L'entrée multi-points offre un canal d'interaction très expressif pour les dispositifs équipés d'une technologie tactile multi-points. Cependant, alors que la taille du canal de communication est, en théorie, très grande, la plupart des systèmes n'en font, en pratique, qu'un usage très limité. Cet état de fait est probablement dû à la difficulté de gérer un grand nombre de gestes multi-points pour deux raisons principales: (1) les limites cognitives et motrices des humains et (2) les difficultés techniques pour l'élaboration de systèmes de reconnaissance robustes. Cette thèse étudie une nouvelle technique d'entrée, TouchTokens, pour enrichir le vocabulaire de gestes multi-points, en se basant sur la position relative des points de contact et des objets (tokens) passifs. Un TouchToken est un "token" passif avec des encoches qui indiquent à l'utilisateur comment l'attraper, et qui est donc associé à une configuration de doigts qui lui est propre. Ainsi, lorsque les utilisateurs tiennent un token tout en étant en contact avec la surface, le système reconnaît le schéma de points de contact correspondant avec une grande robustesse. Nous commençons par présenter le principe avec des tokens rigides de forme basique. L'algorithme de reconnaissance et la conception des tokens sont issus des conclusions d'une étude formative dans laquelle nous avons collecté et analysé des schémas de points de contact lorsque les utilisateurs tiennent des tokens de taille et de forme variable. Cette première étude montre que les utilisateurs ont des stratégies individuelles cohérentes, mais que ces stratégies dépendent de l'utilisateur. Ces conclusions nous ont menés à l'élaboration de tokens avec des encoches afin que les utilisateurs attrapent un même token toujours de la même façon. L'expérience que nous avons menée sur ce nouvel ensemble de tokens démontre que nous pouvons les reconnaître avec un niveau de robustesse supérieur à 95%. Nous discutons les rôles que peuvent jouer les TouchTokens dans les systèmes interactifs, et nous présentons un échantillon d'applications de démonstration. La conception initiale des TouchTokens ne supporte qu'un ensemble d'interactions se limitant au modèle à deux états de l'interaction directe. Dans un second projet, nous décrivons une technique de fabrication avec une découpeuse laser qui permet de faire des tokens flexibles que les utilisateurs peuvent, par exemple, courber ou compresser en plus de les faire glisser sur la surface. Nous augmentons notre reconnaisseur pour analyser les micro-mouvements des doigts pendant la manipulation du token afin de reconnaître ces manipulations. Cette approche basée sur l'analyse des micro-mouvements des doigts nous permet également de discriminer, lorsque l'utilisateur enlève ses doigts de la surface, le cas où il enlève le token de la surface, du cas où le token est resté sur la surface. Nous rapportons sur les expériences que nous avons menées pour déterminer la valeur des paramètres de nos différents reconnaisseurs, et tester leur robustesse. Nous obtenons des taux de reconnaissance supérieurs à 90% sur les données collectées. Nous finissons cette thèse par la présentation de deux outils qui permettent de construire et reconnaître des tokens de forme arbitraire, TouchTokenBuilder and TouchTokenTracker. TouchTokenBuilder est une application logicielle qui permet de placer des encoches sur des contours vectoriels de forme arbitraire, et qui alerte en cas de conflit de reconnaissance entre tokens. TouchTokenBuilder produit deux fichiers en sortie: une description vectorielle des tokens pour leur construction, et une description numérique servant à leur reconnaissance. TouchTokenTracker est une librairie logicielle qui prend cette description numérique en entrée, et qui permet aux développeurs de traquer la géométrie (position, orientation et forme) des tokens au cours de leur manipulation sur la surface. / This thesis investigates a novel input technique for enriching the gesture vocabulary on a multi-touch surface based on fingers' relative location and passive tokens. The first project, TouchTokens, presents a novel technique for interacting with multi-touch surfaces and tokens. The originality is that these tokens are totally passive (no need for any additional electronic components) and their design features notches that guide users' grasp. The purpose of the notches is to indicate a finger spatial configuration (touch pattern) that is specific to the token. When users hold a token and place it on the