CORNUEJOLS Antoine, ORSEAU Laurent

L'objectif de ce cours est de montrer comment l'informatique peut modéliser facilement et simplement des aspects complexes du vivant.Pour cela, les étudiants auront à créer des petits programmes visuels montrant par exemple la croissance d'un plante, l'évolution d'un ensemble de cellules artificielles, la diffusion d'agents pathogènes, les mouvements de bancs de poissons ou de vols d'oiseaux, l'évolution des espèces.La simplicité des programmes permettant d'engendrer une grande diversité possède une relation forte avec la « beauté » de la nature. L’objectif de ce cours est d’introduire des concepts clés de l’informatique : notion de code, de calcul, de récursivité, de compétition, de diffusion sur des graphes, de mémoire, d’apprentissage et d’évolution qui sont aussi des outils conceptuels puissants pour la modélisation de nombreux aspects du vivant. Ce cours est donc un cours d’informatique destiné à familiariser les futurs ingénieurs avec certains de ses concepts fondamentaux. C’est aussi un cours destiné à faire expérimenter de nouvelles voies de compréhension des processus du vivant. En informatique, tout calcul peut être considéré comme un processus d’interaction entre différentes entités, de transformation et de production. Cette science permet d'aborder de très nombreux phénomènes dynamiques. Parallèlement, le vivant est considéré comme étant fondé sur des codes et sur les processus qui les utilisent dans un grand ballet de décodage, duplication, recodage, transformation, évolution et interaction. Le but de ce cours est d'utiliser les concepts développés en informatique pour revisiter et mieux comprendre, notamment à travers des simulations graphiques, certains des processus du vivant : morphogenèse, génétique des populations, évolution des espèces, diffusion d'agents pathogènes, adaptation individuelle et collective.   

Un peu d’informatique de base :

o        Notion de code

o        Notion de calcul

§         Notion de complexité

§         Itération

§         Récursivité

Informatique et vivant : codes, calculs, évolution, mémoire 

o        Graphes et épidémieo        Itérations et systèmes dynamiques

§         Automates cellulaires, Jeu de la Vieo        Formes de la vie et récursivité

§         L-systèmes, fractales, modélisation des formes du vivant (et morphogénèse)

o        Programmation dynamique

§         Alignement de séquences génomiques

o        Modélisation de l’évolution des espèces

§         Espace de séquences et paysage de fitness

§         Algorithmes génétiques

§         La co-évolution

o       Théorie des jeux, information incomplète,  compétition, coopération

§         Eco-systèmes et modèles proies-prédateurs

o        Interaction individu - environnement

§         Agents simulés et comportements de groupes (Boids, Flocks, …)

§         Apprentissage par renforcement (généralisation du modèle Pavlovien)

L'enseignement s'articule autour de grandes notions qui sont exposées en cours puis donnent lieu à des études de cas et des expériences informatiques par binômes en utilisant un langage simple de programmation permettant des simulations graphiques.