Activités Scientifiques

Mes thématiques de recherche concernent la simulation numérique appliquée à la résolution de problèmes complexes de très grandes tailles pour des applications pluridisciplinaires. Les problèmes abordés relèvent des mathématiques, de la physique, de la bio-informatique, de la mécanique, du génie des procédés, de l’économie et de l’algorithmique du texte.

Mes contributions se situent d’une part vers l’implémentation de méthodes calculs parallèles synchrones et asynchrones en particulier sur les tests d’arrêt des itérations dans un cadre de calculs asynchrones et d’autre part sur les enseignements que l’on peut tirer du comportement des expérimentations en liaison avec l’architecture des machines utilisées et la rapidité du réseau d’inter-connections.

L’utilisation de ces méthodes est intéressante pour la simulation numérique d’applications industrielles et les applications traitées ont concerné :

- de nouveaux problèmes aux dérivées partielles fortement non-linéaire par la méthode de de multi-domaines - voir Publications [J7] et [J8],

- des problèmes couplés en biologie concernant la séparation de protéines par électrophorèse (le modèle est représenté par l’équation de Navier-Stokes couplée à une équation de convection-diffusion et à une équation de diffusion) - voir Publications [J2],

- des problèmes formulés sous forme complémentaire appliqué à l'équation d’Hamilton-Jacobi-Bellman intervenant par exemple en traitement d’images ou à des problèmes avec contraintes - voir Publications [J3],

- des problèmes d’interaction fluide-structure modélisé par l’équation de Navier-Stokes couplée à l’équation de Navier -voir Publications [J3],

- un problème de mécanique de fluide - voir Publications [J4],

- un problème de convection-diffusion appliqué au débruitage et à la segmentation d’images dynamiques TEP – voir Publications [C15],

- un problème de solidification de l’acier modélisé par une équation de la chaleur prenant en compte des phénomènes de rayonnement à la frontière - voir Publications [J6],

- un problème intervenant en mathématiques financières modélisé par l’équation de Black Scholes - voir Publications [C11],

- un problème de détection de répétition intervenant dans l’algorithmique du texte, en biologie moléculaire (séquences ADN) et en compression de données – voir Publications [J1].

A partir des modélisations effectuées par les experts du domaine, j’ai contribué à l’implémentation d’algorithmes parallèles ou distribués, asynchrones ou synchrones permettant la résolution des problèmes citées précédemment et réaliser ainsi des simulations en faisant appel au calcul haute-performance sur des architectures dédiées (HPC, grille, cluster, simulateur peer to peer). Les analyses des expérimentations ont permis de montrer un gain de temps d’exécution non négligeable pour les méthodes asynchrones par rapport à celles synchrones dans le cas de machines éloignées géographiquement.

De plus, du fait de la particularité pluridisciplinaire de cette thématique de recherche, mes travaux peuvent s'intégrer dans de nombreux autres domaines pluridisciplinaires et thèmes scientifiques, pour lesquels des compétences, en calcul intensif, parallèle ou en architectures distribuées seraient nécessaires.

Développement et simulation sur grilles d’algorithmes parallèles à partir d’une modélisation mathématique d’un problème de Recherche Opérationnelle concernant les réseaux de serveurs téléphoniques en partenariat avec INP | IRIT-ENSEEIHT – Pierre Spitéri et l’Université Badji Mokhtar d’Annaba dans le cadre du co-encadrement du post-doctorat de Nesrine Zidani Maître de Conférences.

Résolution parallèle asynchrone de nouveaux problèmes aux dérivées partielles fortement non-linéaire par la méthode de multisplitting en partenariat avec INP | IRIT-ENSEEIHT – Pierre Spitéri et UTBM Belfort | FEMTO-ST – Raphaël Couturier et Lilia Ziane Khodja.

