Cette thèse s'intéresse a l'apprentissage du comportement des avions dans le ciel. À partir de ces comportements l'objectif est de pouvoir générer du trafic aérien de manière autonome, légère et flexible pour alimenter une simulation. Les méthodes actuelles de simulation aériennes demandent beaucoup de préparation avant la simulation pour concevoir le scénario et d'interventions humaines pendant la simulation pour que le trafic aérien soit réaliste. Générer du trafic est une tâche complexe car le comportement des avions dépend de beaucoup de variables et des décisions de plusieurs d'acteurs : le contrôleur aérien décide de la trajectoire à suivre parmi toutes les possibilités qu'il perçoit, puis le pilote réagit plus ou moins rapidement de façon plus ou moins strict. Un système multi-agent adaptatif observe des trajectoires d'avions réelles pour apprendre comment les avions se comportent dans la réalité. Les différents agents impliquées coopèrent et modifient les liens qui les relient. Ce réseau entre les agents fini par représenter le comportement global de l'ensemble des avions et peut être interrogé par des agents avions en simulation pour savoir ce qu'ils doivent faire en fonction de leur situation courante. Nous présentons EVAA (Environnement Virtuel Auto-Adaptatif) capable d'apprendre le comportement des avions et de générer du trafic en fonction de ces comportements de manière totalement autonome. / This thesis is about learning the behavior of the aircrafts in the sky. With those behaviors the goal is to generate traffic in an autonomous and flexible way into a simulation. The current methods of air traffic simulation need to prepare the scenario before the simulation and the interventions of humans during the simulation to make the traffic realistic. Traffic generation is a complex task because the behaviors of the planes depends on many variables and several actors : the air traffic controller decide what trajectory to follow among many possibilities, then the pilot react , more or less promptly, to this order in a, more or less rigorous, way. An adaptive multi-agent system monitors trajectories of real aircrafts to learn how the planes behave in the real sky. The agents involved in this process cooperate and update the links between them to create a network representing the global behavior of all aircrafts. This network can then be queried by an aircraft agent in a simulation to know what it should do according to its current situation. We present EVAA (Self-Adaptive Virtual Environment) able to learn the behavior of aircrafts and to generate air traffic by using those behaviors in a autonomous way.

L'augmentation grandissante du trafic aérien rend le travail des contrôleurs aériens de plus en plus ardu, spécialement en ce qui a trait aux tâches de résolution de conflits et de séquençage d'avions en arrivée. L'automatisation de la résolution de conflits et du séquençage reste toujours un problème ouvert aujourd'hui. L'automatisation de ces deux problèmes permettrait d'une part de mieux modéliser le comportement des contrôleurs aériens dans un simulateur de vol, ou d'améliorer les outils de gestion du trafic aérien. Les caractéristiques combinatoires de ces problèmes conduisent à l'utilisation de techniques numériques stochastiques, plus spécifiquement des algorithmes évolutionnaires. De plus, les nombreux paramètres intervenant dans une situation de gestion de trafic aérien incitent à l'utilisation d'algorithmes multiobjectif. Dans un premier temps, un algorithme génétique multiobjectif (SPEA-MOD) et un algorithme de colonies de particules (PSO-MO) également multiobjectif ont été développés. Ces deux algorithmes ont été comparés à des problèmes multiobjectif contraints et non-contraints. Les résultats ont montré que SPEA-MOD et PSO-MO sont en général supérieurs à ce que l'on rapporte dans la littérature. Dans un deuxième temps, les deux algorithmes ont résolu plusieurs situations conflictuelles de la phase de vol en route (régime de croisière). Les instructions fournies par les algorithmes peuvent être en deux ou en trois dimensions. Les objectifs et les contraintes représentent des paramètres tels que la minimisation d'instructions fournies aux avions et une séparation minimale entre les avions. De ces solutions numériques réalisées, l'algorithme SPEA-MOD s'est avéré particulièrement efficace à des problèmes fortement contraints. Une modélisation novatrice de trajectoires complexes a permis de résoudre des problèmes de séquençage d'avions dans la phase d'arrivée. Le séquençage d'avions en arrivée par un algorithme évolutionnaire fut réalisé pour la première fois dans le cadre de cette recherche. Cette modélisation a également rendu possible la résolution de conflits de deux flux d'avions se croisant.

