Les outils actuels de gestion industrielle s'appuient généralement sur l'ingénierie concourante, qui implique la réalisation des étapes de gestion du cycle de vie des produits en parallèle et l'intégration des données techniques pour le partage entre les différents experts. Divers experts utilisent des logiciels spécifiques à leur domaine pour produire diverses données compilées via une maquette numérique. Ces experts multidisciplinaires ont tendance à travailler en collaboration pendant le développement de produits. Au cours d'activités de conception collaborative synchrones, telles que les revues de projet et la prise de décisions, les experts de différents domaines doivent dialoguer, négocier et choisir pour résoudre les différences multidisciplinaires. De nombreux domaines tels que la conception collaborative et de l’évaluation des produits avec multiples experts, ont une grande demande de nouveaux outils d'aide à la collaboration. Avec le développement des technologies de l'Interaction Homme-Machine (IHM), il est possible de concevoir des outils et des méthodes plus intuitifs pour améliorer la collaboration co-localisée entre les experts.Dans cette thèse, afin d'améliorer la collaboration avec des experts de différents domaines et communiquer via la maquette numérique, une IHM multi-utilisateurs avec des représentations différentes lors d'un travail collaboratif a été pris en considération et son influence sur la collaboration multidisciplinaire co-localisée est étudiée. Un schéma de la méthodologie d'évaluation de la contribution à un système multi-utilisateurs et des expérimentations sont proposées. Les résultats des expériences des résultats significatifs concernant l’efficacité de la réalisation de la tâche, l'utilisabilité de l'Interaction Homme-Machine et la performance de la collaboration lors de l'utilisation de l'interface multi-utilisateurs dans les scénarios de collaboration multidisciplinaires. Les contributions et apports de cette interface sont discutés. / The current industrial management tools generally rely on Concurrent Engineering, which involves conducting Product Lifecycle Management stages in parallel and integrating technical data for sharing across different experts. Various experts use domain-specific software to produce various data into Digital mock-up. These multidisciplinary experts have trends to work collaboratively during product development. During co-located synchronous collaborative design activities, such as project review and decision-making, experts from different domains must discuss, negotiate, and compromise to solve multidisciplinary differences. Many areas, such as early collaborative design and multi-expert product evaluation, have a great demand for new collaborative support tools. With the development of Human Computer Interaction, it is possible to devise more intuitive tools to enhance co-located collaboration across experts.In this thesis, to enhance the collaboration with experts on different domains to communicate with DMU, a multi-user interface across users with different representations during a collaborative work has been taken into consideration and its influence on co-located multidisciplinary collaboration is investigated. A schema of the methodology for evaluating the contribution to a multi-user system and the multiple users’ experiences is proposed. Results of experiments show the significances of the efficiency of task, the usability of interface, and the performance of collaboration during the use of multi-user CHI in multidisciplinary collaborative scenarios. The contributions of what multi-user interface brings to the design criteria of multi-user interface and multi-user co-located collaboration are discussed.

Dans ce travail de thèse, nous abordons les problèmes de commande posés en co-manipulation robotique pour des tâches de manutention à travers un point de vue dont nous pensons qu’il n’est pas suffisamment exploité, bien qu’il a recourt à des outils classiques en robotique. Le problème de commande en co-manipulation robotique est souvent abordé par le biais des méthodes de contrôle d’impédance, où l’objectif est d’établir une relation mathématique entre la vitesse linéaire du point d’interaction homme-robot et la force d’interaction appliquée par l’opérateur humain au même point. Cette thèse aborde le problème de co-manipulation robotique pour des tâches de manutention comme un problème de commande optimale sous contrainte. Le point de vue proposé se base sur la mise en œuvre d’un Générateur de Trajectoire Temps-Réel spécifique, combiné à une boucle d’asservissement cinématique. Le générateur de trajectoire est conçu de manière à traduire les intentions de l’opérateur humain en trajectoires idéales que le robot doit suivre ? Il fonctionne comme un automate à deux états dont les transitions sont contrôlées par évènement, en comparant l’amplitude de la force d’interaction à un seuil de force ajustable, afin de permettre à l’opérateur humain de garder l’autorité sur les états de mouvement du robot. Pour assurer une interaction fluide, nous proposons de générer un profil de vitesse colinéaire à la force appliquée au point d’interaction. La boucle d’asservissement est alors utilisée afin de satisfaire les exigences de stabilité et de qualité du suivi de trajectoire tout en garantissant l’assistance une interaction homme-robot sûre. Plusieurs méthodes de synthèse sont appliquées pour concevoir des correcteurs efficaces qui assurent un bon suivi des trajectoires générées. L’ensemble est illustré à travers deux modèles de robot. Le premier est le penducobot, qui correspond à un robot sous-actionné à deux degrés de liberté et évoluant dans le plan. Le deuxième est un robot à deux bras complètement actionné. / In this thesis, we address the co-manipulation control problems for the handling tasks through a viewpoint that we do not think sufficiently explored, even it employs classical tools of robotics. The problem of robotic co-manipulation is often addressed using impedance control based methods where we seek to establish a mathematical relation between the velocity of the human-robot interaction point and the force applied by the human operator at this point. This thesis addresses the problem of co-manipulation for handling tasks seen as a constrained optimal control problem. The proposed point of view relies on the implementation of a specific online trajectory generator (OTG) associated to a kinematic feedback loop. This OTG is designed so as to translate the human operator intentions to ideal trajectories that the robot must follow. It works as an automaton with two states of motion whose transitions are controlled by comparing the magnitude of the force to an adjustable threshold, in order to enable the operator to keep authority over the robot’s states of motion. To ensure the smoothness of the interaction, we propose to generate a velocity profile collinear to the force applied at the interaction point. The feedback control loop is then used to satisfy the requirements of stability and of trajectory tracking to guarantee assistance and operator security. Several methods are used to design efficient controllers that ensure the tracking of the generated trajectory. The overall strategy is illustrated through two mechanical systems. The first is the penducobot which is an underactuated robot. The second is the planar robot with two degrees of freedom fully actuated.