surface, touching them simultaneously, the system can recognize the resulting touch patterns with a very high level of accuracy (>95%). This approach works on any touch-sensitive surface and makes it possible to easily build low-cost interfaces that combine no-conductive tangibles and gestural input. This technique supports a new multi-touch input that the system can recognize. However, the interaction is limited to the two-state model of touch interaction as the system only knows the tokens' position and cannot detect tokens that are not touched. In the second project of the thesis, we introduce a laser-cut lattice hinge technique for making the tokens flexible. We then develop a new recognizer that analyzes the micro-movements of the fingers while user are holding and deforming those tokens on the surface. We run three experiments to design and calibrate algorithms for discriminating the three following types of manipulations: (1) when a token is left on the surface rather than taken off it (On/Off); (2) when a token has been bent, and (3) when it is squeezed. Our results show that our algorithms can recognize these three manipulations with an accuracy of: On/Off 90.1%, Bent 91.1% and Squeezed 96,9%.The thesis concludes with the presentation of two tools, TouchTokenBuilder and TouchTokenTracker, for facilitating the development of tailor-made tangibles using a simple direct-manipulation interface. TouchTokenBuilder is a software application that assists interface designers in placing notches on arbitrarily-shaped vector contours for creating conflict-free token sets and warning them about potential conflicts. It outputs two files: a vector-graphics description of all tokens in the set and a numerical description of the geometry of each token. TouchTokenTracker is a software library that takes as input the numerical description produced by TouchTokenBuilder, and enables developers to track the tokens' full geometry (location, orientation and shape) throughout their manipulation on the multi-touch surface.

Les défis sociétaux sont une préoccupation internationale, avec des incantations quotidiennes au changement : “Fumer tue”, “Boire ou conduire, il faut choisir”, “Manger cinq fruits et légumes par jour”, etc. Toutefois, ces campagnes publicitaires restent à effet limité.Les technologies persuasives sont explorées depuis une quinzaine d’années pour mobiliser le numérique sur ces difficultés de changement de comportement. Les dispositifs et applications de monitoring se multiplient avec des succès commerciaux comme les bracelets ou les montres d’activités physiques. Toutefois l’incitation au changement reste limitée malgré le potentiel du numérique pour des stratégies personnalisées. La difficulté tient à l'interdisciplinarité inhérente au domaine : concevoir des systèmes interactifs persuasifs requiert de maîtriser les fondamentaux et les avancées en psychologie cognitive et sociale, ce qui rend l’exercice extrêmement ambitieux.Cette thèse contribue à l’ingénierie des systèmes interactifs persuasifs. Elle traite du processus de changement de comportement. Elle propose le concept de chemin persuasif pour stimuler l’utilisateur dans son changement de comportement. Le chemin persuasif est une succession d’événements incitant l’utilisateur à cheminer d’une certaine façon dans son ensemble de comportements possibles. Cet ensemble est modélisé en une machine à états explicitant l’ensemble des comportements et des transitions possibles entre comportements. Les transitions sont déclenchées en contexte, lorsque les déterminants des comportements correspondants sont satisfaits dans le contexte courant de l’utilisateur. Une architecture persuasive est proposée pour opérer les machines à état et chemins persuasifs. Le formalisme des machines à état permet aussi la caractérisation et la comparaison des processus de changement de la littérature.Une méthode de conception est proposée pour concevoir, étape par étape, la machine à états et le chemin persuasif. Les étapes procèdent, pas à pas, à des choix de conception rendant le système petit à petit réalité dépendant, problème dépendant, domaine dépendant, tâche dépendant et contexte dépendant. Cette conception progressive est structurante et permet une révision des choix de conception selon la performance observée de la persuasion.Les contributions conceptuelles (concepts et méthode de conception) sont illustrées sur deux cas d’étude complémentaires : d’une part, CRegrette, une application visant à stopper un comportement (fumer) ; d’autre part, Mhikes, une application visant à renforcer un comportement (marcher). Une implémentation complète de Mhikes (concepts et architecture) est détaillée pour démontrer la faisabilité technique des propositions. Sa maturité technologique a permis un déploiement de l’application en grandeur réelle et une évaluation expérimentale des contributions.Les résultats d’évaluation confirment la pertinence des modèles et de l’architecture pour placer des sondes logicielles permettant (1) d’identifier les rôles joués par les utilisateurs, 2) d’en suivre les éventuels changements et 3) d’émettre des notifications personnalisées. Les notifications s’avèrent plus performantes que les campagnes de communication aujourd’hui pratiquées par l’entreprise Mhikes. Toutefois le changement de rôle reste difficile, avec des transitions extra-rôles plus difficiles à franchir que les transitions intra-rôle.In fine, la thèse livre un ensemble complet de méthode, modèles et outils pour l’ingénierie des systèmes interactifs persuasifs. Plus largement, cet ensemble peut servir à d’autres communautés pour progresser dans la compression de l’humain en situation d’interaction. / Societal challenges are an international concern. Daily advertising campaigns rise attention of people to make them change: "Smoking kills", "Drinking or driving, choose", "Eating five fruits and vegetables a day", etc. However, these campaigns have limited effect.Persuasive technologies have been explored for fifteen years to orient technology on the difficulty of changing behavior. Monitoring devices such as bracelets or watches of physical activities and applications are multiplying obtaining commercial successes. However, despite the potential capabilities of technology of delivering personalized strategies, the incentive to change remains limited. The difficulty lies in the multidisciplinarity of the field: designing persuasive interactive systems requires mastering the fundamental concepts and the advances in cognitive and social psychology, which makes the persuasive practice extremely ambitious.This thesis contributes to the engineering of persuasive interactive systems. It deals with the process of behavior change and proposes the concept of persuasive path to stimulate users in their behavior change. The persuasive path is a succession of events designed to pave the progression of the user toward the change among the set of possible behaviors. This set is modeled with state machines describing all the possible transitions between behaviors. Transitions between behaviors are triggered when the determinants of the corresponding behaviors are satisfied in the current user's context. A persuasive architecture is proposed to orchestrate the state machines and the persuasive paths. The formalism of state machines also allows the characterization and comparison of change processes in the literature.An incremental design method is proposed to design, step by step, the state machine and the persuasive path. The steps proceed in order to actuate design choices that make the system little by little more dependent: problem dependent, domain dependent, task dependent and context dependent. This structuring progressive conception allows a revision of the design choices according to the observed performance of the persuasion.The conceptual contributions (concepts and design method): CRegrette, an application aimed at stopping behavior (smoking); on the other hand, Mhikes, an application aimed at reinforcing behavior (walking). A complete implementation of Mhikes (concepts and architecture) is made available to show the technical feasibility of the approach. The technological maturity of this approach allow the deployment of the application at real scale and an experimental evaluation of the contributions.The evaluation results confirms the relevance of the models and of the architecture, allowing the introduction of software probes (1) to identify the roles endorsed by users, 2) to follow the possible changes and 3) to produce personalized notifications. The notifications resulted more efficient than the communication campaigns operated by Mhikes. However, the role changes remains complex, with extra-transitions that are more difficult to actuate than intra-transitions.In conclusion, the thesis delivers a complete set of methods, models and tools for the engineering of persuasive interactive systems. More broadly, this set can be used by other communities to progress in the compression of human interaction.

