Nos travaux contribuent au domaine de l'ingénierie des systèmes interactifs multimodaux critiques. Ils facilitent l'introduction de nouveaux périphériques (comme les tablettes multi-touch, les systèmes de reconnaissance de geste...) permettant l'interaction multimodale et multi-utilisateurs au sein des futurs cockpits. Pour le moment, les méthodes et les techniques de description des IHM (Interactions Homme Machine) existantes pour la conception des cockpits ne permettent pas de prendre en compte la complexité des techniques d'interaction multimodales. De leur côté, les méthodes de conception d'IHM grand public sont incompatibles avec les exigences de fiabilité et de certification nécessaires aux systèmes critiques. Les travaux proposent un modèle d'architecture logicielle et matérielle MIODMIT (Multiple Input Output devices Multiple Interaction Techniques) qui vise l'intégration de périphériques permettant l'usage de multimodalité au sein de systèmes critiques. Ce modèle décrit précisément les rôles de chacun des composants ainsi que les relations qu'ils entretiennent. Il couvre l'ensemble du spectre du système interactif multimodal qui va des périphériques d'entrée et leurs pilotes, vers les techniques d'interaction et l'application interactive. Il décrit aussi le rendu allant de l'application interactive aux périphériques de sortie en passant par les techniques complexes de présentation. Au-delà de sa capacité de description, ce modèle d'architecture assure la modifiabilité de la configuration du système (ajout ou suppression de périphériques au moment du design et de l'exécution). En outre, la modélisation des systèmes fait apparaitre qu'une partie importante du comportement est autonome c'est-à-dire qu'il évolue sans recevoir d'entrées produites par l'utilisateur. Les utilisateurs peuvent avoir du mal à comprendre et à anticiper ce genre de comportement autonome, qui peut engendrer des erreurs appelées automation surprises. Nous proposons une méthode d'évaluation à base de modèles des techniques d'interaction permettant d'analyser pour ensuite réduire significativement les erreurs d'utilisation liées à ces comportements inattendus et incompréhensibles. Enfin nous avons exploité le langage formel ICO (Interactive Cooperative Objects), pour décrire de façon complète et non ambiguë chacun des composants de l'architecture. Il est exploitable au moyen d'un outil d'édition et d'interprétation appelé Petshop, qui permet de faire fonctionner l'application interactive dans son ensemble (de l'entrée à la sortie). Nous avons complété cet environnement par une plateforme que nous avons appelée ARISSIM(ARINC 653 Standard SIMulator). Elle ajoute des mécanismes de sûreté de fonctionnement aux systèmes interactifs multimodaux développés avec Petshop. Plus précisément ARISSIM permet la ségrégation spatiale et la ségrégation temporelle des processus, ce qui accroît fortement la tolérance aux fautes durant l'exécution. Nos travaux proposent un socle aux équipes de conception pluridisciplinaires (principalement ergonomes spécialistes en IHM et développeurs) d'interaction homme-machine pour les systèmes critiques destinés aux cockpits d'aéronefs de prochaine génération. / The work of this thesis aims at contributing to the field of the engineering of interactive critical systems. We aim at easing the introduction of new input and output devices (such as touch screens, mid-air gesture recognition ...) allowing multi-user and multimodal interactions in next generation of aircraft’s cockpits. Currently, development process in the aeronautical filed is not compatible with the complexity of multimodal interaction. On the other side development process of wide spread systems cannot meet the requirements of critical systems. We introduce a generic software and hardware architecture model called MIODMIT (Multiple Input Output devices Multiple Interaction Techniques) which aim the introduction of dynamically instantiated devices, allowing multimodal interaction in critical systems. It describes the organization of information flux with a complete and non-ambiguous way. It covers the entire spectrum of multimodal interactive systems, from input devices and their drivers, to the specification of interaction techniques and the core of the application. It also covers the rendering of every software components, dealing with fission and fusion of information. Furthermore, this architecture model ensure the system configuration modifiability (i.e. add or suppress a device in design or operation phase). Furthermore, moralizing a system reveals that an important part of the interactive part is autonomous (i.e. not driven by the user). This kind of behavior is very difficult to understand and to foresee for the users, causing errors called automation surprises. We introduce a model-based process of evaluation of the interaction techniques which decrease significantly this kind of error. Lastly, we exploited ICO (Interactive Cooperative Objects) formalism , to describe completely and unambiguously