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La modulation de frottement par vibrations ultrasoniques est une des méthodes utilisées pour produire une stimulation tactile. L’amplitude de vibration est modulée en fonction de la position du doigt pour donner l’illusion à l’utilisateur de toucher une texture. L’objectif de cette thèse est de développer une interface tactile permettant de simuler la sensation tactile de textures complexes telles que des surfaces textiles. Pour ce faire, nous avons tout d’abord implanté une méthode de contrôle robuste du stimulateur tactile du L2EP grâce au développement d’un modèle du comportement vibratoire. Ce contrôle assure également le suivi de la fréquence de résonance afin d’optimiser l’efficacité énergétique du dispositif. Dans un second temps et après avoir évalué la relation entre les aspects tribologiques de l’interaction doigt/stimulateur et la perception des stimuli, nous avons prouvé par une étude statistique que le «contraste en frottement» est le paramètre le plus significatif et donc celui à programmer pour qualifier la variation de perception du frottement. Cette étude nous a menés à concevoir un nouveau dispositif tactile appelé SmartTac, intégrant des nouveaux capteurs de force permettant de mesurer et contrôler directement le coefficient de frottement qu’il soit adaptatif au doigt du sujet. Enfin, après avoir décrit une méthode d’extraction des propriétés tribologiques de trois surfaces textiles très différentes, la simulation de ces textures est entreprise avec le SmartTac. Notre approche est testée par la réalisation d’une expérience psychophysique sur la correspondance entre surfaces simulées et surfaces réelles: un taux de réussite de 78% valide notre démarche. / The friction modulation produced by ultrasonic vibrations is one of the methods which produce the tactile stimulation. The vibration amplitude is modulated depending on the finger position to give the illusion of touching a texture. This thesis aims at developing a tactile device able to simulate the sensation of touching complex textures such as textile fabrics. For this aim, we modelled first the vibration behaviour and proposed a new strategy to track the resonance frequency of the tactile device and to improve the robustness of the control. On the other hand, the relationship between the tribological aspects of interaction finger / stimulator and the perception of stimuli is assessed to define the most perceived tribological criteria. The tribological parameter named “friction contrast” is introduced. Following this tribological study, we developed a new tactile device called SmartTac integrating new force sensors to measure and control directly the coefficient of friction and to make it adaptive to the user’s finger. Last, a method for extracting the tribological properties of three various textile fabrics is applied to simulate them. Our method is validated by conducting a psychophysical experiment with a success rate of 78%, matching the simulated surfaces to real surfaces.

Une traçabilité sécurisée implique non seulement la possibilité d’identifier, capturer et partager des informations requises concernant la transformation du produit tout au long de la chaine d’approvisionnement, mais aussi d’assurer à la cyber-sécurité des données liées à la traçabilité. En raison de l’asymétrie des informations et du manque de transparence et du manque de solutions peu coûteuses, simples, sécurisées et efficaces à mettre en œuvre, les industries du textile et habillement connaissent souvent des difficultés à adopter et maintenir une traçabilité efficace. Les agents de la chaine d’approvisionnement trouvent difficile l’identification et le suivi de tous les fournisseurs et sous-contractants. De plus, l’opacité et le défaut de traçage dans la chaîne ont favorisé l’intrusion facile des contrefaçons. Par conséquent, le système de traçabilité sécurisé a été identifié comme étant un outil essentiel qui assure la capture et le partage des données de traçabilité nécessaires. Ceci permet le suivi et le repérage des produits dans la chaine d’approvisionnement. En outre, le système de traçabilité sécurisé permet une organisation aux niveaux des processus de prise de décisions, protège les clients des contrefaçons, apporte une réponse aux demandes de transparence des consommateurs et anticipe les besoins grandissants pour la chaine logistique retour et le recyclage de ces matériaux. Cette thèse contribue au développement d’un système de traçabilité sécurisé pour le secteur du textile et habillement. La traçabilité du système est examinée sur des produits et des niveaux d’informations en utilisant une approche système-système. Au niveau du produit, cette thèse introduit une étiquette de traçabilité sécurisée pouvant être imprimée à la surface du textile. L’étiquette sécurisée est difficile à copier, résistante aux conditions d’usages textiles, et donc fournit une sécurité suffisante avec le marquage du produit pour une mise en œuvre de la traçabilité. Au niveau informationnel, cette étude explore et classifie les données liées à la traçabilité pouvant être partagées entre les entreprises elles-mêmes ainsi qu’entre les entreprises et les clients, et ceci afin d’implémenter une traçabilité sécurisée. En outre, un système de traçabilité basé sur une chaine à blocs est proposé, pour la chaine d’approvisionnement textile-habillement, afin de capturer et partager systématiquement les données au réseau de chaines d’approvisionnement. Le système proposé prouve la faisabilité des infrastructures des donnés partagées pour une traçabilité sûre, sans autorité centrale, et développe