Construction, visualisation et analyse de réseaux modélisant des systèmes réels

Recrute maitre de conferences en septembre 2008, je suis membre de l’equipe BKB (Bench to Knowledge and Beyond) du Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI) et responsable du theme « Model Analysis to Knowledge ». Le nom du theme resume parfaitement la thematique generale de mes travaux qui se situent dans ce que l’on appelle dorenavant la « science des donnees ». Cette science, en plein essor, consiste a utiliser de facon combinee et complementaire des outils mathematiques, statistiques, de l’informatique et de la visualisation d’informations pour permettre a un expert d’un domaine d’application d’analyser ses donnees complexes et heterogenes mais pas forcement volumineuses (les donnees tiennent en memoire centrale d’un ordinateur moderne). L’objectif principal est d’ameliorer sa comprehension des donnees et de leurs relations et ainsi potentiellement extraire des nouvelles connaissances interessantes. Dans ce contexte mes travaux se focalisent globalement sur la modelisation, construction, stockage, visualisation et analyse de divers types de reseaux construits a l’aide de donnees fournies, le plus souvent, par des experts de ces donnees. Dans ce manuscrit, je presente des collaborations avec des geographes, juristes, bioinformaticiens, historiens, et pour finir avec des experts en sciences forensiques ou criminelles. Dans mon cas, un reseau est defini informellement comme un ensemble d’elements lies entre eux ou en interactions. Mathematiquement parlant, un reseau est modelise par un graphe qu’il faut construire, manipuler et visualiser. Depuis que je suis au LaBRI, la majeure partie de mes travaux est consacree a une mise en œuvre particuliere du processus decrit precedemment : le developpement d’une methodologie basee sur la programmation a base de regles, aussi appelee reecriture de graphes, et de son implementation dans une plateforme visuelle et interactive baptisee Porgy. L’objectif est de construire un modele d’un systeme complexe, d’effectuer des simulations variees et d’analyser les resultats obtenus le tout en utilisant la visualisation et en interaction permanente avec l’expert des donnees. J’ai aussi notamment contribue a des travaux sur la visualisation de graphes ou l’evaluation quantitative et qualitative de methodes de visualisation. La construction et/ou la manipulation et/ou la visualisation d’un reseau sont toujours presentes dans mes travaux et mes publications portent sur tout ou partie de ce processus. Je retiens particulierement 7 articles dans des journaux internationaux, 6 articles dans des conferences internationales, 3 chapitres de livres internationaux, 3 publications a portee nationale (dont un prix du meilleur article academique en 2015). Ces contributions ont ete pour la plupart rendues possible par la coordination de deux projets ANR (jeunes chercheurs et international avec le Luxembourg) et deux co-directions de these (la premiere soutenue en decembre 2017 et l’autre debutee en avril 2016). Ces travaux possedent, bien sur, une part importante de developpement logiciels. Les travaux sur Porgy sont lies a des collaborations nationales et internationales initiees rapidement apres ma nomination MCF en 2008. Dans ce manuscrit, apres une introduction qui detaille le positionnement scientifique et le contexte de l’ensemble de mes travaux et leurs contributions, je presente dans deux chapitres la plateforme Porgy et sa methodologie de programmation a base de regles. Le premier porte sur la conception et le developpement de l’ensemble de la methodologie et de l’outil Porgy pour en faire une plateforme generique, c’est-a-dire non dediee a un type de donnee particuliere. Le deuxieme chapitre presente differentes applications de Porgy afin de montrer que la plateforme et sa methodologie associee possedent bien les proprietes annoncees comme la genericite, la souplesse (applications sur des donnees bioinformatique ou bien des reseaux sociaux) et couvre l’ensemble des etapes d’un processus de science des donnees : modelisation, simulation et analyse. Plus recemment, je participe a des projets en collaboration avec des experts de sciences humaines et sociales (geographie, histoire contemporaine, reseaux criminels, humanites numeriques). Mon objectif premier reste sensiblement le meme que pour les travaux sur Porgy : a partir de donnees complexes et heterogenes fournies par les experts, il s’agit de (re)construire et analyser visuellement et interactivement des reseaux pour aider l’expert dans sa comprehension des donnees. Je presente dans un dernier chapitre des lecons tirees de ces projets notamment la difficulte de trouver un modele generique de reseau suffisamment souple pour s’adapter a tous les types d’application et d’interactions. En particulier, un systeme complexe reel ne se modelise pas seulement avec un seul reseau mais plutot un ensemble de reseaux lies entre eux. Une reponse semble etre l’utilisation d’un modele recemment publie (2014) baptise les reseaux multicouches. Ce modele permet de vraiment prendre en compte l’ensemble de la complexite du systeme a modeliser tout en restant facilement comprehensible et manipulable par les experts des donnees. La notion de couches amene des questions nouvelles puisque celles-ci deviennent un artefact mobilisable par l’analyse et la visualisation. Ces techniques d’analyse et de visualisation doivent donc evoluer pour etre adaptees aux reseaux multicouches. Ce manuscrit termine ainsi par differentes perspectives de recherche autour des reseaux multicouches et de la confiance, si difficile a obtenir, des experts dans la visualisation.