Thesis-Ouannes

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Mohamed Khider
Biskra-Algérie
Faculté des Sciences Exactes et des
Sciences de la Nature et de la Vie
Université de Toulouse
Ecole doctorale : Mathématiques-
Informatique-Telécommunications
de Toulouse (MITT)
Thèse en Co-tutelle
présentée pour l’obtention du diplôme de
Docteur en sciences
spécialité
Informatique
Evolution et adaptation de
comportements de créatures artificielles
dans un écosystème simulé
Présentée par : Nesrine OUANNES
Jury :
Pr NourEddine DJEDI Université de Biskra, Algerie Directeur Algérien
Pr. Yves DUTHEN Université de Toulouse 1, France Directeur Français
Pr. Hervé LUGA Université de Toulouse 1, France Co-Encadremen
Pr Mouloud KOUDIL Ecole Supérieur d’Informatique, Alger Président
Pr Samy AIT-AOUDIA Ecole Supérieur d’Informatique, Alger Examinateur
Pr Kadi BOUATOUCH Université de Rennes 1, FRANCE. Examinateur
Pr Salima HASSASS Université de Lyon 1, FRANCE. Examinateur
Année Universitaire 2014/2015

Dédicace
À mes cher parents,
Et mes soeurs.

Remerciements
Je tiens premièrement à prosterner remerciant Allah le tout puissant de m’avoir donné
le courage et la patience pour terminer ce travail.
Je remercie ensuite mon encadreur monsieur le Professeur NourEddine Djedi, de
m’avoir fait l’honneur de diriger ce travail, de ses précieux conseils, de sa disponibilité,
de sa confiance scientifique en moi, de ses discussions très riches qui m’ont fait beaucoup
apprendre dans la recherche scientifique, et surtout pour ses corrections détaillés.
Mes remerciement vont également à mon encadreur français monsieur le Professeur
Yves Duthen de l’université de Toulouse 1, d’abord pour m’avoir accueilli chaleureusement
dans son équipe de recherche pendant plus de sept années, de m’avoir toujours encouragé
et aidé tout au long de ses années de collaboration.
Je remercie également, mon co-encadreur français monsieur le Professeur Hervé Luga
du laboratoire IRIT de Toulouse, pour ses réponses les bien choisis, et de m’avoir toujours
bien compris et aidé.
Je voudrais tout particulièrement remercier mon collègue Dr. Abdelhamid Djeffal, de
son soutien et encouragement et de sa grande aide dans la rédaction de ma thèse.
Un spécial remerciement est destinée au Dr. Nicolas Chaumont de Stanford University
aux états unis, cette personne que j’ai jamais rencontré mais qui m’était très utiles dans
l’aspect recherche culture et langue, et qui est très généreux scientifiquement et amicale-
ment.
Mes remerciements vont également aux membres de jury : Pr Mouloud Koudil, Pr
Samy Ait-Aoudia, Pr Kadi Bouatouch, et Pr Salilma Hassas pour m’avoir honoré par leur
évaluation de ce travail.
Un grand merci va également à l’ensemble des membres du laboratoire LESIA avec
qui je partage bien plus qu’un lieu de travail.
Je désire aussi remercier tous mes amis qui ont du me supporter.

Résumé
De par son enjeu écologique important, l’étude des relations des êtres vivants entre
eux et avec leur environnement est un défi majeur de la biologie. Le travail de cette thèse
s’inscrit dans le cadre de la vie artificielle, domaine scientifique destiné à l’étude du vi-
vant par la création de phénomènes naturels dans des systèmes de synthèse. Le but de la
recherche consiste à exploiter la force des techniques évolutionnaires pour faire émerger
des comportements de créatures artificielles, dans un écosystème simulé. La probléma-
tique générale de cette thèse est de faire évoluer des créatures artificielles capables de
comportements de recherche de nourriture. Deux modèles ont été développés. Le premier
modèle consiste à exploiter la chimiotaxie bactérienne afin de surmonter les problèmes
de détection des ressources (ou de l’environnement). La voie chimiotactique d’une cel-
lule est modulée par une approche hybride qui utilise un modèle algébrique de l’activité
des groupes récepteurs, et des équations différentielles pour la dynamique d’adaptation,
ainsi qu ?un modèle métabolique qui convertit des nutriments en biomasse. Dans la partie
résultats, nous avons développé une certaine analyse du mouvement obtenu à partir de
certaines bactéries et leur influence sur le comportement de la population évoluée. Nous
avons pu constater que le processus évolutif améliore la capacité des bactéries à réagir
dans leur environnement ainsi que leurs capacités de croissance leur permettant de mieux
survivre. Ensuite, nous avons étudié l’effet de la communication bactérienne qui permet
de faire émerger de nouvelles espèces, et qui explore la dynamique des colonies. Certains
des comportements obtenus ont été testés dans des environnements différents afin de mon-
trer la façon dont la communication bactérienne peut affecter leurs comportements. Le
deuxième modèle est celui du développement de créatures 3D physiquement simulées (les
herbivores) qui se nourrissent des ressources disponibles dans leur milieu. Un algorithme
génétique couplé à un réseau de neurones artificiel ont été mis en ?uvre afin de garantir
l’émergence de certains de ces comportements tels que la recherche de nutriments qui sont
disposés à différents endroits dans l’écosystème artificiel. Le processus évolutif utilise les
propriétés physiques des créatures virtuelles et une fonction multi-objective externe qui
mèneront aux comportements espérés. L’expérience consistant à faire évoluer des créa-
tures virtuelles possédant des capacités de locomotion montre que ces créatures virtuelles
tentent d’obtenir au moins une des sources alimentaires disposées sur leurs trajectoires.
Nos meilleures créatures sont capables d’atteindre plusieurs sources alimentaires durant
le temps imparti à la simulation.
Les mots clés : La vie artificielle, Créature artificielle, Chimiotaxie bactérienne,
Ecosystème virtuel, fouragement.

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