une technologie basée sur la confiance entre les agents de la chaine. Il s’appuie sur une autorité décentralisée avec une confidentialité des données et des règles d’accessibilité personnalisées. Par conséquent, ce système fournit une opportunité unique, une flexibilité et une autorité à tous les agents pour retrouver leurs chaînes et créer un réseau de chaînes d'approvisionnement transparent et durable. / Secured traceability implies not only the ability to identify, capture, and share required information on product transformation throughout the supply chain (SC), but also the ability to ensure the security of the traceability data. Due to information asymmetry and lack of transparency, textile and clothing (T&C) industries often face challenges in implementing and maintaining sufficient traceability. The SC actors find it difficult to identify and track the suppliers and sub-suppliers involved. Additionally, the opaque and largely untraceable structure of the SC has enabled the easy intrusion of counterfeits. Hence, a secured traceability system is imperative to ensure that the required traceability data are captured and shared among SC actors, thereby allowing the tracking and tracing of the products in the SC. Further, a secured traceability system helps organizations in various decision-making processes and protects customers from counterfeits. This thesis contributes to the development of a secured traceability system for the T&C sector. It examines traceability at product and information levels, based on the system-of-systems approach. At the product level, the thesis introduces a secured traceability tag that can be printed on the textile surface. The secured tag is hard to copy and is durable enough to withstand normal textile use, thus providing sufficient security besides product tagging for traceability implementation. At the information level, the thesis explores and classifies traceability data that can be shared at business-to-business and business-to-customer levels for the implementation of secured traceability. Subsequently, a blockchain-based traceability framework is proposed for the T&C supply chain to systematically capture and share data in the supply chain network. The proposed framework demonstrates the applicability of shared data infrastructure to traceability without a central authority and develops technology-based trust among the supply chain actors. It relies on no central authority, and has customized data privacy and accessibility rules, thus providing a unique opportunity, flexibility, and authority to all supply chain actors to trace their supply chains and create transparent and sustainable supply chain networks.

L’objectif de ce travail est la création d’un afficheur électrochrome textile, et mettre en œuvre son développement par le biais du système d’assemblage Intellitex. Il n’existe pas actuellement d’afficheur électrochrome basé sur un support textile. Le premier objectif était de démontrer la faisabilité d’un afficheur électrochrome textile. Cet afficheur a été établi en utilisant un composé inorganique, le Bleu de Prusse, passant du jaune au bleu. L’emploi d’une structure non-tissée en tant que « spacer » s’est révélée avantageuse pour le maintien du composé électrochrome liquide, et pour éviter les court-circuits entre les électrodes. Après l’étude de faisabilité, les polymères conducteurs ont été choisis en raison de leurs méthodes d’élaboration mieux adaptée à une structure textile, mais aussi pour leur meilleure durée de vie. L’emploi de la polyaniline sous forme solide, recouvrant les fibres des supports non tissé, a montré une meilleure durée de vie, avec une couleur variant du vert au bleu. Afin de multiplier le nombre de couleurs disponibles, nous avons choisi l’utilisation de polythiophènes, ainsi que le mélange de composés polythiophènes entre eux. Huit composés ont été sélectionnés, et quatre types de mélanges, avec des ratios massiques différents, ont été testés. Les procédés d’élaboration des afficheurs électrochromes textiles dits de « première (Bleu de Prusse) et deuxième (polymères conducteurs) génération » au système d’assemblage Intellitex sont détaillés. Les afficheurs électrochromes seront prochainement élaborés intégralement par le système d’assemblage Intellitex. / The objective of this work is the creation of an electrochromic display textiles, and implement its development through the assembly system Intellitex. There are currently no electrochromic display based on a textile substrate. The first objective was to demonstrate the feasibility of an electrochromic textile display. This display was prepared using an inorganic compound, Prussian blue, from yellow to blue. The use of a non-woven structure as a " spacer " has proved advantageous for maintaining the liquid electrochromic compound and to prevent short-circuits between the electrodes. After the feasibility study, conducting polymers were chosen because of their methods of preparation best suited to a textile structure, but also for their better life cycle. The use of polyaniline solid form, media covering the fiber nonwoven showed a better life cycle, with a color change from green to blue. To increase the number of colors available, polythiophenes, and the mixture of polythiophenes were choosen. Eight compounds were selected, and four types of mixtures with different mass ratios were tested.The processes for electrochromic displays textiles called "first (Prussian blue) and second (conductive polymers) generation" Intellitex assembly system are detailed. Electrochromic displays will soon be fully developed by the assembly system Intellitex.

