Cette thèse explore comment l’informatique physiologique peut contribuer aux interactions homme-machine (IHM) et encourager l’apparition de nouveaux canaux de communication parmi le grand public. Nous avons examiné comment des capteurs physiologiques,tels que l’électroencéphalographie (EEG), pourraient être utilisés afin d’estimer l’état mental des utilisateurs et comment ils se positionnent par rapport à d’autres méthodes d’évaluation. Nous avons créé la première interface cerveau-ordinateur capable de discriminer le confort visuel pendant le visionnage d’images stéréoscopiques et nous avons esquissé un système qui peux aider à estimer l’expérience utilisateur dans son ensemble, en mesurant charge mentale, attention et reconnaissance d’erreur. Pour abaisser la barrière entre utilisateurs finaux et capteurs physiologiques, nous avons participé à l’intégration logicielle d’un appareil EEG bon marché et libre, nous avons utilisé des webcams du commerce pour mesurer le rythme cardiaque à distance, nous avons confectionné des wearables dont les utilisateurs peuvent rapidement s’équiper afin qu’électrocardiographie, activité électrodermale et EEG puissent être mesurées lors de manifestations publiques. Nous avons imaginé de nouveaux usages pour nos capteurs, qui augmenteraient la présence sociale. Dans une étude autour de l’interaction humain agent,les participants avaient tendance à préférer les avatars virtuels répliquant leurs propres états internes. Une étude ultérieure s’est concentrée sur l’interaction entre utilisateurs, profitant d’un jeu de plateau pour décrire comment l’examen de la physiologie pourrait changer nos rapports. Des avancées en IHM ont permis d’intégrer de manière transparente du biofeedback au monde physique. Nous avons développé Teegi, une poupée qui permet aux novices d’en découvrir plus sur leur activité cérébrale, par eux-mêmes. Enfin avec Tobe, un toolkit qui comprend plus de capteurs et donne plus de liberté quant à leurs visualisations, nous avons exploré comment un tel proxy décalenos représentations, tant de nous-mêmes que des autres. / This thesis explores how physiological computing can contribute to human-computer interaction (HCI) and foster new communication channels among the general public. We investigated how physiological sensors, such as electroencephalography (EEG), could be employed to assess the mental state of the users and how they relate to other evaluation methods. We created the first brain-computer interface that could sense visual comfort during the viewing of stereoscopic images and shaped a framework that could help to assess the over all user experience by monitoring workload, attention and error recognition.To lower the barrier between end users and physiological sensors,we participated in the software integration of a low-cost and open hardware EEG device; used off-the shelf webcams to measure heart rate remotely, crafted we arables that can quickly equip users so that electrocardiography, electrodermal activity or EEG may be measured during public exhibitions. We envisioned new usages for our sensors, that would increase social presence. In a study about human-agent interaction, participants tended to prefer virtual avatars that were mirroring their own internal state. A follow-up study focused on interactions between users to describe how physiological monitoringcould alter our relationships. Advances in HCI enabled us to seam lesslyintegrate biofeedback to the physical world. We developped Teegi, apuppet that lets novices discover by themselves about their brain activity. Finally, with Tobe, a toolkit that encompasses more sensors and give more freedom about their visualizations, we explored how such proxy shifts our representations, about our selves as well as about the others.

Alors que le numérique a longtemps été réservé à des usages experts, il fait aujourd’hui partie intégrante de notre quotidien, au point, qu’il devient difficile de considérer le monde physique dans lequel nous vivons indépendamment du monde numérique. Pourtant, malgré cette évolution, notre manière d’interagir avec le monde numérique a très peu évolué, et reste toujours principalement basé sur l’utilisation d’écrans, de claviers et de souris. Dans les nouveaux usages rendus possible par le numérique, ces interfaces peuvent se montrer inadaptées, et continuent à préserver la séparation entre le monde physique et le monde numérique. Au cours de cette thèse, nous nous sommes concentrés à rendre cette frontière entre mondes physique et numérique plus subtil au point de la faire disparaître. Cela est rendu possible en étendant la portée des outils numériques dans le monde physique, puis en concevant des artefacts hybrides (des objets aux propriétés physique et numérique), et enfin en permettant les transitions dans une réalité mixte (physique-numérique), laissant le choix du niveau d’immersion à l’utilisateur en fonction de ses besoins. L’objectif final de ce travail est d’augmenter l’expérience de la réalité. Cela comprend non seulement le support de l’interaction avec le monde extérieur, mais aussi avec notre monde intérieur. Cette thèse fournit aux lecteurs les informations contextuelles et les connaissances techniques requises pour pouvoir comprendre et concevoir des systèmes de réalité mixte. A partir de ces fondements, nos contributions, ayant pour but de fusionner le monde physique et le monde virtuel, sont présentées. Nous espérons que ce document inspirera et facilitera des travaux futurs ayant pour vision d’unifier le physique et le virtuel. / In recent history, computational devices evolved from simple calculators to now pervasive artefacts, with which we share most aspects of our lives, and it is hard to imagine otherwise. Yet, this change of the role of computers was not accompanied by an equivalent redefinition of the interaction paradigm: we still mostly depend on screens, keyboards and mice. Even when these legacy interfaces have been proven efficient for traditional tasks, we agree with those who argue that these interfaces are not necessarily fitting for their new roles. Even more so, traditional interfaces preserve the separation between digital and physical realms, now counterparts of our reality.During this PhD, we focused the dissolution of the separation between physical and digital, first by extending the reach of digital tools into the physical environment, followed by the creation of hybrid artefacts (physical-digital emulsions), to finally support the transition between different mixed realities, increasing immersion only when needed. The final objective of this work is to augment the experience of reality. This comprises not only the support of the interaction with the external world, but also with the internal one. This thesis provides the reader contextual information along with required technical knowledge to be able to understand and build mixed reality systems. Once the theoretical and practical knowledge is provided, our contributions towards the overarching goal of merging physical and digital realms are presented. We hope this document will inspire and help others to work towards a world where the physical and digital, and humans and their environment are not opposites, but instead all counterparts of a unified reality.