Les systèmes de robotique sociale sont de plus en plus présents dans nos vies. Ce ne sont plus des entités isolées, mais on s'attend à ce qu'ils soient capables d'interagir et de communiquer avec les humains. Ils doivent respecter les normes comportementales attendues par les humains avec qui les systèmes robotiques sont en interaction.L'une des principales pistes de recherche dans le domaine de la robotique sociale est représentée par la conception d'une interaction naturelle entre un robot social et un individu. Plus spécifiquement, cette interaction devrait prendre en considération le profil de l'individu, l'état émotionnel, l'état physiologique et l'humeur, entre autres.Dans cette thèse, nous explorons la relation qui existe entre l'échelle de typologie circadienne, la performance cognitive et l'état physiologique au cours de différents scénarios d'interaction homme-robot. L'administration de différents questionnaires psychologiques permet de déterminer le profil d'un individu. En outre, à l’aide de différents capteurs (par exemple, GSR, caméra thermique), de multiples méthodologies ont été développées pour déterminer l’état physiologique d’un individu. Plus spécifiquement, la variation de la température faciale, le clignotement des yeux et la réponse galvanique de la peau ont été étudiés.Plusieurs scénarios d'interaction homme-robot ont été conçus afin de tester le système développé. L'impact de l'empathie a également été étudié. En outre, le système développé a été testé avec succès dans deux environnements réels, avec deux populations vulnérables. La première application d'assistance est représentée par le projet de recherche EU H2020 ENRICHME, dans lequel un robot a été développé pour les personnes âgées atteintes d'un trouble cognitif léger. La deuxième population vulnérable est constituée d'individus souffrant de différents troubles du sommeil.Nous pensons que cette thèse représente une étape importante dans la compréhension de l'état physiologique de l'individu et est liée à la performance cognitive. / Social robotic systems are more and more present in our everyday lives. They are no longer isolated entities, but instead, they are expected to be capable of interacting and communicating with humans. They have to follow the behavioral norms that are expected by the individuals the robotic systems are interacting with.One of the main research directions in the field of social robotics is represented by the design of a natural interaction between a social robot and an individual. More specifically, this interaction should take into consideration the profile of the individual, the emotional state, the physiological internal state, and the mood, among others.In this thesis it is explored the relationship that exists between morningness-eveningness, cognitive performance, and the internal physiological state during different human-robot interaction scenarios. By administering different psychological questionnaires, the profile of an individual can be determined. Moreover, with the help of different sensors (e.g., GSR, thermal camera), multiple methodologies were developed to determine the internal physiological state of an individual. More specifically, the facial temperature variation, the blinking, and the galvanic skin response were investigated.Several human-robot interaction scenarios have been designed in order to test the developed system. The impact of empathy was also investigated. Furthermore, the developed system was successfully tested in two real-world environments, with two vulnerable populations. The first assistive application is represented by the ENRICHME EU H2020 research project, where a personal robot was developed for the elderly with mild cognitive impairment. The second vulnerable population consists of individuals suffering from different sleep disorders.We believe that this thesis represents an important step in understanding how the physiological internal state of an individual is related to cognitive performance, and to the user profile of that individual.