L’usage des systèmes tactiles est omniprésent dans le monde d'aujourd'hui, où le principal moyen d’interaction est la pression d'un doigt sur l'écran de l'appareil, par exemple un smartphone ou une tablette. La capacité de ces interfaces pour rendre différentes sensations tactiles est assez limitée actuellement, et repose principalement sur la vibration de l'ensemble du dispositif, ce qui limite ses capacités de rendu tactile. Dans le domaine de l’haptique, peu de technologies sont compatibles avec les techniques d'acquisition de position capacitives ; parmi elles, on trouve les techniques de modulation de friction: électrovibration et vibrations ultrasoniques. L’électrovibration augmente la friction entre le doigt et une surface par l'attraction électrostatique créée par la mise sous haute tension de cette surface. Les vibrations ultrasoniques permettent de réduire le frottement en fonction de l'état vibratoire de la surface explorée. Dans cette thèse, une modélisation physique des deux techniques est développée et validée expérimentalement ; les règles de conception pour les systèmes tactiles exploitant ces techniques en sont déduites. De plus, l'indépendance physique et perceptive ainsi que la compatibilité des deux techniques sont prouvées par la mise au point d'un stimulateur couplé. Enfin, le développement d'un nouveau dispositif tactile, appelé E-VITA, élaboré en accord avec les règles de conception déduites, est décrit. Sur ce dispositif, une nouvelle stratégie de contrôle prenant en compte les caractéristiques perceptives du doigt, est intégrée, permettant l’augmentation des capacités de rendu tactile de ces dispositifs à friction modulable. / The interaction with tactile systems is ubiquitous in todays world, where the primary mean of interaction is the touch of a finger on the screen of the device, i.e. smartphone or tablet. The ability of these interfaces to render different tactile sensations is quite limited, and mostly composed by the vibration of the whole device, which limits their rendering abilities. Few haptic technologies show the promising opportunity to be coupled with capacitive position acquisition techniques. Among them, there are the friction modulation techniques, also called surface haptic techniques: electrovibration and ultrasonic vibration. The former increases the friction between the finger and a high voltage supplied surface by electrostatic attraction, whereas the second reduces the friction in function of the vibrational state of the explored surface. In this thesis, for both techniques, a precise physical modelling approach is developed, and assessed by experimental results and comparison; thus, design rules for these tactile devices can be deduced to optimize the tactile rendering. Moreover, physical and perceptual independence of both techniques are proven with the development of a coupled stimulator. In the end, the development of a new tactile device, named E-ViTa, developed following the design rules outlined, is described, and a new control strategy considering the perceptual characteristics of the finger is integrated, allowing the expansion of the rendering capabilities of the surface haptic devices.