Un grand nombre d'activités utilise des outils informatisés s'appuyant sur des représentations graphiques interactives. En tant que vecteurs de transmission d'informations, ces visualisations visent à optimiser la bande passante entre le visuel et l'utilisateur. Pour créer des visualisations efficaces, les concepteurs utilisent des méthodes basées sur leur expertise et sur des tests utilisateurs. Ces méthodes altèrent le processus de design : elles sont chronophages et ne reposent pas sur des fondements théoriques précis qui pourraient éviter des erreurs de conception en amont. Afin de mieux étudier les visualisations, nous proposons de les caractériser, c'est-à-dire d'en énumérer et d'en définir systématiquement les propriétés, tout en explicitant les phénomènes visuels qui engendrent la transmission d'informations. La thèse que nous soutenons consiste à dire que la caractérisation des visualisations est importante pour leurs conceptions, et que son opérationnalisation par des méthodes et des outils permet de concevoir de meilleurs systèmes interactifs. Ainsi, nous avons déterminé qu'une caractérisation est composée de deux éléments : son contenu et sa mise en forme. Nous montrons que le modèle de Data Flow, modèle usuel permettant la description de la construction de visualisations, ne permet pas de les caractériser. Nous proposons d'autres modèles qui permettent de caractériser l'aspect dynamique, les informations émergentes (et notamment celles issues des visualisations dites "écologiques"), ainsi que l'accumulation graphique. En utilisant des visualisations issues du milieu du transport aérien, nous montrons comment la caractérisation permet de comprendre leurs similitudes et leurs différences, de lever les ambiguïtés de communication entre concepteurs, et de concevoir, par exemple, une nouvelle visualisation schématique de routes aériennes. Enfin, nous avons réifié le processus de transformation d'un ensemble de données vers une visualisation sous la forme d'un logiciel d'exploration et de visualisation de grandes quantités de données multidimensionnelles : From Data To Display (FromDaDy). Ce logiciel s'appuie notamment sur l'exploration des configurations visuelles, et sur un ensemble d'interactions originales avec une implémentation performante. FromDady permet de configurer et de manipuler en temps réel des visualisations riches et originales, comme celles utilisant l'accumulation.

Les contrôleurs du trafic aérien ou " aiguilleurs du ciel ", dont l'activité consiste à assurer la sécurité de l'écoulement du trafic aérien, vont bientôt être confrontés à une évolution sans précédent de leur activité de travail. Pour pallier à une évolution de contexte, associée principalement à une augmentation significative du niveau de trafic aérien, la construction d'un nouvel environnement de contrôle induisant l'introduction de nouvelles technologies et de l'automatisation partielle de la tâche de contrôle est visée. Ces perspectives, qui ont pour objectif de diminuer les sollicitations des contrôleurs aériens afin d'augmenter le seuil capacitaire de gestion du trafic aérien, suscitent l'interrogation. Notamment, comment assurer la validation de ces évolutions en vue des objectifs visés ? Ce doctorat porte sur l'étude de la charge mentale de contrôleurs aériens dans différents contextes, afin d'évaluer les effets engendrés par de telles modifications apportées à leur environnement de travail quotidien. L'évaluation proposée repose sur une approche multidimensionnelle centrée sur l'analyse de paramètres oculaires enregistrés grâce à une technique d'eye-tracking dans des situations de contrôle écologiquement valides, en référence à la tâche de contrôle du trafic aérien. La première étude a tout d'abord permis de caractériser la gestion de la charge mentale effectuée par les contrôleurs aériens au cours de leur activité dans une situation nominale (reflétant la situation de contrôle du trafic aérien actuelle). La deuxième étude porte sur les effets générés par l'introduction de nouveaux systèmes informatisés d'aide à la décision induisant une automatisation partielle de la tâche de contrôle. Enfin, la dernière étude souligne l'effet du niveau de formation sur les modes de gestion des ressources cognitives employés par les contrôleurs aériens.

