Soutenance mémoire
La nature n’est-elle pas parfaite ? On pourrait le croire en observant l’incroyable diversité des espèces vivantes et leurs comportements face au changement de l’environnement. Chaque animal a des capacités spéciales qui correspondent, entre autres, à son environnement et à son type de nourriture. Les pates du bouc lui permettent de se déplacer facilement dans les montagnes, l’aigle a une vue perçante, une sorte de loupe étant intégrée au centre de son œil, et les fourmis sont passées maîtres dans la construction d’édifices.
Pourtant tout ceci ne s’est pas fait en quelques jours. L’évolution a pris le temps de générer l’éventail des espèces vivantes, en faisant disparaître les moins adaptées, tout au long d’un long processus d’évolution [Seg 98]. De plus, la faculté d’adaptation permettant au vivant de s’adapter à un environnement changeant est une des caractéristiques essentielles à la survie, aussi bien d’un individu que d’une espèce. Une modification du comportement est souvent nécessaire afin de faire face aux aléas de la vie, une non adaptation étant alors synonyme de mort certaine. Au niveau d’une espèce, l’adaptation se fait au fil des générations, au prix de nombreux essais. Par sélection naturelle, les plus aptes à se reproduire ont la chance de transmettre leurs gènes à leur descendance, et ainsi l’espèce reste adaptée à son environnement. Ce qui précède laisse sous entendre, que nous ne pouvant pas affirmer que la nature est parfaite, si on considère le nombre de morts nécessaires à l’obtention d’une solution adéquate. Mais on peut répondre positivement si on considère la vie ou l’espèce dans son ensemble. En effet, depuis son apparition, la vie n’a jamais disparu. Malgré de multiples extinctions, des espèces ont toujours trouvé le moyen de s’adapter pour survivre.
Par analogie, les machines créées par l’homme semblent parfaites car créées de manière exacte pour un problème particulier. Toutefois, l’adaptation n’y est pas, et une machine n’est pas capable d’effectuer plus au moins une autre tâche que celle pour laquelle elle a été programmée. N’est-ce donc pas l’adaptation qui fait le succès du vivant ? Et n’est-ce donc pas cela qui manque aux systèmes logiciels ? De plus, outre ces deux niveaux d’adaptation, à l’échelle de l’individu pour l’apprentissage, et de l’espèce pour l’évolution, l’autoréparation est un autre grand atout du vivant. Alors qu’en général, une petite erreur met à mal l’entièreté d’un système artificiel, les êtres vivants sont capables de les gérer, en cicatrisant ou en adaptant l’utilisation d’autres parties du corps [Tho 05].
Un être vivant c’est quoi ?
Un être vivant est un organisme animé qui présente une forme bien définie, qui respire, s’alimente, se développe et se reproduit. Nous entendons par système biologique, un organisme isolé aussi bien qu’un ensemble composé de plusieurs organismes vivants, semblables ou différents. L’étude des systèmes biologiques est une tâche difficile, car un être vivant, pris isolément, présente déjà une grande complexité. En effet, dans sa forme la plus élaborée, l’organisme vivant est composé d’organes liés et ordonnés de façon à assurer sa survie et sa reproduction. Plusieurs êtres vivants peuvent s’assembler dans un système où règnent un ordre et des interactions complexes. Dans la nature, tout système est sujet à l’évolution. Il existe plusieurs définitions de l’évolution biologique. Bien qu’elle désigne un nombre important de concepts, les définitions existantes vont dans le même sens : c’est-à dire le changement à long terme des espèces. Dans l’encyclopédie Universalis, l’évolution est définie par : Le processus par lequel, au cours des âges, se succèdent et s’engendrent, tout en variant, les espèces végétales et animales. Dans [Rid 96], on trouve la définition suivante : « Evolution signifie changement dans la structure et le comportement des organismes, au fil des générations. Les aspects divers des organismes actuels, à tous les niveaux depuis la séquence de leur ADN jusqu’à leurs structures macroscopiques ou jusqu’à leur comportements sociaux, sont issus de la modification de ceux de leurs ancêtres ». Ces définitions excluent le changement qui touche un seul organisme appelé développement. Dans [Rid 96], Ridley enchaîne à sa définition : « Il ne faudrait cependant pas inclure dans la notion d’évolution tout changement, quel qu’il soit, d’un être vivant. Au sens strict du mot, on ne considère pas comme évolutives les modifications que subit un organisme au cours de son développement ».
