Les émotions des êtres humains changent régulièrement et parfois de manière brusque entrainant un changement de l’état mental c’est-à-dire de l’aptitude cérébrale à fonctionner normalement. Il en résulte une capacité cognitive (ou état cognitif) de l’individu à pouvoir raisonner, accéder à la mémoire, ou effectuer des déductions, variable selon l’état mental. Ceci affecte, en conséquence, les performances des utilisateurs qui varient en fonction de leurs état cognitifs. Cette thèse vise à optimiser l’état cognitif d’un utilisateur lors de ses interactions avec un environnement virtuel. Comme cet état dépend des émotions, l’optimisation de l’état cognitif peut être réalisée à travers l’optimisation des émotions et en particulier la réduction des émotions négatives. Une première partie concerne les moyens de mesurer en temps réel (par un Module de mesures) l’état émotionnel et mental d’un utilisateur lors de ses interactions avec un environnement virtuel. Nous avons réalisé pour cela quatre études expérimentales avec quatre environnements différents. Nous avons montré que ces mesures peuvent être réalisées en utilisant différents capteurs physiologiques. Nous avons aussi montré qu’il est possible de prédire la tendance de l’excitation (un état mental) à partir d’un traceur de regard. Dans une deuxième partie, nous présentons l’Agent Neural qui modifie les environnements virtuels afin de provoquer une modification de l’état émotionnel d’un utilisateur pour améliorer son état cognitif. Nous avons réalisé quatre études expérimentales avec quatre environnements virtuels, où l’Agent Neural intervient dans ces environnements afin de changer l’état émotionnel de l’utilisateur. Nous avons montré que l’agent est capable d’intervenir dans plusieurs types d’environnements et de modifier les émotions de l’utilisateur. Dans une troisième partie, présentons l’Agent Limbique, qui personnalise et améliore les adaptations faites par l’Agent Neural à travers l’observation et l’apprentissage des impacts des changements des environnements virtuels et des réactions émotionnelles des utilisateurs. Nous avons montré que cet agent est capable d’analyser les interventions de l’Agent Neural et de les modifier. Nous avons montré aussi que l’Agent Limbique est capable de générer une nouvelle règle d’intervention et de prédire son impact sur l’utilisateur. La combinaison du Module de mesures, de l’Agent Neural, et de l’Agent Limbique, nous a permis de créer un système de contrôle cognitif intelligent que nous avons appelé Système Limbique Digital. / The human’s emotions change regularly and sometimes suddenly leading to changes in their mental state which is the brain’s ability to function normally. This mental state’s changes affect the users’ cognitive ability (or cognitive state) to reason, access memory, or make inferences, which varies depending on the mental state. Consequently, this affects the users’ performances which varies according to their cognitive states. This thesis aims to optimize the users’ cognitive state during their interactions with a virtual environment. Since this state depends on emotions, optimization of cognitive state can be achieved through the optimization of emotions and in particular the reduction of negative emotions. In a first part, we present the means of measuring in real time (using a Measuring module) the users’ emotional and mental state during their interactions with a virtual environment. We performed four experimental studies with four different environments. We have shown that these measurements can be performed using different physiological sensors. We have also shown that it is possible to predict the tendency of excitement (a mental state) using an eye tracker. In a second part, we present the Neural Agent which modifies virtual environments to provoke a modification on the users’ emotional state in order to improve their cognitive state. We performed four experimental studies with four virtual environments, in which the Neural Agent intervenes in these environments to change the users’ emotional state. We have shown that the agent is able to intervene in several types of environments and able to modify the users’ emotions. In a third part, we present the Limbic Agent, which personalizes and improves the adaptations performed by the Neural Agent through the observation and the learning from the virtual environments changes’ impacts and the users’ emotional reactions. We have shown that this agent is able to analyze the Neural Agent’s interventions and able to modify them. We have also shown that the Limbic Agent is able to generate a new intervention rule and predict its impact on the user. The combination of the Measuring Module, the Neural Agent, and the Limbic Agent, allowed us to create an intelligent cognitive control system that we called the Digital Limbic System.

