Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'Interaction Homme-Machine (IHM). Nous explorons trois thèmes de recherche : les IHM sur Supports Mobiles, les Collecticiels et les Systèmes Mixtes. Dans ce cadre, nous visons à définir, concevoir (conception ergonomique et logicielle) et comprendre l'usage des systèmes mixtes collaboratifs sur supports mobiles (SMCSM). Les contributions de cette thèse couvrent le cycle de vie des interfaces. Tout d'abord, pour la phase d'analyse des besoins, nous élaborons une définition et une caractérisation des SMCSM. Nous montrons ainsi que de tels systèmes ne sont pas qu'une simple juxtaposition des trois thèmes. Nous identifions alors un nouveau découpage espace-temps et la dynamique des liens entre les mondes physique et numérique. Ensuite, pour la phase de conception ergonomique, nous développons une démarche de conception basée sur les scénarios en collaboration avec des psychologues-ergonomes. Nous définissons une notation de conception afin de représenter les scénarios projetés, qui décrivent l'utilisation de la future interface. Puis, pour la phase de conception logicielle, nous décrivons un modèle d'architecture pour les SMCSM. Nous adaptons le modèle PAC-Amodeus aux les collecticiels en explicitant les traitements informatiques des données contextuelles (localisation, orientation, etc.). De plus, nous développons trois techniques d'interaction générales sur une plate-forme matérielle dédiée aux SMCSM. Enfin, nous réalisons deux SMCSM : MAGIC, un système dédié à la fouille archéologique et TROC, un jeu d'échange. Nous rapportons les résultats de deux séries d'expériences menées avec le système TROC.

Les terminaux mobiles (smartphones et tablettes) sont devenus les terminaux les plus populaires pour accéder à Internet. Cependant, l'écosystème incluant les terminaux mobiles est maintenu opaque à cause des intérêts financiers des différents acteurs : les concepteurs des systèmes d'exploitation et des applications, les opérateurs des "stores", et les FAI. Cette opacité est renforcée par le peu de contrôle qu'ont les utilisateurs sur les informations échangées par leur terminal. Pour résoudre ce problème d'opacité et de manque de contrôle, on a créé une plate-forme, Meddle, qui utilise la redirection de trafic des terminaux mobiles pour analyser et modifier ce trafic. Contrairement aux solutions qui nécessitent d'être implémentées sur le terminal, Meddle combine les techniques de VPN et de "middlebox" pour offrir une solution indépendante de l'OS, du FAI et de l'accès radio. On a utilisé Meddle pour des expérimentations contrôlées et pour une étude utilisateurs approvée par un IRB. On a observé que des applications populaires sous iOS et Android exposaient des informations personnelles dans le traffic réseau en clair et chiffré. On a ensuite exploité Meddle pour prévenir ces fuites d'informations privées. On a également utilisé Meddle pour étudier les caractéristiques réseaux du trafic vidéo sur Internet. On a trouvé que ce trafic dépend fortement du type de terminal, de l'application utilisée pour regarder la vidéo (application native ou navigateur Web) et du contenant (HTML5, Flash, Silverlight). Ce résultat montre qu'un changement dans le terminal, l'application ou le contenant peut avoir un impact important sur le réseau.

La réalité augmentée (RA) mobile consiste à faire coexister en temps-réel des mondes virtuel et réel. La mobilité est facilitée par l'utilisation de nouveaux dispositifs de types smartphones, et mini-PC embarquant un certain nombre de capteurs (visuels, inertiels,...). Ces dispositifs disposent toutefois d'une puissance de calcul limitée, qui peut s'avérer critique au vu des applications envisagées. L'une des solutions est de recourir à des mécanismes de distributions pour répartir les calculs sur un ensemble hétérogène de machines (serveurs ou autre terminaux mobiles). L'objectif de cette thèse est de concevoir une architecture logicielle dédiée à la réalité augmentée distribuée et plus particulièrement aux applications distribuées capable de fonctionner sur des réseaux ad-hoc constitués de terminaux hétérogènes déployées au travers d'un réseau dans un premier temps. Dans un deuxième temps, il conviendra de démontrer l'applicabilité de la solution proposée à des applications concrètes et d'explorer différentes possibilités d'exploitation originales de la distribution dans les applications de Réalité Augmentée en mettant l'accent sur la plus value apportée en terme de fonctionnalités ou d'opérations possibles en comparaison avec une solution de Réalité Augmentée classique (non distribuée) et en comparaison avec les performances des environnements dédiés à la RA existants offrant la possibilité de créer des applications distribuées.

