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.

Un tissu classique est réalisé par l’entrecroisement de 2 réseaux de fils (appelé armure), un longitudinal, la chaîne et un transversal, la trame. L’introduction des tissus dans les applications techniques a nécessité le développement de réseaux de fils beaucoup plus complexes permettant la réalisation d’entrecroisement en 3D. Toutefois, ces tissus complexes ne sont constitués que de fils textiles de même nature. Dans un futur proche, il sera nécessaire d’entrecroiser d’une part des fils textiles, mais aussi d’autres éléments tels que des capteurs, des tubes d’alimentation liquide, des fils électriques ou tout autre objet. Le but de notre travail est de développer un nouveau concept de machine pouvant répondre à ces nouvelles exigences. Dans le cadre du développement d’un nouveau concept de tissage, nous souhaitons mettre en mouvement les divers mécanismes de la machine à tisser de manière indépendante et remplacer la synchronisation mécanique de ces mécanismes, par une synchronisation électronique. Ce nouveau type de synchronisation permettra de « déstructurer » l’horloge de tissage et ainsi apporter de nouvelles fonctions. La réalisation de cette nouvelle machine a conduit à la conception d’une partie mécanique et d’une partie électronique.L'automatisation développée lors de la réalisation de cette machine est fondée sur la mise en place d'une structure avancée d'automatisation, constituée d’un contrôleur de mouvement, d’un IHM, d’une automate déporté, connectés sur un bus de terrain CANmotion, essayant de répondre au mieux aux besoins des utilisateurs. La flexibilité et la synchronisation électronique présente dans cette machine architecturée autour de cames électroniques, sont les points forts, et laisse la porte ouverte à l'utilisation de cette machine pour de nouvelles applications. En particulier la réalisation de tissus multicouches hybrides complexes. / Woven fabric is basically produced by interlacing two set of threads, warp yarns, or ends, which run lengthwise in the fabric and the filling yarns (weft), or picks, which run from side to side. The traditional system of ends and picks interlacing is identified as a two dimensional weave or pattern. Involving woven fabrics into technical applications require the evolution of advanced patterns in which ends and picks can be interlaced to build a 3D woven fabric. Moreover, these advanced patterns can allow the integration of new elements other than textile yarns such as sensors, liquid-feeding tubes, electric wires, etc. The goal of this study is to develop a new concept of weaving machine that fill these requirements by moving the various mechanisms of weaving machine independently and replacing the mechanical synchronization by an electronic one. Such a new synchronization will take the timing diagram apart and thus to bring new functions. The new concept of the weaving machine lies on two parts; a mechanical part and an electronic part. The developed automation for this new concept is based on an advanced automation structure. This structure is composed of motion controller, IHM, a distance PLC connected to a CANmotion bus to meet the user's needs, this new concept of weaving machine based on electronic cams which is one of the strongest point. This new machine electronically synchronized allows a great flexibility and gives a great opportunity to develop a wide range of new woven fabric structures

