Les organisations

La distinction entre un syst`eme et son environnement est un choix arbitraire et subjectif de la part du mod´elisateur. Pour rendre un syst`eme complexe intelligible, le mod´elisateur devra d´efinir et concevoir le syst`eme global comme un ensemble de syst`emes en interaction. ´

Etant donn´e que notre mod`ele utilise une structure globale repr´esentant l’´etat du monde, la d´ecomposition du syst`eme global passe par la d´efinition de plusieurs organisations portant sur des ´el´ements de la structure. Le syst`eme global est alors interpr´et´e comme un agencement d’organisations qui font ´evoluer l’´etat du syst`eme.

La r´eification des interactions facilite la mise en œuvre d’une mod´elisation du vivant par syst`emes autonomes en couplage structurel, ainsi que le propose Varela dans l’ouvrage11

(( autonomie et connaissance )) [Varela, 1989a]. En effet, un syst`eme est un ensemble de consti-tuants et d’interactions associ´es `a une organisation. Lorsque deux syst`emes ont certains ´el´ements de structure en commun, c’est-`a-dire que les deux organisations agissent sur des mˆemes constituants, on dit qu’ils sont en couplage structurel (voir figure 4.11). Ils per¸coivent chacun l’influence de l’autre syst`eme comme une perturbation sur leur propre structure, sans se connaˆıtre l’un l’autre. La r´eification des interactions nous ayant pouss´es `a consid´erer la structure isol´ement comme une somme d’objets passifs repr´esentant simplement des ´etats, le couplage structurel entre les organisations s’obtient imm´ediatement. De plus, les interactions ´etait d´ej`a elles-mˆemes en couplage structurel les unes avec les autres par l’interm´ediaire des constituants. Rappelons que le singleton Structure nous fait penser au tableau noir d’une architecture en blackboard (voir section 2.4.5).

De plus, la d´elimitation de la structure d’une organisation (ou d’un syst`eme) est choisie arbitrairement et subjectivement par le mod´elisateur. Suivant l’´evolution du syst`eme, elle peut ˆetre amen´ee `a changer. Par exemple si un nouveau constituant apparaˆıt dans l’uni-vers virtuel et que ce constituant poss`ede les caract´eristiques pour ˆetre ins´er´e dans la struc-ture de l’organisation12, un m´ecanisme doit ˆetre pr´esent pour mettre `a jour la topologie de l’organisation. Compte tenu de notre principe d’autonomie, nous avons d´ecid´e que ce m´ecanisme devait se trouver dans la classe Organisation. Ce m´ecanisme ´etant li´e `a une d´ecision subjective du mod´elisateur, il est impossible de le d´efinir `a coup sˆur de mani`ere 10Notons que dans l’ensemble des applications r´ealis´ees `a ce jour, nous avons toujours r´eussi `a nous passer de la solution de l’attente active.

11Ce livre est d’ailleurs une des sources d’inspiration principale du mod`ele g´en´erique que nous proposons dans cette th`ese. Les travaux expos´es dans ce livre pr´ec`edent ´egalement l’´etablissement par le mˆeme auteur du mod`ele de l’´enaction pr´esent´e dans l’´etat de l’art.

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Par exemple, si nous avons une organisation (( cellule )) et une organisation (( milieu )). Lors de l’exocytose, des constituants (( prot´eine )) passeront de l’organisation (( cellule )) `a l’organisation (( milieu )).

Organisations multi-niveaux 00000000000000000000000 00000000000000000000000 00000000000000000000000 00000000000000000000000 00000000000000000000000 00000000000000000000000 00000000000000000000000 00000000000000000000000 11111111111111111111111 11111111111111111111111 11111111111111111111111 11111111111111111111111 11111111111111111111111 11111111111111111111111 11111111111111111111111 11111111111111111111111 C1 C2 C3 C4 C5 C6

Constituant _{Interaction Organisation}

Oragnisation B

Organisation A

Fig. 4.11: La figure nous montre deux organisations A et B en couplage structurel. L’organisation A a pour structure l’ensemble des constituants {C1, C2, C3, C4} et l’organisation B {C3, C4, C5, C6}. L’ensemble {C3, C4} repr´esente la zone de couplage structurel entre A et B. Les deux syst`emes correspondant aux deux organisations s’influenceront mutuellement en modifiant l’´etat de C3 et C4.

g´en´erique. Cependant, nous pouvons le circonscrire en choisissant d’impliquer seulement les classes Organisation et Structure. Ainsi, le choix se trouve ˆetre de mˆeme nature que ce-lui ´evoqu´e pour les ph´enom`enes. Une gestion de la topologie par attente active est `a ´eviter, alors qu’un syst`eme plus passif, ´ev´enementiel est plus efficace. Pour se faire, l’organisation peut s’inscrire aupr`es du singleton Structure et demander `a recevoir un ´ev´enement `a chaque cr´eation d’un constituant d’un certain type. L’exp´erience de mod´elisation que nous avons eue jusqu’`a aujourd’hui, montre qu’en g´en´eral assez peu d’organisations ont une topologie variable et que lorsque cela arrive, le m´ecanisme ´ev´enementiel13 suffit.