Le développement rapide des technologies de l’information dans l’usine du futur nécessite de repenser l’organisation des systèmes de production. Si l’importance des opérateurs est bien reconnue dans l’industrie 4.0, les facteurs humains restent cependant insuffisamment pris en considération dans les méthodes d’organisation. La simulation est parmi les méthodes largement utilisées pour étudier les systèmes de production et évaluer leurs performances. Toutefois, les approches de simulation existantes et les logiciels disponibles sont centrés sur les dimensions techniques de ces systèmes (machines, transport, règles de priorité, etc.). Malheureusement, les facteurs humains, particulièrement la fatigue des opérateurs, semble être très insuffisamment pris en compte dans les modèles de simulation. Dans ce contexte, la présente thèse vise à étudier dans quelle mesure la fatigue pourrait être intégrée dans les modèles de simulation des ateliers de production. Un cadre conceptuel combinant différents paradigmes de modélisation est ainsi proposé pour aider à concevoir de tels modèles. Le paradigme de simulation à événements discrets est utilisé pour décrire la dynamique de fonctionnement des ateliers. Le paradigme d’agent intelligent est utilisé pour modéliser les opérateurs et intégrer leur comportement de fatigue que nous avons modélisé en utilisant la simulation continue. Nous avons également utilisé la logique floue pour caractériser les facteurs de pénibilité, connus de façon imprécise, et leur impact sur l’évolution de la fatigue. Nous avons montré comment le cadre conceptuel proposé peut être mis en œuvre de façon assez générique avec le logiciel Anylogic. L’approche proposée a ensuite été utilisée pour aborder deux différents problèmes de production: le premier concerne l’affectation dynamique des opérateurs sur les machines et le deuxième est relatif à l’agencement de machines lors de la phase de conception des ateliers. Ceci nous a permis d’illustrer l’utilité de l’approche propose et montrer sa pertinence. L’analyse des résultats de simulation permet d’apporter des connaissances à la fois sur les performances des systèmes et sur les tendances d’évolution de la fatigue des opérateurs durant le travail. De tels résultats aident à réfléchir sur la façon dont laquelle nous pourrions améliorer les méthodes d’organisation et de gestion des ateliers pour contribuer à l’amélioration de leurs performances et au bien-être de leurs opérateurs. / The quick development of information technology in the factory of the future requires rethinking about the organization of production systems. Although the importance of the workers in the industry 4.0, human factors are still insufficiently taken into consideration in the organizational methods. Simulation is among the methods widely used to study production systems and evaluate their performances. However, the existing simulation approaches and the available softwares mainly focus on technical dimensions of these systems (machines, transport, priority rules, etc.). Unfortunately, human factors, particularly workers’ fatigue, seem to be very insufficiently taken into account in the simulation models. In this context, this thesis aims to study how the workers’ fatigue could be integrated into the simulation models of workshops. A framework combining different modelling paradigms is proposed to help in designing such models. Discrete event simulation is used to describe the dynamic of the working process in workshops. The paradigm of intelligent agent is used to model operators and integrate their behavior of fatigue, which has been modeled using continuous simulation paradigms. We have also used fuzzy logic in order to characterize the arduousness’s factors, known imprecisely, and impacts on the evolution of the workers’ fatigue. We have shown how the proposed framework can be implemented can be implemented generically enough with the software ANYLOGIC. The proposed approach has been then used to address two different production problems: the first one concerns the dynamic assignment of workers to machines and the second is related to the machines layout in the design stage of the system. This illustrated the utility of the proposed approach and showed its relevance. The analysis of the simulation results yields some knowledge on both the performance of the systems and on trends of the evolution the operators’ fatigue during the work. Such results help to thank on how to improve the methods of organization and management of the workshops so to contribute to the improvement of their performances and the well-being of their operators.