Les besoins grandissant en santé rendent des technologies comme la téléprésence à domicile de plus en plus intéressantes. Cependant, dans le domaine des interfaces humains-machines, il est souvent noté que négliger la façon dont est présentée l'information provenant du robot peut nuire à l'opérateur dans sa compréhension de la situation, ce qui entraîne une efficacité réduite. C'est en considérant la façon dont est traitée l'information chez l'opérateur que nous arriverons à développer une interface permettant d'allouer le maximum des capacités cognitives de l'opérateur à la tâche. De plus, les développements récents de matériel à haute performance et à coûts réduits nous permettent de mettre en oeuvre des techniques modernes de traitement d'images en temps réel. Nous proposons donc de développer un système flexible pour étudier les différentes façons de présenter l'information pertinente à la navigation efficace d'une plateforme robotique mobile. Ce système est basé sur une reconstruction en trois dimensions de l'environnement parcouru à partir des lectures de capteurs retrouvés couramment sur ces plateformes. De plus, l'utilisation d'une caméra vidéo stéréoscopique permet de reproduire l'effet de perspective tel qu'une personne sur place le percevrait. La présence d'un flux vidéo est souvent appréciée par les opérateurs et nous croyons que d'ajouter la profondeur dans notre reproduction de celui-ci est un avantage. Finalement, la caméra virtuelle de l'interface peut être continuellement réorientée de façon à fournir une perspective soit égocentrique, soit exocentrique, selon les préférences de l'opérateur. Nous validons l'utilisation de ce système en évaluant selon différentes métriques les performances d'opérateurs, autant néophytes qu'experts en robotique mobile, de façon à bien cibler les besoins fonctionnels de ce genre d'interfaces et leurs évaluations avec des populations-cibles. Nous croyons que la flexibilité quant au positionnement de la caméra virtuelle de l'interface demeure l'aspect le plus important du système. En effet, nous nous attendons â ce que cela permette à chaque opérateur d'adapter l'interface à ses préférences et les tâches en cours pour qu'il effectue son travail le plus efficacement possible. Bien que nous n'incluons pas de tâches spécifiques au domaine de la télésanté dans nos expérimentations, nous croyons que les observations de ce travail quant à la téléopération en général pourront s'appliquer éventuellement à ce domaine en particulier.

L'agrégation d'activités pour l'identification de catégories de comportements est un enjeu majeur de tous les systèmes socio-techniques complexes actuels. La question clé consiste à réaliser une synthèse de façons de faire (ou praxies) intégrant la variabilité des opérateurs humains impliqués. Dans un cadre aéronautique, l'agrégation d'activités de pilotage vise à accélérer la détermination de procédures améliorant la sécurité des vols et l'efficacité des missions ; elle repose sur les données objectives des paramètres enregistrés des phases de vol significatives et se structure grâce à une interprétation experte. Un modèle d’Agrégation Supervisée : - décomposition, - maïeutique, - reconstruction, est ainsi établi dans cette thèse. Le cœur en est la 2e étape qui généralise et enrichit le concept de « moyenne » classique des approches probabilistes : une base d'apprentissage, constituée d'activités déterminées et caractérisées par l'interprétation experte, est utilisée pour identifier les motifs significatifs de paramètres enregistrés, c'est à dire les praxies qui agrègent donc les éléments essentiels des activités. Ceux-ci sont choisis au sein d'un ensemble de motifs paramétrables génériques, dont les divers seuils sont ajustés de manière incrémentale. Les motifs sont alors évalués selon les deux critères intrinsèques de cohérence et de pertinence de leurs seuils, ainsi que le critère extrinsèque de la conformité des résultats obtenus par leur utilisation aux vols de la base d'apprentissage. Peuvent à ce niveau se faire jour des groupements parmi les éléments de la base d'apprentissage, selon les motifs rendant compte des activités particulières. L'expertise doit également être généralisable pour permettre l'étude de plusieurs points-clé dans cette étape maïeutique.Ce modèle générique définit une activité comme une structure formelle de praxies, et ouvre la voie à un enrichissement de la 3e étape intégrant la multiplicité des rôles des opérateurs. / Aggregating activities in order to identify categories of behaviour is a major topic of actual complex socio-technical systems. The key issue lies in incorporating the variability of implied human operators in the synthesis of ways of doing (or praxis). Aggregation of piloting activities is directed to allow a faster and more secure determination of procedures enhancing flight security and mission efficiency; it is based on the objective data of flight parameters recorded during significant flight phases, and is carried under thorough expert interpretation.A Supervised Aggregation model, consisting in the 3 steps of 1) decomposition, 2) maieutics, and 3) reconstruction, is thus devised in the present PhD. At the heart of this aggregation process, the 2nd maieutic step generalizes and enriches the usual concept of ''mean'', deeply related to probabilistic approaches: a set of activities analyzed and characterized by the expert, the learning basis, is related to significant patterns in the lot of recorded flight parameter values, in other words the praxis resulting of the aggregation of the activities. The patterns are selected from a collection of customizable generic patterns, whose thresholds are incrementally adjusted using the learning basis. The obtained patterns are then assessed according to the three criteria of 1) coherence and 2) likelihood of the thresholds, as well as the 3) conformity of these patterns used on the learning basis. At this stage, groups among the studied behaviours might emerge, gathering those for which an activity would be depicted by similar patterns. Expert-knowledge must be generalized in order to perform the joint analysis of several key points in this maieutic step.This generic model defines an activity as a formal structure of praxis, paving the way towards the further developments of the process, through the enrichment of the 3rd step, incorporating the multiplicity of operating roles.

