.03 Renaud Pierre Post-doc CNRS 15.10.03-14.10.04

Thèses en cours Début

Agniel Cédric MJENR octobre 2001 Bennour Meziane MJENR octobre 2000 Carbou Jean-Damien MJENR décembre 1999 Douadi Lounis MJENR octobre 2002 Druon Sébastien MJENR octobre 2001 El Jalaoui Abdellah MJENR octobre 2003 El Makssoud Hassan MJENR octobre 2002 Henry Didier BDI CNRS-Région octobre 2003 Jacquot Bastien Allocation Couplée octobre 2003 Joussemet Lionel Bourse CEA octobre 2002 Lydoire Fabien MJENR octobre 2001 Maillet Pierre CIFRE MedTech octobre 2002 Michelin Micaël Ressources propres octobre 2001 Mohammed Samer MJENR octobre 2003 Nabat Vincent Fondation FATRONIK (Esp.) octobre 2003 Pagès Gaël CIFRE MXM décembre 2003 Passama Robin MJENR (INFO) octobre 2002 Puttipipatkajorn Amornrit Bourse Thaïlande octobre 2001 Rabaud Christophe MJENR octobre 2001 Roman Ocampo Daniel COSNET-SFERE-SEP (Mex.) octobre 2001 Ronchi Stéphane CIFRE Cybernetix octobre 2002 Salgado Jimenez Tomas SFERE-CONACYT (Mexique) octobre 2001 Sauvée Mickaël CIFRE Sinters novembre 2003 Spiewak Jean-Matthias CIFRE Hytec décembre 2003 Vivas Oscar Andrès Bourse Colombie octobre 2001

Thèses soutenues

2002 Financement Devenir Albaric Jérôme MJENR -- Aragones Julien MJENR Ingénieur Borges Geovany Bourse CAPES (Brésil) Prof. Adjoint, Univ. Brasilia, Brésil Creuze Vincent BDI Professeur Lycée Duchemin Gilles BDI cof. SINTERS Postdoc, LIRMM Marquet Frédéric MJENR ATER, Université de Nice

2003 Krut Sébastien Allocation Couplée Postdoc, JRL (CNRS-AIST), Japon Lucidarme Philippe MJENR Postdoc, JRL (CNRS-AIST), Japon Pessel Nathalie Bourse IFREMER ATER, Université de Toulon Sanchez Lopez Abraham PROMEP-SFERE (Mexique) Prof. Univ. Puebla, Mexique Telle Benoît MJENR Postdoc, JRL (CNRS-AIST), Japon

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Composition du département

Fin 2003, le département est composé de 20 chercheurs permanents (3 Professeurs, 11 Maîtres de Conférences, 2 DR CNRS, 3 CR CNRS, 1 CR INRIA) dont 10 HDR. Dans la période 2002-2003, deux Maîtres de Conférences et un CR1 INRIA ont été recrutés, deux Maîtres de Conférences nous ont rejoints. Deux chercheurs CNRS sont toujours en détachement ou en disponibilité aux USA. Le LIRMM en général et le département Robotique en particulier ont été endeuillés suite au décès du Professeur Alain Liégeois en février 2003. Ardent promoteur de la Robotique dès son arrivée à Montpellier en 1974, il a jusqu'au bout gardé intactes sa passion pour la recherche et sa créativité dans ce domaine. Sa grande culture scientifique et sa rigueur auront marqué des générations de thésards et de chercheurs. Au 01/12/03, le département compte 4 Post-doc (1 ATER, 2 Post-doc sur ressources propres, 1 Post-doc CNRS attribué au titre du Programme Interdisciplinaire de Recherche (PIR) ROBEA) et 25 thésards (11 allocataires Ministère, 1 BDI CNRS, 1 allocation couplée, 1 bourse CEA, 4 bourses de gouvernements étrangers, 1 bourse sur ressources propres, 5 bourses CIFRE, 1 bourse industrielle). 11 thèses de Doctorat ont été soutenues dans la période de référence. Le département est aussi responsable de l'option « Systèmes Automatiques » de la Formation doctorale SyAM (Systèmes Automatiques et Microélectroniques). A ce titre, il encadre dans ses locaux une quinzaine d'étudiants entre février et juillet, auxquels il faut ajouter une vingtaine de stagiaires d'origines diverses (DUT, étudiants de Maîtrise EEA, élèves ingénieurs, etc.) pour des durées variant de 2 à 6 mois. En période de pointe, le département compte donc environ 80 personnes. Enfin, le département bénéficie de l'assistance de deux ingénieurs, dont un à temps partiel (30%) et d'un technicien de l'Université Montpellier I à mi-temps dans le cadre du projet DEMAR.

Activités de recherche

Les activités du département Robotique ont pour objectif commun l'autonomie des systèmes complexes. Trois axes de recherche principaux se dégagent :

Synthèse de systèmes dynamiques complexes

• conception de robots (mécanique et architecture de commande) ;

• modélisation des systèmes (robots, appareil locomoteur humain, interactions homme / machine / environnement) ;

• identification des paramètres géométriques, dynamiques et physiques (contact, flexibilité) ;

• commande avancée (commande force / position, commande prédictive, commande référencée capteurs, commande de systèmes distants, etc.) ;

• contrôle du mouvement humain ;

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Navigation, perception et pilotage de véhicules autonomes

• perception et modélisation de l'environnement (mise en correspondance robuste : construction de mosaïques, stabilisation d’images, localisation, fusion de données, images et interaction) ;

• navigation locale (commande réflexe, évitement d’obstacles, commande référencée vision à partir de systèmes de vision d'inspiration biologique) ;

• coopération et coordination multi-robots (coordination de mouvements locomotion + manipulation, positionnement coopératif, navigation coordonnée, contrôle de l’émergence d’un comportement global désiré) ;

Gestion et supervision de systèmes complexes

• modélisation, analyse et optimisation des systèmes de production (modélisation d’entreprise) ;

• supervision et séquencement de modes de commande (systèmes dynamiques hybrides, distants, autonomes, réactifs tels que des électrodes distribuées pour la FES, des robots sous-marins, médicaux, etc.).

Ces trois axes sont complémentaires, et cette complémentarité se concrétise dans les applications traitées. Plusieurs domaines sont concernés : robotique parallèle et machines rapides, robotique médicale, locomotion artificielle, télé-applications, robotique sous-marine, robotique d’intervention et de service, réalité augmentée et réalité virtuelle, productique. Plusieurs sites expérimentaux et démonstrateurs sont disponibles ou en cours de développement : un robot PA-10 et le prototype D2M2 pour les études de faisabilité en robotique médicale, le robot SCALPP (prélèvement de peau en chirurgie réparatrice), un bras PHANToM pour la téléopération et l'interaction avec des environnements virtuels, TAIPAN (véhicule autonome sous-marin), H4, ARCHI, I4L et I4R (robots parallèles), le robot OMNI (localisation de robots mobiles et commande de manipulateurs à roues).

Production scientifique

Les publications scientifiques principales durant la période de référence se répartissent comme suit10 :

2002 2003 Ouvrages et contributions 5 1 Revues 6 8 Conférences Intles avec actes 25 42 Conférences Natles avec actes 6 3 Conférences sans actes 5 5 Brevets 1 - Thèses 6 5

Ressources et rayonnement scientifique

Sur les deux dernières années, les ressources financières du département se répartissent comme suit : 14% de crédits récurrents (sensiblement équivalents à la période 1998-2001, grâce à plusieurs AS, RTP et deux EPML), 8% de subventions régionales (équipements), 38% de contrats d'Etat (fort soutien dans le cadre du PIR CNRS ROBEA et des réseaux nationaux ; à comparer au 22% de la période 1998-2002), 17% de contrats industriels et 23% de contrats européens. Presque 4/5 de notre 10 A titre de comparaison, pour la période de référence précédente sur 4 ans (1998-2001), le département totalisait 37 articles dans des revues, ouvrages et contributions, 113 colloques avec actes, 13 colloques sans actes et 21 thèses.

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budget opérationnel est donc d'origine contractuelle (2/3 dans la période précédente). On soulignera notamment :

• une importante implication régionale avec l'obtention de cinq soutiens SPRINTT : en robotique sous-marine avec la Société HYTEC ; sur la modélisation des interactions pour la restitution d'œuvres (sculptures) avec la Société AP'ART ; sur la stabilisation d'images lors du contrôle de lignes haute tension avec la Société ECL ; sur l'étalonnage de machines parallèles rapides avec la Société SYMETRIE, sur la conception d'un capteur biomédical avec la Société BEAR Médical. Un autre projet négocié en 2003 est en cours de notification (robotique médicale avec la Société Med’Tech).

• une forte reconnaissance nationale, avec notamment :

- la participation à deux projets du RNTS en robotique médicale et dans le cadre du projet DEMAR, un projet du RNTL (robotique de téléprésence), un projet du Réseau de recherche et d’Innovation Technologique « EAU et technologies de l’environnement » (RITEAU) en robotique sous-marine, un projet dans l'ACI « Masse de données » ;

- la participation à 11 projets, (dont 1 pré-projet), du PIR du CNRS « Robotique et Entités Artificielles » (Appels d'offre ROBEA, 2001, 2002 et 2003). Le département est coordonnateur de 5 projets ;

• des relations suivies avec des organismes de recherche (IFREMER, INRIA) et avec des PME (SINTERS, MXM, WANY, ECL, HYTEC, SEPRO Robotique, MedTech, Cybernetix) ;

• des coopérations internationales au travers de :

- trois projets européens : MACH21 (machines parallèles du 21ème siècle, 2000-2003), AHEAD (machines parallèles pour usinage de pièces de grande taille, 2003-2004) et MEDITATE (robotique sous-marine, 2003-2007) ;

- un réseau européen : EURON (European Robotics Research Network, depuis 2000) ;

- un programme d'échanges avec l'Institut Technologique de Toluca (Mexique, Programme ECOS, depuis 2000).

Coopération avec d'autres départements du LIRMM

Plusieurs projets communs ont émergé ces dernières années, concrétisant la volonté du département de s'ouvrir sur d'autres disciplines :

• animation du « Groupe Vision » (O. Strauss, W. Puech) regroupant des membres des départements Microélectronique et Informatique du LIRMM, du CEM2 (Université Montpellier II) et du LGI2P (Ecole des Mines d'Alès) (depuis 2001) ;

• travaux sur la coordination de tâches sensori-motrices et l’apprentissage (A. Liégeois, R. Zapata) avec le département Informatique (J. Ferber), notamment dans le cadre d’un projet ROBEA ;

• travaux en cryptage d’images (W. Puech) avec le département Informatique (J.-C. Bajard, C. Fiorio) dans le cadre d’une thèse co-encadrée ; montage en cours d’une collaboration de recherche avec un industriel régional ;

• travaux sur les composants logiciels pour la robotique (D. Andreu) avec le département Informatique (T. Libourel, C. Dony) dans le cadre d’une thèse co-encadrée.

Quelques faits marquants

• organisation du colloque LFA’02 (Logique Floue et Applications), Montpellier, 2002 ;

139

• organisation d'une Université européenne d'été en Robotique Chirurgicale, Montpellier, 6-13 septembre 2003 (43 participants) ;

• le projet commun INRIA-LIRMM DEMAR (Déambulation et Mouvement Artificiel) a été reconnu « Equipe Projet Multi-Laboratoire » (EPML) par le département STIC du CNRS en 2002 et est devenu projet INRIA au premier décembre 2003 ;

• une autre EPML « Systèmes de contrôle-commande et Réseaux de communication » a été labellisée en 2003 ;

• la participation active du département dans plusieurs « Réseaux Thématiques Pluridisciplinaires » (RTP) : « Réalité virtuelle, synthèse d’images et visualisation » (RTP 7), « Robotique autonome et communicante » (RTP 17), « Imagerie, vision et analyse de scènes » (RTP 25), « Handicaps » (RTP 34), « Ingénierie de l’information et de la connaissance de santé » (RTP 42), « STIC et production coopérative médiatisée » (RTP 47) et « Systèmes commandés en réseau » (RTP 55) ;

• prix « Sciences de la Matière et Technologie » du concours « Innovation – Recherche – Entreprise » organisé par l’ADER Languedoc-Roussillon, pour le robot SCALPP (2002) ;

• nomination au « Georges Giralt PhD Award » organisé par EURON, European Robotics Research Network (O. Company, 2002) ;

• prix « Meilleure thèse en Automatique » organisé par le Club EEA (G. Borges, 2003).