L’évolution se distingue du développement par le fait que ce dernier concerne un organisme alors que l’évolution concerne les générations des espèces sur une échelle temporelle plus importante. Dès sa naissance, et même avant, un organisme se caractérise par un ensemble de propriétés que l’être humain peut percevoir par ses organes sensoriels ou par ses capacités d’analyse et de déduction. Cet ensemble de propriétés, appelé phénotype, renferme aussi bien des propriétés physiques que comportementales. Par exemple, une plante peut être caractérisée par sa taille, sa morphologie, sa saison de floraison, son mécanisme de reproduction. De même, un animal peut inclure dans son phénotype des propriétés telles que la couleur, le poids, la possession des ailes, la stratégie de défense contre les prédateurs, etc.
Constitution d’un organisme : génotype et phénotype
Les propriétés qui forment un phénotype d’une entité peuvent être réparties en deux sous ensembles. Le premier, appelé péristase, est constitué des propriétés que l’entité acquiert après sa naissance par interaction avec le milieu où elle vit. Ce sont principalement des propriétés comportementales. Le deuxième sous-ensemble, appelé génotype est formé des propriétés directement transmissibles des ascendants aux descendants. Le génotype d’une entité comprend toutes les propriétés développées indépendamment du milieu d’existence de celleci. Ces propriétés sont parfois qualifiées de propriétés innées. Dans la réalité, il est difficile de dissocier la péristase et le génotype, car l’entité développe toujours son génotype en interaction avec un milieu donné. De même, la péristase se développe dans les limites fixées par le génotype [Mes 06]. Le génotype est développé par l’entité à partir d’un ensemble de gènes, appelé génome, et est supporté par le génome et les propriétés physiques des organes qu’il engendre. La péristase, étant composée de propriétés comportementales acquises en interaction avec le milieu, suite à des multitudes d’expériences, est supportée par des organes ayant une capacité de mémorisation d’apprentissage et/ou de raisonnement logique. Par exemple, pour un être humain, la manière de produire une protéine (codée dans le génome) ou l’intervalle angulaire maximal de rotation du poignet (propriété physique d’organe) font partie du génotype alors que les manières de parler, de marcher ou de réagir à une offense sont supportées principalement par le système nerveux et font partie de la péristase [Mes 06].
Le processus de développement
Les organismes multicellulaires ne se créent pas complètement formés. En effet, ils sont le fruit d’un processus qui opère des changements progressifs sur un intervalle de temps relativement long. Ce processus est qualifié de processus de développement [Gil 03]. A l’origine de son existence, un organisme se compose d’une cellule unique sur laquelle s’opèrent des divisions répétées, appelées mitoses, qui dupliquent la cellule originale en plusieurs. Les mitoses successives conduisent à la création de toutes les cellules d’un organisme multicellulaire. Durant la phase allant de la première cellule à la naissance, l’organisme est appelé embryon. La phase embryonnaire représente la phase la plus importante et la plus spectaculaire d’un organisme car elle fait passer celui-ci d’une phase de quasi-inexistence à une phase où l’organisme exhibe un phénotype complexe. Dans la plupart des organismes, il n’y a pas d’arrêt de développement après la naissance ni même à l’âge adulte [Gil 03]. Le développement qui suit la naissance est, dans la plupart des cas, relativement moins spectaculaire et se base sur les mêmes principes que le développement durant la phase embryonnaire. Cependant, il convient de souligner que chez certains organismes vivants tels que l’homme, en plus du développement morphologique, structurel, physiologique etc., un développement comportemental et psychologique important prend le relais.Ce qui précède explique pourquoi la biologie du développement s’intéresse principalement à l’embryologie [Gil 03].