L'un des problèmes des équipes de développement de logiciel consiste à évaluer la facilité d'utilisation de leurs produits, c'est-à-dire, à évaluer la qualité de l'interaction personne-machine. Le développeur lui-même n'est pas capable, dans la plupart des cas, de juger la qualité d'utilisation de l'interface qu'il propose, pour la simple raison qu'il n'est pas l'utilisateur réel du produit. Une fois les erreurs de code éliminées, il est possible que les utilisateurs d'un logiciel ne puissent pas encore travailler efficacement à cause d'erreurs de conception d'utilisabilité. Il s'avère nécessaire de disposer d'une méthodologie d'évaluation dès le départ d'un projet logiciel. Il n'existe pas d'outils d'évaluation génériques applicables à tout type de logiciel. Il est nécessaire de développer une méthodologie appropriée au profil de la communauté d'utilisateurs et des tâches qu'ils veulent automatiser à partir de leur utilisation. Cette méthodologie doit aussi tenir compte des caractéristiques de l'environnement de développement des produits. Le logiciel ciblé dans ce projet est un système d'aide à la construction d'horaires 1 utilisée dans un environnement de travail administratif. Le système comprend une application autonome (le logiciel appelé Diamant) et une application web (le logiciel appelé Diamant Web). Une évaluation sommative a été réalisée étant donné que le système sous évaluation avait été déjà livré. Celle-ci a été appliquée au sein du groupe de recherche en génie logiciel eXit 2 . Il s'agit d'une petite équipe de développement de logiciel avec des ressources limitées où le but est de créer un produit qui marche selon les exigences le plus rapidement possible. Le système ciblé exécutait correctement les fonctionnalités demandées, mais les utilisateurs réels le trouvaient difficile à utiliser. Les résultats d'une évaluation d'utilisabilité devaient être obtenus rapidement et au plus bas coût possible. Cela conduit à proposer une méthodologie simple et légère. L'approche utilisée afin de mener au terme une évaluation d'utilisabilité est basée sur la prise et l'analyse de données de terrain et la construction de prototypes d'évaluation d'utilisabilité. La contribution principale du présent travail comprend un ensemble de documents, modèles de guides, de maquettes d'interaction, de rapports et d'analyse d'interfaces conçus et construits à l'occasion de l'évaluation d'utilisabilité du système ciblé. Ces documents et ces modèles sont des exemples applicables à n'importe quel logiciel dont les caractéristiques et l'analyse contextuelle seraient similaires aux logiciels évalués. En outre, la méthodologie constitue elle-même une contribution en raison des contraintes de temps et de coût imposées. Les résultats obtenus comprennent des lignes directrices simples pour mettre en oeuvre l'évaluation d'utilisabilité dans un projet logiciel, les exemples de suggestions et de guides afin d'améliorer l'interaction personne-machine présentée par le logiciel sous évaluation.

Les interfaces de saisie et de reconnaissance automatique d'écriture manuscrite sur Pocket PC, bien que témoignant de performances théoriques élevées (McKenzie, 2002), ne sont pourtant pas jugés utilisables, et donc, acceptables, par leurs utilisateurs qui leur préfèrent le clavier virtuel (Ortelli, 2003, Költringer & Grechenig, 2004). Notre travail vise à comprendre ce problème d'acceptabilité, et s'articule autour de deux axes. Le premier consiste à améliorer la machine (ergonomie) tandis que le second consiste à comprendre l'utilisateur (efficience mentale et attitudes). Nous proposons tout d'abord une série de deux expériences et un test utilisateur dont le but est d'améliorer l'ergonomie d'une interface de saisie et de reconnaissance d'écriture manuscrite (DIGIME, développée en partenariat avec l'IRISA, Institut de Recherche en Informatique et Systèmes aléatoires), et ce afin d'en améliorer l'utilisabilité. Pour ce faire, nous mettons à contribution les modèles de la charge cognitive (Sweller, 1991), du format de présentation des illustrations (Mayer, 2001), ainsi que des critères ergonomiques (Bastien & Scapin, 2001). Les améliorations obtenues au niveau de l'ergonomie (expé 1) et du didacticiel (expé 2) ne s'avèrent pas suffisantes pour concurrencer les méthodes de saisies alternatives (expé 3). Par conséquent, dans un second temps, nous mettons en place trois autres expériences (dont un test de perception) qui tentent de mettre en relation processus rédactionnels, charge mentale (Kellogg, 1996) et acceptabilité (Davis, 1989). Les résultats montrent que s'il est vain de prendre en compte les avis des participants sans leur performance (expé 4), l'efficience mentale de l'écriture ne permet pas d'envisager de prévoir l'acceptabilité de DIGIME, de même que tout autre jugement porté sur cette interface (expé 5 et 5 bis). Ce cycle itératif de conception nous permet néanmoins de conclure que le défaut d'utilisabilité des logiciels de reconnaissance d'écriture est dû à un problème d'apprenabilité. L'acceptabilité s'en ressent, principalement du fait de la concurrence des claviers virtuels dont le fonctionnement, calqué sur les claviers matériels, est connu du plus grand nombre

Les Environnements Virtuels Collaboratifs (EVCs) sont des environnements virtuels peuplés où les utilisateurs interagissent entre eux pour réaliser des actions communes (déplacement en groupe, sélection et manipulation d'objets en commun, communication, etc.). Dans les EVCs, la complexité se situe au niveau de l'interaction d'un groupe d'utilisateurs avec les objets. En effet, il y a plusieurs contraintes à respecter notamment celles liées à la coordination des actions des différents utilisateurs et la conscience de présence d'un utilisateur par rapport aux objets de l'environnement et par rapport aux autres utilisateurs. Notre travail de recherche s'inscrit dans le cadre de l'interaction 3D et de la collaboration en Réalité Virtuelle. Il développe la notion d'assistance à l'interaction 3D collaborative et à son évaluation. Pour l'assistance à l'interaction 3D collaborative, une approche basée sur un Workflow intégrant l'anticipation et la gestion des interactions du groupe est proposée. Pour l'assistance à l'évaluation des techniques d'interaction 3D, une approche basée sur les méthodes empiriques d'évaluation intégrant les outils statistiques de recherche d'informations est proposée. L'objectif de cette thèse est de modéliser, concevoir, implémenter et évaluer un système d'assistance à l'interaction 3D collaborative.

Cette thèse a pour thème la communication humain-machine multimodale pour des systèmes d'information grand-public. Dans ce contexte, la communication naturelle repose sur l'accessibilité sensoriactionnelle, cognitive et rhétorique aux informations et aux moyens d'action. Pour cela, nous identifons le rôle clef que jouent les stratégies de dialogue et de présentation : 1) La stratégie de dialogue pour des systèmes coopératifs définit la tâche dialogique qui oriente la suite du dialogue et conditionne, voire contraint, le choix du contenu, comme la relaxation, la présentation ou la restriction. 2) La stratégie de présentation définit une configuration multimodale des unités informationnelles à rendre perceptibles par l'utilisateur. Nous prônons le choix concerté de la stratégie de dialogue avec celle de présentation et nous proposons un composant logiciel dédié au choix conjoint des stratégies de dialogue et de présentation au sein de l'architecture logicielle de référence Arch. Ce nouveau composant, intermédiaire entre le contrôleur de dialogue et les composants de présentation concrète, prend en compte les contraintes de présentation, qu'elle soient définies par l'utilisateur ou issues du contexte d'utilisation et/ou d'études ergonomiques et cognitives, pour déterminer la réaction multimodale du système interactif. Outre la réalisation logicielle du composant au sein de deux systèmes, nous proposons un outil de conception destiné à des non-informaticiens qui permet la conception incrémentale et la génération d'un composant de choix pour un système donné grâce à une interface graphique. L'outil est associé à une plate-forme de simulation pour des expérimentations magicien d'Oz.