each of the software components of MIODMIT. This language is available in an IDE (integrated development environment) called Petshop, which can execute globally the interactive application (from input/output devices to the application core). We completed this IDE with an execution platform named ARISSIM (ARINC 653 Standard SIMulator), adding safety mechanisms. More precisely, ARRISIM allows spatial segregation of processes (memory allocution to each executing partition to ensure the confinement of potential errors) and temporal segregation (sequential use of processor). Those adding increase significantly the system reliability during execution. Our work is a base for multidisciplinary teams (more specifically ergonoms, HMI specialist and developers) which will conceive future human machine interaction in the next generation of aircraft cockpits.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre théorique très général de la conception des systèmessociotechniques complexes. Elle est appliquée au système de l'Appareil à Gouverner des sous-­‐marins. Elle traite, tout particulièrement, de l'étape d’allocation des fonctions entre l’homme et la machine.L’objectif des premiers travaux a été de tester un système automatisant la phase d’analyse de l’information mise à disposition du barreur. Deux expérimentations ont évalué les effets d’une interface "écologique" sur la performance, la charge de travail et la conscience de la situation de barreurs réalisant une tâche de pilotage sur simulateur.Une deuxième phase a consisté à définir différentes solutions d’allocation dynamique des fonctions entre l’homme et la machine dans le système de pilotage de sous-­‐marin. Une expérimentation a évalué l’apport d’une réallocation à la machine de la gestion du cap et/ ou de l'immersion, en fonction de la performance et de la charge de travail de l'opérateur.Les résultats de ces différentes études conduisent à proposer une démarche de conception d'un système sociotechnique qui reprend et enrichit le cadre du CWA (Cognitive Work Analysis) et à discuter du positionnement et de la formalisation del’allocation des fonctions dans le processus de conception des systèmes homme-­‐machine. / This thesis comes within the scope of sociotechnical systems design. It is applied to thesubmarine rudder control system. It focuses, in particular, on the stage of functions allocation between helmsman and machine.The objective of the first experiments was to test an "ecological" interface automating the function of information analysis. Two experiments evaluated its effects on performance, workload and situation awareness of helmsmen performing steering tasks.A second phase consisted in defining different proposals of dynamic allocations of functions between helmsman and machine. An experiment was carried out, in order to evaluate a solution of adaptive automation.The results of these studies lead to propose an approach for designing a socio-­‐technical system, which relies on and enhances the CWA (Cognitive Work Analysis) framework. They lead also to discuss place and formalisation of the functions allocation's stage into the process of sociotechnical systems' design.

Context: The Human Machine Interface (HMI) for Intelligent Electronic Devices (IEDs) is limited in its capability and is often the most common cause of failure when interacting with devices. A new approach to interact with these devices is needed with focus on improving interaction and effective visualization of information. Objectives: In this thesis, we investigate and propose a solution to visualize data of existing IED in interactive way. A mobile based prototype is proposed to list alarms, events and disturbances. Further single line diagram shown with capability to switch controls. Objective of proposed solution is to investigate specific use of mobile device from the perspective of usability and compare the new prototype with existing use of IED monochrome screen interface. Methods: Mixed approach based on qualitative and quantitative methods is conducted for analysis of the problem, method and approach to solve the problems in the domain of Substation automation. Analysis of the problem was carried out with the literature review of the technical documentation of IEDs. Experiments are performed in real environment to test and verify the usability of prototype. Results: Experiments results of proposed solution indicate that new approach is acceptable. The interfaces developed in mobile provide better results than traditional interfaces of IED. The difference between them is significant. Conclusions: We conclude that mobile usability gives better interaction, freedom, visualization of information and enhance the users’ experience by providing context specific information as compared to the existing Local Human Machine Interface of Intelligent Electronic Devices. The study provides strong results that recent developments of mobile technologies have revolutionized users’ possibilities to access information in an easy and better way.