Dans cette thèse, nous menons une réflexion sur les notions de norme(s) et d'usage(s) langagiers dans le cadre du domaine du contrôle aérien. Ce domaine offre l'exemple parfait de la mise en œuvre d'une norme langagière : la "phraséologie" aéronautique, le langage opératif censé permettre des communications sûres et efficaces entre pilotes et contrôleurs, lors des situations les plus courantes. Lorsque la phraséologie ne suffit pas, ces derniers ont recours à une forme langagière plus naturelle, le "plain language". De nombreux problèmes relatifs à la mise en œuvre de ce dernier ont rapidement vu le jour et ont suscité des interrogations, notamment chez les professionnels de l'enseignement de l'anglais de l'aviation. Pour répondre aux besoins spécifiques de l'ENAC, cette thèse dresse un panorama des usages faits de la langue anglaise par les contrôleurs français et les pilotes étrangers lors de leurs communications radiotéléphoniques. Notre méthode d'analyse consiste en une étude comparative entre un corpus de référence, représentant la norme, et un corpus de communications réelles, représentant les usages. Cette analyse comparative nous permet de repérer, de décrire et de catégoriser les formes langagières employées lors de situations routinières de la navigation aérienne. Certaines différences sont ainsi repérées entre les deux corpus. En fonction de la situation, les pilotes et les contrôleurs peuvent procéder à des variations d'ordre lexical, sémantique, syntaxique et discursif. Alors que certains semblent subir l'influence de la langue naturelle, d'autres semblent mettre en œuvre une stratégie communicationnelle pour tenter d'"humaniser" ou de modaliser le contenu de leurs messages.

Le contrôle aérien rentre dans une phase de profondes mutations liées à l’augmentation du trafic età l’évolution des outils permettant d’assurer le service. L’augmentation du nombre d’avions gérés parle contrôleur implique un nombre beaucoup plus important qu’auparavant d’informations à traiter etmémoriser ; or une part importante des causes d’incidents est déjà due à des problèmes de perception et demémorisation des informations amplifiées par la taille des écrans de contrôle. Ceux-ci sont particulièrementcritiques dans le cas de la perception des alarmes et des avertissements donnés par le système surla visualisation radar. Le design actuel de ce type d’alertes en France qui n’utilise que la couleur, faitaujourd’hui débat et il a été recommandé dans un bulletin de sécurité aérienne de le faire évoluer. Laperception des informations nécessaires à l’établissement d’une bonne conscience de la situation aériennedes contrôleurs est au centre de cette thèse. L’objet principal de ce travail est d’améliorer la conscience dela situation des contrôleurs en s’assurant que les éléments pertinents à leur disposition dont les alarmessont perçus dans des délais conformes à leur importance et que les actions nécessaires qui en découlentsont bien réalisées. Pour répondre à cette problématique, notre travail s’est porté sur deux axes. Le premierconsiste à étudier la tâche des contrôleurs de façon à analyser les informations nécessaires à la réalisationde certains objectifs et proposer un agent de suivi de la tâche qui pourrait les épauler. Le second porte surla perception des notifications, plus particulièrement en vision périphérique, et la conception de designspropres à améliorer leur perception ainsi que l’étude de leur impact sur la réalisation de la tâche. Grâceà une approche holistique basée sur l’utilisation d’un micro-monde ATC (Laby) et l’utilisation de capteursphysiologiques, nous avons pu évaluer plusieurs designs de notifications. Deux expérimentations ont étéconduites, la première utilisant de l’oculométrie, visait à mesurer le pouvoir attentionnel de cinq designs etleur impact sur la réalisation de la tâche. La seconde, en utilisant des données neurophysiologiques, visaità mesurer l’impact de deux designs sur la charge de travail. Les designs évalués ont servi à concevoir unsystème de notification intégré dans une nouvelle supervision radar qui a été couplé à l’agent de suivi dela tâche. La dernière expérimentation conduite durant ces travaux avait pour objectif d’évaluer l’impact