L'analyse des accidents aériens fait ressortir ces dernières années le rôle crucial desopérateurs humains, et leurs erreurs qui peuvent avoir des conséquences dramatiques. Uncas particulier d’erreur humaine reste cependant peu abordé : la surdité inattentionnelle,c’est-à-dire l’incapacité temporaire à entendre, à prendre conscience d’une informationauditive. Dans le domaine de l’aéronautique, cette défaillance cognitive est évidementcritique, car elle signifie l’omission d’alarmes auditives. Le premier enjeu de ce projet derecherche est de définir des métriques comportementales et physiologiquescaractéristiques de la surdité inattentionnelle. Pour cela, nous nous sommes intéressés enparticulier à deux postes de travail fondamentaux de la sécurité aérienne et soumis à desalarmes auditives : le pilotage et le contrôle aérien. Nous avons cherché à mettre enévidence les conditions contextuelles favorisant l’apparition de la surdité inattentionnelle,notamment la charge de travail des opérateurs. Un second enjeu était d’identifier despistes d’adaptation des interfaces avec les pilotes et les contrôleurs aériens, permettant deprévenir ou limiter la surdité inattentionnelle à ces postes spécifiques. Pour répondre àcette problématique, 3 expériences ont été menées. La première a étudié l’impact de lacharge de travail sur le traitement des alarmes auditives lors d’une tâche d’atterrissage.Elle a permis de déterminer que la P300 était un indicateur de la surdité. La secondeexpérimentation a porté sur l’impact du design des alarmes visuelles sur les capacités detraitement cognitif des alarmes auditives, dans le cadre du contrôle aérien. Les résultatsnous ont montré une restauration de la P3b auditive avec le design visuel amélioré. Enfinla dernière expérience a testé la pertinence de mesures oculaires pour détecter lescontextes favorisant la surdité inattentionnelle. Ces résultats ouvrent des pistesprometteuses de prévention et de détection de la surdité inattentionnelle aux postescritiques de la sécurité aérienne. / The analysis of airplane accidents has recently highlighted the crucial role of humanoperators, their mistakes having potential dramatic consequences. A specific type ofhuman error remains little discussed: inattentional deafness, which is defined as thetemporary inability to hear or to become aware of auditory information. In aeronautics,this cognitive failure is obviously critical because it can lead to the omission of auditoryalarms. The first challenge of this research project is to define behavioral and physiologicalcharacteristics of inattentional deafness. For this purpose, we focused on the twofundamental jobs in aviation safety and subjected to auditory alarms: piloting and airtraffic control. We planned to highlight the contextual conditions favoring the appearanceof inattentional deafness, in particular the operators' workload. A second challenge was toidentify potential adaptation in the interfaces with pilots and air traffic controllers toprevent or limit the apparition inattentional deafness. To address these issues, threeexperiments were conducted. The first experiment studied the impact of workload on thetreatment of auditory alarms during a landing task. It was determined that P3b was anindicator of deafness. The second experiment focused on the impact of design visualalarms on cognitive processing abilities auditory alarms, as part of air traffic control. Theresults showed a restoration of auditory P300 with the enhanced visual design us. Finally,the last experiment tested the relevance of eye measurements to detect contexts favoringinattentional deafness. These results open promising possibilities for prevention anddetection of inattentional deafness in critical positions of aviation safety.