Doctorat en sciences psychologiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

M.Phil. (Mechanical Engineering) / The coal mining industry plays a major role in the global economy. Coal is required for the provision of primary energy needs, generation of electricity and production of steel. Hence, there is a high demand of coal worldwide. For the continuous supply of coal, mining equipment should be in good working conditions and the maintenance teams should be highly equipped and motivated to perform their maintenance activities ...

Les bénéfices engendrés par l’utilisation croissante de l’automatisation masquent un problème fondamental. En cas de pannes ou de situations imprévues, les opérateurs présentent souvent des difficultés dans la reprise en main de tels systèmes. Le but de cette thèse était d’étudier comment le cadre théorique de l’agentivité pouvait nous aider à identifier et évaluer les informations requises pour rendre la supervision de systèmes fortement automatisés plus efficace, pour restaurer un sentiment de contrôle approprié et pour augmenter l’acceptabilité du système par les opérateurs. Pour y parvenir, nous avons réalisé quatre expériences lors desquelles les participants devaient superviser le vol d’un avion sous pilote automatique. Dans un premier temps, nous avons montré que fournir des informations sur les intentions du système augmentait le sentiment de contrôle des participants. Cependant, ce gain d’information ne nous a pas permis d’observer le phénomène de liage intentionnel. Nous avons également trouvé que cette information entraînait de meilleures performances pour détecter des décisions non-optimales du système, conduisait à un changement dans la façon dont les participants allouaient leurs ressources attentionnelles et aussi augmentait le niveau d’acceptabilité du système. De façon intéressante, nous avons également montré dans la dernière expérience que le délai entre l’apparition de l’information sur les intentions du système et l’implémentation de son action impactait différemment la performance et les sentiments de contrôle et d’acceptabilité des opérateurs. / Human operators seem often helpless to takeover an automated system in case of failure. This "out-of-the-loop” problem occurs when an operator is unable to understand the intentions and to predict the outcome of actions of the system. The goal of this thesis was to study how the theoretical framework of agency can help identifying and evaluating the information required to make supervision of fully automated systems more efficient, to restore an appropriate sense of control and to increase the user acceptance of what the system is doing. To achieve this goal, we tested participants in four aircraft supervision tasks. We first showed that providing greater information about the system’s intentions increased the participants' sense of control. However, this condition did not produce any change in a frequently-used implicit marker of the sense of agency, the so-called “intentional binding effect”. We also found that this information led to better performances in detecting when the system’s decisions were non-optimal, to a change in the way participants allocated their attentional resources and also to increase the level of user acceptance. Interestingly, we also showed in the last experiment that the delay between prime messages providing information about the system's intentions and the system's actions impacted differently the performance and the operator's levels of control and acceptance. In the last section, we discuss the implications of our results for the field of human-machine interaction. We claim that the science of agency may be useful to elaborate concrete recommendations for designing automatic systems in which operators remain "in the loop" of control.