decette nouvelle position de contrôle dont le design est orienté conscience de la situation sur la détection deproblèmes critiques. Les résultats obtenus montrent l’intérêt de ces nouveaux outils et leur impact positifsur la réalisation de la tâche des contrôleurs ainsi que la nécessité d’évaluer dans un contexte expérimentalcontrôlé les caractéristiques des designs de notifications pour les visualisations de supervision. / Air traffic control is undergoing a great change due to the increase of traffic and the evolution of thecontrol tools. The greater number of aircrafts managed by the controller implies a much greater load ofinformation to deal with and memorize than before. A significant part of accidents’ causes is already dueto the problem of information perception and memorization which is worsened by the size of the controlscreens which are particularly critical concerning the perception of alarms and warnings displayed onthe radar image. The current design in France of those types of alerts which rely on color is controversialand an Aviation Safety bulletin recommended it should be improved. The perception of informationcontributing to a satisfactory situation awareness by the air traffic controllers is central to this thesis whichaims at making sure alarms and relevant information are detected early enough and according to prioritiesand that the corresponding actions are actually performed. To answer the issue at stake our first work focusdealt with the study of the controllers’ task so as to analyze the required information in order to achievecertain objectives and provide a task monitoring agent that could support them. The second work focusdealt with the notifications perception, more specifically in the peripheral vision and the conception ofdesigns such as to improve their perception and the study of their impact on the performance of the task.Thanks to a holistic approach based on the use of an ATC microworld (Laby) and the use of physiologicalsensors we managed to assess several notification designs. Several experiments have been conducted,one using eye-tracking aimed at measuring attention capacity of five designs and their impact on theperformance of the task. The second used neurophysiologic data and aimed at measuring the impact oftwo designs on the work load. The assessed designs enabled to conceive a notification system integratedin a new radar supervision together with the task monitoring agent. The last experiment conducted in thecourse of this work aimed at measuring the impact of this new position of control whose design is situationawareness oriented, on the detection of critical problems. The obtained results show the relevance ofthese new tools and their positive impact on the performance of the task by controllers as well as the needto assess, in a controlled experimental context, the characteristics of notification designs for supervisionvisualization.

Les contrôleurs du trafic aérien ou « aiguilleurs du ciel », dont l’activité consiste à assurer la sécurité de l’écoulement du trafic aérien, vont bientôt être confrontés à une évolution sans précédent de leur activité de travail. Pour pallier à une évolution de contexte, associée principalement à une augmentation significative du niveau de trafic aérien, la construction d’un nouvel environnement de contrôle induisant l’introduction de nouvelles technologies et de l’automatisation partielle de la tâche de contrôle est visée. Ces perspectives, qui ont pour objectif de diminuer les sollicitations des contrôleurs aériens afin d’augmenter le seuil capacitaire de gestion du trafic aérien, suscitent l’interrogation. Notamment, comment assurer la validation de ces évolutions en vue des objectifs visés ? Ce doctorat porte sur l’étude de la charge mentale de contrôleurs aériens dans différents contextes, afin d’évaluer les effets engendrés par de telles modifications apportées à leur environnement de travail quotidien. L’évaluation proposée repose sur une approche multidimensionnelle centrée sur l’analyse de paramètres oculaires enregistrés grâce à une technique d’eye-tracking dans des situations de contrôle écologiquement valides, en référence à la tâche de contrôle du trafic aérien. La première