L'Internet of Things (IoT) est caractérisé par l'introduction, auprès des utilisateurs, d'un nombre grandissant d'objets (ou things) capables d'acquérir des données depuis leur environnement et d'agir sur celui-ci, et dotés de capacités de calcul et de communication sophistiquées. Une grande partie de ces objets ont pour avantage d'être mobiles, mais cette particularitéprovoque aussi l'émergence de problèmes nouveaux. Les plus critiques d'entre eux découlent directement de l'Internet actuel, sous une forme amplifiée, et portent sur la gestion du grand nombre d'utilisateurs et d'objets connectés, l'interopérabilité entre des objets aux technologies hétérogènes et les changements d'environnement dus à la mobilité d'un très grand nombre d'objets. Cette thèse se propose d'étudier et de résoudre les problèmes susmentionnés en adaptant l'Architecture Orientée Service (SOA) pour que les capteurs et les actionneurs intégrés aux objets puissent être présentés comme des services et, de fait, réduire le couplage entre ces services et leurs hôtes de façon à abstraire leur nature hétérogène. Toutefois, en dépit de ses avantages, SOA n'a pas été conçue pour gérer une aussi grande échelle que celle de l'IoT mobile. En conséquence, la contribution principale de cette thèse porte sur la conception d'une Thing-based Service-Oriented Architecture repensant les fonctionnalités de SOA, et tout particulièrement les mécanismes de découverte et de composition de services. Cette nouvelle architecture a été mise en oeuvre au sein de MobIoT, un middleware spécifiquement conçu pour gérer et contrôler le très grand nombre d'objets mobiles impliqués dans les opérations propres à l'IoT. Dans le but d'évaluer cette nouvelle architecture, nous avons implémenté un prototype et analysé ses performances au travers de nombreuses expériences qui démontrent que les solutions que nous proposons sont viables et pertinentes, notamment en ce qui concerne le passage à l'échelle.

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L'IEEE 802.11 (Wi-Fi) est le standard de WLAN (Wireless Local Area Network). En conséquence, le marché des produits dotés de la technologie réseau Wi-Fi est en plein essor et a provoqué une véritable révolution dans le monde de l'informatique. Cependant, la communication utilisant le Wi-Fi ne présente pas, pour autant, que des avantages. La grande différence entre le débit théorique et le débit effectif dépend de nombreux paramètres. Il est, par exemple, difficile de faire du streaming vidéo haute définition en utilisant un réseau IEEE 802.11g, alors que le débit théorique le permet parfaitement. La technologie WLAN souffre d'autres contraintes, comme la nature vulnérable du médium sans fil (interférences électromagnétiques, multi-trajet...), l'accès indéterministe au médium, la limitation de la bande passante...Les applications utilisant les réseaux Ad Hoc deviennent de plus en plus complexes et offrent de nouveaux services qui exigent des performances réseau de plus en plus élevées. De ce fait, la Qualié de Service (QdS) dans les réseaux Ad Hoc est un sujet de recherche ouvert. La bande passante est un indicateur très important pour la garantie de la QdS. Dans notre travail de thèse, nous avons étudié l'un des aspects de la QdS qui est la Bande Passante Disponible (BPD) dans les réseaux Ad Hoc basés sur la norme IEEE 802.11. Particulièrement, nous nous sommes intéressés aux différentes techniques d'estimation de la BPD et avons évalué les performances de ces techniques du point de vue temps de réponse et précision des estimations. Ces techniques peuvent être utilisées dans d'autres types de réseaux sans fil ou filaire. Nos contributions sont, essentiellement , le développement de deux nouvelles techniques d'estimation de la bande passante SLOT (SLOps-Topp) et TOPP-NET (TOPP-Non invasive Estimation Technique). Ces deux techniques sont le résultat d'améliorations successives des techniques d'estimation qui existent dans la littérature (TOPP : Trains of Packet Pairs, SLoPS : Self-Loading Periodic Streams et NIMBE : Non Invasive Manet Bandwith Estimation) en mettant l'accent sur la précision et le délai de sondage des techniques d'estimation. Notre troisième contribution est une nouvelle méthode de filtrage adaptatif des estimations nommée ZONE-FILTER ( Filtrage par Zone). Cette méthode combine les filtres EWMA et la mèthode statistique SPC (Statistical Process Control).

L'évolution des technologies mobiles permet d'envisager leur utilisation pour un travail coopératif. Les limitations techniques de ces technologies et le nomadisme rendu possible par elles rendent nécessaire aux collecticiels sur le Web l'adaptation de l'information de conscience groupe délivrée à un utilisateur nomade. Dans ce travail, nous proposons un mécanisme de filtrage de l'information qui tient compte à la fois du contexte de l'utilisateur et de ses préférences dans ce contexte précis. La notion de contexte est représentée par un modèle à objets qui intègre autant le contexte physique de l'utilisateur (sa localisation, le dispositif utilisé...) que le contexte coopératif dans lequel il évolue (notions de groupe, de rôle, d'activité...). Les préférences de l'utilisateur sont représentées par des profils qui permettent de délivrer à l'utilisateur des informations organisées en plusieurs niveaux de détails. Enfin, la proposition est implémentée au sein d'un canevas nommé BW-M.