En partenariat avec avec INP | IRIT-ENSEEIHT – Pierre Spitéri et l’Université Badji Mokhtar Annaba | LaPS – Hacene Boutabia, résolution de problèmes de mathématiques financières, correspondant à une collaboration entre probabiliste et numériciens ; on prend en compte des modèle où la volatilité est stochastique, en couplant le modèle de Cox Ingersoll Ross à celui d’Ornstein Uhlenbeck ce qui conduit à résoudre des systèmes algébriques de grandes tailles par des méthodes itératives parallèles asynchrones ;

En partenariat avec avec INP | IRIT-ENSEEIHT – Pierre Spitéri et l’Université Badji Mokhtar Annaba – Abdelhamid Laouar et Skikda University | LAMAHIS – Amel Hannache, résolution d’équations aux dérivées partielles soumis à des contraintes modélisant des problèmes de plaques ;

En partenariat avec avec INP | IRIT-ENSEEIHT – Pierre Spitéri et l’Université F. Rabelais Tours | INSERM – Clovis Tauber, résolution parallèle de problèmes de filtrage et de segmentation d’images TEP ;

Les applications précédentes peuvent être implémentées sur cluster, grilles de calcul, GPU et cloud.

2009–2011 Le projet CIP Calcul Intensif Pair à pair – http://www.laas.fr/CIS-CIP/, initié au sein de l’Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (IRIT) à l’École Nationale Supérieure d’Électrotechnique, d’Électronique, d’Hydraulique d’Informatique et des Télécommunications (ENSEEIHT) – Institut National de Polytechnique (INP) (équipe TCI – Traitement et Compréhension d’Images) (Pierre Spiteri – pierre.spiteri@enseeiht.fr), avait pour objectif de proposer des outils et des environnements pour la mise en œuvre de calculs intensifs sur un simulateur d’architecture de réseaux pair à pair. Il a permis de développer un environnement pour la mise en œuvre de calculs intensifs sur une simulation d’architecture pair à pair totalement décentralisée, qui est conçu pour les grandes applications de simulation numérique et d’optimisation présentant un parallélisme de tâche et nécessitant des communications fréquentes entre les machines. On s’est intéressé essentiellement à la résolution de problèmes au moyen de méthodes itératives parallèles ou distribuées. Afin de faciliter la programmation et d’optimiser les performances, l’environnement repose sur un jeu d’opérations de communications réduit ; par ailleurs le programmeur n’a pas à spécifier le mode de communication, ce dernier est fixé par le protocole de manière auto adaptative et dynamique en fonction d’éléments de contexte de la couche réseau et d’indications sur le schéma itératif de calcul préféré du programmeur relevant de la couche application. Des démonstrateurs ont été réalisés pour la recherche opérationnelle et la simulation numérique. Les partenaires du projet étaient le LAAS-CNRS (Toulouse), le LIFC (Montbéliard), le MIS ex LaRIA (Amiens), et EuroMedTextile (association d’industriels).

2008-2009 Le projet Istar : http://www.i-star.fr (2007-2010), initié au sein du Laboratoire d’Informatique Interactive à l’École Nationale de l’Aviation Civile (Stéphane Chatty – stephane.chatty@enac.fr), visait à développer et à évaluer une solution pour l’interopérabilité des interfaces graphiques, sur la base d’un « moteur d’exécution » (machine virtuelle) exécutant des programmes décrits selon un modèle sémantique dédié aux composants interactifs. Le modèle sémantique a été conçu sur la base d’un modèle qui organise une application interactive en un arbre de composants dont les feuilles sont des objets graphiques, des comportements, des actions, ou des algorithmes. Les partenaires du projet étaient le LRI (Orsay), IntuiLab (PME-Toulouse) et Anyware Technology (PME-Toulouse).