Dans le domaine de l'Interaction Homme-Machine, nos travaux concernent l'interaction multiutilisateur et multimodale. Exploitant les avancées importantes en terme de modalités d'interaction, de nombreux collecticiels reposent sur une combinaison de modalités, comme les systèmes multiutilisateurs autour d'une table augmentée. Néanmoins ces systèmes constituent des réalisations ad-hoc en l'absence d'outils de conception. Face à constat, nos contributions conceptuelles et logicielles concernent la phase de spécification de l'interaction multiutilisateur et multimodale. Nous présentons une notation de spécification notée COMM (COllaborative et MultiModale) qui est une extension de CTT par l'introduction de deux concepts, le rôle interactif et la tâche modale, et par la spécialisation des opérateurs temporels, en s'appuyant sur les relations de Allen. La notation COMM est instrumentée par un éditeur logiciel de spécifications COMM, nommé e-COMM ((http://iihm.imag.fr/demo/editeur/). COMM et e-COMM ont été utilisés dans un projet DGA de taille conséquente pour spécifier l'interaction au sein d'un poste de commande de drones militaires. / Multi-user multimodal interactive systems involve multiple users that can use multiple interaction modalities. Although multi-user multimodal systems are becoming more prevalent (especially multi-user multimodal systems involving multi-touch surfaces), their design is still ad-hoc without properly keeping track of the design process. Addressing this issue of lack of design tools, our doctoral research is dedicated to the specification of multi-user multimodal interaction. The doctoral research contributions include the COMM (Collaborative and MultiModal) notation and its on-line editor for specifying multi-user multimodal interactive systems. Extending the CTT notation, the salient features of the COMM notation include the concepts of interactive role and modal task as well as a refinement of the temporal operators applied to tasks using the Allen relationships. The COMM notation and its on-line editor e-COMM (http://iihm.imag.fr/demo/editeur/) have been successfully applied to a large scale project dedicated to a multimodal military command post for the control of unmanned aerial vehicles (UAV) by two operators.

