Note de cadrage du PEPI MACS Mathématiques Appliquées & Calcul Scientifique

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1 Note de cadrage du PEPI MACS Mathématiques Appliquées & Calcul Scientifique Périmètre Le périmètre du PEPI concerne les méthodes et outils utilisés pour le traitement informatisé des données scientifiques. Il fait le lien entre l acquisition des données (mesures, spectres, images ) et la production de conclusions scientifiques. Les centres d intérêt du PEPI couvrent les différents aspects du traitement et de l analyse des données : Le traitement du signal La normalisation des données L extraction de paramètres descriptifs et synthétiques L analyse statistique des données L intégration des données dans des modèles La simulation de modèles numériques Les algorithmes de calcul numérique Il cible tout agent (ingénieur, technicien ou chercheur) dont l activité se situe, même ponctuellement, à l interface des mathématiques appliquées et de l informatique. Dans un premier temps, les ITA du BAP E seront principalement concernés. De par les thématiques abordées, il nous semble pertinent d élargir le public visé aux autres BAP ainsi qu aux chercheurs.

2 Objectifs Les objectifs du PEPI sont multiples : Animation d un réseau méthodologique, afin de lutter contre l isolement des agents, identifier les personnes pouvant servir de référence, et partager autour de la pratique des outils communs Mutualiser les pratiques et connaissances de l informatique et du calcul scientifique pour les mathématiques appliquées, notamment via la mise en commun d algorithmes, de méthodologies, de codes informatiques, ou de programmes finalisés Identifier les formations utiles dans le cadre du PEPI, et animer des actions de formation Participants Groupe porteur : Sébastien Gaucel (Versailles-Grignon, CATI DIISCO), David Legland (Versailles-Grignon, CATI TIGES), Thierry Hoch (Nantes, CATI IDEAL), Eric Biot (Versailles, CATI BIPAS), Fabrice Vincent (Nouzilly, CATI SMO) Gaëtan Lehmann ( Jouy-en-Josas, CATI CATG) Nicolas Parisey (Rennes, CATI BIPAS) Anne Goelzer (Jouy-en-Josas, CATI CIAM) Marie Weiss (Avignon)

3 Structuration Le PEPI-MACS s articule autour de 3 axes de travail principaux : 1. Probabilités et statistiques 2. Traitement et analyse du signal et des images 3. Modélisation (au sens des mathématiques appliquées) Chacun de ces trois axes est fortement lié avec les deux autres. La pratique de ces 3 axes fait émerger un 4ème axe générique aux 3 autres : 4. Outils logiciels pour le calcul scientifique Autres axes potentiels En fonction des compétences, de l intérêt et des besoins qui pourraient apparaître par la suite, d autres axes de travail sont envisageables : algorithmique, calcul formel, parallélisation, calcul intensif, calcul numérique. Certains de ces axes pourraient être gérés par le PEPI MACS ou le PEPI IDL, ou faire l objet d actions communes entre ces 2 PEPI.

