Descendant du déflectomètre à boulet du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), le Heavy Weight Deflectometer (HWD) est devenu aujourd'hui l'appareil de référence international pour la détermination de la portance des chaussées aéronautiques. Il est composé d'une masse tombante qui engendre à la surface de la chaussée, par l'intermédiaire d'une plaque rigide et d'un système d'amortissement, un chargement de type impulsionnel, destiné à simuler le passage d'une roue d'avion. Les déflexions engendrées sont mesurées pendant la période de chargement, au moyen de géophones disposés sous et aux abords de la plaque. Leur analyse permet de déterminer les propriétés structurelles des différentes couches de chaussée au moyen d'une procédure d'identification numérique appelée « calcul inverse » qui consiste à : 1- choisir un modèle mécanique pour décrire le comportement de la chaussée sous chargement, et 2- identifier les paramètres du modèle permettant le meilleur calage entre les données numériques et expérimentales. Un calcul direct peut alors être réalisé, à partir du même modèle mécanique, et en tenant compte des paramètres identifiés, pour estimer la capacité portante de la chaussée et/ou sa durée de vie résiduelle. Les méthodes usuelles d'exploitation des données sont basées, pour les chaussées souples, sur l'utilisation de modèles élastiques multicouches statiques. Les seuls paramètres structuraux à identifier sont les rigidités des différentes couches constitutives. Le calcul inverse est mené à partir de bassins de déflexion pseudo-statiques, reconstitués à partir des déflexions maximales mesurées sur chaque géophone. Les limites de ces méthodes ont été soulignées par de nombreux auteurs. D'une part elles n'exploitent qu'une infime part de l'information disponible (valeurs de pic uniquement des signaux fournis par les géophones et le capteur d'effort), et d'autre part elles reposent sur une modélisation statique très éloignée de la réalité de l'essai. L'objectif de la thèse était donc de développer une méthode avancée d'évaluation des chaussées souples permettant une meilleure représentation physique de l'essai et d'exploiter l'ensemble de l'information disponible. Une modélisation dynamique aux éléments finis, prenant en compte les effets d'inertie et l'amortissement mécanique, y a été proposée. Elle permet le calcul de l'évolution temporelle des déflexions au cours de l'essai. Un algorithme de convergence a été développé sur la base de ce modèle, qui permet d'automatiser la résolution numérique de la phase de calcul inverse. Enfin une méthode d'analyse des résultats du calcul inverse a été proposée à titre d'illustration. Plusieurs expérimentations en vraie grandeur ont été menées afin de valider les phases de calcul inverse et de calcul des déformations critiques. Les essais ont été réalisés sur plusieurs planches de référence, dont l'une est instrumentée. La validation s'est appuyée d'une part sur la comparaison entre propriétés des matériaux identifiées et mesurées en laboratoire, et d'autre part sur l'exploitation de mesures de déformations relatives mesurées in situ. Un outil numérique a par ailleurs été développé, qui permet l'automatisation du maillage aux éléments finis, et le calcul pour les deux étapes consécutives du processus : calcul inverse et calcul direct des déformations relatives.

We propose the concept of spatial analytic interfaces (SAIs) as a tool for performing in-situ, everyday analytic tasks. Mobile computing is now ubiquitous and provides access to information at nearly any time or place. However, current mobile interfaces do not easily enable the type of sophisticated analytic tasks that are now well-supported by desktop computers. Conversely, desktop computers, with large available screen space to view multiple data visualizations, are not always available at the ideal time and place for a particular task. Spatial user interfaces, leveraging state-of-the-art miniature and wearable technologies, can potentially provide intuitive computer interfaces to deal with the complexity needed to support everyday analytic tasks. These interfaces can be implemented with versatile form factors that provide mobility for doing such taskwork in-situ, that is, at the ideal time and place. We explore the design of spatial analytic interfaces for in-situ analytic tasks, that leverage the benefits of an upcoming generation of light-weight, see-through, head-worn displays. We propose how such a platform can meet the five primary design requirements for personal visual analytics: mobility, integration, interpretation, multiple views and interactivity. We begin with a design framework for spatial analytic interfaces based on a survey of existing designs of spatial user interfaces. We then explore how to best meet these requirements through a series of design concepts, user studies and prototype implementations. Our result is a holistic exploration of the spatial analytic concept on a head-worn display platform. / October 2016

As Mixed Reality (MR) technologies become more prevalent, it is important for researchers to design and prototype the kinds of user interface and user interactions that are most effective for end-user consumers. Creating these standards now will aid in technology development and adoption in MR overall. In the current climate of this domain, however, the interface elements and user interaction styles are unique to each hardware and software vendor and are generally proprietary in nature. This results in confusion for consumers. To explore the MR interface and interaction space, this research employed a series of standard user-centered design (UCD) methods to rapidly prototype 3D head-worn display (HWD) systems in the first responder domain. These methods were performed across a series of 13 experiments, resulting in an in-depth analysis of the most effective methods experienced herein and providing suggested paths forward for future researchers in 3D MR HWD systems. Lessons learned from each individual method and across all of the experiments are shared. Several characteristics are defined and described as they relate to each experiment, including interface, interaction, and cost. / Ph. D.

It was analyzed if instructions on a head-worn Augmented Reality display (AR-HWD) are better for manual industrial assembly tasks than instructions on a stationary screen. A prototype was built which consisted of virtual instruction screens for two example assembly tasks. In a comparison study participants performed the tasks with instructions through an AR-HWD and alternatively through a stationary screen. Questionnaires, interviews and observation notes were used to evaluate the task performances and the user experience. The study revealed that the users were excited and enjoyed trying the technology. The perceived usefulness at the current state was diverse, but the users saw a huge potential in AR-HWDs for the future. The task accuracy with instructions on the AR-HWD was equally good as with instructions on the screen. AR-HWDs are found to be a better approach than a stationary screen, but technological limitations need to be overcome and workers need to train using the new technology to make its application efficient.