Dans le domaine de la réalité virtuelle, la mise en situation écologique des utilisateurs nécessite l’utilisation d’interfaces homme-machine capables de transmettre mais aussi restituer des informations réalistes. L’objectif de cette thèse est de réaliser une interface haptique capable de reproduire des retours d’informations kinesthésiques et tactiles, c’est à dire la reproduction des sensations de toucher virtuel. Plus précisément, ce travail vise à reproduire simultanément la forme et la texture. Pour cela nous avons réalisé un dispositif basé sur une plateforme kinesthésique capable de retourner la forme et sur une dalle tactile capable de retourner la texture. Le retour de forme est essentiellement basé sur la restitution de la courbure par l’exploration d’une surface continue, qui peut s’orienter, s’élever et se translater tout en restant toujours tangente à une forme virtuelle au point de contact ; ceci afin de respecter la principale source d’information dans la perception de forme, l’orientation de la surface locale. Quant au retour de texture, pour le réaliser, nous intégrons au dispositif une plaque tactile à frottement variable et contrôlé, développée au L2EP. Une série d’évaluations psychophysiques ont été effectuées de façon à connaître les performances de ce stimulateur couplé kinesthésique et tactile. / In the field of virtual reality, the improvement of the user immersion requires the use of human-machine interfaces capable of transmitting but also rendering the realistic information. The objective of this PhD is to develop a haptic device which can reproduce the kinaesthetic and tactile feedbacks, which is the reproduction of virtual touch sensations. Precisely, this work aims to simultaneously simulate the shape and the texture. For this purpose, we have designed a kinaesthetic platform to simulate the shape and a tactile plate to simulate the texture, and then integrated them in a compact device. For the simulation of shape, we proposed to render the curvature of shape by exploring a continuous surface that can be orientated, be elevated and be translated while always remaining tangent to a virtual shape at the contact point, in order to respect the principal source of information in the perception of shape (the orientation of the local surface). For the simulation of texture, we integrated a tactile plate developed in L2EP, which provides variable and controlled friction. Finally, we integrated the platform and the tactile plate in a device coupling kinaesthetic and tactile feedbacks that allows us to simultaneously reproduce the sensations of shape and fine texture. Several evaluations have also been performed to know the performance of the device.

L’électrochromisme est la capacité de certains matériaux à changer de couleur en réponse à un stimulus électrique. Jusqu’ici réservés à des structures rigides, comme les fenêtres à opacité adaptative, les matériaux électrochromes possèdent de nombreux avantages qui rendent particulièrement intéressante leur utilisation au sein de structures souples, notamment textiles, afin de former des textiles « intelligents ». On peut citer leur large palette de couleurs, une consommation électrique faible et un changement de couleur visible selon tout angle de vue. Durant cette thèse, plusieurs structures électrochromes à base textile ont été réalisées. Une première étape a été la diminution du nombre de couches requises pour la réalisation d’un afficheur électrochrome, passant de 7 à 5, ainsi que l’ajout d’une épaisseur textile en tant que couche de stockage. Une deuxième étape a été le remplacement de tous les composants non textiles par des composants textiles, améliorant ainsi significativement la flexibilité et le toucher de la structure. Une dernière étape, enfin, a permis la conception d’une structure électrochrome flexible 100 % textile et monocouche. Des écrans textiles composés de plusieurs pixels électrochromes ont été réalisés et commandés automatiquement.Une méthode a été mise au point pour quantifier le vieillissement de ces afficheurs. Leur courte durée de vie est en effet un frein majeur à toute utilisation commerciale. Cette méthode a été appliquée à tous les types de structures développées. L’influence de plusieurs facteurs sur le processus de vieillissement a été étudiée, ce qui a permis d’identifier les conditions permettant l’optimisation de leur durée de vie. / Electrochromism is the ability of a material to change its color according to an electrical stimulus. Electrochromic materials have been so far only been used into rigid structures, such as smart windows. However, they have multiple advantages making their use for the development of flexible, textile-based structures particularly suitable. These are for example a large color palette, a low electrical consumption and a color change that is visible at every point of view. In this PhD project, different textile-based electrochromic structures have been realized. The first step was the decrease of the number of layers required for the realization of an electrochromic device, going from 7 to 5, and the addition of a textile layer used as a storage layer. Then, all the non-textile components were replaced by textile materials, which improved significantly the flexibility and the textile touch of the device. The final step was the conception of a single-layer electrochromic all-textile flexible device. Textile displays, composed of many electrochromic pixels, were realized and automatically commanded. An innovative method was developed in order to quantify the ageing of these devices. Indeed, their short lifetime is a major limitation to any commercial use. This method was applied to all the electrochromic textile-based developed devices. The influence of different parameters on their ageing process was studied, which allowed the identification of the optimal condition to apply in order to maximize their lifetime.