4 1. Traitement et analyse du signal et des images Objectifs : Rassembler la communauté des personnes impliquées dans le traitement et l analyse du signal au sens large, et des images en particulier, afin de mutualiser les connaissances sur les outils et les méthodes. Cet axe se veut une charnière entre plusieurs domaines plus globaux : L acquisition des données, tels que la microscopie, la spectroscopie, l imagerie satellite ou aérienne (en lien avec la télédétection), ou l instrumentation en général Les mathématiques, qui permettent de formaliser les traitements à appliquer, analyser de manière statistique les données, ou modéliser la nature des phénomènes étudiés Le développement, nécessaire pour implémenter les traitements sous une plateforme généraliste (Visilog, matlab...) ou dans un langage de programmation plus classique (C/C++, Java ) Sous-axes possibles : Modélisation géométrique des images, liens avec les modèles éléments finis Traitement de données spectrales, imagerie spectrale Télédétection Statistiques spatiales : identifier les interactions entre des structures géométriques Boîte à outils spécialisées : identifier les outils adaptés pour un domaine particulier Pratique de l imagerie : techniques d acquisition à base de caméras, appareils photos numériques, scanners Liens avec les autres axes Axe Modélisation : utiliser les paramètres descriptifs pour alimenter un modèle, définir un modèle qui va s ajuster aux données, Axe Statistiques : nécessaire dès que l on cherche à analyser les données. Quelques domaines sont à l interface des statistiques et du traitement d images : les statistiques spatiales, l analyse conjointe d images, la fouille de données Autres liens possibles Des liens sont aussi à construire avec d autres communautés : les microscopistes, les spectroscopistes, ou des communautés plus mathématiciennes (par exemple l école des mines de Fontainebleau). 2. Probabilités et statistiques Cet axe répond à une double motivation : (1) sentiment qu une part significative des ITA statisticiens ne se reconnaissent pas, ou pas seulement, dans le PEPI «-omiques», (2) intérêt à avoir lien avec aspects modélisation et traitement d images, pour pouvoir renforcer la pertinence des analyses. Actuellement, il manque un porteur pour définir et animer le cœur de cet axe. Néanmoins, les interactions avec les axes 1 et 2 sont très solides et il nous semble cohérent de conserver cet axe, son périmètre et sa structuration pouvant être définis ultérieurement. De plus, plusieurs personnes ont manifesté un intérêt pour un axe «statistiques», bien qu aucune n ait pour le moment la motivation nécessaire pour porter cet axe.

5 3. Modélisation Objectif : rassembler la communauté des ingénieurs modélisateurs à l INRA, afin de mutualiser les outils et les approches. Cet axe se veut généraliste en terme de formalismes et d applications, et n est pas spécifique à un domaine scientifique en particulier (au contraire du pepi omiques). Sous axes envisagés Modélisation : formalisation de la question, choix du/des formalisme(s), conception du modèle «mathématique», estimation de paramètres Implémentation informatique du modèle : modèle de simulation, schémas numériques, simulation numériques. «Post-modélisation» : par «Post-modélisation», on entend l analyse et l exploitation des données issues des simulations numériques d'un modèle. Cela inclut les outils d exploration de scénario, l analyse de sensibilité, d incertitudes, la viabilité, l ingénierie des connaissances Liens avec les autres axes Interactions avec l'axe 2 «Image» pour les sous-axes modélisation et implémentation (modèles géométriques) mais également de façon plus générale au travers de l'extraction de paramètres/connaissances. Interactions avec l'axe 3 «Probas/Stats» pour les sous axes modélisation et implémentation (modèles stochastiques, modèles statistiques) et pour le sous axe Postmodélisation. 4. Outils Logiciels L objectif est de mutualiser les pratiques et connaissances des logiciels de calcul scientifique majoritairement utilisés au sein de l INRA : Matlab, Scilab, R, Python À titre informatif, les sujets envisagés sont (liste non-exhaustive) : Partage de code, aide/formation, Comparatif entre logiciels, alternatives, Lien avec l'axe modélisation via des outils graphiques tels que Simulink et Scicos, Calcul numérique. Formations ponctuelles (ex. : conception d'interface graphique). Cet axe est intrinsèquement lié avec le PEPI IDL. En particulier, les questions de pérennisation du code et de qualité logicielle ne sont pas à négliger même pour des scripts de logiciels scientifiques.

6 Animation, Livrables L idée du PEPI est surtout de créer des réseaux méthodologiques, afin de permettre aux personnels d échanger sur les questions autour du calcul scientifique. Les actions envisagées peuvent prendre plusieurs formes : Séminaires réguliers, d un jour ou deux permettant de présenter et échanger autour des problèmes de traitement et d analyse Journées thématiques d échanges autour d un logiciel Création et animation de liste(s) de diffusion pour faire circuler les informations Des réunions/visioconférences pour chaque axe, afin de faciliter la création des réseaux et l identification de collaborateurs potentiels Pour l axe 4 (outils logiciels), l utilisation d un forum de discussion est envisagé. Une réunion plénière du PEPI MACS est prévue au premier semestre 2011 pour finaliser la définition des axes, et consolider la dynamique du groupe.