Si « la réalité virtuelle ne fait que généraliser ce principe qui consiste à offrir un produit privé de sa substance, privé de son noyau de réel, de résistance matérielle : tel le café décaféiné qui a le goût et l'odeur du café sans en être vraiment, la réalité virtuelle est une réalité qui ne l'est pas vraiment. » comme l'écrit Slavoj Zizek (2002, p. 31), comment expliquer la présence ?La question de la présence entendue comme la sensation d'être dans un environnement qui n'est pas l'environnement réel ne peut être abordée qu'à condition de prendre conscience des présupposés qu'elle comporte même si ces présupposés semblent paradoxaux. Par conséquent, il s'agit, dans un premier temps, d’analyser une série d'immersions menées au Centre de Réalité Virtuelle de la Méditerranée (Crvm). C'est sur la base des résultats de l'étude menée au Crvm en recourant à des entretiens en profondeur que, dans un deuxième temps, une étude empirique utilisant un recueil de données parquestionnaire, sera proposée afin d'examiner les relations entre les dimensions de la présence. Pour le dire clairement, la problématique de ce travail prend pour origine une question qui n'a pas été, selon nous, suffisamment examinée : qu’est-ce que la présence dans un environnement immersif ? Les paradoxes de la présence dans les environnements immersifssont-ils d’authentiques paradoxes où ne sont-ils pas seulement les conséquences de présupposés insuffisamment interrogés ? Le cas échéant, la présence dans les environnements immersifs est-elle encore paradoxale ? Et si, malgré tout, elle le demeure, quelle est la nature des paradoxes qui la caractérisent ? Et, en dépit de l'apparente solitude du sujet en immersion, la présence dans les environnements immersifs ne révèle-t-elle pas l'essence communicationnelle de l'homme ? / The question of the presence -i.e. the feeling of being in an environment which is not the real environment - can be understood only if we are aware of presence presuppositions, even if these presuppositions seems to be paradoxical. Consequently, on the one hand, we have analyzed immersive experiences at the Centre de Réalité virtuelle de la Méditerranée (Crvm). On the second hand, an empirical study, using a data collection by questionnaire, has been achieved in order to examine the relations between the dimensions of the presence.The problem of the presence in immersive environments takes for origin a question which was not enough examined. The question is the following : are the paradoxes of the presence in immersive environments authentic paradoxes? In spite of the loneliness of the subject experiencing immersion, is the presence in the immersive environments able to reveal that the essence of human being is communication?

En biologie structurale, l’étude théorique de structures moléculaires comporte quatre activités principales organisées selon le processus séquentiel suivant : la collecte de données expérimentales/théoriques, la visualisation des structures 3d, la simulation moléculaire, l’analyse et l’interprétation des résultats. Cet enchaînement permet à l’expert d’élaborer de nouvelles hypothèses, de les vérifier de manière expérimentale et de produire de nouvelles données comme point de départ d’un nouveau processus.L’explosion de la quantité de données à manipuler au sein de cette boucle pose désormais deux problèmes. Premièrement, les ressources et le temps relatifs aux tâches de transfert et de conversion de données entre chacune de ces activités augmentent considérablement. Deuxièmement, la complexité des données moléculaires générées par les nouvelles méthodologies expérimentales accroît fortement la difficulté pour correctement percevoir, visualiser et analyser ces données.Les environnements immersifs sont souvent proposés pour aborder le problème de la quantité et de la complexité croissante des phénomènes modélisés, en particulier durant l’activité de visualisation. En effet, la Réalité Virtuelle offre entre autre une perception stéréoscopique de haute qualité utile à une meilleure compréhension de données moléculaires intrinsèquement tridimensionnelles. Elle permet également d’afficher une quantité d’information importante grâce aux grandes surfaces d’affichage, mais aussi de compléter la sensation d’immersion par d’autres canaux sensorimoteurs.Cependant, deux facteurs majeurs freinent l’usage de la Réalité Virtuelle dans le domaine de la biologie structurale. D’une part, même s’il existe une littérature fournie sur la navigation dans les scènes virtuelles réalistes et écologiques, celle-ci est très peu étudiée sur la navigation sur des données scientifiques abstraites. La compréhension de phénomènes 3d complexes est pourtant particulièrement conditionnée par la capacité du sujet à se repérer dans l’espace. Le premier objectif de ce travail de doctorat a donc été de proposer des paradigmes navigation 3d adaptés aux structures moléculaires complexes. D’autre part, le contexte interactif des environnements immersif favorise l’interaction directe avec les objets d’intérêt. Or les activités de collecte et d’analyse des résultats supposent un contexte de travail en "ligne