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Synthèse de systèmes dynamiques complexes

Travaux de : M.-J. Aldon, D. Andreu, O. Company, A. Crosnier, P. Dauchez, E. Dombre, A. Fournier, P. Fraisse, D. Guiraud, F. Pierrot, P. Poignet, J. Triboulet Thésards : C. Agniel, J.D. Carbou, L. Douadi, S. Druon, G. Duchemin, H. El Makksoud, D. Henry, L. Joussemet, S. Krut, F. Lydoire, P. Maillet, F. Marquet, M. Michelin, S. Mohammed, V. Nabat, C. Pagès, P. Renaud, S. Ronchi, M. Sauvée, A. Vivas.

Introduction

Les travaux dans cet axe de recherche concernent le développement d'outils et de méthodologies pour la conception et la conduite des procédés afin de rendre les systèmes complexes plus performants et plus autonomes. Ces outils sont organisés autour de quatre thèmes :

Conception de systèmes complexes

Les objectifs sont de concevoir des systèmes dont les cinématiques et les dynamiques doivent permettre de réaliser des tâches dans des environnements coopératifs (homme / machine), interactifs (outils / matière, outils / tissus) et fortement contraints (par exemple l'intérieur du corps humain). Les spécifications en termes de précision, vitesse, efforts, rigidité, manipulabilité, absence ou éloignement de singularité dans l'espace de travail, réversibilité ou encore versatilité sont autant de critères qui devront être satisfaits pour optimiser la conception et répondre au cahier des charges exprimés par les utilisateurs finaux (usineurs, praticiens hospitaliers, etc.).

Modélisation

Trois aspects de modélisation sont abordés :

• la modélisation macroscopique, issue d'une modélisation microscopique fine, pour une meilleure connaissance et compréhension des phénomènes physiques mis en jeu. Cette étape est en général effectuée avec les spécialistes du domaine pour obtenir un modèle issu des équations de la physique. Après simplification, on extrait un modèle comportant les dynamiques essentielles des systèmes pour synthétiser des lois de commande qui amélioreront les performances et la robustesse. Cette modélisation concerne essentiellement la modélisation des interactions (contacts, frottements, impacts, etc.), la modélisation des flexibilités ;

• la modélisation et l'analyse de gestes et/ou de tâches pour concevoir des cinématiques nouvelles ;

• la modélisation des interactions avec détection de collision, analyse des déformations plastique ou élastique, étalonnage des modèles en relation avec des mesures (vision, effort) réalisées sur l’environnement, en vue de proposer des outils de planification de tâches dans des environnements réels ou virtuels.

Identification

L'objectif est de développer des outils pour l'estimation en boucle fermée des paramètres physiques des modèles géométriques (étalonnage) d'une part, des modèles dynamiques d'interaction utilisés pour la commande d'autre part. Les aspects importants en vue de l'identification d'un modèle sont : la nature du modèle (par exemple sa propriété ou non à s'exprimer linéairement par rapport à ses

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paramètres), la possibilité de définir et d'appliquer des trajectoires suffisamment riches de façon à assurer les conditions d'une excitation persistante, c'est-à-dire capable d'exciter les paramètres à estimer et, enfin, l'identifiabilité des paramètres au sens strict ou la facilité à développer des protocoles simples à mettre en oeuvre pour les identifier. Nous travaillons ainsi sur les protocoles de mise en œuvre des outils d'identification (filtrage des données, choix, nature, position, redondance des capteurs, etc.) et sur l'extension et l'adaptation des outils développés par la communauté automaticienne au domaine de la robotique ou du vivant. Un aspect important concerne également l'apport de la redondance de capteurs dans l'amélioration de la qualité des estimations.

Commande robuste

L'objectif est de synthétiser des lois de commande capables de garantir la stabilité des systèmes pour un niveau de performances donné en termes de précision et de rapidité, et pour une robustesse donnée en présence de perturbations et/ou de dynamiques mal connues, ces systèmes n'étant pas nécessairement rigides (raideurs) et pouvant être fortement contraints dans leur espace de travail (efforts extérieurs tels que les frottements, les contacts, les impacts, etc.). Plusieurs commandes font l'objet de travaux théoriques :

• commande position / force : dans toutes les tâches constituées d'une succession de mouvements libres et contraints, il faut être capable de passer d'une situation à l'autre tout en conservant la stabilité du système ;

• commande référencée modèle avec horizon fuyant : les commandes prédictives, par leur capacité à prendre en compte de façon naturelle des contraintes au travers d'outils d'optimisation, sont d'excellentes candidates pour tous les problèmes où les contacts ou les interactions avec l'environnement sont inhérents au procédé. Cependant, peu de travaux concernent son utilisation dans un cadre de systèmes avec des dynamiques rapides. Les résultats sur la stabilité de cette commande dans le cas des systèmes non linéaires sont encore peu nombreux ;

• commande référencée capteur : pour aller vers l'autonomie des systèmes, la redondance de capteurs est un point clé qui va être utilisé pour augmenter les performances du système ;

• commande pour des systèmes en présence de retards variables.

Ces thèmes de recherche sont à la base de travaux menés dans des domaines d'application tels que la robotique parallèle et les machines rapides, la robotique médicale, la locomotion artificielle ainsi que la réalité virtuelle et la télérobotique.

Robotique parallèle et machines rapides

O. Company, E. Dombre, A. Fournier, S. Krut, F. Marquet, V. Nabat, F. Pierrot, P. Poignet, S. Ronchi, A. Vivas Les travaux sur les machines parallèles au LIRMM ont démarré en 1988, et peuvent donc être considérés aujourd’hui comme faisant partie des activités pérennes du département Robotique. La période 2002-2003 a connu une importante production de résultats scientifiques, une série de propositions concrètes innovantes (deux nouveaux prototypes), des relations industrielles valorisantes, le tout dans un environnement national et international très riche (projets MAX du PIR ROBEA, et AHEAD du FP 5). Pour cet axe de recherche pluridisciplinaire, les résultats scientifiques ont porté sur trois volets :

• le volet conception s’est enrichi (i) d’une nouvelle méthode de modélisation cinématique mettant en évidence pour la première fois les singularités internes, (ii) d’outils d’évaluation des performances des machines redondantes qui remettent en question des résultats vieux de 2 décennies, (iii) de la création d’une nouvelle famille de machines 4 axes, et (iv) de la création d’une nouvelle architecture de machine 5 axes (thèse de S. Krut soutenue en 2003) ;

142

I4R – Une nouvelle solution au problème de transfert à haute vitesse (thèse de S. Krut).

Le prototype a été réalisé avec le soutien du Département de Recherche de

ABB Robotics (Suède)

• le volet commande a été centré sur le thème de la redondance et de l’augmentation des

performances des machines. Parmi tous les types de redondances possibles pour les machines parallèles, nous avons obtenu des résultats (i) sur la gestion de la redondance de mesure avec la preuve d’une amélioration probante de la précision de positionnement, et (ii) sur la gestion de la redondance d’actionnement où nous avons montré la possibilité de s’affranchir des singularités de type sur-mobilité (thèse de F. Marquet en 2002). En ce qui concerne les performances, nous avons développé des études comparatives de diverses méthodes de commande notamment des approches à horizon fuyant (thèse en cours d’A. Vivas).

• Le volet identification a porté sur deux des points clés ouvrant la voie à des machines de plus haute précision, à savoir, (i) l’identification géométrique où une collaboration avec le LASMEA nous a amené à proposer des méthodes innovantes reposant sur des outils de vision artificielle (programme MAX du PIR ROBEA), et (ii) l’identification dynamique pour laquelle nous avons proposé des approches prenant en compte les particularités des robots parallèles et d’autres reposant sur des outils ensemblistes (méthodes ellipsoïdales ou algébre d’intervalle) (thèse en cours d’A. Vivas).

Les résultats scientifiques ont été systématiquement validés par la construction de prototypes de laboratoire pour vérifier la pertinence de nos outils de conception-modélisation, et par des essais en grandeur réelle pour affirmer le bien fondé de nos approches d’identification et de commande de machines parallèles, y compris les mécanismes redondants. Ces travaux ont été en partie menés dans le cadre de projets de recherche européens (MACH21 de 2000 à 2002, AHEAD depuis 2002).

Archi – Une machine à actionnement redondant

(thèse de F. Marquet) L’ensemble de ces travaux a été largement diffusé dans la communauté scientifique (deux thèses, trois articles dans des journaux internationaux, quinze articles de conférences internationales) et fait l’objet de collaborations nationales (LAG, CERTES) dans le cadre des groupes du GdR Automatique Méthodes Ensemblistes, Identification et Commande Prédictive Non Linéaires. Certaines avancées ont été menées en collaboration avec l’industrie pour servir de base à la conception de machines rapides (Toyoda Machines Works au Japon, et ABB Robotics en Suède). Dans le futur, les membres du thème de recherche Machines Parallèles ont pour ambition de poursuivre :

• leurs développements en coopération avec des acteurs nationaux, notamment dans le cadre d’un nouveau projet du PIR ROBEA « Machines Parallèles et Précision » (MP2) dont le LIRMM est responsable, mais également avec des partenaires internationaux, dans le cadre du projet européen AHEAD ;

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• leurs activités pluri-disciplinaires mécanique-automatique, en mettant en œuvre une démarche allant de la conception vers la performance et l’autonomie, et en mariant outils de conception mécanique, approches d’identification et méthodes de commande.

Le thème sera aussi ouvert vers des domaines encore inexplorés, que ce soit à titre d’application (par exemple : la mesure en biomécanique en relation avec les travaux sur la locomotion artificielle), ou que ce soit pour approcher des échelles de travail nouvelles (par exemple : les positionneurs à déplacement submicronique dans le cadre de la thèse Stéphane Ronchi).

I4L – Une nouvelle solution pour le transport de charges lourdes (thèse de

Sébastien Krut). Le prototype a été réalisé avec le soutien du Département

de Recherche de Toyoda Machine Works (Japon)

Robotique médicale

E. Dombre, G. Duchemin, P. Maillet, M. Michelin, F. Pierrot, P. Poignet, P. Renaud, M. Sauvée, J. Triboulet Depuis 1994, le département Robotique s'intéresse aux applications de la robotique dans le domaine de la santé. Sur le plan scientifique, on s'intéresse à la conception, la modélisation et la commande de robots pour la réalisation assistée de gestes médico-chirurgicaux complexes :

• modélisation du geste : acquisition (relation effort-vitesse), analyse de la tâche et définition de la coopération robot/médecin (expérimentations sur animal avec un PA-10 au Laboratoire de Chirurgie Expérimentale de la Faculté de Médecine de Montpellier) ;

• conception et optimisation de la géométrie et de la cinématique de robots et instruments selon des critères de dextérité, de manipulabilité, etc. ;

• commande : recherche de schémas adaptés au problème spécifique de la commande hybride position / force et vision / force au contact de surfaces déformables (interaction instrument / tissus) ; contrôle actif du contact robot / trocart ;

• définition et validation de techniques d’apprentissage de tâches répétitives dans un contexte de coopération chirurgien / robot.

Projet SCALPP (1999-2003)

Le robot SCALPP (Système de Coupe Automatisé pour Le Prélèvement de Peau), développé en collaboration avec SINTERS (thèse de G. Duchemin, soutenue en 2002), contrôle le mouvement et régule les efforts de contact d'un dermatome, instrument utilisé pour prélever sur le patient des bandes de peau intactes, greffées ensuite sur une zone brûlée ou sur un moignon après amputation (financement Etat / Région Languedoc-Roussillon 1999-2001, collaboration avec le Service des Brûlés de l’Hôpital Lapeyronie à Montpellier). Les validations sur animal en 2002-2003 ont montré que le robot SCALPP pouvait prélever des lambeaux de peau de qualité équivalente à ceux obtenus manuellement par un chirurgien. Le projet

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peut maintenant entrer dans une phase de validation clinique qui concerne plus directement SINTERS et le Service des Brûlés. Nous avons reçu pour le robot SCALPP le prix « Sciences de la Matière et Technologie » du concours « Innovation – Recherche – Entreprise » organisé par l’ADER Languedoc-Roussillon (octobre 2002).

Projet ENDOXIROB (2000-2003)

Ce projet a été monté dans le cadre de l’appel d’offre 2000 du Réseau National des Technologies de la Santé (RNTS). Son objectif est la conception et le développement d’un robot téléopéré de chirurgie endoscopique qui devrait présenter des avancées importantes par rapport à l’existant (en termes d’encombrement, d'interface homme-machine, de dextérité, de miniaturisation des outils, de facilité de mise en œuvre, de coût, etc.). Les partenaires sont : SINTERS (Coordonnateur), SIQUALIS, le CEA/CEREM, le LAAS, le LIRMM, l’IET Toulouse, l’INRIA, le CERT/DCSD et le CHU de Toulouse. Le LIRMM est impliqué dans la définition de la mesure des efforts, dans la modélisation, l’identification et l’algorithmique de contrôle-commande du système qui présente des caractéristiques géométriques, cinématiques et dynamiques particulières, ce qui pose des problèmes intéressants pour la commande en effort notamment.