étude a tout d’abord permis de caractériser la gestion de la charge mentale effectuée par les contrôleurs aériens au cours de leur activité dans une situation nominale (reflétant la situation de contrôle du trafic aérien actuelle). La deuxième étude porte sur les effets générés par l’introduction de nouveaux systèmes informatisés d’aide à la décision induisant une automatisation partielle de la tâche de contrôle. Enfin, la dernière étude souligne l’effet du niveau de formation sur les modes de gestion des ressources cognitives employés par les contrôleurs aériens. / The air traffic controllers, whose job is to ensure the safety of air traffic flow, will soon be faced to an unprecedented change in their work activity. To compensate a change of context, mainly associated with a significant increase of the air traffic density, the elaboration of a new air traffic control environment is considered. In particular, the introduction of new technologies (all electronic devices) causing the partial automation of the control task, has been defined as prospects for the En-Route air traffic control work position. These perspectives aim at reducing the air traffic controllers’ requirements in order to increase the capability threshold of air traffic management associated with air traffic control service rendered. Such a change may however query. Indeed, how to ensure the validation of these developments to the objectives? This research aims to study the air traffic controllers’ mental workload in different contexts. The objective of this approach is to assess the effects caused by such changes in the air traffic controllers’ daily work environment. The proposed assessment is based on a multidimensional approach mainly focused on the analysis of ocular parameters recorded through an eye-tracking technique in air traffic control situations ecologically valid with reference to the features of air traffic control task. The results deduced from the empirical work of this research were first used to characterize the management of mental workload carried by air traffic controllers during their activity in the nominal situation (reflecting the current air traffic control situation). The results obtained through this research also focused on the effects generated by the introduction of new computerized systems inducing a partial automation of the control task, and those induced by the level of training dedicated to the use of such systems on the management methods of cognitive resources employed by air traffic controllers.

Les disfluences sont un phénomène apparaissant fréquemment dans toute production orale spontanée ; elles consistent en l'interruption du cours normal du discours. Elles ont donné lieu à de nombreuses études en Traitement Automatique du Langage Naturel. En effet, leur étude et leur identification précise sont primordiales, sur les plans théorique et applicatif.<br />Cependant, la majorité des travaux de recherche sur le sujet portent sur des usages de langage quotidien : dialogues « à bâtons rompus », demandes d'horaire, discours, etc. Mais qu'en est-il des productions orales spontanées produites dans un cadre contraint ? Aucune étude n'a à notre connaissance été menée dans ce contexte. Or, on sait que l'utilisation d'une « langue de spécialité » dans le cadre d'une tâche donnée entraîne des comportements spécifiques.<br />Notre travail de thèse est consacré à l'étude linguistique et informatique des disfluences dans un tel cadre. Il s'agit de dialogues de contrôle de trafic aérien, aux contraintes pragmatiques et linguistiques. Nous effectuons une étude exhaustive des phénomènes de disfluences dans ce contexte. Dans un premier temps nous procédons à l'analyse fine de ces phénomènes. Ensuite, nous les modélisons à un niveau de représentation abstrait, ce qui nous permet d'obtenir les patrons correspondant aux différentes configurations observées. Enfin nous proposons une méthodologie de traitement automatique. Celle-ci consiste en plusieurs algorithmes pour identifier les différents phénomènes, même en l'absence de marqueurs explicites. Elle est intégrée dans un système de traitement automatique de la parole. Enfin, la méthodologie est validée sur un corpus de 400 énoncés.