de commande" ou basé sur des scripts spécifiques aux outils d’analyse. Il en résulte que l’usage de la Réalité Virtuelle se limite souvent à l’activité d’exploration et de visualisation des structures moléculaires. C’est pourquoi le second objectif de thèse est de rapprocher ces différentes activités, jusqu’alors réalisées dans des contextes interactifs et applicatifs indépendants, au sein d’un contexte interactif homogène et unique. Outre le fait de minimiser le temps passé dans la gestion des données entre les différents contextes de travail, il s’agit également de présenter de manière conjointe et simultanée les structures moléculaires et leurs analyses et de permettre leur manipulation par des interactions directes.Notre contribution répond à ces objectifs en s’appuyant sur une approche guidée à la fois par le contenu et la tâche. Des paradigmes de navigation ont été conçus en tenant compte du contenu moléculaire, en particulier des propriétés géométriques, et des tâches de l’expert, afin de faciliter le repérage spatial et de rendre plus performante l’activité d’exploration. Par ailleurs, formaliser la nature des données moléculaires, leurs analyses et leurs représentations visuelles, permettent notamment de proposer à la demande et interactivement des analyses adaptées à la nature des données et de créer des liens entre les composants moléculaires et les analyses associées. Ces fonctionnalités passent par la construction d’une représentation sémantique unifiée et performante rendant possible l’intégration de ces activités dans un contexte interactif unique. / In structural biology, the theoretical study of molecular structures has four main activities organized in the following scenario: collection of experimental and theoretical data, visualization of 3D structures, molecular simulation, analysis and interpretation of results. This pipeline allows the expert to develop new hypotheses, to verify them experimentally and to produce new data as a starting point for a new scenario.The explosion in the amount of data to handle in this loop has two problems. Firstly, the resources and time dedicated to the tasks of transfer and conversion of data between each of these four activities increases significantly. Secondly, the complexity of molecular data generated by new experimental methodologies greatly increases the difficulty to properly collect, visualize and analyze the data.Immersive environments are often proposed to address the quantity and the increasing complexity of the modeled phenomena, especially during the viewing activity. Indeed, virtual reality offers a high quality stereoscopic perception, useful for a better understanding of inherently three-dimensional molecular data. It also displays a large amount of information thanks to the large display surfaces, but also to complete the immersive feeling with other sensorimotor channels (3D audio, haptic feedbacks,...).However, two major factors hindering the use of virtual reality in the field of structural biology. On one hand, although there are literature on navigation and environmental realistic virtual scenes, navigating abstract science is still very little studied. The understanding of complex 3D phenomena is however particularly conditioned by the subject’s ability to identify themselves in a complex 3D phenomenon. The first objective of this thesis work is then to propose 3D navigation paradigms adapted to the molecular structures of increasing complexity. On the other hand, the interactive context of immersive environments encourages direct interaction with the objects of interest. But the activities of: results collection, simulation and analysis, assume a working environment based on command-line inputs or through specific scripts associated to the tools. Usually, the use of virtual reality is therefore restricted to molecular structures exploration and visualization. The second thesis objective is then to bring all these activities, previously carried out in independent and interactive application contexts, within a homogeneous and unique interactive context. In addition to minimizing the time spent in data management between different work contexts, the aim is also to present, in a joint and simultaneous way, molecular structures and analyses, and allow their manipulation through direct interaction.Our contribution meets these objectives by building on an approach guided by both the content and the task. More precisely, navigation paradigms have been designed taking into account the molecular content, especially geometric properties, and tasks of the expert, to facilitate spatial referencing in molecular complexes and make the exploration of these structures more efficient. In addition, formalizing the nature of molecular data, their analysis and their visual representations, allows to interactively propose analyzes adapted to the nature of the data and create links between the molecular components and associated analyzes. These features go through the construction of a unified and powerful semantic representation making possible the integration of these activities in a unique interactive context.