Projet MARGE (2001-2003)

Le projet MARGE (Modélisation, Apprentissage et Reproduction du Geste Endochirurgical) du PIR ROBEA dont le LIRMM est coordonnateur, a été monté avec le LRP, le CEA/SRSI et l'hôpital Pitié Salpêtrière. Il s'inscrit de manière complémentaire au projet ENDOXIROB. La recherche concerne le développement de méthodes de conception et de commande de systèmes à hautes mobilité et dextérité pour la réalisation assistée de gestes complexes en chirurgie endoscopique et en microchirurgie. Au LIRMM, on s'attache plus particulièrement à étudier différents modes de coopération entre le chirurgien et le robot et à définir des techniques d’apprentissage de tâches (sutures, nœuds, ligatures). Cet apprentissage du geste repose sur un modèle générique des interactions instrument / tissu et sur une supervision active du chirurgien en cours d'exécution de la tâche. Pour valider les principes retenus, nous avons développé une plate-forme expérimentale qui associe un bras maître (PHANToM) et un bras esclave (PA-10). Pour répondre à la contrainte de passage de l’instrument par un point fixe, des lois de commande spécifiques ont été proposées réalisant un contrôle actif du contact robot / trocart. Les algorithmes utilisent soit les propriétés géométriques du robot soit un principe de découplage dynamique posture-tâche (thèse de M. Michelin). Nous allons maintenant développer et valider des schémas de commande coopérative pour l'intégration de l'action du chirurgien sur le mouvement du robot lors de l'exécution de tâches répétitives.

Projet GABIE (2003-2005)

Le LIRMM est aussi coordonnateur du projet GABIE (Guidage Actif Basé sur l’Imagerie Echographique) du PIR ROBEA dont les partenaires sont le LRP, TIMC, le CEA/SRSI, l'hôpital Pitié Salpêtrière et le CHU de Grenoble. On s’intéresse à l’assistance au geste chirurgical dans des procédures où le but est d’atteindre avec un instrument une cible localisée par échographie (réparation des cordages des valves cardiaques, prélèvement pour analyse, injection de produits…). Ce projet pluridisciplinaire s’appuie sur les compétences de ses partenaires en imagerie échographique, conception de systèmes mécaniques complexes, commande, interaction homme / machine. Pour le LIRMM, l’objectif est de synthétiser une commande hybride vision échographique / force afin d’assurer le suivi des mouvements du cœur et de contrôler la préhension automatique ou semi-automatique des cordages (thèse de M. Sauvée).

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Projet BRIGIT (2002-2005)

Le robot BRIGIT (Bone Resection Instrument Guidance by Interactive Telemanipulator) est un dispositif chirurgical d’assistance au guidage d’instruments de fraisage, perçage et découpe de tissus osseux. Le projet est porté par la Société MedTech. Il s’agit de concevoir un système maître-esclave à partir de composants « sur étagère ». La contribution du LIRMM porte sur le développement (i) d’une plate-forme expérimentale visant à montrer la faisabilité du projet et à dimensionner le prototype compte tenu des interactions instruments / tissus, (ii) d’outils pour construire un environnement logiciel et matériel permettant au chirurgien d'installer en salle d'opération et d'exploiter le robot BRIGIT en respectant trois contraintes fortes : temps d'installation minimal, facilité d'utilisation et sûreté de fonctionnement. A cet égard, le problème de placement optimal du robot est abordé sous la forme d’un problème de satisfaction de contraintes (CSP) et est résolu par les outils de l’analyse par intervalles (thèse de P. Maillet).

Conception du porteur générique D2M2

Partant du principe qu’un grand nombre de robots médicaux ne diffèrent fonctionnellement que par leurs organes terminaux, on pense que ces derniers peuvent être manipulés par un porteur générique. On a donc développé un robot modulaire - D2M2 (Direct Drive Modular Manipulator) - composé de 5 degrés de liberté (ddl) sur lequel différents poignets peuvent être facilement interfacés tant du point de vue mécanique et électrotechnique que du point de vue contrôle-commande. D2M2 est générique en ce sens qu’il n’a pas une cinématique dédiée, comme les robots actuellement utilisés en chirurgie endoscopique. Il intègrera le contrôle actif du contact robot / trocart validé dans le projet MARGE. Un premier prototype a été développé. Il est couplé au bras PHANToM. Cet ensemble maître-esclave constitue l’élément essentiel d’une plate-forme expérimentale que l’on utilisera notamment pour l’étude de lois de commande de robots coopérant avec le chirurgien dans des opérations mini-invasives à cœur battant. Ces travaux ont été largement diffusés (1 thèse, 3 revues dont 1 IEEE Trans. on Robotics & Automation, 1 contribution à un ouvrage et 8 conférences). Ils font l’objet de nombreuses collaborations nationales, notamment grâce au PIR ROBEA. Notre visibilité dans le domaine nous a permis d’organiser avec succès une Université Européenne de Robotique Chirurgicale (6-13/09/03) (http://www.lirmm.fr/manifs/UEE/accueil.htm) qui a rassemblé 43 participants de 13 pays, et 18 intervenants dont 6 étrangers. Les travaux de recherche vont s'intensifier autour de l'assistance au geste en chirurgie cardiaque à thorax fermé et cœur battant, notamment grâce à un partenariat renforcé avec le Service de Chirurgie Thoracique et Cardio-vasculaire de l'hôpital A. de Villeneuve à Montpellier. Ces travaux porteront notamment sur la conception et la commande de mini-dispositifs distaux redondants multi-bras et sur la commande hybride vision / force, avec la problématique de l'asservissement visuel sur indices déformables.

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http://www.lirmm.fr/manifs/UEE/accueil.htm

Projet DEMAR : Locomotion artificielle

D. Andreu, S. Bernard (département MIC), G. Cathébras (département MIC), E. Dombre, B. Gilbert, H. El Makksoud, P. Fraisse, J. Galy (département MIC), D. Guiraud, F. Lydoire, S. Mohammed, C. Pagès, F. Pierrot, P. Poignet, J.-D. Techer (département MIC)

Présentation

Le projet DEMAR (DEambulation et Mouvement Artificiel) a été reconnu par le CNRS EPML (n° 5, RTP 34 « Handicaps ») en 2002 et est devenu projet INRIA au premier décembre 2003. Il est rattaché administrativement à l’UR INRIA de Sophia Antipolis et il est co-géré et hébergé par le LIRMM. L’Université Montpellier I devant aussi être signataire de la convention car DEMAR travaille en étroite collaboration avec le Laboratoire d’Efficience et Déficience Motrices dirigé par A. Beuter et hébergé par l’UFR STAPS. L’UMI, dans le cadre de cette convention, a mis à disposition un demi poste IATOSS d’Assistant Ingénieur en électronique (B. Gilbert). Comme tout projet INRIA, DEMAR a aussi des collaborateurs extérieurs : A. Beuter, M. Bénichou (Chirurgien), M. Enjalbert (Médecin), C. Fattal (Médecin). Les chercheurs permanents du projet sont D. Guiraud (responsable scientifique), D. Andreu, M. Bénichou, P. Fraisse, J. Galy et P. Poignet.

Patient paraplégique maintenu debout par son stimulateur implanté

Aujourd’hui, la stimulation électrique fonctionnelle (FES) est

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la seule voie possible vers la restauration du mouvement de membres paralysés. Après avoir montré la faisabilité de la restauration du mouvement grâce à la FES, nous avons structuré le projet DEMAR, dans le but de pallier les déficiences des systèmes actuels : fonctionnement en boucle ouverte, absence de gestion de la fatigue, mise au point empirique… Afin d’asseoir sur des bases théoriques solides la conception, l’utilisation, et l’évaluation du système dans son ensemble, nous avons défini six axes majeurs de recherche (i) modélisation et identification, (ii) synthèse et simulation de mouvement, (iii) commande et interface patient, (iv) supervision, (v) stimulateurs implantés, (vi) capteurs embarqués ou implantés. embarqués ou implantés. Implant et électrodes, projet SUAW ©

Prof. Rabischong

e LIRMM apporte ses compétences en microélectronique et automatique, l’INRIA ses compétences n calcul scientifique pour la modélisation (CAIMAN, ODYSSEE), en modélisation des systèmes iologiques (SOSSO) et des robots marcheurs (BIPOP). Les recherches en biomécanique et en europhysiologie sont menées en collaboration avec l’UMI. Les médecins, dont le centre Propara à ontpellier et le centre Bouffard Vercelli à Cerbère, sont étroitement liés à nos recherches. Nous vons enfin un partenaire industriel, la société MXM qui soutient la thèse CIFRE de G. Pagès et ssure les développements prototypes pour implantation sur l’homme ou l’animal.

ollaborations

a nécessaire implication de chercheurs des Sciences du Vivant nous a conduit à établir des ollaborations extérieures avec des équipes reconnues par ces disciplines. Nous avons pour cela mis n place quatre collaborations :

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• Université Technique de Munich, groupe de R. Riener. Ce groupe est reconnu dans le domaine de l’automatique appliquée à la FES. Il participera en février 2004 à une campagne de mesures sur 3 patients paraplégiques dont un implanté, afin de valider nos modèles biomécaniques et nos premières architectures de commande ;

• Université d’Aalborg, Sensori Motor Interaction Laboratory. Experts en neurophysiologie du système sensori moteur et centre d’excellence en FES, ils accueillent actuellement une post doctorante C. Azevedo (DEMAR / INPC) qui étudie le rôle des afférences motrices dans le contrôle postural ;

• Centres cliniques Bouffard Vercelli et Propara. Dans le cadre du projet RNTS MIMES (Modélisation et Identifcation de MEmbres paralysés sous Stimulation électrique fonctionnelle) labellisé en 2003 et du projet SUAW II (Stand Up And Walk) piloté par le Pr P. Rabischong et, avec le concours de la société MXM (Vallauris), nous mettons au point tous les protocoles expérimentaux sur patients et les essais cliniques de prototypes de matériel, de logiciel, et de concepts théoriques ;

• Université Montpellier I (équipe d’A. Beuter) et INPC (CNRS Marseille, équipe de C. Assaiante). Il s’agit d’équipes de biomécaniciens et de neuroscientistes qui interviennent sur les aspects mécanismes de contrôle postural, modélisation, expérimentation clinique.

Contributions du département Robotique

Modélisation (P. Poignet, D.Guiraud ; collaborations : P. Fraisse, E. Dombre) Un modèle basé sur des travaux antérieurs sur le muscle squelettique (R. Riener) et sur le muscle cardiaque (M. Sorine) a été développé et publié. La campagne de mesures pour identifier et valider ce modèle est planifiée pour février 2004, en collaboration avec l’équipe de Riener. Ce modèle non linéaire tient compte de la dynamique court terme qui est fonction des paramètres de stimulation : intensité, largeur d’impulsion et fréquence. Les idées originales de ce modèle reposent sur l’introduction d’une commande image de la stimulation et sur une modélisation multi échelle partant du microscopique pour aller vers la description d’un comportement macroscopique, seul utilisable dans une modélisation biomécanique intégrant squelette et masses. La prise en compte des phénomènes long terme comme la fatigue et le phénomène de facilitation, ainsi que l’introduction de la composition hétérogène du muscle (fibres lentes et rapides), sont prévues mais ne sont pas encore implémentées. Ces travaux, ainsi que la plate-forme expérimentale décrite ci-dessous, ont été menés dans le cadre d’un projet du PIR ROBEA et seront reliés pour la suite par le projet RNTS MIMES.

Génération de mouvement et commande à horizon fuyant (P. Poignet) Nous nous intéressons au développement de nouvelles approches de génération de trajectoires au travers de la définition d’un problème de satisfaction de contraintes (CSP) qui exprime de façon naturelle le mouvement de locomotion sans avoir besoin de calculer une trajectoire de référence au préalable. Cette approche a permis également de définir une nouvelle structure de commande à horizon fuyant. Ce problème est formulé sous la forme d’un problème d’optimisation contraint qui est résolu par des outils d’arithmétique d’intervalles (Thèse de F. Lydoire). Ces travaux s’inscrivent dans le cadre d’une participation au projet « Commande pour la marche et la course d’un robot bipède » du PIR ROBEA.

