Un cadre formel pour l'intégration de connaissances du domaine dans la conception des systèmes : application au formalisme Event-B

This thesis aims at defining techniques to better exploit the knowledge provided from the domain in order to account for the reality of systems described as complex and critical. Modeling is an essential step in performing verifications and expressing properties that a system must satisfy according to the needs and requirements established in the specifications. Modeling is a representation that simplifies the reality of a system. However, a complex system can not be reduced to a model. A model that represents a system must always fit into its observational theory to account for any anomalies that it may contain. Our study clearly shows that the context is the first issue to deal with as the main source of conflict in the design process of a system. The approach adopted in this thesis is that of integrating knowledge of the domain by associating the system to design with declarative formalisms qualified of descriptive ones that we call ontologies. We pay a particular attention to the Event-B formalism, whose correct-by-construction approach called refinement is the main mechanism at the heart of this formalism, which makes it possible to make proofs on abstract representations of systems for expressing and verifying properties of safety and invariance. The first problem treated is the representation and modeling of contextual knowledge in V&V of models. Following to the study looked at the different sources of conflict, we established new definitions and rules for a refinement context knowledge extraction for Event-B V&V. A study of logical formalisms that represent and interpret the context allowed us to define a new mechanism for better structuring Event-B models. A second study concerns the contribution that domain knowledge can make to the V&V of models. We define a logic for the Event-B formalism with domain constraints based on the description logic, and we define rules to integrate domain knowledge for model V&V. The evaluation of the proposals made deal with very complex case studies such as voting systems whose design patterns are also developed in this thesis. We raise fundamental issues about the complementarity that the integration of domain knowledge can bring to Event-B models by refinement using ontological reasoning, and we propose to define a new structures for a partially automated extraction on both levels, namely the V&VCette thèse vise à définir des techniques pour mieux exploiter les connaissances du domaine dans l’objectif de rendre compte de la réalité de systèmes qualifiés de complexes et critiques. La modélisation est une étape indispensable pour effectuer des vérifications et exprimer des propriétés qu’un système doit satisfaire. La modélisation est une représentation simplificatrice, mais réductionniste de la réalité d’un système. Or, un système complexe ne peut se réduire à un modèle. Un modèle doit s’intégrer dans sa théorie observationnelle pour rendre compte des anomalies qu’il peut y contenir. Notre étude montre clairement que le contexte est la première problématique à traiter car principale source de conflits dans le processus de conception d’un système. L’approche retenue dans cette thèse est celle d’intégrer des connaissances du domaine en associant le système à concevoir à des formalismes déclaratifs qualifiés de descriptifs appelés ontologies. Notre attention est portée au formalisme Event-B dont l’approche correct-par-construction appelée raffinement est le principal mécanisme dans ce formalisme qui permet de faire des preuves sur des représentations abstraites de systèmes pour exprimer/vérifier des propriétés de sûreté et d’invariance. Le premier problème traité concerne la représentation et la modélisation des connaissances du contexte en V&V de modèles. Suite à l’étude des sources de conflits, nous avons établi de nouvelles règles pour une extraction de connaissances liées au contexte par raffinement pour la V&V. Une étude des formalismes de représentation et d’interprétation logiques du contexte a permis de définir un nouveau mécanisme pour mieux structurer les modèles Event-B. Une deuxième étude concerne l’apport des connaissances du domaine pour la V&V. Nous définissons une logique pour le formalisme Event-B avec contraintes du domaine fondées sur les logiques de description, établissons des règles à exploiter pour l’intégration de ces connaissances à des fins de V&V. L’évaluation des propositions faites portent sur des études de cas très complexes telles que les systèmes de vote dont des patrons de conception sont aussi développés dans cette thèse. Nous soulevons des problématiques fondamentales sur la complémentarité que peut avoir l’intégration par raffinement des connaissances du domaine à des modèles en exploitant les raisonnements ontologiques, proposons de définir de nouvelles structures pour une extraction partiellement automatisé