Actuellement, l'interprétation automatique de symboles peut être appliquée à de nombreux types de documents techniques (partitions musicales, plans électriques, etc). L'automatisation de ce type de tâche peut permettre un gain de temps pour des professionnels (Lu, Tai, Su, & Cai, 2005), mais elle peut aussi générer une perte de conscience de la situation par les opérateurs (Endsley, 1995). De plus, ces traitements impliquent un risque d'erreurs d'interprétation des symboles (Orbay & Kara, 2011). Il est donc crucial qu'un humain intervienne pour corriger ces erreurs. L'objectif de cette thèse était d'améliorer la compréhension des interactions homme-machine prenant place dans ce type de tâche afin de déterminer comment améliorer la performance du système. Plusieurs études ont ainsi été réalisées dans le cadre d'une démarche de conception centrée-utilisateur (ISO 9241-210, 2010) d'un logiciel d'interprétation automatique de plans d'architecture. Ces études se sont appuyées sur un cadre théorique varié, puisant à la fois dans la psychologie cognitive, les interactions homme-machine et l'ergonomie des documents multimédias. Elles ont mis en évidence des résultats débouchant sur des préconisations pour la conception de systèmes de reconnaissance. Ainsi, l'affichage de l'interprétation superposée au document interprété facilite la coréférenciation des informations à contrôler. De plus, permettre à l'utilisateur d'assister en temps réel à l'analyse et d'intervenir au fur et à mesure améliore les performances. Enfin, le signalement par la machine des risques d'erreurs est bénéfique, mais cela peut générer une réduction de la vigilance due à un phénomène de sur-confiance

Les contributions de la thèse sont centrées sur la prise de décisions séquentielles et plus spécialement sur l'Apprentissage par Renforcement (AR). Prenant sa source de l'apprentissage statistique au même titre que l'apprentissage supervisé et non-supervisé, l'AR a gagné en popularité ces deux dernières décennies en raisons de percées aussi bien applicatives que théoriques. L'AR suppose que l'agent (apprenant) ainsi que son environnement suivent un processus de décision stochastique Markovien sur un espace d'états et d'actions. Le processus est dit de décision parce que l'agent est appelé à choisir à chaque pas de temps du processus l'action à prendre. Il est dit stochastique parce que le choix d'une action donnée en un état donné n'implique pas le passage systématique à un état particulier mais définit plutôt une distribution sur l'espace d'états. Il est dit Markovien parce que cette distribution ne dépend que de l'état et de l'action courante. En conséquence d'un choix d'action, l'agent reçoit une récompense. Le but de l'AR est alors de résoudre le problème d'optimisation retournant le comportement qui assure à l'agent une récompense maximale tout au long de son interaction avec l'environnement. D'un point de vue pratique, un large éventail de problèmes peuvent être transformés en un problème d'AR, du Backgammon (cf. TD-Gammon, l'une des premières grandes réussites de l'AR et de l'apprentissage statistique en général, donnant lieu à un joueur expert de classe internationale) à des problèmes de décision dans le monde industriel ou médical. Seulement, le problème d'optimisation résolu par l'AR dépend de la définition préalable d'une fonction de récompense adéquate nécessitant une expertise certaine du domaine d'intérêt mais aussi du fonctionnement interne des algorithmes d'AR. En ce sens, la première contribution de la thèse a été de proposer un nouveau cadre d'apprentissage, allégeant les prérequis exigés à l'utilisateur. Ainsi, ce dernier n'a plus besoin de connaître la solution exacte du problème mais seulement de pouvoir désigner entre deux comportements, celui qui s'approche le plus de la solution. L'apprentissage se déroule en interaction entre l'utilisateur et l'agent. Cette interaction s'articule autour des trois points suivants : i) L'agent exhibe un nouveau comportement ii) l'expert le compare au meilleur comportement jusqu'à présent iii) l'agent utilise ce retour pour mettre à jour son modèle des préférences puis choisit le prochain comportement à démontrer. Afin de réduire le nombre d'interactions nécessaires entre l'utilisateur et l'agent pour que ce dernier trouve le comportement optimal, la seconde contribution de la thèse a été de définir un critère théoriquement justifié faisant le compromis entre les désirs parfois contradictoires de prendre en compte les préférences de l'utilisateur tout en exhibant des comportements suffisamment différents de ceux déjà proposés. La dernière contribution de la thèse est d'assurer la robustesse de l'algorithme face aux éventuelles erreurs d'appréciation de l'utilisateur. Ce qui arrive souvent en pratique, spécialement au début de l'interaction, quand tous les comportements proposés par l'agent sont loin de la solution attendue. / The thesis contributions resolves around sequential decision taking and more precisely Reinforcement Learning (RL). Taking its root in Machine Learning in the same way as supervised and unsupervised learning, RL quickly grow in popularity within the last two decades