Plate-forme expérimentale (F. Pierrot ; collaborations : B. Gilbert, D. Guiraud, P. Poignet) Les premières réalisations du projet sont les plates-formes expérimentales de mesure dont nous avons fait l’acquisition (vidéo 3D, semelles baropodométriques) ou que nous avons conçues (chaise de mesure multimoments et logiciels de reconstruction 3D). Nous avons réalisé l’articulation du genou (un seul ddl) pour valider le concept adopté. Elle comporte un codeur, une jauge de contrainte, des mesures d’électromyographie (EMG) et un moteur DC permettant, en cours de stimulation de faire fonctionner et d’observer les muscles agoniste et antagoniste de l’articulation du genou dans différents modes de contraction :

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(i) isométrique (à longueur de muscle constante), la force est observée, (ii) isotonique (à force générée constante), le déplacement est observé, (iii) isocinétique (à vitesse de raccourcissement constante), la force est observée. L’objectif est l’identification des modèles de muscle et de certains paramètres biomécaniques.

Déambulateur (P. Fraisse ; collaborations : B. Gilbert, D. Guiraud) Un déambulateur prototype original a été réalisé ; il comporte deux poignées intégrant des capteurs en effort 6 axes. L’objectif est d’analyser les signaux fournis par ces capteurs pour d’une part compléter l’observation de la dynamique, et indirectement de la cinématique du système, d’autre part enrichir l’interface de commande du patient pour qu’il puisse piloter son système grâce à ce « manche en effort ». Sur un modèle simplifié plan à deux ddl, l’arithmétique par intervalles a été utilisée pour trouver l’ensemble des postures possibles pouvant générer les efforts sur 2 directions en tenant compte de contraintes telles que les vitesses articulaires et les couples articulaires maximaux admissibles. La méthode a montré sa capacité à prédire la posture sur de courts horizons temporels nécessitant un recalage à des intervalles de temps plus importants grâce à des capteurs à faible bande passante. L’intérêt réside dans la possibilité de faire appel à des capteurs déportés sur le déambulateur comme des caméras vidéo (à dynamique lente), ne nécessitant aucun placement par le patient. Les commandes enrichies quant à elles, doivent permettre au patient d’interagir plus largement sur des paramètres tels que vitesse d’exécution ou compensation de la fatigue sur un système encore commandé en boucle ouverte.

Architecture d’Unités de Stimulation Réparties (D. Andreu ; collaborations : J. Galy, D. Guiraud)

L’électrode intelligente est une Unité de Stimulation Répartie (USR) supportant une électrode neurale ou épimysiale, qui se compose d’une partie logique (séquence de stimulation) et d’une partie analogique (génération des stimuli électriques) au sein du même composant (Asic). Cette architecture repose sur un contrôleur central qui gère un ensemble d’USR sur un « réseau » sans-fil (cf. rapport d'activité du département Microélectronique p.119). Nous avons spécifié le modèle de coopération entre les entités et le protocole application par réseaux de Petri (RdP). Ce modèle formel, utilisé notamment pour les analyses qu’il permet (logique, temporelle, stochastique), constitue également notre langage de programmation du comportement logique des USR. Les protocole et comportement spécifiés sont directement synthétisés en VHDL pour être implantés dans le composant. Notre synthétiseur (prototype de traducteur) s’appuie sur les RdP pondérés, interprétés (conditions, actions) et temporels (contrainte exprimée par intervalle de temps). La prochaine étape consiste à intégrer un micro-interpréteur de programme dans l'USR (USR programmable par micro-application) puis à valider l’ensemble sur un réseau prototype.

Réalité virtuelle et Télérobotique

C. Agniel, M.-J. Aldon, D. Andreu, J-D. Carbou, A. Crosnier, L. Douadi, S. Druon, P. Fraisse, D. Henry, L. Joussemet L'objectif des travaux est de développer des outils pour des applications téléopérées à travers des environnements virtuels. Les aspects traités concernent les interfaces, la modélisation des interactions et des environnements, et la commande des systèmes distants.

Interfaces haptiques et pseudo-haptiques

Dans ce domaine, plusieurs recherches seront menées autour des aspects suivants :

• la synthèse de retours haptiques (thèse de D. Henry) : les travaux proposés dans le cadre de cette thèse ont pour objectif l’étude de solutions robustes permettant la synthèse de retours haptiques. Deux solutions sont étudiées dans ce cadre : la première consiste à synthétiser un retour sensoriel par ordinateur en s’appuyant sur un modèle (physique et géométrique) de l’environnement et de l’outil, la seconde intéressante en Téléopération a pour but de réaliser

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un retour haptique en s’appuyant sur un mixage d’une mesure réelle et de la synthèse réalisée par ordinateur. Il s’agit dans les deux cas de pouvoir envisager une synthèse de retours haptiques en présence d’objets flexibles soumis à des déformations de type élastique et/ou plastique. Sur ce sujet, et plus particulièrement sur les aspects détection de collision, le LIRMM participe à l'AS « Détection de collisions et calcul de réponse » du RTP 7 ;

• l’étude de structures matérielle et logicielle pour les contrôleurs de bras maître à retour d’effort (thèse de L. Joussemet, financement CEA-LIST) : l’objectif est de spécifier une architecture répartie dans laquelle certaines fonctions (modèle physique, calcul de collisions, segmentation de la géométrie) nécessaires à la synthèse haptique sont prises en charge par le contrôleur. Ce travail doit contribuer à une spécification des contrôleurs afin de garantir des performances temps réel compatibles avec des applications industrielles (robotique, prototypage virtuel) ;

• l’étude de solutions alternatives dites « pseudo-haptiques » : pour certaines applications, le retour haptique (au sens du retour d’effort) peut être émulé en utilisant des solutions basées sur la substitution sensorielle (par exemple, couplage adapté d’un retour visuel et d’un retour auditif). Sur ce sujet, des collaborations sont en cours avec l’IRISA de Rennes.

Les travaux réalisés sont exploités au travers d’applications dédiées à l’aide au geste métier :

• développement d’un système pour la reproduction de sculptures assistée par ordinateur qui permet le travail de la matière en s’appuyant sur une forme virtuelle de l’objet à reproduire (collaboration Société AP’ART et LIRMM - projet SPRINT Région Languedoc Roussillon) ;

• réalisation d’une plate-forme pour la sculpture virtuelle.

Assistance au geste du sculpteur

Modèles d’interaction

Des travaux ont déjà été réalisés dans le département Robotique sur ce sujet (thèse de H. Turchi, 1998 et de C. Caby, 2001). Une thèse est en cours (thèse de S. Druon) qui a pour objectif la modélisation de déformations résultant de l’interaction outil / matière en présence de matériaux élastiques et/ou plastiques. Le dernier aspect constitue une difficulté théorique importante car peu de modèles (éléments finis, approche analytique) sont proposés dans la littérature. Nous avons développé pour la résolution de ce problème un modèle basé sur les automatismes cellulaires qui permet de traduire le comportement physique de certains matériaux. La mise en oeuvre de ce modèle s’appuie sur une technologie voxel pour la représentation de l’espace de travail.

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Modélisation de déformation plastique Les résultats obtenus mettent en évidence plusieurs limitations qui constituent des objectifs de recherche prospectifs :

• la maîtrise de la stabilité du modèle qui implique un recalage à partir de mesures 3D sur l’environnement. Ce point nécessite donc l’étude de nouvelles techniques pour le recalage d’espaces voxel ;

• l’amélioration des performances temps réel qui ne sont pas pour l’instant compatibles avec des applications industrielles.

Modélisation pour les environnements virtuels

Dans ce domaine, les travaux ont pour objectif de proposer des méthodologies de modélisation (fine ou grossière) d’objets destinées à la définition d’environnements virtuels. Trois problématiques constituent le cadre de l’étude :

• la numérisation 3D et la fusion de données multimodales denses qui est une étape indispensable dans le cas où les nuages de points 3D et les images couleur sont obtenues avec des capteurs différents ;

• le recalage de l’ensemble des vues obtenues dans l’étape de numérisation. Dans le cas d’applications nécessitant une numérisation à haute résolution, le recalage doit être précis. Un travail est réalisé afin de proposer de nouvelles solutions au recalage utilisant des critères géométriques (points d’intérêt) couplés à des critères photométriques (thèse de L. Douadi) ;

• la création de modèles (multimodaux) d’objets : à partir des informations issues de l’étape de recalage, une reconstruction 3D de la forme de l’objet doit être opérée. Le choix du modèle de représentation (forme analytique, résolution) et le développement de procédures de segmentation des données constituent les points principaux d’étude.

Ces travaux sont validés dans la cadre du projet ART3D « Numérisation, archivage et restitution des œuvres d’art en volume du patrimoine national ou mondial » financé dans le cadre d’une ACI Masses de données (2003-2006).

Commande de systèmes distants

La commande des systèmes distants est un thème au sein duquel sont étudiées tant des architectures que des lois de commande spécifiquement adaptées à un fonctionnement sur les réseaux. Ces travaux visent au développement d’applications distantes et distribuées utilisant les nouvelles technologies des réseaux sans fil haut-débit (tels que UMTS, Bluetooth, IEEE802.11a, b ou g) et celles des composants mixtes (System-On-Chip). Ces travaux s’inscrivent dans le cadre de trois collaborations scientifiques :

• a) au sein de l'EPML n°68 (RTP 55 « Systèmes de contrôle-commande et Réseaux de communication » du CNRS) qui associe les laboratoires du CRAN (Nancy, T. Divoux) et le LAIL (Lille, J.P. Richard) ;

• b) programme de collaboration et d'échange France-Mexique dans le cadre du programme ECOS avec l'Institut Technologique de Toluca (Mexique, Pr. A. Ségovia de Los Rios) ;

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• c) les départements Robotique et Microélectronique ainsi que des membres des laboratoires ICARE (Toulouse le Mirail) et LIMOS (Clermont-Ferrand) dans le cadre d'une convention de recherche tripartite (L2I).

Numérisation 3D à partir de séquences d’images

Commande distante position / force d'un bras manipulateur (collaborations b, c) L’étude et la synthèse d’une loi de commande stable comportant un réseau de communication dans la boucle sont centrées actuellement sur le schéma de commande externe Position / Force d'un bras manipulateur. Les applications potentielles visées sont (i) l’aide au transport de matériaux lourds et encombrants par un ensemble de manipulateurs mobiles, (ii) la téléchirurgie. Cette étude inclut la commande en effort avec retard, associée à une loi de commande en position adaptative en fonction des retards moyens et efficaces mesurés sur le réseau. Cette adaptation nécessite une estimation et une compensation des retards variables. Ces travaux s’inscrivent dans la continuité de la thèse d'A. Lelevé (soutenue en 2000) au travers de celle de C. Agniel qui a débuté en 2001. Nous avons validé une première loi de commande stable au mois de juillet 2003 entre Toluca et Montpellier sur un simulateur temps réel d’un robot PUMA 560. Cette loi de commande est basée sur un prédicteur de Smith pour la boucle de commande externe en effort et sur un nouvel algorithme que nous avons proposé pour la loi de commande en position, sur le principe des modes glissants d’ordre supérieur.

Architecture de Commande Coordonnée de Robots Distants (ACCORD) (collaborations a) La mise en place de cette activité a débuté par une réflexion au sein de l'Action Spécifique 01 (Automatique et Réseaux de Télécommunications) qui s’est concrétisée par la création de l'EPML n°68 au mois de Septembre 2003. Cette EPML, qui regroupe trois laboratoires français (CRAN, LAIL et LIRMM), a pour objectif de proposer des solutions de commande de robots mobiles distants (figure) incluant des retards ou des pertes de transmission liés aux communications sans fil entre les véhicules mobiles et l’opérateur, ainsi qu’une architecture de commande temps réel à qualité de service (QoS). Le département Robotique du LIRMM apporte ses compétences dans les domaines de la télérobotique, de la commande des robots ainsi que sur les aspects supervision et temps réel. L’objectif est de réaliser un démonstrateur à l’horizon 2005. La DGA s’est déclarée intéressée par ce projet et nous propose un terrain d’expérimentation et une aide logistique pour nos futures validations expérimentales.