Le rˆole op´erationnel des interactions (modification de l’´etat du monde), des ph´enom`enes (cr´eation des interactions) et de l’organisation (gestion de la topologie) permettent de do-ter le syst`eme particulier associ´e `a chaque organisation des moyens et des conditions de la g´en´eration et de la r´ealisation de ses propres processus. Ainsi nous manipulons des syst`emes op´erationnellement clos. Pour Varela, cette clˆoture op´erationnelle et la construction par cou-plage structurel impliquent que les syst`emes manipul´es sont des syst`emes autonomes.

Finalement cette approche permet l’´etablissement d’un mod`ele par la juxtaposition de syst`emes autonomes. Constatons au passage que nous n’avons pas r´eifi´e le concept de syst`eme dans notre architecture informatique. En effet l’objet Organisation suffit `a manipuler les syst`emes dans la mesure o`u la seule diff´erence entre un syst`eme et une organisation (au sens o`u nous la d´efinissons) est le lien avec les constituants : l’organisation est associ´ee aux constituants ; le syst`eme est compos´e des constituants. Une classe Syst`eme n’aurait rien apport´e de plus au mod`ele. Pour enrichir les possibilit´es de mod´elisation du mod`ele g´en´erique, nous avons permis une composition hi´erarchique des organisations (donc des syst`emes). Ainsi, en plus d’ˆetre compos´e d’objet Interaction et Ph´enom`ene, l’objet Organisation peut se

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La biblioth`eque AR´eVi fournit un m´ecanisme d’envoi d’´ev´enements. Un syst`eme d’abonnement permet `a un objet d’ˆetre averti `a chaque occurrence de l’´ev´enement pour lequel il est abonn´e.

ObjetActif Interaction Univers Virtuel * * Structure Constituant * * Organisation * * 1 Phenomene * * ¹ <<constraint>> self.o1 = self.p1.o2 {subset} * <<cree>> p1 o1 o2 o3 cs <<constraint>> self.cs in self.o2.cs *

Fig. 4.12:Le diagramme UML montre le lien de composition entre la classe Organisation et elle-mˆeme.

composer d’autres objets Organisation (voir figure C.1).

La r`egle que nous nous sommes fix´es par d´efaut est que la structure d’une organisation m`ere est compos´ee de ses propres ´el´ements de structure ainsi que des ´el´ements de struc-ture des organisations filles. De cette mani`ere, les ph´enom`enes d´efinis au niveau de la classe m`ere s’appliquent sur les structures des classes filles. Il devient ainsi possible d’organiser un syst`eme global selon plusieurs niveaux se composant les uns les autres : l’organite com-pose la cellule qui comcom-pose l’organe qui comcom-pose l’organisme. Si le besoin d’interaction s’ex-prime `a diff´erentes ´echelles de mod´elisation, il est possible de concevoir des interactions entre les ´etats repr´esentant une mˆeme partie du syst`eme `a deux ´echelles diff´erentes14. Enfin, la hi´erarchisation n’est qu’une des possibilit´es. Par exemple, le choix d’une approche middle-out15se contenterait sˆurement de la simple juxtaposition, ce qui n’est pas un probl`eme pour le mod`ele.

Notons que le mod´elisateur est libre de composer comme il l’entend ses organisations en utilisant les m´ethodes de la classe Organisation :

• addConstituant(Constituant)et removeConstituant(Constituant), qui modifient la topologie de l’organisation et r´epercutent l’information sur les ph´enom`enes et l’or-ganisation m`ere ;

• addPh´enom`ene(Ph´enom`ene)et removePh´enom`ene(Ph´enom`ene), qui ont pour cons´equence respectivement la cr´eation de nouvelles interactions, ou leur suicide ;

• addOrganisation(Organisation) et removeOrganisation(Organisation) qui ins`e-rent ou suppriment une organisation fille, ce qui modifie la topologie de l’organisation 14

Par exemple, imaginons qu’il existe un objet Constituant repr´esentant l’´etat de chaque mol´ecule de cal-cium d’un milieu, et qu’une r´eaction souhaite percevoir la concentration de calcal-cium uniquement, nous devons faire cohabiter le niveau macroscopique et microscopique. Dans ce cas il est possible de concevoir une interac-tion entre le constituant repr´esentant l’´etat (( concentrainterac-tion de calcium )) et les constituants repr´esentant l’´etat des mol´ecules. Cette interaction a alors pour rˆole de r´epercuter les perturbations subies par les constituants d’un niveau `a l’autre.