La réalité virtuelle permet à des utilisateurs de manipuler des objets virtuels depuis un même lieu ou des sites géographiques distants. Toutefois, un objet virtuel ne peut souvent être manipulé que par une seule personne à la fois. Dans cette thèse, nous définissons un protocole d'interaction décrivant le dialogue entre des outils d'interaction et des objets interactifs. Ce protocole basé messages gère les interactions locales ou distantes sur des objets interactifs en mono et multi-utilisateurs. Il inclut également une gestion des permissions pour les accès des outils d'interaction. Par ailleurs, le développement de ce protocole a permis de définir ce que sont des outils d'interaction et des objets interactifs. Cette caractérisation a donné lieu à une implémentation reposant sur un ensemble de composants logiciels réutilisables qui permettent notamment à un outil d'interaction de modifier la méthode de sélection et de modification d'objets interactifs, et à un objet interactif de modifier son comportement lorsqu'il est manipulé. De plus, cette caractérisation a permis de proposer des extensions du format COLLADA afin d'y incorporer une gestion d'interactions collaboratives. Une nouvelle technique d'interaction multi-utilisateurs est proposée. Elle déduit des mouvements selon 6 degrés de liberté à partir des positions (sans les orientations) de 3 mains virtuelles. Cette technique permet donc à deux ou trois utilisateurs de manipuler ensemble un objet virtuel. La possibilité d'un positionnement précis des mains virtuelles d'un utilisateur lui permet de mieux imiter la réalité. En effet, selon les positionnements des mains, le ressenti de l'utilisateur lors de la manipulation d'un objet, en particulier des objets encombrants, peut varier. Cette technique cherche donc à obtenir des placements des mains et des gestes réalistes chez l'utilisateur. Son implémentation a été réalisée au dessus du protocole d'interaction. Un nouveau concept d'interface tangible reconfigurable pour des interactions en mono ou multi-utilisateurs est également proposée. Cette interface constitue une solution pour la manipulation d'objets virtuels 3D en approximant leur forme. En effet, l'interface tangible reconfigurable, nommée RTD, propose un maillage physique reconfigurable constitué de points de manipulation à placer sur un objet virtuel, tels des points d'accroche. Ce maillage de points esquisse ainsi l'objet à manipuler. Deux sortes de RTD sont illustrées dans cette thèse. Une première sorte est de forme triangulaire. Elle est nommée RTD-3 et comporte donc trois points de manipulation. Les expérimentations effectuées montrent une nette préférence des utilisateurs envers l'usage de cette technique plutôt que celui des techniques classiques de la réalité virtuelle telles que la moyenne de mouvements et la séparation des degrés de liberté selon les utilisateurs. Une deuxième sorte de RTD comporte quatre points de manipulation et se trouve sous deux versions. Le RTD-4 plan place ses quatre points sur un plan et permet d'obtenir un quadrilatère. Le RTD-4 non-plan dispose en ses quatre points de manipulation d'articulations permettant d'obtenir un tétraèdre. Une forme 3D pour le RTD devrait conduire à une meilleure correspondance entre la forme du RTD et la forme de l'objet virtuel à manipuler.

Mes travaux se situent à la frontière des champs disciplinaires que sont l'Interaction Homme-Machine d'une part et le génie logiciel d'autre part. L'objectif général est de fournir des modèles, méthodes et outils pour construire et implémenter à moindre coût des applications interactives adaptatives et/ou facilement adaptables à divers contextes d'utilisation dans le respect d'une démarche qualité. En effet, la variabilité des dispositifs d'interaction, des utilisateurs eux-mêmes et de l'environnement dans lequel s'effectuent les interactions impose aujourd'hui de supporter divers niveaux d'adaptation. Les travaux réalisés à ce jour ont permis d'apporter des résultats significatifs en ce qui concerne la définition de classifications et de grilles d'analyse, les processus de conception et de construction, l'instrumentalisation des méthodes associées, les techniques spécifiques d'adaptation notamment s'appuyant sur le profil cognitif des utilisateurs, mais aussi les méthodologies d'analyse des usages et de l'efficacité et la pertinence des adaptations.