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Commutation de lois de commande Dans ce cadre de la commande à distance de systèmes, il est essentiel de conférer au système distant une certaine autonomie notamment pour assurer sa réactivité à l’occurrence d’événements imprévus (au sens temporel, tel la présence d’un obstacle). En effet, ne serait-ce que pour des raisons de sécurité évidente, cette réactivité ne peut être soumise aux retards variables de la communication. Notre approche s’appuie sur une commande hybride (pilotage par commutation de commande) structurée autour de la notion de contexte d’exécution (voir également le paragraphe « Supervision des systèmes hybrides » dans l'axe de recherche « Gestion et supervision des systèmes complexes »). Les travaux développés dans la thèse de J.-D. Carbou (soutenance janvier 2004), ont permis de conclure quant à la robustesse de la commande hybride proposée et à sa préservation de la stabilité.

Commande coordonnée distante Nous nous attacherons dans les prochains mois à valider expérimentalement tous les résultats ou améliorations théoriques que nous avons proposés. Une réflexion débutera sur la commande coordonnée de robots mobiles en mode de fonctionnement « dégradé », c'est-à-dire sans l'information de position GPS. Deux points sont à étudier :

• la loi de commande qui s'appuiera sur le suivi, par chaque robot mobile, des émissions RF à puissance de réception constante, issues des liaisons de communication sans fil inter-robots et ce, afin d'assurer une coordination à distance basée sur la communication radio ;

• l'architecture de communication et la hiérarchie du contrôle-commande intégrant les différents modes de fonctionnement (cf § "Architecture et supervision des systèmes complexes") : mode autonome pour faire face aux événements imprévus, mode coordonné « normal » (avec connaissance des positions GPS), mode coordonné « dégradé » (basé sur la puissance de réception).

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Navigation, perception et pilotage de véhicules autonomes

Travaux de : M.-J. Aldon, M. Benoit, F. Comby, A. Fournier, P. Fraisse, B. Jouvencel, P. Lépinay, A. Liégeois, W. Puech, O. Strauss, J. Vaganay, R. Zapata Thésards : J. Albaric, J. Aragones, G. Borges, S. Chemouny, V. Creuze, B. Jacquot, A. El Jalaoui, L. Lapierre, P. Lucidarme, N. Pessel, A. Puttipipatkajorn, C. Rabaud, D. Roman Ocampo, T. Salgado-Jimenez, A. Sanchez Lopez, J.-M. Spiewak, B. Telle

Introduction

Les thèmes de recherche sous-jacents dans cet axe, traitent de l’autonomie de machines complexes (robots mobiles) évoluant dans des environnements non structurés (inconnus) ou quasi structurés. La capacité à réaliser des tâches variées dans ce type d’environnement est une propriété essentielle des robots d’intervention, qu’ils soient marins ou terrestres. La gestion de capteurs évolués (caméras, sonars, etc.) et l’interprétation d’informations sophistiquées, obtenues dans ces milieux non coopératifs, sont des étapes incontournables pour l’acquisition de cette autonomie. Le thème localisation et perception de l’environnement prend deux orientations : l’une vers la vision tridimensionnelle mettant en œuvre des imageurs omnidirectionnel ou stéréoscopique, la seconde vers des imageurs acoustiques pour l’exploration du milieu sous-marin. Ces imageurs impliquent la prise en compte de modèles spécifiques de formation d’images et les méthodes de localisation doivent prendre en considération essentiellement des environnements inconnus et non structurés. Le thème de la robotique sous-marine est un thème en très forte croissance dans le département, du fait d’actions contractuelles pluridisciplinaires engagées depuis deux ans, et de l’établissement de collaborations scientifiques avec la communauté européenne de la robotique sous-marine. La thématique concernant la planification multi-chemins et la coopération de robots, animée par notre regretté collègue A. Liégeois, a été reprise par R. Zapata qui poursuit en parallèle sa thématique autour de la navigation réflexe. Ces deux thématiques sont amenées à fusionner. Enfin, les thématiques concernant la localisation robuste en environnement quasi structuré et l’évaluation des performances d’un robot manipulateur à roues s’arrêtent du fait de la décision de leurs animateurs qui estiment avoir atteint leurs objectifs dans ce domaine. L’arrivée de W. Puech dans le département et l’évolution du thème concernant la perception, devraient ouvrir de nouvelles perspectives vers l’affirmation d’un nouvel axe important, au sein du département mais aussi du LIRMM, traitant de l’imagerie. Les travaux de W. Puech orientés vers le cryptage et le tatouage d’images auront une influence certaine sur le devenir de cet axe.

Vision Tridimensionnelle

M.-J. Aldon, G. Borges, S. Chemouny, F. Comby, O. Strauss, C. Rabaud

Poursuite de cible

La poursuite de cible est un outil très utilisé dans les processus de perception. Il est employé dans des domaines aussi divers que la robotique (asservissements visuels), l’imagerie médicale, les systèmes de surveillance automatique, etc. Un système de poursuite de cible est caractérisé par son

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aptitude à déterminer la position de la projection d’un objet alors que celui-ci bouge dans le champ de vue de la caméra. Un des facteurs rendant cette poursuite difficile est que la variation de la distribution des niveaux de gris, qui caractérise la signature de l’objet au moment où il est défini comme la cible, ne dépend pas seulement de sa position dans la scène mais aussi de l’illumination, des changements de perspective, de son occultation partielle ou totale ainsi que du processus d’échantillonnage. Pour obtenir une poursuite de cible, il faut être capable de relier les variations de niveaux de gris de la projection de la cible à la variation de position de cette projection. Les méthodes les plus efficaces utilisent une estimation linéaire locale basée sur un apprentissage de cette relation. Cette représentation est très robuste vis-à-vis des changements d’aspects mais reste sensible aux variations lumineuses. Nous proposons dans ce travail d’utiliser des règles floues pour relier l’espace partitionné des mouvements à l’espace partitionné des niveaux de gris. L’inversion de ces règles par abduction permet de réaliser une poursuite de cible beaucoup plus robuste aux changements de luminosité que les algorithmes classiques. Cette robustesse est due à la classification floue précédant la poursuite et à l’utilisation d’un estimateur statistique modal au lieu d’un estimateur de moyenne.

Stéréovision

Le principe de la stéréovision permet de réaliser des capteurs tridimensionnels denses et sans contact. L’aptitude d’un capteur de stéréovision à reconstruire une scène tridimensionnelle repose sur deux processus fondamentaux : (i) la mise en correspondance des projections des points à reconstruire sur les deux images, (ii) la fiabilité de l’étalonnage de l’ensemble des caméras. La mise en correspondance dans les images stéréo repose sur des hypothèses de conservation de l’illumination lors du changement de perspective. Les méthodes les plus efficaces reposent sur la détection de points de forte courbure et leur mise en correspondance au moyen d’attributs insensibles aux changements de géométrie. Ces méthodes peuvent être rendues particulièrement robustes mais ne permettent pas de reconstruction dense. Nous étudions actuellement l’apport de l’utilisation de la théorie des possibilités pour réaliser des mises en correspondance robustes et denses. L’utilisation d’un cadre possibiliste au lieu du cadre probabiliste usuel devrait permettre d’intégrer, dans le même formalisme, les problèmes d’imprécisions dus à l’échantillonnage et les fluctuations d’adéquation des mises en correspondance dues à la non-vérification des hypothèses permettant les appariements. Ce thème fait l’objet de la thèse de C. Rabaud.

Vision Omnidirectionnelle

Une caméra omnidirectionnelle est une caméra donnant une image de l’environnement couvrant 360°. Pour réaliser un tel capteur, on munit une caméra classique d’un réflecteur catadioptrique de forme conique, parabolique ou hyperbolique délivrant une image anamorphosée. Nos deux axes de recherche sur ce thème ont fait l’objet de deux DEA (E. Moll et A. Vieira). Ils ont respectivement porté sur le calibrage d’un capteur omnidirectionnel de type hyperbolique et sur un système de prédiction sûre d’images omnidirectionnelles. Ces travaux sont partie intégrante du projet RNTL WACIF. Le premier axe concerne l'estimation des paramètres intrinsèques (caméra et miroir) et extrinsèques (par rapport à l’environnement). L’étude visait à concevoir une mire adaptée au capteur omnidirectionnel hyperbolique afin de faciliter tous les calculs d’étalonnage. Cet étalonnage est indispensable aux traitements que nous voulons effectuer dans l’image omnidirectionnelle. Le deuxième axe est lié à un problème de télésurveillance. Un système composé d’un robot mobile muni d’une caméra panoramique est censé surveiller une maison. Lorsque le robot se déplace, ce mouvement est visible sur la séquence vidéo acquise. Si la maison est vide de tout occupant, le seul mouvement visible sur la séquence doit correspondre au mouvement du robot. Si on détecte un autre mouvement dans l’image, on sera en présence d’une anomalie et on pourra déclencher une alarme. Pour cela, connaissant l’image de l’environnement du robot à un instant donné et connaissant son mouvement, on va essayer de prédire l’image future de son environnement. Si une zone de l’image prédite ne correspond pas à celle acquise, on sera en présence d’une anomalie (intrusion …). Cette prédiction étant cependant très sensible aux variations d’illumination et aux imprécisions liées à l’échantillonnage, nous utilisons une modélisation imprécise de ces différents paramètres pour améliorer sa robustesse. Nous réalisons en fait une prédiction « sûre » d’images. Celle-ci se

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décompose en fait en deux images, l'une claire l'autre foncée, délimitant les bornes des variations possibles des niveaux de gris des pixels.

Image prédite

Image acquise

Image modifiée artificiellement

Erreur détectée

Image source

Principe de la prédiction sûre d’images omnidirectionnelles

Méthode ensembliste pour la vision 3D

Les équations de la vision 3D traduisent des problèmes inverses dont la résolution classique est peu stable d’un point de vue géométrique et numérique. Cette instabilité est due à une représentation de l’erreur qui utilise des hypothèses fortes sur la nature du bruit. Dans cette étude, nous avons utilisé le modèle d’erreur bornée pour représenter les imprécisions des données manipulées. Aucune hypothèse n’est faite sur la nature des bruits, celui-ci est simplement borné. L’analyse par intervalles offre alors à la fois des outils de calcul numérique robustes et un support géométrique adapté aux problématiques de la vision 3D. Des expérimentations utilisant des modèles linéaires pour l’étalonnage d’une caméra et la reconstruction 3D ont été réalisées avec cet outil ensembliste. Les performances des algorithmes ont été évaluées avec des images synthétiques (mire d’étalonnage) et avec des images réelles. Nous avons observé que les solutions obtenues et leurs intervalles d'incertitude étaient conformes à la réalité. Par ailleurs, dans le cas de la reconstruction 3D d’une scène, nous avons montré que l’utilisation de contracteurs à points fixes permet d’obtenir une solution beaucoup plus précise que les méthodes traditionnelles de propagation de covariance utilisées avec les modèles d’erreur probabilistes.

Mire 3D reconstruite à partir d’une paire d’images réelles

(les pavés représentent l’incertitude des points reconstruits)

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Robotique sous-marine

D. Andreu, M. Benoit, V. Creuze, A. El Jalaoui, P. Fraisse, B. Jouvencel, L. Lapierre, A. Puttipipatkajorn, T. Salgado Jimenez, J.-M. Spiewak

La période 2002-2003 a été marquée pour notre thématique, par la mise en place de nombreuses collaborations industrielles et académiques tant sur le plan régional que sur les plans national et international. Nos thématiques scientifiques concernent :

• la modélisation et la commande de véhicules sous-marins autonomes ;

• la commande référencée capteur (capteurs acoustiques) ;

• la coordination de flottille.

Deux domaines d’application sont abordés : l’inspection de pipeline et l’étude de sources d’eau douce sous-marines.

Modélisation et commande de véhicules sous-marins autonomes

Prototype de véhicule sous-marin autonome La collaboration établie avec la société Hytec de Montpellier a permis de concevoir un prototype industriel de véhicule sous-marin autonome qui remplacera à terme notre véhicule de laboratoire Taipan. Cet appareil, tout en restant dans la gamme des véhicules légers (moins de 60kg), permet d’embarquer de nombreux capteurs scientifiques : sonar latéral, courantomètre doppler, caméra vidéo, sonde CTD (température, conductivité et profondeur). Il comporte, en outre, des équipements spécifiques pour sa navigation, son positionnement et ses communications : loch doppler, sondeurs mono-faisceau, balise acoustique de mesure de distance, GPS, modem acoustique, radio UHF et communication Wifi. Son architecture informatique est constituée actuellement de deux cartes embarquées dont l’une est dédiée à l’analyse d’image. Ces cartes sont reliées par une liaison Ethernet et peuvent communiquer avec une base terrestre ou un bateau via un lien radio UHF longue distance ou un lien Wifi suivant le protocole TCP/IP.