15La m´ethode middle-out pr´econis´ee par le prix Nobel S.Brenner [Bock and Goode, 1998] d´epasse l’opposition top-down et bottom-up en indiquant qu’il faut commencer la mod´elisation des syst`emes au niveau ou l’on poss`ede les donn´ees.

Organisations multi-niveaux

m`ere et nous ram`ene au premier cas.

Chaque classe du mod`ele g´en´erique poss`ede ainsi des m´ethodes permettant la mise `a jour du syst`eme `a chaque modification intervenant dans le mod`ele applicatif.

Remarquons enfin que l’interaction et l’organisation pourraient ˆetre consid´er´ees comme ´etant de mˆeme nature. Dans l’arbre de d´ecomposition d’une organisation, les interactions en sont les feuilles. L’organisation poss`ede toutes les propri´et´es d’une interaction. L’organisa-tion serait finalement d´efinie comme une interacL’organisa-tion complexe de second ordre compos´ee par d’autres interactions.

Nous avons dans ce chapitre d´efini un mod`ele g´en´erique `a partir de cinq classes de base. Ce mod`ele est un cadre de mod´elisation qui est :

1) multi-mod`eles : grˆace `a la r´eification des interactions en entit´es autonomes, car chaque interaction peut traduire des ph´enom`enes de natures compl`etement diff´erentes. 2) multi-´echelles temporelles :mis en œuvre par l’utilisation du principe de

l’ordon-nancement temps r´eel, chaotique, asynchrone avec ou sans remise.

3) modulaire : l’agencement des organisations repr´esentant des syst`emes autonomes en couplage structurel.

Il nous reste maintenant `a indiquer comment il est possible de d´eriver ce mod`ele abstrait pour mod´eliser le vivant. Cette tˆache nous ´eclairera sˆurement un peu plus quant `a la mise en œuvre de cette architecture.

Chapitre 5

D´erivation du mod`ele pour la biologie

Telles que nous les avons d´efinies, les classes Constituant, Interaction et Ph´enom`ene sont des classes abstraites. Elle doivent ˆetre d´eriv´ees et sp´ecialis´ees suivant le type de ph´eno-m`ene que l’on souhaite mettre en œuvre. Au fil des travaux men´es par l’´equipe EBV, certains ph´enom`enes sont intervenus de mani`ere r´ecurrente. Dans ce chapitre, nous d´ecrivons com-ment ces ph´enom`enes peuvent ˆetre mod´elis´es dans le cadre que nous avons fix´e. Ainsi nous ´evoquons quatre natures diff´erentes de mod`eles. La premi`ere section pr´esente les ph´enom`enes chimiques. Ensuite, nous exposons l’organisation de la cellule. Nous montrons ´egalement com-ment les ph´enom`enes m´ecaniques peuvent ˆetre d´ecrits. Le dernier mod`ele pr´esent´e est un peu particulier car nous nous int´eressons `a la mod´elisation de l’utilisateur dans l’univers virtuel. Pour finir, nous pr´esentons la librairie qui impl´emente tous ces mod`eles.

5.1 Les ph´enom`enes chimiques

La premi`ere cat´egorie de ph´enom`enes `a mod´eliser est celle des ph´enom`enes chimiques. C’est la premi`ere et souvent la seule nature de ph´enom`ene prise en compte dans l’´etude des syst`emes complexes vivants. L’histoire de nos applications nous a amen´es `a utiliser une mod´elisation macroscopique des r´eactions chimiques. Ainsi nous nous appuyons sur les agents R´eaction pr´esent´es `a la section 3.4.3. Deux types d’interaction sont alors `a envisager : tem-porel et spatio-temtem-porel. Nous pr´esentons donc, respectivement, les r´eactions et la diffusion. Ensuite, afin de faciliter la d´efinition des mod`eles, nous avons int´egr´e la norme SBML dans notre mod`ele. Enfin, nous indiquons comment il est possible de d´ecrire un milieu chimique maill´e.