Les données d'aujourd'hui deviennent de plus en plus complexes à cause de la forte croissance de leurs volumes ainsi que leur multidimensionnalité. Il devient donc nécessaire d'explorer des environnements d'affichage qui aillent au-delà du simple affichage de données offert par les moniteurs traditionnels et ce, afin de fournir une plus grande surface d'affichage ainsi que des techniques d'interaction plus performantes pour l'exploration de données. Les environnements correspondants à cette description sont les suivants : Les écrans large ; les environnements multi-écrans (EME) composés de plusieurs écrans hétérogènes spatialement distribués (moniteurs, smartphones, tablettes, table interactive ...) ; les environnements immersifs. Dans ce contexte, l'objectif de ces travaux de thèse est de concevoir et d'évaluer des solutions d'interaction originales, efficaces et adaptées à chacun des trois environnements cités précédemment. Une première contribution de nos travaux consiste en Split-focus : une interface de visualisation et d'interaction qui exploite les facilités offertes par les environnements multi-écrans dans la visualisation de données multidimensionnelles au travers d'une interface overview + multi-detail multi-écrans. Bien que plusieurs techniques d'interaction offrent plus d'une vue détaillée en simultané, le nombre optimal de vues détaillées n'a pas été étudié. Dans ce type d'interface, le nombre de vues détaillées influe grandement sur l'interaction : avoir une seule vue détaillée offre un grand espace d'affichage mais ne permet qu'une exploration séquentielle de la vue d'ensemble?; avoir plusieurs vues détaillées réduit l'espace d'affichage dans chaque vue mais permet une exploration parallèle de la vue d'ensemble. Ce travail explore le bénéfice de diviser la vue détaillée d'une interface overview + detail pour manipuler de larges graphes à travers une étude expérimentale utilisant la technique Split-focus. Split-focus est une interface overview + multi-détails permettant d'avoir une vue d'ensemble sur un grand écran et plusieurs vues détaillées (1,2 ou 4) sur une tablette. [...] / Today's ever-growing data is becoming increasingly complex due to its large volume and high dimensionality: it thus becomes crucial to explore interactive visualization environments that go beyond the traditional desktop in order to provide a larger display area and offer more efficient interaction techniques to manipulate the data. The main environments fitting the aforementioned description are: large displays, i.e. an assembly of displays amounting to a single space; Multi-display Environments (MDEs), i.e. a combination of heterogeneous displays (monitors, smartphones/tablets/wearables, interactive tabletops...) spatially distributed in the environment; and immersive environments, i.e. systems where everything can be used as a display surface, without imposing any bound between displays and immersing the user within the environment. The objective of our work is to design and experiment original and efficient interaction techniques well suited for each of the previously described environments. First, we focused on the interaction with large datasets on large displays. We specifically studied simultaneous interaction with multiple regions of interest of the displayed visualization. We implemented and evaluated an extension of the traditional overview+detail interface to tackle this problem: it consists of an overview+detail interface where the overview is displayed on a large screen and multiple detailed views are displayed on a tactile tablet. The interface allows the user to have up to four detailed views of the visualization at the same time. We studied its usefulness as well as the optimal number of detailed views that can be used efficiently. Second, we designed a novel touch-enabled device, TDome, to facilitate interactions in Multi- display environments. The device is composed of a dome-like base and provides up to 6 degrees of freedom, a touchscreen and a camera that can sense the environment. [...]