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.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le big data est un challenge majeur de la visualisation ; l'augmentation du nombre de données à visualiser augmente la densité et l'occultation des graphes et il devient difficile de distinguer les éléments qui le compose. Pour résoudre ce challenge, plusieurs techniques de visualisation se focalisent sur la simplification visuelle ; parmi elles, l'agrégation visuelle (bundling) permet l'agrégation des liens pour créer des zones de fortes densités au profit d'espaces plus clairsemés faisant ainsi émerger des structures visuelles. Cette thèse s'efforce à faire le trait d'union entre la complexité technique des algorithmes de bundling et les utilisateurs finaux. Dans un premier temps, nous avons formalisé l'espace de design des techniques de bundling afin d'améliorer la compréhension des chercheurs et des utilisateurs. Notre formalisation se fonde sur une taxonomie centrée utilisateur organisant l'ensemble des techniques d'agrégation en fonction des données d'entrée. Ensuite, à partir d'une définition formelle du bundling, nous proposons un modèle générique décrivant l'ensemble des étapes usuelles des algorithmes de bundling et montrons comment les techniques existantes implémentent chaque étape. Enfin, à travers une analyse des tâches, nous exposons des cas d'utilisation avérés. Notre analyse de l'espace des techniques de bundling nous a montré les limites actuelles du bundling quant au traitement de grande quantité de données tant en terme de rapidité de calcul qu'en terme de taille des jeux de données. Ainsi, nous avons résolu ces limites en introduisant une nouvelle technique plus rapide et sans limitation de taille : FFTEB (Fast Fourier Transform Edge Bundling Technique). Notre technique déplace le processus d'agrégation de l'espace pixelaire vers l'espace spectral. Enfin, grâce à un processus de transfert des données, FFTEB résout les problèmes de taille de jeux de données. En dernier lieu, dans le cadre d'une application à la maladie d'Alzheimer, cette thèse démontre l'efficacité des techniques de bundling comme outil d'exploration visuelle. Dans le contexte d'une étude nationale sur la maladie d'Alzheimer, nous avons focalisé notre recherche sur l'analyse de la représentation mentale de l'espace géographique chez les personnes âgées. Nous montrons que l'utilisation du bundling pour comparer les cartes mentales des populations démentes et non-démentes a permis à des neuropsychologues de formuler de nouvelles hypothèses sur l'évolution de la maladie d'Alzheimer. Ces nouvelles hypothèses nous ont permis de montrer l'émergence d'un potentiel marqueur de la maladie près de douze ans avant que les patients ne soient diagnostiqués comme atteints de cette maladie. / Dense and complex data visualizations suffer from occluded items, which hinders insight retrieval. This is especially the case for very large graph or trails set. To address cluttering issues, several techniques propose to visually simplify the representation, often meeting scalability and computational speed limits. Among them, bundling techniques provide a visual simplification of node-link diagrams by spatially grouping similar items. This thesis strives to bridge the gap between the technical complexity of bundling techniques and the end-point user. The first aim of this thesis was to improve the understanding of graph and trail bundling techniques as a clutter reduction method for node-link diagrams of large data-set. To do so, we created a data-based taxonomy that organizes bundling methods on the type of data they work on. From this thorough review and based on a formal definition of path bundling, we propose a unified framework that describes the typical steps of bundling algorithms in terms of high-level operations and show how existing methods classes implement these steps. In addition, we propose a description of tasks that bundling aims to address and demonstrate them through a wide set of applications. Although many techniques exist, handling large data-sets and selectively bundling paths based on attributes is still a challenge. To answer the scalability and computational speed issues of bundling techniques, we propose a new technique which improves both. For this, we shift the bundling process from the image to the spectral space, thereby increasing computational limits. We address the later by proposing a streaming scheme allowing bundling of extremely large data-sets. Finally, as an application domain, we studied how bundling can be used as an efficient visualization technique for societal health challenges. In the context of a national study on Alzheimer disease, we focused our research on the analysis of the mental representation of geographical space for elderly people. We show that using bundling to compare the cognitive maps of dement and non-dement subjects helped neuro-psychologist to formulate new hypotheses on the evolution of Alzheimer disease. These new hypotheses led us to discover a potential marker of the disease years before the actual diagnosis.