Le manque de retour tactile est un problème important pour les écrans tactiles actuels. Sans retour tactile, les utilisateurs doivent compter sur leur sens visuel pour interagir avec les écrans. En conséquence, les performances en interaction des utilisateurs sont détériorées et la charge de travail visuel est très importante. Cette thèse présente la conception et l’évaluation d’un dispositif à retours de force et tactile pour améliorer l’interaction avec les écrans. Le dispositif est composé d’un retour d’effort à câbles et d’un retour tactile basé sur l’effet « squeeze film ». Le système à câbles comporte 4 câbles pour appliquer des efforts sur un ou deux doigts, grâce au contrôle de la tension des câbles. Il peut fournir du retour d’effort à l’utilisateur lorsque celui-ci attrape un objet virtuel et interagit avec d’autres objets. Le système à retour tactile est basé sur la réduction contrôlée du frottement d’une surface par effet « squeeze film ». Nous en proposons une modélisation analytique pour estimer la consommation énergétique ; nous avons utilisé ce modèle pour concevoir un stimulateur tactile large (198mm x 138mm) équipé de peu de piézo-céramiques pour sa mise en vibration, afin de diminuer la consommation. Ces deux systèmes peuvent être utilisés séparément et aussi de façon couplée pour fournir les deux retours simultanément lorsque l’utilisateur touche une surface. Le système haptique complet a été évalué sur la simulation d’une frontière. Par comparaison avec la configuration habituelle (retour d’effort seul), le dispositif haptique complet permet une amélioration de la stimulation en laissant percevoir la frontière de façon plus raide et plus nette. / The lack of haptic feedback is a significant problem of current touch screens. Without haptic feedback, users have to rely almost entirely on visual feedback to operate on a touch screen. As a result, users’ performance is deteriorated and users’ visual workload is increased. Adding tactile feedback to touch screens has shown to be a promising solution to address this problem. However, the force feedback in interactions with virtual objects on touch screens is not provided. This thesis presents the design and evaluation of an integrated haptic device for enhancing interactions on touch screens. The device consists of a cable-driven force feedback device and a squeeze film based tactile device. The cable-driven force feedback device uses four cables to provide force feedback to one finger or dual fingers through controlling the cable tensions. It can provide force feedback when the user clicks a button, grasps an object and interacts with other objects. The tactile device is based on the squeeze film effect to reduce the friction coefficient on the touch surface. We propose an accurate model to analyze the power consumption of the device and use the model to develop a large area (198 mm × 138mm) tactile device with very few piezoceramics and low power consumption. Each of these two devices can be used individually and the integrated device is able to provide simultaneous force feedback and tactile feedback on a touch surface. The coupled haptic feedback has been evaluated through simulating a boundary. As compared with a single type of haptic feedback (e.g. force feedback), the coupled haptic feedback enhances the simulation by making the boundary stiffer and crisper.

La dernière décennie a vu s'établir la démocratisation des interfaces tactiles. De nombreux logiciels jusque là réservés aux ordinateurs de bureau offrent désormais une version qui se contrôle du bout des doigts. Cependant, l'expressivité limitée de la modalité tactile restreint drastiquement le nombre de fonctionnalités disponibles. La recherche explore donc différentes pistes pour augmenter cette expressivité notamment par l'identification des doigts. Alors que la littérature se focalise principalement sur les méthodes d'identification des doigts, cette thèse vise à mieux en comprendre l'utilisation afin de guider la conception de techniques d'interaction.Nous réalisons d'abord une revue des technologies existantes, présentons nos prototypes et évaluons l'utilisation de la reconnaissance des empreintes digitales, qui nous semble la solution la plus prometteuse en vue d'une intégration dans des systèmes commerciaux. Par la réalisation d'expériences contrôlées, nous étudions ensuite les différences de performances et de préférences entre les doigts, l'influence de l'identification des doigts sur la stratégie de réalisation de tâches. Nous explorons également comment intégrer cette information au sein des techniques d'interaction existantes et aider les utilisateurs à appréhender le riche vocabulaire offert. / During the last decade, touch interfaces have become more and more ubiquitous. A lot of software applications initially designed for desktop computers have now a tactile counterpart. However, the limited expressiveness of the touch modality restricts drastically the amount of features available on touch applications. Researchers have been exploring different tracks on how to augment this expressiveness, notably through finger identification. While the literature mainly focuses on tackling the technological challenge, this dissertation aims at better understanding its use in order to provide guidelines for designing interaction techniques.We first summarize existing technologies, present our prototypes and evaluate the use of fingerprint recognition, that we perceive as the most promising solution with the aim of being integrated in consumer devices. Through controlled experiments, we study the differences of performance and preference between fingers, the influence of finger identification on user strategies to complete tasks. We also explore how to integrate this new information along existing interaction techniques and help users grasp the rich vocabulary provided. Our works lead to guidelines for designing interaction techniques leveraging finger identification that we implement in three different interaction contexts (tabletops, tablets and smartphones) through Adoiraccourcix, an interaction technique combining command selection and parameter manipulation.