Ce travail de recherche doctorale étudie l’influence de la stimulation tactile de l’interface lors de l’évaluation en ligne du produit. A travers un plan d’expériences composé d’une étude exploratoire au design de recherche mixte et de trois expérimentations, nous cherchons à identifier, dans un premier temps, l’effet de l’absence d’interaction directe avec le produit (étude exploratoire) puis nous testons l’effet du type de test de produits sur la préférence d’achat du consommateur (i.e. physique vs. virtuel) (étude 1). Dans un deuxième temps, nous étudions l’effet de la stimulation tactile directe de l’interface sur la perception de similarité du test et l’influence de cette dernière sur l’évaluation du produit. En particulier, nous testons deux effets: celui de la congruence entre la stimulation tactile de l’interface et la texture du produit (étude 2) puis celui de la familiarité des textures (étude 3). D’une part, nous montrons que le consommateur est à la recherche d’interaction sensorielle lors de son interaction virtuelle avec les produits, ce qui lui permet de considérer cette expérience virtuelle comme plus réaliste, notamment au niveau sensoriel (étude exploratoire). Nous montrons également que le consommateur préfère l’expérience virtuelle du produit malgré le manque significatif d’interactions sensorielles, notamment tactiles (étude 1). D’autre part, nous montrons que l’interaction des textures entre l’interface et le produit influence négativement la similarité perçue du test (étude 2) tandis que, lorsque les textures ne sont pas familières, l’interaction des textures influence positivement la similarité perçue (étude 3). A partir de ces résultats, nous concluons que le consommateur est à la recherche de stimulation tactile lors de son expérience virtuelle avec le produit afin de satisfaire son besoin de toucher et d’enrichir son expérience sensorielle en ligne. En particulier, l’effet positif de l’interaction des textures, lorsque la stimulation n’est pas familière, sur la similarité perçue du test suggère que les consommateurs considèrent l’information tactile comme suffisante pour percevoir une similarité sensorielle à celle obtenue en magasin. / Our doctoral research examines the influence of tactile stimulation in online product evaluation. With an exploratory study and three experiments, we aim at identifying the effect of the absence of direct product touch (exploratory study), and then concentrate on the effect of the type of product testing on the consumer’s preference for purchasing (physical vs. virtual) (study 1). Next, we look at the influence of the interface tactile stimulation on the perceived product test similarity, of which the latter positively influences the online product evaluation. In particular, we test two types of effect: the congruence (study 2) and the familiarity of the textures (study 3). On the one hand, our results show that consumers are seeking a higher sensory input into online environments while interacting with products, especially from a tactile perspective (exploratory study). Results also highlight that consumers prefer the online product experience, even though they regret the absence of products' tactile sensations (study 1). On the other hand, we demonstrate that the interaction between the interface's direct tactile stimulation and the product's texture negatively influence the perceived similarity of product testing when textures fit, whereas when the textures are unfamiliar, the interaction of texture positively influences the perceived similarity of product testing. From these results, we conclude that consumers are in need of tactile input into virtual product experiences to satisfy their need for touch, and enhance their online sensory experiences. Notably, the positive effect of the interaction of textures, in an unfamiliar tactile stimulation, suggests that consumers consider the direct tactile stimulation as not being sufficient enough to provide useful information, but they assimilate it to a real product testing from a tactile perspective.

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Le phénomène de vibration offre deux facettes dans le monde sportif. Bien maîtrisé, il peut être bénéfique pour le renforcement musculaire, pour la rééducation mais dans le cas contraire ce phénomène engendre des effets délétères pour le corps humain. Ces effets délétères dépendent de la nature de la vibration mais aussi de son environnement de propagation, structural ou humain. Les vibrations ressenties par l'homme ne peuvent pas, le plus souvent, être découplées de l'analyse de mouvement et de l'analyse de la fatigue musculaire. Ainsi cette thèse s'inscrit autour de trois notions : la vibration, le mouvement et la physiologie. L'objectif est de définir les caractéristiques de performance et de santé à travers l'étude de la réponse vibro dynamique et physiologique du corps humain. / Vibration phenomenon presents two faces in the sports world. Got under control ; it can be useful in body and muscle building and muscle re-education ; otherwise this phenomenon leads deleterious consequences for the human body. These deleterious effects depend on the vibration nature but also of its propagation background : structural or human. Usually, the vibration suffered by the human body cannot be decoupled either the motion analysis or the analysis of muscular fatigue. This topic research is based in three notions : vibration, motionand the physiologie. The aim of this work will be to define the characteristics of performance and health through the study of the dynamical and physiological response of the human body.