due to a handful of achievements on both the theoretical and applicative front. RL supposes that the learning agent and its environment follow a stochastic Markovian decision process over a state and action space. The process is said of decision as the agent is asked to choose at each time step an action to take. It is said stochastic as the effect of selecting a given action in a given state does not systematically yield the same state but rather defines a distribution over the state space. It is said to be Markovian as this distribution only depends on the current state-action pair. Consequently to the choice of an action, the agent receives a reward. The RL goal is then to solve the underlying optimization problem of finding the behaviour that maximizes the sum of rewards all along the interaction of the agent with its environment. From an applicative point of view, a large spectrum of problems can be cast onto an RL one, from Backgammon (TD-Gammon, was one of Machine Learning first success giving rise to a world class player of advanced level) to decision problems in the industrial and medical world. However, the optimization problem solved by RL depends on the prevous definition of a reward function that requires a certain level of domain expertise and also knowledge of the internal quirks of RL algorithms. As such, the first contribution of the thesis was to propose a learning framework that lightens the requirements made to the user. The latter does not need anymore to know the exact solution of the problem but to only be able to choose between two behaviours exhibited by the agent, the one that matches more closely the solution. Learning is interactive between the agent and the user and resolves around the three main following points: i) The agent demonstrates a behaviour ii) The user compares it w.r.t. to the current best one iii) The agent uses this feedback to update its preference model of the user and uses it to find the next behaviour to demonstrate. To reduce the number of required interactions before finding the optimal behaviour, the second contribution of the thesis was to define a theoretically sound criterion making the trade-off between the sometimes contradicting desires of complying with the user's preferences and demonstrating sufficiently different behaviours. The last contribution was to ensure the robustness of the algorithm w.r.t. the feedback errors that the user might make. Which happens more often than not in practice, especially at the initial phase of the interaction, when all the behaviours are far from the expected solution.

Dans cette thèse, j'aborde la question de l'interaction gestuelle sur dispositif mobile. Ces dispositifs, à présent communs, se distinguent des ordinateurs conventionnels principalement par leurs périphériques d'interaction avec l'utilisateur (écrans de taille restreinte mais tactiles, capteurs divers tels que les accéléromètres) ainsi que par le contexte dans lequel ils sont utilisés. Le travail que je présente est une exploration du vaste domaine des techniques d'interaction sur ces dispositifs mobiles. Je structure cet espace en me concentrant sur les techniques à base d'accéléromètres pour lesquelles je propose une taxonomie. Son pouvoir descriptif et discriminant est validé par la classification de trente-sept techniques d'interaction de la littérature. La suite de mon travail se penche sur la réalisation de techniques d'interaction gestuelles pour ces dispositifs mobiles. Avec TouchOver, je montre qu'il est possible de tirer parti de manière complémentaire de deux canaux d'entrée (écran tactile et accéléromètres) pour ajouter un état au glissé du doigt, permettant ainsi d'enrichir cette interaction. Enfin, je m'intéresse aux menus sur dispositif mobile et propose une nouvelle forme de menus gestuels. Je présente leur réalisation avec la bibliothèque logicielle GeLATI qui permet leur intégration à une boîte à outils de développement d'interface graphique préexistante. * / In this thesis, we address the question of gesture interaction on mobile device. These devices, now common, differ from conventional computers primarily by the input devices the user interact with (screen size small but tactile, various sensors such as accelerometers) as well as the context in which they are used. The work presented here is an exploration of the vast area of interaction techniques on these mobile devices. First we try to structure this space by focusing on the techniques based on accelerometers for which we propose a taxonomy. Its descriptive and discriminant power is validated by and the classification of thirty-seven interaction techniques in the literature. Second we focus on the achievement of gestural interaction techniques for these mobile devices. With TouchOver, we show that it is possible to take advantage of complementary two-channels input (touch screen and accelerometers) to add a state to the finger-drag, thus enriching the interaction. Finally, we focus on mobile device menus and offer a new form of sign language menus. We discuss their implementation with the GeLATI software library that allows their integration into a pre-existing GUI toolkit.