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Table des matières
Chapitre 1 Introduction générale
1. Contexte de recherche
2. Problématique
3. Motivations
4. Objectifs
5. Description du contenu
6. Références
Chapitre 2 Les systèmes Bio-inspirés : Du Biologique à l’Artificiel
1. Introduction
2. Un être vivant c’est quoi ?
3. Constitution d’un organisme : génotype et phénotype
3.1. Le processus de développement
3.2. Le processus de l’évolution génétique
3.3. Le processus de l’évolution adaptative
4. La génétique dans le développement et l’évolution
5. Systèmes apprenants biologiques
5.1. Le système nerveux
5.2. Le système immunitaire
5.3. Le système endocrinien
6. La vie selon les trois axes
6.1. Ontogenèse
6.2. Phylogenèse
6.3. Epigenèse
7. Conclusion
8. Références
Chapitre 3 Les Grandes Familles Des Systèmes Bio-Inspirés
1. Introduction
2. Les systèmes cellulaires
2.1. Le Jeu de la vie
2.2. Les composants de base
2.3. Les automates cellulaires
3. Les systèmes évolutifs
3.1. Caractéristiques des systèmes évolutifs
3.2. Les types d’algorithmes évolutifs
4. Le connexionnisme
4.1. Du Neurone Biologique au Neurone Formel
4.2. Réseau de neurones artificiels
4.3. Classification des approches connexionnistes
4.4. Réseaux de neurones usuels
5. Les systèmes immunitaires
5.1. Le Système Immunitaire Biologique
5.2. Le Système Immunitaire Artificiel
6. Conclusion
7. Références
Chapitre 4 Le Formalisme de Représentation Par Les Modèles
1. Introduction
2. Les modèles
3. Architecture basée modèles
4. Architecture et processus de MDA
4.1. Les standards de l’OMG
Figure 4.5. XMI et la structuration de balises XML
4.2. Processus MDA
5. Transformation de modèles
6. Classification des approches de transformation
6.1. Transformations de type modèle vers modèle
6.2. Transformations de type modèle vers code
6.3. Plan de classification pour les problèmes de transformation de modèles
7. Spécification des règles de transformation
7.1. Approche par programmation
7.2. Approche par template
7.3. Approche par modélisation
8. Outils et Langages de transformation de modèles
9. Avantages de l’approche MDA
10. Conclusion
11. Références
Chapitre 5 Vers une Classification des Systèmes Bio-Inspires Basée sur le Formalisme MDA
1. Introduction
2. Problématique
2.1. L’approche POE
2.2. Critiques et discution
3. Motivation et objectifs De Travail
3.1. Caractériser et comparer les approches
3.2. Rechercher les concepts communs et unificateurs
3.3. Faciliter l’étude des systèmes bio-inspirés
3.4. Trouver des directions d’inspiration prometteuses
3.5. Unifier la terminologie des systèmes bio-inspirés
3.6. Aider à la détermination des caractéristiques d’un système en cours de développement
4. Principe et concepts de notre approche
4.1. Description de l’aspect comportemental d’un système bio-inspirés
4.2. Description de la structure d’un système bio-inspiré
4.3. Relation entre processus biologiques
4.4. Les patterns de transformation
5. Conclusion
6. Références
Chapitre 6 Exemple de Caractérisation de Systèmes Bio-Inspirés
1. Introduction
2. Caractérisation des approches bio-inspires
2.1. Les Approches évolutives
2.2. Les Approches immunitaires
2.3. Les Approches Connexionnistes
2.4. Les approches bio-inspirés hybrides
3. Discussion
4. Description de notre simulateur
5. Conclusion
6. Références
Conclusion