• Durant mon doctorat, j’ai travaillé sur des problèmes d’algorithmique du texte comme le problème de recherche de la plus longue sous-suite croissante, de la plus longue sous-suite commune à deux mots, du plus long suffixe répété en chaque caractère d’un mot et de répétitions. En utilisant des algorithmes parallèles sur un modèle à grains fins (le modèle systolique), le but était de créer une passerelle entre ce modèle et un modèle à gros grains (le modèle CGM – Coarse Grained Multicomputers) afin de pouvoir utiliser des clusters d’ordinateurs. Un algorithme développé pour le modèle CGM est constitué de calculs locaux utilisant des algorithmes séquentiels optimaux et de rondes de communication dont le nombre doit être indépendant de la taille des données à traiter. Ce modèle est indépendant des architectures réelles et permet de réutiliser des algorithmes séquentiels efficaces. De plus, la charge de travail n’étant pas la même sur chaque processeur lors du traitement des solutions, il a été proposé une solution d’équilibrage de charges. Enfin, une extrapolation des résultats de nos travaux a été proposée afin de prédire quelles sont les adaptations envisageables des architectures systoliques au modèle CGM.

  Durant mon DEA, j’ai travaillé sur un micro-noyau embarqué, temps-réel et distribué. Mon travail a consisté en la gestion des communications entre des capteurs (considérés comme des objets intelligents communicants) modélisés par des processus tolérant aux fautes.

Encadrement

• En prévision (2018 – 2020) : Co-encadrement d’une thèse (Université Badji Mokhtar Annaba - Elaid Derbelou) et du post-doc d’ Université Badji Mokhtar Annaba - Amel Hannache ;

• 2010-2017 Co-encadrement de deux post-doctorats (Skikda University | LAMAHIS - Ghania Khenniche, Université Badji Mokhtar Annaba – Nesrine Zidani) ;

• 2015-2017 Co-encadrement du doctorat de  :

Vincent Partimbene avec l’ENSEEIHT-IRIT en partenariat avec l’Entreprise SEGULA Technologies (CIFRE)

Ghania Khenniche avec l’Université Badji Mokhtar Annaba

• Depuis 2005, encadrements d’élèves ingénieurs ou de masters en stage ou en apprentissage en entreprise ;

• 2013 Encadrements d’élèves ingénieurs sur un projet d’analyse du mouvement 3D en collaboration avec la Fondation Garches et l’APHP (Assistance Publique des Hôpitaux de Paris) – CHU Raymond Poincare.

Gestion de projets

• Participation à des groupes de travail avec les partenaires académiques et industriels (LAAS-Laboratoire(31), MIS-Laboratoire(80), EuroMed-PME(80), LIFC-Laboratoire(25)) en relation avec le projet CIP. (2010-2011) ;

• Participation à des groupes de travail avec les partenaires académiques et industriels (LRI-Laboratoire(91), IntuiLab-PME(31), Anyware Technologies-PME(31)) du projet Istar. (2008-2009) ;

• Participation à des réunions techniques et administratives avec les partenaires académiques, industriels (Aerospace Valley (31 et 33), Stantum-PME (33), Thales Avionics (33), IntuiLab-PME (31)) et financiers (Régions Aquitaine et Midi-Pyrénées) du projet Share-It.

Comité de programme

Membre du comité de programme de la conférence « IEEE International Workshop on Parallel and Distributed Scientific and Engineering Computing (PDSEC) »

Membre du comité de programme de la conférence « International Conference on Pattern Recognition Systems (ICPRS) »

Membre du comité de programme et/ou d'organisation de journées de la Société Informatique de France (SIF)

Reviewer

Reviewer pour le Journal of Parallel and Distributed Computing, Journal of Computational Science, PDSEC

Animation d’ateliers

2018 Observatoire Midi-Pyrénées : membre invité pour animer des formations dans le cadre des journées HPCpourTous

2017 CNRS : membre invité pour animer des ateliers et un groupe de travail lors de la 4ème édition des Journées nationales du DEVeloppement logiciel http://devlog.cnrs.fr/jdev2017/t8

Responsabilités et activités au sein de sociétés savantes et associations professionnelles

Depuis 2014, Membre du Bureau (Responsable des moyens informatiques) et du Conseil d’Administration de la Société Informatique de France (SIF)

Depuis 2016, Membre du Bureau (Webmaster) et du Conseil d’Administration de SPECIF-CAMPUS

2014-2019 Responsable éditorial de la rubrique « Du côté de l’entreprise » du bulletin 1024 de la SIF