Le Web d'aujourd'hui représente un espace où les utilisateurs recherchent, découvrent et partagent des informations. Dans ce cadre, les processus de découverte de services Web jouent un rôle fondamental. Un tel processus permet de faire le lien entre des informations publiées par des fournisseurs de services et des requêtes créées par les internautes. Généralement, un tel processus repose sur une recherche " textuelle " ou à base de " mots-clés ". Or, ce type de recherche ne parvient pas à toujours identifier les services les plus pertinents. Notre idée est de concevoir un système plus " intelligent ", permettant d'utiliser, lors du processus de découverte, une base de connaissances associées aux informations, comme c'est le cas pour le Web sémantique. Cette thèse présente un prototype pour la découverte de services Web sémantiques, utilisant des caractéristiques non-fonctionnelles (descriptives) des services. Notre approche emploie le langage OWL-S (Web Ontology Language for Services) pour définir un modèle de description des paramètres non-fonctionnels des services. Ce modèle a pour but de faciliter la découverte de services Web sémantiques. Ce modèle représente le centre de notre contribution, étant utilisé pour la conception des interfaces et des requêtes. Deux interfaces sont développées, l'une s'adressant aux fournisseurs de services, alors que la deuxième interface est conçue pour l'utilisateur final. L'algorithme de recherche présenté dans cette thèse a pour but d'améliorer la précision et la complétude du processus de découverte de services.

La technologie des objets mobiles communicants (capteurs, smartphones, PDA, netbooks, etc.) est en plein essor. On peut exploiter l'utilisation de ces objets mobiles communicants dans plusieurs domaines, en particulier dans le domaine médical, pour collecter des informations de santé. Actuellement, la plupart des applications médicales basent leur collecte d'information sur deux approches. La première approche s'appuie sur l'hypothèse d'une connectivité permanente. La collecte de données physiologiques au niveau du centre d'analyse s'effectue en continu et elle permet un traitement en temps réel des informations. Dans la deuxième approche, les données sont stockées sur un dispositif porté par le patient et le traitement des données est donc différé. Dans le cas où les patients sont mobiles, l'hypothèse de connectivité permanente est difficile à réaliser, compte tenu de la portée des dispositifs radio et de leur consommation en énergie. Pour faire face à d'éventuelles ruptures de connectivité, on peut utiliser un mécanisme de communications opportunistes avec des réseaux tolérants les ruptures (DTN). Nous défendons dans cette thèse l'idée qu'il n'est pas indispensable de disposer de moyens de transmission en continu pour assurer le suivi médical d'individus mobiles dans le domaine de la télé-santé, mais qu'au contraire, une approche opportuniste est possible et intéressante : elle peut offrir de bons résultats à faible coût. À l'appui de cette idée, nous avons choisi un scénario de référence, la supervision médicale de l'activité cardiaque de marathoniens, comportant des contraintes de réalisation difficiles. Il s'agissait de réaliser le suivi des électrocardiogrammes des coureurs à partir de capteurs ECG et en faisant appel à plusieurs stations de collecte par transmission sans fil déployées sur le chemin de la course. La première variante de ce système proposait une solution à moindres coûts basée sur le protocole de communication ZigBee. Une deuxième variante, faisait appel à la technologie Wi-Fi ou à des réseaux cellulaires très répandus de nos jours. Un système de collecte et de supervision a été développé, déployé et testé lors d'épreuves sportives. Les résultats de ces expérimentations confirment l'intérêt que peut apporter ce schéma de communication dans la supervision médicale d'individus mobiles, en s'appuyant sur les technologies disponibles. À partir du premier scénario réalisé, plusieurs variantes peuvent être déclinées pour réaliser des applications médicales moins contraignants et plus générales. Ainsi, nous avons pu montrer qu'en exploitant des infrastructures Wi-Fi communautaires il est possible d'effectuer une supervision quotidienne des paramètres cardiaques de patients mobiles. Les différents scénarios explorés ont permis de mieux cerner l'intérêt des communications opportunistes pour des applications liées au suivi médical.

Cette thèse est une thèse CIFRE entre le LORIA et la société MEDETIC et porte sur la conception des systèmes de télésurveillance pour le maintien à domicile des personnes âgées. Le système est conçu aux personnes âgées qui veulent passer leur vieillesse dans leur propre maison, à cause de son potentiel pour augmenter l'indépendance et la qualité de la vie. Cela profiterait non seulement aux personnes âgées qui veulent vivre dans leur propre maison, mais aussi le système de santé publique en coupant des prix de façon significative. Mis à part la conception d'une architecture de télésurveillance " Vill'Âge® "basée sur des réseaux de capteurs hétérogènes (Domotique, IEEE802.15.4/Zigbee, Wifi, Bluetooth), la thèse a contribué essentiellement sur la proposition d'un protocole de clustering et de routage dans le réseau de capteurs sans fil avec une approche de la logique floue, et d'un middleware pour la collecte et le traitement des données des capteurs avec la gestion de la qualité de service comme particularité. Une première plateforme de test à été développée à Colmar (MEDETIC) et une seconde, plus complète et fait suite de cette thèse, est en cours de développement au LORIA (http://infositu.loria.fr/). Nous avons participé dans le concours de ministère de l'Enseignement supérieur et de la recherche avec un projet intitulé MPIGate: " Multi Protocol Interface and GATEway for Telecare, Environment Monitoring and Control " et nous avons gagné le prix de ce concours au niveau d'émergence.