Cette thèse aborde la conception des systèmes interactifs persuasifs (SIP). Ces systèmes sont conçus pour induire et accompagner un changement de comportement au travers de l’interaction homme-machine, sans coercition et avec une utilisation volontaire. Ces systèmes s’inscrivent dans la mouvance des technologies persuasives et leur conception repose sur des principes de persuasion et d’autres approches issues de la psychologie.Dans cette thèse, nous nous concentrons sur le domaine de l’énergie et le changement de comportement pour adopter des modes de consommation plus vertueux. En effet, un des grand défis sociétaux en lien avec la question du changement climatique, la consommation énergétique domestique représente actuellement environ un tiers de l'énergie totale mondiale consommée et ne cesse d’augmenter. Outre l’amélioration technique des appareils, il est incontournable de changer nos habitudes. Cependant, changer un processus long et difficile.Le défi est donc de concevoir une interaction homme-machine prévue pour accompagner le processus de changement et, par conséquent, pour une interaction long-terme. Pour cela, à partir d’une étude de classifications, espaces de conception et framework des systèmes persuasifs, nous proposons le framework UP+, notre contribution conceptuelle. Ce framework propose un cadre pour la conception des systèmes interactifs persuasifs structuré selon trois dimensions : deux relatives au processus de changement de comportement au niveau micro (cause-effet-causalité) et macro (long terme)) ; l’autre relative à la dimension psychologique de la motivation. Nous identifions quatre classes de fonctions de persuasion (comprendre, décider, agir et protéger) déclinées en douze sous-classes de fonctions de persuasion.En nous appuyant sur UP+, l’état de l’art des systèmes persuasifs pour l’énergie montre qu’ils se concentrent principalement que sur quelques fonctions de persuasion seulement (ex. auto-surveillance). Dans cette thèse, nous nous concentrons tout particulièrement sur l’aspect décision et causalité du comportement. Une autre contribution est l'Interface utilisateur Mondrian, une preuve-de-concept proposant un cadre d’interface qui traite de l’implication long-terme des utilisateurs. Elle doit répondre à plusieurs objectifs : capter l’attention de l’utilisateur ; offrir plusieurs niveaux d’interaction selon le contexte s’usage ; permettre l’intégration de plusieurs briques interactionnelles support de la persuasion. En particulier, nous proposons deux briques, Sliders4DM et Plan4Actions. Sliders4DM est un nouveau widget d’aide à la décision conçu pour permettre à des utilisateurs novices d’explorer et trouver un compromis satisfaisant entre plusieurs critères potentiellement incompatibles. Il s’appuie sur une approche what-if. Nous avons évalué Sliders4DM par une expérimentation qualitative (16 participants) et une comparative et quantitative (177 participants). Plan4Actions est un nouveau concept d’interface d’aide à la décision et la compréhension des effets d’un comportement à l’aide d’explications : il permet à des utilisateurs de planifier une séquence d’actions pour à la fois réduire leur consommation énergétique tout en maintenant un niveau de confort satisfaisant. Une expérimentation qualitative menée avec 13 participants montre son utilisabilité et son utilité. Nous mettons également en évidence les limites de ce travail et la nécessité de mener une évaluation à long terme dans un environnement domestique réel pour valider entièrement leur efficacité persuasive. / This thesis is about persuasive interactive systems, a subclass of interactive systems aiming at supporting sustainable behaviors. Persuasive technology is a very recent and emerging topic, which relies on persuasion to support human behavior change voluntarily without coercion and deception.In this research, we focus the design of persuasive system for promoting behaviors change with energy as application domain. In the interest of preserving the planet, reducing domestic energy use is necessary for fighting against global warming and climate change issues. The approach to save energy by introducing more efficient appliances only tackles partially the current issues. An urgent need is to motivate sustainable behaviors in energy usage. However, changing people behaviors involves a complex and difficult process.The challenge is to design interactive systems that take into account this process dimension and that keep users involved over time in the process of behavior change. Consequently, based on a review of classifications, design spaces and frameworks targeting the design of persuasive systems, we propose the UP+ framework, our first and conceptual contribution. It considers three dimensions: two related to the process aspect of behavior change, at two levels: micro (cause-effect-causality) and macro (long term)); one related to the psychological aspects of motivation.Based on the UP+ framework, we conduct a state of the art of existing persuasive systems for energy. It reveals that most of these systems covers a few persuasive functions only (e.g., self-surveillance or eco-feedback). In this work, we particularly focus on decision and causality of behavior. A second contribution is the Mondrian User Interface, a proof-of-concept of UI designed to sustain daily use and to keep inhabitants motivated in the long run. We consider thrre goals: to catch user’s attention; to offer multiple levels of user interaction depending on the context of use; to allow the integration of interactional bricks supporting persuasion. Particularly, we propose two bricks, Sliders4DM and Plan4Actions.In order to assist inhabitants in preparing a change (decision), Sliders4DM is a novel widget allowing non-specialists to find an appropriate trade-off between (possibly) conflicting criteria in the home via what-if approach. Sliders4DM is evaluated with two experiments: a qualitative one (16 participants) and a quantitative comparative one (177 participants). Plan4Actions is a novel concept of user interface for planning daily actions. The concept is empowered by the co-decision between inhabitants and the home management system. It provides inhabitants with flexibility in planning their daily actions in order to satisfy their objectives in terms of comfort and sobriety. A twofold evaluation presented a favorable assessment from 13 participants about Plan4actions’ comprehension, its usability and potential utility in the domestic context.We also discuss the limitations related to persuasive interaction covered by current works and the needs for a long-term evaluation to mesure the behavior changes. The thesis opens new perspectives for extending current research of PIS for energy. To conclude, we define our future works, which involves short-term improvements for current prototype and its deployment in real domestic context.