Les travaux menés dans cette thèse CIFRE s’inscrivent dans le cadre d’une collaboration pérenne entre le CRAN et l'EDF R&D dont un des résultats majeurs a été le développement d'une méthodologie d’analyse de risques, appelée Analyse Intégrée des Risques (AiDR). Cette méthodologie traite des systèmes sociotechniques sous les angles technique, humain et organisationnel et dont les équipements sont soumis à des actions de maintenance et/ou de conduite. La thèse a pour objet ainsi de proposer une évolution du modèle dit de « barrière humaine » développé dans l'AiDR pour évaluer l'efficacité de ces actions humaines prises leur contexte organisationnel. Nos contributions majeures s'organisent autour de 3 axes : 1. Une amélioration de la structure préexistante du modèle de barrière humaine afin d’aboutir à un modèle basé sur des facteurs de forme appelés performance shaping factors (PSF) fournis par les méthodes d’Évaluation Probabiliste de la Fiabilité Humaine (EPFH) ;2. L’intégration de la résilience et la modélisation de l’interaction entre mécanismes résilients et pathogènes impactant l'efficacité des actions dans les relations causales probabilistes ;3. Un traitement global des jugements d’expert cohérent avec la structure mathématique du modèle proposé permettant d’estimer d’une manière objective les paramètres du modèle. Ce traitement se fonde sur la construction d’un questionnaire permettant de "guider" l’expert vers l’évaluation d’effets conjoints issus de l’interaction entre mécanismes pathogènes et résilients. L’ensemble des contributions proposées a été validé sur un cas d’application portant sur une barrière humaine mise en place dans un cas d’inondation externe d’une unité de production d’électricité d’EDF / The work carried out in this CIFRE PhD thesis is part of a long-term collaboration between CRAN and EDF R&D, one of the major results of which was the development of a risk analysis methodology called Integrated Risk Analysis (AiDR). This methodology deals with sociotechnical systems from technical, human and organizational points of view and whose equipment is subjected to maintenance and/or operation activities. This thesis aims to propose an evolution of the so-called "human barrier" model developed in the AiDR in order to evaluate the effectiveness of these human actions taken their organizational context. Our major contributions are organized around 3 axes: 1. Improvement of the pre-existing structure of the human barrier model to achieve a model based on performance shaping factors (PSF) provided by the Human Reliability Assessment (HRA) methods; 2. Integration of resilience and modeling of the interaction between resilient and pathogenic mechanisms impacting the effectiveness of activities in a probabilistic causal framework; 3. A global treatment of the expert judgments consistent with the mathematical structure of the proposed model in order to objectively estimate the parameters of the model. This treatment is based on a questionnaire to guide experts towards the evaluation of joint effects resulting from the interaction between pathogenic and resilient mechanisms. All of the proposed contributions have been validated on an application case involving a human barrier put in place during an external flooding occurring at an EDF power plant