Les visualisations de données permettent de transmettre de l'information aux utilisateurs. Pour explorer et comprendre les données, les utilisateurs sont amenés à interagir avec ces visualisations.Toutefois, l'interaction avec les visualisations modifie le visuel. Pour éviter des changements brusques et garder l'utilisateur focalisé sur les objets graphiques d'intérêt, des transitions visuelles sont nécessaires pour accompagner les modifications de la visualisation. Ces transitions visuelles peuvent être codées sous la forme d'animations, ou de techniques qui permettent de faire des correspondances, ou des liens avec des données représentées sur plusieurs affichages. Le premier objectif de cette thèse était d'étudier les bénéfices et les propriétés des animations pour l'exploration et la compréhension de grandes quantités de données multidimensionnelles. Nous avons établi en conséquence une taxonomie des transitions animées en visualisation d'information basée sur les tâches des utilisateurs. Cette taxonomie a permis de constater qu'il n'existe pas de contrôle utilisateur sur la direction des objets durant l'animation. Nous avons donc proposé des interactions pour le contrôle de la direction des objets graphiques lors d'une transition animée. D'autre part, nous avons étudié une technique de transition animée mettant en jeu une rotation 3D entre visualisations. Nous avons identifié les avantages qu'elle pouvait apporter et en avons proposé une amélioration.Le second objectif était d'étudier les transitions visuelles dans le domaine du Contrôle du Trafic Aérien. En effet, les contrôleurs utilisent de nombreuses visualisations qui comportent des informations étalées et dupliquées sur plusieurs affichages: l'écran Radar, le tableau de strips, des listes spécifiques d'avions (départ, arrivées) etc. Ainsi dans leur activité, les Contrôleurs Aériens réalisent des transitions visuelles en recherchant et en reliant de l'information à travers les différents affichages. Nous avons étudié comment les animations pouvaient être utilisées dans le domaine du contrôle aérien en implémentant un prototype d'image radar regroupant trois visualisations usuelles pour instrumenter l'activité de supervision du trafic aérien.

Dans cette thèse, nous menons une réflexion sur les notions de norme(s) et d’usage(s) langagiers dans le cadre du domaine du contrôle aérien. Ce domaine offre l’exemple parfait de la mise en œuvre d’une norme langagière : la "phraséologie" aéronautique, le langage opératif censé permettre des communications sûres et efficaces entre pilotes et contrôleurs, lors des situations les plus courantes. Lorsque la phraséologie ne suffit pas, ces derniers ont recours à une forme langagière plus naturelle, le "plain language". De nombreux problèmes relatifs à la mise en œuvre de ce dernier ont rapidement vu le jour et ont suscité des interrogations, notamment chez les professionnels de l’enseignement de l’anglais de l’aviation. Pour répondre aux besoins spécifiques de l’ENAC, cette thèse dresse un panorama des usages faits de la langue anglaise par les contrôleurs français et les pilotes étrangers lors de leurs communications radiotéléphoniques. Notre méthode d’analyse consiste en une étude comparative entre un corpus de référence, représentant la norme, et un corpus de communications réelles, représentant les usages. Cette analyse comparative nous permet de repérer, de décrire et de catégoriser les formes langagières employées lors de situations routinières de la navigation aérienne. Certaines différences sont ainsi repérées entre les deux corpus. En fonction de la situation, les pilotes et les contrôleurs peuvent procéder à des variations d’ordre lexical, sémantique, syntaxique et discursif. Alors que certains semblent subir l’influence de la langue naturelle, d’autres semblent mettre en œuvre une stratégie communicationnelle pour tenter d’"humaniser" ou de modaliser le contenu de leurs messages. / This thesis is a reflection upon the notions of linguistic norm(s) and usage(s) within the domain of Air Traffic Control. This domain provides a prime example of an established linguistic norm: that of “phraseology”, the controlled language used between pilots and controllers to optimise and secure their most frequent communications. If pilots and controllers do not speak the same language, the phraseology used is then based on English. Whenever the limits of phraseology are reached, pilots and controllers revert to a more natural form of language which has only recently been described in this domain: plain language. However, several problems relating to the implementation of plain language and phraseology have been identified by professional Aviation English teachers. To meet the needs of the French civil aviation university (ENAC), a survey of the different uses of the English language by French controllers and international pilots is presented. The method of analysis consists in a comparative study between two corpora: one representing the prescribed norm and the other corresponding to real pilot-controller communications. This comparative analysis allows the description and categorization of the different types of languages used on the frequency in air navigation typical situations. Some differences are found between the two corpora. Depending on the situation, pilots and controllers’ messages can indeed vary from a lexical, semantic or syntactic and discursive point of view. Some variations reflect the influence of natural language on the speakers while others can be considered as a strategy to “humanise” radiotelephony communications.