Prototype industriel d’AUV

Le développement de ce prototype est soutenu d’une part par un financement régional dans le cadre du Pôle Productique (procédure SPRINTT) et pour certaines extensions par l’ANVAR. Cette plate-forme permettra de valider trois études :

• La commande par mode glissant d’ordre supérieur (thèse de T. Salgado Jimenez) ;

• Le positionnement par filtrage particulaire (B. Jouvencel et T. Salgado Jimenez) ;

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• Gestion contextuelle de tâches (thèse de A. El Jalaoui et collaboration avec D. Andreu).

Véhicule anguilliforme (étude biomimétique) L’objet du biomimétisme est de copier les systèmes vivants ou de concevoir des technologies nouvelles tirées des enseignements de leur étude. Dans le domaine sous-marin, de nombreuses recherches ont vu le jour ces dernières années, essentiellement en Amérique et au Japon. Parmi celles-ci, un bon nombre s’est attaché à reproduire des poissons. Dans ce contexte deux modes de locomotion ont principalement attiré l’attention des chercheurs : la locomotion caranguiforme (propre aux poissons de type carangue ou thon) basée sur des oscillations du corps et la locomotion anguilliforme (de type serpent, anguille, lamproie….) basée sur des ondulations du corps. En matière de nage tridimensionnelle, ce sont les robots hyper-redondants anguilliformes qui s’imposent. En effet, en dépit d’une anatomie relativement simple, leur nombre élevé, voire infini, de degrés de liberté internes leur autorise une grande richesse de manœuvres. Ainsi, le biomimétisme de l’anguille semble être la solution idéale au problème de la manœuvrabilité. Nous avons engagé cette action dans le cadre du PIR ROBEA (projet « Anguille »), en collaboration avec le Laboratoire d’Ichtyologie (Museum National d’Histoire Naturelle), le Laboratoire de Mécanique des Fluides de l'ECN (Division Modélisation Numérique et Division Hydrodynamique Navale), l'IRCCyN et le LAG. Le LIRMM a en charge l’étude de la navigation et du positionnement de l’anguille.

Commande référencée capteur (acoustique)

Suivi de fond Il est possible de poser le problème de la navigation de façon générale sous l’aspect de la réalisation des contraintes liées à une tâche. Ici, il s’agit de la planification de trajectoire par rapport à une connaissance du fond sous-marin. L’objectif de la méthode est de faire suivre au véhicule sous-marin le profil du fond marin en demeurant à distance constante de ce dernier. Dans le cas de véhicules sous-actionnés non holonomes tels que les véhicules munis d’un propulseur unique, les capacités de suivi de fond se trouvent limitées et il est nécessaire lors de la génération de trajectoires de tenir compte des contraintes de manœuvrabilité inhérentes à la configuration matérielle du véhicule. Il a été développé une méthode « en ligne » de planification de trajectoires, permettant à un véhicule autonome sous-marin sous actionné de suivre le fond (thèse de V. Creuze soutenue en 2002).

Bathymétrie de la source de la VISE Bathymétrie et trajectoire de suivi de fond

Suivi de pipeline Dans le cadre de la collaboration avec la société Hytec, une deuxième phase du financement régional SPRINTT débute en 2004. Elle permettra de mettre en place la réalisation expérimentale de l’inspection de pipeline qui fait l’objet des travaux de thèse de A. Puttipipatkajorn. Le suivi de fond sera réalisé à partir d’images formées par un sonar latéral. Deux aspects sont traités dans la thèse : la compensation du mouvement et la reconnaissance du pipeline.

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Image acoustique d’un pipeline et l’extraction d’informations Dans le cadre du programme EIERO (European Human Mobility du 5ème PCRD), nous avons fait une demande de séjour d’une semaine au laboratoire OSL d’Edimburg dirigé par D. Lane. Ce séjour, prévu en mars 2004, permettra de valider les travaux concernant le sonar latéral ainsi que la loi de commande référencée capteur pour le suivi de pipeline et ceci dans le cadre d’une collaboration scientifique initialisée par le séjour de Mme K. Lebart de OSL en septembre 2003 au LIRMM en tant que chercheuse invitée (décision du conseil scientifique de l’UM2).

Coordination de flottille

La coopération de véhicules trouve actuellement son utilisation principale dans la guerre des mines mais les applications devraient fortement se diversifier. Dans ce type d'application, chaque véhicule observe une scène et la mise en commun des différents points de vue permet de réaliser une fusion dite « multi-plateformes ». La navigation coordonnée vers un objectif quelconque peut-être envisagée sous la contrainte du respect d'une formation géométrique. Dans ce sens, nous avons proposé une solution utilisant un formalisme fourni par les outils de la géométrie différentielle. La thèse de J.-M. Spiewak (collaboration avec P. Fraisse) concerne cette problématique appliquée au positionnement collaboratif entre deux véhicules l’un en plongée (inspection de pipeline), le second en navigation sub-surface. Le calcul de la position relative des véhicules ayant été résolu dans le travail de thèse de P. Baccou, il s'agira ici de résoudre deux nouveaux types de problèmes :

• garantir la formation géométrique des deux appareils permettant de tenir compte des contraintes dynamiques de chacun d'eux ;

• garantir la continuité du canal acoustique quelles que soient les variations de ce dernier.

Toujours dans le cadre de la coordination de flottille, nous sommes partenaires d’une proposition de Human Mobilty (RTN Marie Curie) intitulée FREESUB. Ce projet, mené en collaboration interne avec L. Lapierre, rassemble des équipes françaises du CEA, d’IFREMER, ainsi que la société Cybernétix. Les équipes européennes sont celles d’OSL (Heriot Watt University), de l’University of Southampton, de l’IST (Portugal), du JCR (Italie), de la Norwegian University of Science and Technology (NTNU), de l’University of Hanover, du CNR-Robotlab (CNR-ISSIA-Sez di Genova-Robotlab) et de l’Institute of Informatics and Applications - University of Girona (IIiA-UdG). Cette action est demandée pour une durée de 4 ans.

Domaines d’application

Deux domaines sont concernés : l’inspection de pipeline déjà présentée ci-dessus et l’étude de sources d’eau douce sous-marine. Sur ce dernier point, nos contacts avec l’équipe Hydrosciences de la Maison des Sciences de l’Eau (MSE) de l’UMII ont débouché sur la mise en place d’un projet d’étude. Ce projet a modestement débuté grâce à l’obtention d’un financement du Conseil scientifique de l'UMII, au titre du BQR, qui a permis l’acquisition d’une sonde CTD que nous avons adaptée pour être mise en oeuvre sur un véhicule. L’approche pluridisciplinaire que nous avons proposée pour l’étude des ressources d’eau douce a intéressé le Réseau de recherche et d'innovation technologique sur l’eau (RITEAU). A ce titre, une collaboration avec le BRGM de Montpellier et le CETMEF de Compiègne a été mise en place au travers du projet PANACHE. Ce projet s’est étendu tant sur le plan scientifique (modélisation de la topologie de la source, détection du panache), que sur le plan des

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collaborations industrielles avec la société Hytec pour l’instrumentation du véhicule et la société Nymphéa d’Aubagne pour l’exploitation des sources. Un projet d’ERT a été déposé et nous attendons sa notification définitive. Sur cette thématique, nous avons aussi participé à l’élaboration d’un projet européen MEDITATE (INCO 6ème PCRD) qui a été accepté en août 2003. Ce projet étend nos collaborations, entre autres avec des équipes de Jordanie, du Liban et de la Turquie. L’enjeu concerne l’estimation des ressources en eau douce des pays ayant une façade maritime calcaire, les seuls susceptibles de posséder des sources d’eau douce. Dans son principe, il s’agit de réaliser un balayage 3D du panache d’une source d’eau douce afin d'obtenir des relevés de température et de salinité. Des modèles mathématiques utilisant les équations de Navier-Stokes doivent permettre de confirmer des hypothèses de débit.

Modèle de diffusion de la température et de la salinité de la source de la Vise de l’étang de Thau pour un débit supposé de 100l/s et en haut modèle de courantométrie.

Navigation réflexe

R. Zapata, P. Lépinay, B. Jacquot, P. Lucidarme, A. Sanchez Lopez, D. Roman Ocampo Dans ce domaine, nos recherches ont eu comme axe principal la commande des actions réflexes des robots. Une grande partie du travail a été focalisée sur l'amélioration du modèle DVZ, sur son extension aux manipulateurs mobiles, et enfin à l'intégration d'informations visuelles pour la génération du modèle local d'environnement.

Actions réflexes Ce travail a consisté en l'amélioration formelle du modèle théorique de la DVZ ainsi qu'à son intégration dans un système de planification de mouvement en milieu inconnu. Cette étude trouve actuellement son application pour un robot de surveillance (contrat RNTL WACIF).

Planification de mouvements Parallèlement à l'étude des actions réflexes des robots mobiles, nous avons travaillé sur les méthodes stochastiques et déterministes de planification de mouvements en milieu connu (PRM, Lazy-PRM, DRM,...) et en milieu inconnu (Sensor-based Lazy PRM). Une thèse d'Université a été soutenue en 2003 (A. Sanchez Lopez) ainsi qu'une thèse de Master italienne (Tesi di Laurea) à l'Université de Bologne.

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Navigation visuelle réflexe Cette partie de nos activités concerne le couplage d’algorithmes de commande réflexe de robots mobiles avec des systèmes de vision artificielle. Notre but est d’être capable de collecter, de traiter et d’exploiter en temps réel des images afin de contrôler et de commander des robots mobiles dans leur fonction de déplacement en milieu inconnu. Notre premier axe est expérimental et consiste à coupler un système de vision stéréoscopique avec un algorithme d’évitement réflexe des collisions. Ce système visuel a pour but de remplacer un système télémétrique ultrasonore fournissant des informations à un algorithme de commande réactive (DVZ). Notre second axe est le couplage d’autres systèmes visuels « bio-plausibles » avec ces mêmes algorithmes de commande réactive ainsi qu’avec des algorithmes de localisation-planification. Nous étudions également le lien entre le capteur visuel et les autres capteurs du mouvement. L’aspect plus fondamental et plus récent de nos activités concerne l’investigation du monde vivant pour obtenir des systèmes de vision artificielle fonctionnels. Cette fonctionnalité se résume à quelques propriétés :

• capacité de réaction temps-réel ;

• insensibilité aux bruits de mesure ;

• robustesse face la mauvaise qualité des composants (capteurs) ;

• robustesse face à la variabilité de l’environnement (lumière, mouvements) ;

• adaptabilité (environnements inconnus).

Enfin, nous nous intéressons à la traduction d’algorithmes classiques élémentaires biologiquement plausibles (pour le traitement d’images : amélioration, filtrage, ou pour la segmentation : extraction d’indices caractéristiques) ou plus complexes (extraction de paramètres spatiaux ou temporels, stéréovision, flux optique...) en des fonctions logiques intégrables sur des systèmes logiques programmables. Le caractère « temps-réel » de ces systèmes en fait leur principal intérêt pour la Robotique Mobile. Cette approche « co-design » consiste à évaluer l’équilibre programmation/câblage pour une fonction visuelle donnée (mesure de distances par stéréovision, par exemple), puis à implanter cette fonction sur un système double composé d’un processeur (programmation) et d’une logique spécialisée (câblage). Du point de vue technologique, nous travaillons sur des architectures de type FPGA qui permettent de combiner cette double compétence au sein d’un même circuit.

Multi-agents Un dernier aspect de nos récentes activités concerne la modélisation et la commande des systèmes multi-agents évoluant dans des environnements inconnus (travaux de Alain Liégeois et de Philippe Lucidarme). Nous avons étudié plusieurs méthodes d’apprentissage basées sur les réseaux de neurones à bases radiales, sur le Q-learning et sur les algorithmes génétiques. Une plate-forme composée de plusieurs agents (robots simples, manipulateurs mobiles et systèmes de vision autonomes) a été développée. Une thèse d'Université (P. Lucidarme) a été soutenue en 2003 sur ce sujet.

Cartographie de l’environnement et localisation robuste d’un robot mobile d’intérieur

M.-J. Aldon, G. Borges Ce travail (thèse de G. Borges) avait pour objectif l’étude et la mise en œuvre sur une plate-forme expérimentale de solutions multi-capteurs robustes pour la navigation des véhicules autonomes dans des environnements 2D semi-structurés, évolutifs et non connus a priori. Divers aspects ont été étudiés :

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• l’acquisition de données par des capteurs asynchrones (codeurs, caméra, télémètre laser, etc.) ;

• la segmentation d’images télémétriques et d’images vidéo ;

• la fusion de données vidéo et télémétriques pour la cartographie locale de l’environnement ;

• la localisation du robot par mise en correspondance de cartes géométriques ;

• la construction et la mise à jour du modèle de l’environnement (carte globale).