Depuis la révolution industrielle, l'Homme développe des systèmes industriels pour satisfaire ses exigences de production. Mais exploiter ces installations n'est pas sans risques pour les utilisateurs. De ce fait, l'analyse des risques s'est largement développée durant ces dernières décennies. En effet, si dans les années 70, les études se focalisaient sur les défaillances technologiques, des accidents ont souligné l'importance des facteurs humains et organisationnels dans leur occurrence. Si bien que dans les années 80, des méthodes consacrées à l'identification de ces facteurs ont émergées. Ces études, impliquant différentes disciplines, étaient jusqu'alors conçues et conduites séparément les unes des autres. Cet état de fait amène à une sectorisation des analyses et ne permet pas d'avoir une vision globale de la situation étudiée. Mais, depuis peu, des méthodologies proposent d'intégrer (partiellement) ces dimensions dans la démarche d'analyse. Le manque d'intégration constitue aujourd'hui une problématique, scientifique et industrielle, pour les exploitants de systèmes critiques. Ainsi, notre contribution porte sur le développement d'une méthodologie permettant l'analyse de risques de systèmes socio-techniques en exploitation. Ce type d'analyse vise à probabiliser le risque à des fins d'aide à la décision. En ce sens, nous proposons une démarche de formalisation, d'intégration, de représentation et de modélisation des différentes connaissances du système. Le modèle présenté permet d'identifier l'ensemble des causes menant à l'occurrence d'un événement critique, en considérant les données techniques du système et les données liées aux opérateurs et à l'organisation.

L'enjeu de ce travail consiste à proposer un modèle dynamique multi-niveau permettant l'étude des systèmes et des structures à composantes humaines à deux niveaux. Le premier niveau s'intéresse à l'étude du comportement à une échelle individuelle (facteurs psychologiques). Le second niveau étend le modèle à l'étude du comportement des groupes de travailleurs (facteurs psychosociaux). Nous situons ce travail dans le cadre de l'amélioration de l'efficience des opérateurs avec pour domaine d'application l'optimisation du contrôle de la qualité des produits. Le modèle est basé sur une représentation graphique et mathématique inspirée de la dynamique des systèmes permettant d'intégrer l'évolution du comportement et de considérer les rétroactions positives et négatives. L'incertitude et l'imperfection que peuvent avoir certains aspects comportementaux sont intégrées dans l'approche en utilisant la théorie des sous-ensembles flous et les systèmes d'inférences flous. <br />Les hypothèses proposées dans le modèle sont par la suite testées dans un environnement de simulation permettant de reproduire une tâche de contrôle de la qualité de certains produits dans un atelier de production. Les résultats des expériences obtenus ont été utilisés pour la construction d'un modèle de comportement.

Les systèmes complexes actuels (cockpits, contrôle de trafic aérien, pilotage de drones,...) amènent les opérateurs à gérer un ensemble de tâches évoluant dynamiquement dans le temps, et imposent des changements fréquents de situation au cours d'une même mission. Ces transitions entre contextes (provoqués par l'ajout, le retrait, l'interruption ou la récupération d'une tâche) peuvent induire une rupture de la conscience de situation (Situation Awareness) de l'opérateur. Dans le cadre de cette thèse, nous introduisons la méthodologie SAMANTA (Situation Awareness Modeling and ANalysis for Transition Amelioration). Celle-ci, mise en oeuvre par les experts en charge de l'analyse et de la conception de futurs systèmes, contribue à l'étude et la résolution des difficultés engendrées par de telles transitions. Le processus d'analyse des transitions proposé s'appuie sur une approche duale de description des transitions à travers la modélisation des tâches, et des éléments de situation associés à chacune d'entre elles (les contextes). Les caractéristiques des transitions ainsi obtenues sont utilisées par l'analyste afin d'émettre des recommandations sur les interfaces du système considéré. Les utilisateurs (opérateurs de systèmes et experts du domaine) sont intégrés aux étapes clés du processus de conception. Un outil dédié a été développé dans le cadre de cette thèse dans le but de faciliter la mise en oeuvre de la méthodologie SAMANTA par les analystes. Une application concrète à la conception de futurs systèmes de drone est présentée, développant l'étude de deux transitions spécifiques.