Dans le cadre de cette thèse, nous abordons les problèmes liés à un robot autonome devant apprendre différentes tâches sensori-motrices dans des situations d’interaction et d’imitation. D’un point de vue théorique et dans le cadre des Interactions Homme-Machine (IHM), nous aborderons notamment les notions liées aux phénomènes d’entraînement rythmiques, de coordination interpersonnelle et de synchronisation intentionnelles et non-intentionnelles qui jouent un rôle important dans les interactions sociales. En particulier nous défendons l’hypothèse que des mécanismes d’entrainement rythmiques facilitent grandement l’apprentissage dans des situations d’interactions Homme-Robot. Leur prise en compte dans la conception de nouvelles IHMs est primordiale pour les rendre plus « intuitives ». A long terme, nous aimerions que le robot puisse utiliser ces signaux sociaux pour comprendre les intentions de son partenaire.L’utilisation d’une tâche complexe est ici nécessaire pour que le robot soit confronté à des situations d’échecs qui devront introduire des modifications de comportement non seulement de la part du partenaire mais aussi et surtout de la part du robot. Ces situations introduiront des modifications du rythme dans l’interaction au cours de l'apprentissage. Pour réussir ce pari, le robot devra être capable d’auto évaluer à la fois son comportement vis à vis de la tâche en cours d’exécution (et d’apprentissage) et son comportement d’interaction avec son partenaire.Nous proposons de travailler sur un « robot mobile compagnon » capable d’apprendre de manière interactive (avec son compagnon) à naviguer. L’utilisation de jeux d’interaction et d’imitation comme moyen d’apprentissage mais surtout de communication permet d’envisager de nouveaux principes d’IHM (Interface Homme-Machine) où l’interaction n’est plus considérée comme une « charge », elle devient au contraire plaisante. / In this thesis, we address the issues related to autonomous learning of different sensory-motor tasks using interaction and imitation. From a theoretical point of view and considering Human Machine Interaction (HMI), we will question the concepts linked to rhythmic entrainment, interpersonal coordination, and also intentional and unintentional synchronisations and their contribution to improve social interactions. Particularly, these mechanisms facilitate human-human interactions. Consequently, we defend the idea that taking them into account is essential to build more intuitive HMI.  In near future applications,  we would like to make the robot able to use these signals to improve its understanding the human partner intentions.Using a complex task is, then, necessary to confront the robot to failures that will introduce behavioral changes for both the human and the robot agents. These situations will introduce interaction rhythm modifications during learning phases. In this aim, the robot should be able to self assess its behavior regarding both the current task to learn and its interaction with its partner.We propose to work on a 'mobile companion robot' able to learn interactively (with its partner) to navigate. Using interaction games and imitation as a medium of learning and above all of communication, allows to consider new principles of HMI (Human Machine Interface) where the interaction is no longer considered as a 'load', it becomes rather pleasant.

Esse trabalho tem como objetivo o estudo e análise da implantação de um elo prismático (sexto eixo no robô Scorbot-Er V), para translação do robô em atividades didáticas visando diminuir o tempo de troca do robô e das estações de trabalho em sala de aula, melhorando a visão do aluno em relação à aprendizagem na área de automação industrial e robótica tornando-a sistêmica, dando-lhe assim capacidade de integrar vários sistemas e estudar o sistema de frenagem. Feita uma análise dos ambientes onde os alunos são treinados na programação de robôs, observou-se que no desenvolvimento desta tarefa, havia duas restrições básicas: A dificuldade na programação e movimentação física do robô na troca das estações de trabalho, que levavam em torno de três horas e que não era possível a integração de CLP, IHM, inversores de freqüência, motores AC, sensor de posicionamento e fuso de esferas no ambiente de laboratório. Desenvolveu-se uma análise da precisão do sistema mecânico do sexto eixo implantado, permitindo uma visão do funcionamento do posicionamento, através do sensor acoplado no eixo de fuso esférico, o qual é acionado por um motor AC, transmitindo e convertendo o movimento circular para linear através de uma relação de polias. O resultado obtido foi à diminuição do tempo de três horas para cinco minutos na troca das estações de trabalho e uma precisão de décimos de milímetros para o posicionamento do robô e com a integração dos sistemas foi possível melhorar a aprendizagem do aluno obtendo um ganho pedagógico. / This work aims to study and analyze the implementation of a prismatic link (sixth axis in robot Scorbot-Er V) for translation of the robot in didactic activities to reduce the time to change the robot and workstations in the classroom, improving students vision for learning in the area of industrial automation and robotics becoming systemic, thus giving you ability to integrate various systems and studying the braking system. Made an analysis of the environments where students are trained in the programming of robots and it was observed that the development of this task, there were two basic restrictions: The difficulty in planning and handling of the robot in the physical exchange of workstations, which took around three hours and it was not possible the integration of PLC, HMI, frequency inverters, AC motor, sensor of positioning and axis ball screew in a laboratory environment. It was developed an analysis of the accuracy of the mechanical of sixth axis implanted, allowing a view of the positioning operation by the sensor coupled to the axis ball screew, which is powered by an AC motor transmitting and converting the linear motion to move through a relationship of pulleys. The result was a reduction of time in three hours to five minutes in the exchange of workstations and a precision of tenths of millimeters for positioning the robot and the integration of the systems have improved the learning of students achieving pedagogical gain.