Les derniers travaux ont concerné le développement d’algorithmes permettant au véhicule de naviguer en mode automatique et de cartographier simultanément son environnement. Nous avons proposé une méthode découplée de cartographie stochastique qui emploie des contraintes pour limiter les risques de dérive d’estimation. Cela a nécessité une étude théorique rigoureuse du filtre de Kalman et de ses variantes. Le problème de cartographie est formulé différemment par rapport aux solutions existantes, afin de respecter les conditions théoriques nécessaires à une estimation correcte de la carte d’environnement et des mesures d’incertitudes associées. Les différents algorithmes de localisation et de cartographie simultanées ont été validés expérimentalement et comparés à d’autres solutions sur le robot mobile OMNI équipé d’une caméra vidéo et d’un télémètre laser à balayage horizontal. Dans l’image suivante, on voit ce véhicule dans un couloir du laboratoire dont il vient de construire la carte globale, de manière autonome, en suivant la trajectoire matérialisée en pointillés (figure de droite).

Le robot OMNI et la carte globale de son environnement

Evaluation des performances d’un robot manipulateur omnidirectionnel à roues

A. Fournier, J. Aragones L’étude menée dans le cadre de la thèse de J. Aragones considérait le robot mobile plan à trois ddl, comme un manipulateur à roues. Deux volets fondamentaux de la commande d’un tel système ont été étudiés :

• la génération de mouvement hors ligne, puis en ligne en fonction des instructions reçues du niveau supérieur de planification et du niveau inférieur d’évitement de collisions. Une méthode originale en robotique mobile a été évaluée en simulation puis sur le démonstrateur ;

• la commande dynamique du système utilise la redondance d’actionnement pour limiter les risques de glissement dans la liaison roue / sol.

La fin du travail de thèse a permis d’évaluer l’amélioration des performances du robot omnidirectionnel doté de sa nouvelle commande par rapport aux méthodes classiques de la robotique mobile.

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Le travail de thèse de J. Aragones a été sanctionné par sa thèse soutenue en 2002 et par 3 publications dans des congrès dont 2 d’audience internationale. Les résultats obtenus ont été à la hauteur des espoirs placés dans ces travaux. La précision obtenue dans l’odométrie et dans la navigation en boucle ouverte a confirmé la validité des méthodes développées. L’amélioration apportée aux lois de commande ainsi que la prise en compte dynamique de la redondance d’actionnement ont limité les glissements des roues sur le sol. Ces travaux ont été réalisés en coordination avec ceux de G. Borges sur la localisation. Ils ont permis de réaliser des expérimentations de navigation d’un robot mobile d’intérieur avec une précision de pilotage remarquable. Les soutenances de thèse de J . Aragones et de G. Borges ont marqué la fin des travaux de recherche en commande et localisation des robots mobiles de service dans le département.

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Gestion et supervision des systèmes complexes

Travaux de : D. Andreu, D. Crestani, P. Fraisse, F. Prunet Thésards : M. Bennour, J.-D. Carbou, A. El Jalaoui, R. Passama

Introduction

Il s’agit, dans cette thématique, de développer des outils méthodologiques de spécification, d’optimisation, et de validation de l’organisation de la commande des systèmes complexes. La complexité de ces systèmes, et la spécificité de ces travaux, tient aux contraintes apparaissant dans leur conception ou leur exploitation. Il peut s’agir :

• de décomposition de la commande liée à une commande déportée par réseau, avec les problèmes de délais ou de transmission dus aux débits de communication ;

• de conception d’une commande haut-niveau par composition de boucles réactives (multi-supervision) ;

• de structuration de la commande selon une architecture basée sur des composants logiciels (construction de l’application par assemblage de composants) ;

• de gestion et d’optimisation de ressources matérielles ou humaines pour l’exécution des processus constituant la commande.

Les théories sous-jacentes concernent les Systèmes à Evénements Discrets, les Systèmes Hybrides et les Processus industriels. Les méthodes mises en jeu ont beaucoup d’analogie et de similitude, quels que soient les modèles utilisés (réseaux de Petri colorés, Objets, Hybrides, …). Elles visent à la modélisation des spécifications de la commande de ces systèmes, l'analyse et la validation de ces spécifications, permettant de prouver la faisabilité de la commande et sa robustesse aux incidents et aux aléas, et les méthodes de recherche d’organisation et d’exécution optimales selon des critères de durée, de coût ou de qualité, etc. Elles peuvent conduire soit à des calculs, soit à des simulations de validation, soit à des outils d’aide à l’implantation automatique ou semi-automatique de la commande, évitant ainsi les étapes de codage et d’implantation classiques, lourdes et pénibles. Ces travaux sont validés au sein de projets touchant différentes branches de la robotique (médicale, gestion de flottille, etc..) ou de la productique (gestion de processus industriels).

Modélisation d'entreprise

D. Crestani, F. Prunet, M. Bennour Les travaux que nous avons développés avec l'industriel Merlin Gerin dans le cadre du projet Armines « Aide à la modélisation et à l'analyse des aléas de production » , achevé en 2000, nous ont fait aborder le domaine de la modélisation des processus, et en particulier les processus d'entreprise. Cette collaboration industrielle a permis la définition d'une méthodologie prenant en compte explicitement l'influence des compétences humaines sur les performances des processus d'entreprise. Cette approche cherche à différencier la ressource humaine des ressources matérielles en la caractérisant par ses savoir, savoir-être et savoir-faire. Face à l'impact souvent non négligeable de l'entité humaine sur la performance d'un processus industriel, notre travail nous a naturellement

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conduit à aborder, dans le cadre d'une thèse, la problématique d'affectation des ressources humaines. Nous avons, dans un premier temps, proposé un algorithme dichotomique itératif permettant de sélectionner les acteurs permettant d'atteindre un seul objectif de performance donné. Il s'est révélé, sur des exemples de moyennes et grandes complexités, plus rapide et plus efficace que des approches standard de type algorithme glouton ou recuit simulé. Dans un second temps, nous avons étendu l'approche itérative, pour pouvoir prendre en compte simultanément plusieurs contraintes de performance (qualité, coût, délais). La comparaison avec l'utilisation d'un algorithme génétique a conforté les résultats précédemment obtenus. Ce travail peut être utilisé avantageusement en milieu industriel pour détecter des dysfonctionnements organisationnels ou guider le processus d'ordonnancement on line ou off line (Aide à la décision). Par ailleurs, notre implication dans le domaine de la modélisation d'entreprise et vers les Sciences Humaines nous permet d'animer actuellement une Action Spécifique CNRS « Aide à la Décision pour l'évolution socio-technique des Systèmes Industriels » (AS N°64 du RTP CNRS n°47 « Production Coopérative Médiatisée »). Cette Action regroupe cinq laboratoires de membres relevant de compétences pluridisciplinaires (Sciences Pour l'Ingénieur, Sciences de l'Homme et de la Société, Economie). Son objectif est de recenser les moyens actuels et les pistes à explorer pour aider les industriels à piloter leurs trajectoires organisationnelles, c'est-à-dire l'évolution de leurs entreprises. Nous explorons un champ de problématiques où ni les facteurs techniques ni les facteurs humains et sociologiques ne peuvent séparément fournir une approche suffisante, mais où l'aide à la décision recherchée est nécessairement basée sur une intégration forte des données techniques et des facteurs organisationnels de l’entreprise. Ce travail, qui s'achèvera en juin 2004, nous a conduit à lancer une enquête auprès d'universitaires et d'industriels, et à organiser le 13 novembre 2003 un Workshop sur la thématique « L'entreprise en mouvement : quels besoins, quelles recherches ? ». Un deuxième et dernier colloque est actuellement en préparation, avec une forte implication industrielle. Enfin, certains travaux plus théoriques sur les réseaux de Petri font l’objet de coopération avec d’autres équipes du laboratoire (A. Jean-Marie, INFO). Il s’agit de l’évaluation de la complexité dans la recherche des graphes de couvertures. Ces travaux sont actuellement en cours de publication, mais ne font pas, pour le moment, l’objet d’applications. La prospective concerne (i) le perfectionnement des modèles d'entreprise pour l'émergence d'un modèle unifié (Unified Enterprise Modeling Language), (ii) le pilotage de processus d'entreprise par les compétences, (iii) l'application à un projet de gérontotechnologie en association avec le CHU de Montpellier.

Architecture et Supervision des systèmes complexes

D. Andreu, P. Fraisse, J.-D. Carbou, A. El Jalaoui, R. Passama Ces travaux relatifs à l’architecture et au pilotage de systèmes autonomes sont en amont des domaines d’application ; ils sont appliqués aussi bien dans le cadre du contrôle de robots mobiles d'intervention (Télérobotique, Robotique sous-marine) que dans celui du contrôle de la stimulation électrique neurale distribuée pour la réhabilitation de la marche chez le paraplégique (projet DEMAR). De la conception à l'exécution, nos recherches dans cet axe concernent un ensemble de thèmes étroitement couplés : la modélisation de systèmes dynamiques hybrides, le pilotage à distance, l'architecture matérielle et logicielle de commande temps-réel. Ces travaux sont complémentaires dans l'optique d'une conception globale, cohérente et évolutive. Ils sont également le reflet de la pluridisciplinarité intrinsèque de la problématique de commande, parfois à distance, de systèmes dynamiques hybrides. Ils sont naturellement conduits dans le cadre de projets transversaux, intra-département Robotique ou inter-départements du LIRMM (Robotique, Informatique, Microélectronique). Les travaux menés en collaboration sur les domaines d’application comme la télé-robotique (projet intra-département) ou la réhabilitation de la marche par stimulation électrique fonctionnelle (projet inter-départements) sont exposés dans les sections concernées. Réactivité, modularité et évolutivité sont les maîtres mots et se déclinent tant sur un plan logiciel que matériel. Nos travaux sur une architecture (logicielle) multi-niveaux réactive, basée sur une

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supervision locale mode-dépendante (modes autonomes, téléopération, coopération), traités à travers la thèse de J.-D. Carbou sur le pilotage d’un manipulateur par commutation de commande (soutenance en 2004), vont être étendus à la robotique sous-marine, via la thèse de A. El Jalaoui (débutée en 2003). Nos travaux basés sur la gestion de contexte et sur la conciliation intention / obligation, vont être poursuivis en étudiant notamment la gestion dynamique des moyens de perception (conflit entre moyens de perception ultrasonore par exemple) et l’intégration de modèles de référence hybrides comme référents décisionnels (l’estimation est un aspect important en sous-marin). Ces travaux ont été appliqués entre autres dans le cadre de la commande des systèmes distants. Sur un plan logiciel, l’étude de l’architecture du contrôleur embarqué, initialement centrée autour du mode de fonctionnement autonome, porte sur le mode téléopéré. Un superviseur local dédié à la gestion des événements de communication (rupture de communication, variation conséquente du retard, etc.) a été conçu, implanté et testé en mode téléopéré sur un robot réel entre l’Institut Technologique de Toluca et le LIRMM. Cette supervision de la régulation de retard contribue à la « robustesse » du contrôleur embarqué, en préservant tout au moins la stabilité du système. Parallèlement, nous poursuivons nos travaux en collaboration avec le département Informatique sur une méthodologie de conception et de développement dédiée à la construction d’applications robotiques (thèse de R. Passama, débutée en 2002). Cette méthodologie s’appuie sur les méthodologies orientées objets et composants logiciels, dans le but d’être structurante tant dans la conception que dans la réalisation d’applications robotiques ; conception modulaire basée composant, réutilisabilité des composants (assemblage), prototypage rapide de l’architecture logicielle, vérification / validation du comportement sont autant d’aspects essentiels. Nos premiers travaux se sont portés sur la définition d’une méthodologie de conception et d’un modèle de composant (logiciel) pour la robotique, composant dont la sémantique opérationnelle (comportement) est décrite à l'aide du support formel des réseaux de Petri. La spécification, l’analyse et l’exécution (joueur temps-réel) sont alors supportées par un environnement de développement, sorte d’atelier logiciel, qui devrait favoriser la réutilisabilité, l’évolutivité et la pérennité des développements (aujourd’hui basés sur une logique procédurale) effectués dans le cadre de nos plates-formes robotiques expérimentales. Cet environnement, quasiment entièrement spécifié, n’est à ce jour que partiellement développé (développement en cours du noyau d’exécution temps-réel basé sur les réseaux de Petri à objets). L’adaptabilité d’un composant (de son comportement) à l’évolution de son « environnement » (fonctionnement d'un composant en « mode dégradé » par exemple) est un aspect important, dans l'optique d'applications embarquées ; ceci suppose de pouvoir doter les composants de fonctionnalités d'auto-configuration qui impliquent une architecture réflexive. Cet aspect fait l’objet de travaux prospectifs. Sur le plan matériel, les travaux sur l’architecture concernent tant les architectures robotiques « classiques » que celle relative à la stimulation implantée (cf. le réseau d'USR du projet DEMAR). Réactivité, modularité et évolutivité sont prépondérants sur un plan logiciel mais se déclinent également en termes d’architecture matérielle ; une architecture multi-réseaux est étudiée dans ce cadre. Elle s’appuie sur deux réseaux Ethernet (ethernet offrant potentiellement une grande évolutivité architecturale), l’un accessible par liaison sans fil (pour la téléopération) et l’autre dédié aux échanges temps réel déterministes entre les entités de commande (nœuds de calcul tels des microcontrôleurs, cartes PC embarquées,..) et l’instrumentation (capteurs et actionneurs). Nous avons pour cela défini un protocole application permettant d’une part l’auto-configuration de l’architecture (au sens réseau) et d’autre part de rendre ce réseau Ethernet (dont la méthode d’accès est par essence « probabiliste ») déterministe par arbitrage. Une architecture expérimentale est en construction, au travers d’un sujet de thèse CNAM (D. Caucheteur) avec pour perspectives, suite à son évaluation, de l’installer sur nos plates-formes expérimentales.