Les systèmes complexes actuels (cockpits, contrôle de trafic aérien, pilotage de drones,...) amènent les opérateurs à gérer un ensemble de tâches évoluant dynamiquement dans le temps, et imposent des changements fréquents de situation au cours d'une même mission. Ces transitions entre contextes (provoqués par l'ajout, le retrait, l'interruption ou la récupération d'une tâche) peuvent induire une rupture de la conscience de situation (Situation Awareness) de l'opérateur. Dans le cadre de cette thèse, nous introduisons la méthodologie SAMANTA (Situation Awareness Modeling and ANalysis for Transition Amelioration). Celle-ci, mise en oeuvre par les experts en charge de l'analyse et de la conception de futurs systèmes, contribue à l'étude et la résolution des difficultés engendrées par de telles transitions. Le processus d'analyse des transitions proposé s'appuie sur une approche duale de description des transitions à travers la modélisation des tâches, et des éléments de situation associés à chacune d'entre elles (les contextes). Les caractéristiques des transitions ainsi obtenues sont utilisées par l'analyste afin d'émettre des recommandations sur les interfaces du système considéré. Les utilisateurs (opérateurs de systèmes et experts du domaine) sont intégrés aux étapes clés du processus de conception. Un outil dédié a été développé dans le cadre de cette thèse dans le but de faciliter la mise en oeuvre de la méthodologie SAMANTA par les analystes. Une application concrète à la conception de futurs systèmes de drone est présentée, développant l'étude de deux transitions spécifiques.

Les clients des missions de drones sont demandeurs de systèmes d'information et de décision dans lesquels l'humain joue un rôle clé avec sa capacité unique d'analyse. Nous avons présenté comme première contribution un référentiel des niveaux d'automatisation qui interroge systématiquement sur le rôle de l'humain, et ce en rupture avec les référentiels précédents. Nous avons proposé comme seconde contribution un système décisionnel qui laisse les systèmes automatisés être incertains quant à l'ordre de certaines options de telle sorte que l'opérateur/superviseur puisse trancher. Afin d'augmenter le ratio nombre de drones / nombre d'humains, nous avons restreint l'usage de la décision humaine à l'arbitrage des conflits entre objectifs majeurs. Nous avons finalement expérimenté le sacrifice d'objectifs mineurs pour donner plus de temps à ces arbitrages. En conclusion nous rappellerons les mérites de nos deux contributions. LOA4 est un référentiel des niveaux d'autonomie centré sur l'humain, attentif à l'adaptation et compatible avec UML/PACT. Le système décisionnel que nous proposons est également centré sur l'humain et lui permet de jouer - même avec parcimonie et parfois au prix du sacrifice d'objectifs mineurs - un rôle clé basé sur sa capacité unique d'analyse. / Humans are still vital after years of automation and the clients of UAV mission systems want to preserve the human user’s key role because human knowledge, experience and judgment provide unique capability to analyze safety risks and to think ahead in uncertain and novel situations. Our first contribution is LOA4, a set of tree levels of automation in four dimensions to assess human involvement in partially automated systems. Previous sets focus too much attention on the computer rather than on the collaboration between the computer and its operator/supervisor. Unlike previous sets, our set systematically assess human involvement: is there none; some sometime; or some anytime. Its simplicity allow to recursively assess the situation of automation of a system based on the situation of automation of its parts. These information can be part of an IHM to increase the situation awareness in real time. Our second contribution is a mission system in which automated systems decide to delegate some decisions to humans. In order to increase the ratio number of “uavs / number of humans”, decisions that are untrusted to humans are mostly both ambivalent and critical. Some minor goals may be discarded to provide humans with more time to make their decisions. We implemented our approach and we report some results.

Cette recherche vise à analyser les conditions thermiques dans une chambre de CHSLD. L'analyse est réalisée en utilisant la simulation informatique (logiciel Bsim 2000). Une zone unique est simulée avec une fenêtre opérable recréant la ventilation latérale qui engendre la situation la plus critique en terme de potentiel de refroidissement. La période de simulation est la journée la plus chaude de l'année identifiée par le fichier climatique pour la ville de Québec, soit le 5 juillet. Le meilleur potentiel de ventilation naturel identifié comme cas de référence est l'auvent double et différentes stratégies de refroidissement passif y sont appliquées pour trois superficies de vitrage orientées principalement au nord, au sud et à l'ouest en vue d'atteindre la zone de confort thermique pré-établie pour les résidents de CHSLD. Les meilleures situations sont identifiées et intégrées dans des recommandations finales visant le maintien de la fenêtre opérable dans une chambre de CHSLD malgré l'adaptabilité limitée des résidents et le climat nordique de l'implantation de cette étude.