Ce travail de recherche vise à étudier la transmission d’informations vibrotactiles pour l’aide à la navigation et plus particulièrement pour améliorer la régulation des phases d’approche et la gestion des contacts avec l’environnement. L’un des défis majeurs de ce domaine de recherche est de comprendre comment rendre compte d’informations, parfois complexes, avec une modalité sensorielle n’étant pas naturellement utilisée pour les traiter. Ainsi, ce travail doctoral avait pour but de montrer la possibilité de suppléer la vision et à spécifier les caractéristiques de la stimulation vibrotactile qui influencent l’accès aux informations d’approche. Les différentes études qui étayent cette thèse ont été réalisées à partir d’un dispositif expérimental couplant un environnement virtuel et un dispositif tactile comprenant différents vibrateurs placés à la surface de la peau. Les deux premiers chapitres expérimentaux se sont appuyés sur des tâches d’estimation de temps de pré-contact (time-to-contact, TTC) classiquement utilisées pour étudier les processus visuels mis en jeu dans la régulation des situations d’approche. Le premier chapitre expérimental (expériences 1, 2 et 3) constituait une étude préliminaire qui a notamment montré que le jugement était plus précis lorsque le dispositif tactile renvoyait des informations concernant la distance d’approche (par rapport à des informations sur la taille angulaire). Les résultats du second chapitre expérimental (expériences 4 et 5) ont montré que la modalité tactile permettait d’estimer le TTC mais de manière moins précise que la modalité visuelle. Toutefois, lorsque la modalité visuelle est occultée, transmettre des informations tactiles durant la période d’occultation permet d’améliorer la précision du jugement. Le dernier chapitre expérimental (expériences 6 et 7) s’est intéressé plus précisément à l’influence des informations vibrotactiles sur la régulation d’une approche au sol dans une situation simulée d’atterrissage en hélicoptère. Les deux expérimentations ont montré que l’utilisation d’informations tactiles permettait une diminution significative de la vitesse de contact au sol lorsque l’environnement visuel était dégradé et que cette diminution dépendait de la variable informationnelle transmise par le dispositif. Au final, les résultats de ce travail de recherche sont discutés au regard des théories fondamentales sur la perception et l’action. Ils permettent de montrer comment des informations d’approche peuvent être perçues à travers la modalité tactile et ainsi suppléer la vision lorsqu’elle est dégradée. / The purpose of this doctoral research was to study vibrotactile information in navigation tasks, especially for approach regulation. One of the main issues in this research area is to find out how to specify complex information though a sensory modality that is usually unused. Thus, this work aimed at demonstrating the possibility to supply vision with tactile information and at specifying the characteristics of the vibrotactile stimulation that allow access to the information. The different studies have been carried out with an experimental display coupling a virtual environment and a tactile display consisting of several actuators placed on the skin. The first two empirical chapters were based on time-to-contact (TTC) judgment tasks, a paradigm generally used to study visual processes involved in approach situations. The first experimental chapter (experiments 1, 2 and 3) was a preliminary study, which showed that TTC estimation were more precise when the tactile display conveyed information about the distance to the target (compared to information about its angular size). The results of the second chapter (experiments 4 and 5) showed that TTC estimation was less accurate with tactile information compared to vision. Nevertheless, conveying tactile information when visual information was occluded significantly improved time-to-contact estimation. In the last chapter of this thesis, we focused on the influence of vibrotactile information on the regulation of a ground approach with a virtual situation of landing with a helicopter. We showed that tactile information reduced significantly the impact velocity when the visual environment was degraded (experiment 6 and 7). Moreover, the results showed that this decrease of velocity depended on the variable conveyed by the tactile display. Finally, the results of this work are discussed regarding fundamental theories about perception and action. Overall, it shows that approach information can be perceive through the tactile modality and thus supply vision in degraded environment.