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Services Communs

Service technique et informatiqueResponsable : Jean-Luc Oms

Service administratif et logistiqueResponsable : Emile Praud


Service technique et informatique

Présentation du service

Grade Affectation STI (autre affectation) ITRF MJENR Amadou Pierre IGR2 50 % (ISIM) Chirouze Michel IGR0 50 % (ISIM) Dandonneau Jean-Marie IGR1 50 % (CPA) Lepinay Pascal IGR0 60 % (ISIM) Maïzi Joël IGE2 20 % (UFR–Dept Info) ITA CNRS Benoit Michel IR1 100 % Brunel Thibault IE2 100 % Carvalho de Matos Christine IR2 80 % Gil Thierry IR2 100 % Jacquot Michel IR2 80 % Lorival Régis IE2 100 % Oms Jean-Luc IR2 100 % Prouha Patrice TCN 50 % (LIRMM-Logistique) Tilloy Philippe TCE 100 % Tuchming Catherine TCN 90 % En septembre 2003, Jean-Luc Oms a été nommé responsable du STI, remplaçant ainsi Michel Chirouze. Régis Lorival est responsable adjoint du service, conformément aux nouveaux statuts du LIRMM. Les missions de nature très diverses confiées au Service Technique et Informatique (STI) peuvent être regroupées en 3 catégories, suivant les populations concernées par ces opérations :

• Actions transversales : missions du STI assurées pour l’ensemble des personnels du LIRMM.

• Gestion d’équipements communs : ces opérations concernent la gestion d’équipements lourds, ou la mise en œuvre de services concernant une communauté scientifique du laboratoire.

• Activité de recherche : concerne la participation de personnels du STI à des projets de recherche.

171

Actions transversales

Ces opérations regroupent principalement la gestion des outils informatiques et le réseau du laboratoire, ainsi que la téléphonie.

Informatique transversale : Administration système et réseau

P. Amadou, M. Chirouze, M. Jacquot, J. Maizi, J.L. Oms, P. Tilloy, C. Tuchming Au cours de ces des deux dernières années, une restructuration importante des moyens informatiques a été entreprise. Dans un premier temps, ce sont les espaces disques utilisateurs et les moyens de sauvegarde associés qui ont fait l’objet d’une centralisation afin d’améliorer les performances et la fiabilité. Cette opération s’est traduite par la mise en place d’une baie de disques raid 5 de 1,5 To et d’un robot de sauvegarde. Un serveur dédié va assurer à terme la mise à disposition de l’ensemble des comptes utilisateurs (NFS et SMB). Dans un deuxième temps, une centralisation des ressources de calcul permet le remplacement des serveurs départemantaux. Cette opération, en cours de finalisation, nous permet de réduire les tâches d’administration, en offrant des ressources plus performantes pour les 3 systèmes d’exploitations nécessaires (Solaris, Linux et Windows).

Serveurs du LIRMM : Schéma fonctionnel

En ce qui concerne les postes de travail (de l’ordre de 250 postes connectés), le STI assure une assistance utilisateur pour la plupart des systèmes d’exploitation : Windows 2000 & XP, Linux, Mac OSX.

172

Sont à noter les nouvelles tendances concernant la physionomie du parc de postes de travail :

• le déploiement de terminaux légers (SunRay) comme poste de travail banalisé, rendu possible par la mise en service des ressources de calcul ;

• la proportion croissante de micro-ordinateurs portables en tant que postes de travail.

Réseau Informatique du Lirmm

Le réseau du LIRMM est un réseau ethernet commuté. Au cours de ces deux derniéres années, l’augmentation du nombre de ports disponibles a permis la connexion de tous les postes de travail à 100 Mbits/s, et le passage au Gigabit/s des principales interconnexions (cf schéma). Un réseau sans fil 802.11b constitué de 5 bornes d’accés a été déployé, et assure la connectivité des portables dans toutes les salles de réunion du laboratoire.

Système d’information

C. Carvhalo de Matos Ces développements ont permis la mise en ligne en Mai 2003 du nouveau site web du LIRMM. Ce site est implémenté de façon dynamique en servlets (serveur Tomcat et Apache) et utilise les technologies XML/XSL et PHP/MySQL. La mise à jour des pages du site est continue, interactive et confiée à la responsabilité de membres habilités du LIRMM, grâce à l’utilisation d’outils de contrôle d’accès et de création développés en PHP. Ces outils permettent l’intégration de texte avec mise en page, d’images, de liens hypertextes, dans un cadre homogène de mise en forme général. Ils permettent également un contrôle permanent de la navigation, une mise à jour automatique de l’annuaire. Des utilitaires de recherche et de statistiques de consultation ont été intégrés.

173

Actuellement, les efforts de développement concernent la mise en ligne de la version anglaise du site, la réalisation d’applications accessibles via l’Intranet du laboratoire, ainsi que des applications de customization du progiciel de gestion de la Bibliothèque (Alexandrie).

Opérations diverses

R. Lorival, P. Prouha, P. Tilloy Le STI assure également les tâches transversales suivantes :

• gestion et maintenance de l’autocommutateur du LIRMM (Alcatel 4000) ;

• gestion de « consommables informatiques » (Toner & Cartouches, CD, kits antivols …) ;

• gestion et maintenance de Xlab.

Gestion d’équipements communs

Il s’agit principalement du concours que le STI apporte au Pôle montpelliérain du CNFM (Centre National de Formation en Microélectronique), outil du département de Microélectronique.

Centre de Ressource de Test du CNFM (CRTC)

R. Lorival Le STI assure la gestion du testeur industriel de composants multimédia Agilent 83000 utilisable à distance par les différents pôles du CNFM et par les participants au projet européen EuNiceTest.

Centre de Ressource en CAO du CNFM (CRCC)

P. Amadou, J.M. Dandonneau, T. Gil, P. Lepinay Le CNFM de Montpellier assure l’interface entre les fournisseurs de logiciels de CAO microélectronique et l’ensemble des pôles CNFM. Le STI contribue à la gestion de la distribution, ainsi qu’à une assistance aux utilisateurs et une participation aux formations pour les logiciels suivants :

• ANADIGM (circuits analogiques programmables)

• Xilinx (circuits logiques programmables)

• Altera (logiciel et matériel)

• Cadence, Synopsys, Mentor-Graphics, Silvaco

Outil informatique du CNFM

P. Amadou Le Pôle montpelliérain du CNFM dispose de 2 salles dédiées à l'enseignement :

• une salle de 16 clients légers (SunRays) qui permettent l'accès aux logiciels de CAO microélectronique tournant sous Solaris. Le service d'affichage est fourni par 3 serveurs qui peuvent assurer ainsi une certaine redondance. Le service de calcul est fourni par un Sun 280R biprocesseur.

• une salle de 9 postes de travail (pc) sous Windows.

174

Ces postes de travails, ces serveurs, ainsi que les postes de secrétariat, le serveur du domaine CNFM, le serveur Web sont raccordés à un commutateur à 100Mbps.

Opérations diverses

T. Gil Conception de cartes électroniques pour le département de robotique.

Activité de recherche

Département de Microélectronique, « conception de systèmes intégrés »

J.M. Dandonneau réalise la mise en œuvre d’une plateforme de développement Xilinx pour applications multimédia et systèmes embarqués sur circuits programmables. T. Gil participe aux projets « Architecture reconfigurables dynamiquement pour le traitement du signal et des images » et « Capteurs d’images et rétines en technologie CMOS ».

Département de Robotique

M. Benoit intervient dans le projet de robotique médicale D2M2 qui se termine, et dans l’équipe de robotique sous-marine (TAIPAN). P. Lepinay participe au projet XLII dans le domaine de la perception et de la robotique mobile.

Département d'Informatique

T. Brunel a participé au développement de la plateforme ARES, projet sur la réorganisation des hiérarchies de classes. Ce travail a été effectué dans le cadre d'une collaboration entre le CNET et une équipe du LIRMM.

Missions diverses

Formations

Les ingénieurs du STI participent aux formations liées à leur domaine de compétence, dans les différentes structures où le LIRMM est impliqué :

• UFR de Montpellier II : Licence, Maîtrise et DESS d'Informatique,

• IUT de Montpellier ;

• ISIM : suivi d'avant-projets en microélectronique et robotique,

• CNFM : formations liées aux activités de diffusion de logiciels de CAO en microélectronique (CRCC) et de gestion du testeur de composants (CRTC).

Responsabilités

Certaines personnes du STI exercent des missions particulières :

• T. Gil est correspondant pour la formation permanente du CNRS,

• Ph. Tilloy est ACMO (Agent Chargé de la Mise en Œuvre de l'hygiène et de la sécurité) au LIRMM,

175

• M. Jacquot est correspondant CNRS pour la sécurité informatique du site,

• M. Chirouze et J. Maizi sont membres de la commission "Informatique Recherche" de l'Université Montpellier II,

• P. Amadou, M. Chirouze et J.L. Oms sont experts auprès de la Région LR pour l'examen technique des dossiers de recherche,

• M. Jacquot et J.L. Oms sont experts auprès de l’ANVAR LR.

176

Service administratif et logistique

Présentation du service

Avec un budget de près de 4 200 000 euros, le service administratif et logistique assure le soutien à la recherche du LIRMM qui représente un effectif de plus de 210 personnes. Les 2/3 de ce budget sont des ressources contractuelles qui nécessitent un suivi particulier. Quelques chiffres pour préciser l’activité du service administratif en 2003 :

• près de 1500 commandes traitées en fonctionnement et en équipement,

• 1400 missions gérées pour la France et l’étranger,

• plus de 120 contrats de recherche en cours dont plusieurs dans le cadre du 5ème et du 6ème PCRD,

• près de 60 dossiers de personnels sur contrats à durée déterminée,

• gestion de 2 DEA et d’une école doctorale,

• organisation et gestion de 10 congrès nationaux ou internationaux (2002/2003).

Le service logistique assure la maintenance préventive et curative de premier niveau de toutes les infrastructures et des espaces verts (soit près de 4 000 m² de bâtiments sur un site de plus de 10 000 m²). Il intervient également dans l’installation et l’entretien du matériel des chercheurs (imprimantes, ordinateurs, video-projecteurs, etc.…). L’ensemble de ces activités est assuré actuellement par une équipe de 16 personnes dont 4 CDD, un AI (CNRS) à 90% et un AGS (UM2) à 80%.

177

Organigramme du service (au 01/01/04)

178

Partenariat, valorisation et animation de la recherche

Animation scientifique internationaleAnimation scientifique nationaleAnimation scientifique régionale

Programmes européens et internationauxRecherches sur contrats d’état

Recherches sur contrats industrielsRecherches avec d’autres organismes

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Invités étrangersDiffusion de la culture scientifique


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Crédit images de la couverture : Robot M3, départ. Robotique © CNRS Photothèque - Emmanuel Perrin

Imageur, départ. Microélectronique © LIRMM, Guy Cathébras Capture d’écran du logiciel de visualisation SWVIZ, départ. Informatique © LIRMM, Fabien Jourdan

Laboratoire d’Informatique, de Robotique et deMicroélectronique de Montpellier

(LIRMM)UMR UMII-CNRS 5506

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