La combinaison de l'internet des objets et des nouvelles technologies liées à l'énergie transforme le paysage de l'énergie dans la maison. Les installations de micro générateurs, dominées par les panneaux solaires photovoltaïques, sont en constante progression. C'est une opportunité pour la création et l'altération des comportements énergétiques. Cependant, ces transformations créent également un nouveau challenge que l'on appelle le « différentiel énergétique » à l'échelle de la maison : la consommation et la génération d'électricité des ménages sont désynchronisées. En effet, la génération locale est majoritairement incontrôlable et dépendante des conditions météorologiques alors que la consommation des ménages à tendance à se concentrer en soirée. Cette thèse vise à comprendre et supporter les pratiques de déplacement des consommations émergentes dans les ménages équipés de panneaux solaires photovoltaïques. En particulier, nous observons « Comment les outils numériques peuvent-ils tirer parti des pratiques de déplacement des consommations dans le contexte de micro génération domestique ? ». Pour adresser cette question nous avons combiné des approches empiriques et d'ingénierie, se renforçant et s'informant mutuellement les unes et les autres pour fournir une solution générale. Cela inclut la collection de données qualitatives et quantitatives, des analyses en collaboration avec les participants, des études longitudinales, des interviews, du co-design, des simulations et des tests en condition réelles. Tout au long de cette thèse, nous avons utilisé une méthodologie centrée sur l'utilisateur à chaque étape pour informer et valider la recherche en collaboration avec 38 ménages. A travers une investigation approfondi des routines telles que faire la lessive et se déplacer en voiture électrique, nous soulignons l'engagement naturel des ménages pour le déplacement des consommations. Cependant, cette activité se révèle complexe et fastidieuse. Nous révélons cette complexité à l'aide d'une analyse de donnée participative, une méthode élaborée afin d'analyser les données en collaboration avec les participants. Nous construisons une compréhension détaillée de la relation entre la génération d'électricité domestique et les routines du quotidien. Enfin, nous soulignons le besoin d'un support contextuel à travers le déploiement d'interventions sur le terrain. En perspective de la littérature, nous proposons un modèle conceptuel pour le support interactif de déplacement des consommations. / The combination of ubiquitous computing and emerging energy technologies is radically changing the home energy landscape. Domestic micro-generation, dominated by solar photovoltaic, is increasing at a rapid pace. This represents an opportunity for creating and altering energy behaviours. However, these transformations generate new challenges that we call the domestic energy gap: domestic electricity consumption and micro-generation are out of sync. Micro-generation is mainly uncontrollable production relying on weather while domestic energy consumption tends to happen mostly during the evening. This thesis focuses on understanding and supporting new domestic practices in the context of domestic solar electricity generation, looking at ‘Demand-Shifting’. Specifically, we look at how can digital tools leverage Demand-Shifting practices in the context of domestic micro-generation? Relying on a mixed-method approach, we provide a qualitative and quantitative answer with the collaboration of 38 participating households in several field studies including two spanning more than eight months. Through a deep investigation of laundry and electric mobility routines in the context of domestic micro-generation, we emphasised a natural engagement into Demand-Shifting which appeared as a complex and time-consuming task for participants which was not visible when we analysed their quantitative data. We revealed this complexity through Participatory Data Analyses, a method we designed to analyse the data in collaboration with the participating householders. This provided us with a comprehensive view of the relationship between domestic micro-generation and daily routines. Finally, we highlight the need for timely and contextual support through the deployment of interventions in-the-wild. Building on discussions of our findings in perspective of the literature, we propose a conceptual framework to support domestic interactive Demand-Shifting (iDS).