L'ubiquité des dispositifs interactifs mobiles dans les sphères professionnelles, culturelles et domestiques constitue une occasion d'ouverture de nouveaux champs de recherche dans le domaine de l'étude des usages individuels et coopératifs des Nouvelles technologies de l'information et de la communication (NTICs). Les technologies mobiles amènent notamment à renouveler les points de vue sur des questions telles que, les problèmes d'utilisabilité spécifiques posés par la mobilité, les méthodes et les dispositifs de recueil de données, la question de l'identification des facteurs contextuels pertinents pour la conception de systèmes mobiles, la superposition des espaces d'interaction. De ce point de vue, nous posons que la mobilité constitue un nouveau paradigme d'interaction facteur potentiel de variations contextuelles pour lequel le style d'interaction de manipulation directe n'est pas forcément le plus approprié sans des adaptations fortes. Dans cette thèse, nous nous attachons, après avoir posé les bases théoriques concernant le Context Aware Computing (CAC), l'interaction mobile, et multimodale, à étudier empiriquement les usages d'une application multimodale mobile.dans le contexte d'un jeu collaboratif en mobilité. Dans un premier temps, des résultats quantitatifs permettent d'aborder une description des usages globaux et intra individuels des modalités, puis décrivent l'influence d'un certain nombre de facteurs contextuels (internes ou externes) influençant les choix d'usage des modalités, tels que le contexte sonore, social ou encore l'historique de l'interaction. Dans un second temps, une analyse plus fine de données qualitatives telles que les verbalisations des utilisateurs ou l'examen de chroniques d'activités, permet d‘expliquer en partie ces choix d'usages mais également d'identifier de nouveaux facteurs pris en compte par les sujets. Nous nous servons de ces résultats pour proposer des modèles et des recommendations pour la conception d'interfaces multimodales mobiles.

Ces travaux s'intéressent aux projets de développement visant l'informatisation des situations de travail complexes où les facteurs humains et organisationnels ont un rôle important et où les enjeux de sécurité sont considérables. De tels projets impliquent la participation d'intervenants provenant de domaines différents tels que les utilisateurs, les représentants utilisateur, les responsables des systèmes d'information, les ergonomes, les concepteurs. Dans ce contexte, la prise en compte des facteurs humains et organisationnels reste encore insuffisante pour la conception des systèmes informatiques, du fait, d'une part des limites des méthodes et modèles proposés par le Génie Logiciel et l'Interaction Homme-Machine pour l'analyse des situations de travail complexes, et d'autre part des collaborations également insuffisantes entre les intervenants au cœur de la conception (ex : ergonomes et concepteurs).<br />Une approche basée sur l'exploitation des techniques de modélisation du GL et de l'IHM comme solutions de modélisation communes pour la création de supports de travail entre intervenants de projet, a été proposée. <br />Une solution de modélisation pour la représentation des problèmes ergonomiques complexes et des recommandations issus des inspections ergonomiques a également été proposée dans le cadre de la thèse. Il s'agit de la méthode ErgoPNets qui combine les réseaux de Petri et l'utilisation de critères ergonomiques.

Nos travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre de l'Interaction Homme-Machine (IHM) et contribuent à la conception et à la réalisation d'un système de réalité augmentée (RA) dans le cadre précis de la maintenance. Dans cet axe de recherche de l'IHM, les avancées sont importants et se manifestent par de nombreux systèmes présents dans des domaines aussi diverses que la médecine, la maintenance, la robotique... Dans ce contexte, nous avons proposé une démarche de conception ergonomique pour les systèmes de RA. Dans cet axe, nous avons présenté les propriétés ergonomiques. Afin de caractériser plus finement la dualité de l'interaction (Utilisateur- Monde Réel et Utilisateur-Monde Virtuel), nous avons défini la notation UML. Poursuivant le cycle de vie d'un système interactif issu du génie logiciel, nous avons abordé l'étape de la conception logicielle du système de RA. Nous avons défini une solution générique de réalisation logicielle selon le modèle d'architecture logicielle PAC-Amodeus. Ce modèle adapté souligne la dualité de l'interaction avec deux branches indépendantes dédiées à l'interaction avec le monde réel et le monde informatique. En collaboration avec le technicien, nous avons appliqué et testé nos résultats méthodologiques sur une application en maintenance. Cette application, ARIMA, permet de guider les techniciens en leur procurant des informations sous forme d'augmentations multimédia afin d'accroître leur efficacité dans des activités de maintenance.

La mobilité est une caractéristique fondamentale pour l'informatique moderne. Cependant, la mobilité n'est toujours considéré que comme propriété propre aux dispositifs d'interaction portée. Cette thèse étudie une nouvelles classe d'interfaces mobiles, capables d'être déplacées dans l'environnement à l'aide de systémes informatiques : les interfaces dirigeables. Nous présentons un prototype d'interface dirigeable et investiguons les applications possibles de ce type d'interfaces, et évaluons également l'impact de la dirigeabilité d'une interface dans un contexte de travail collaboratif co-présent.<br />Un couple composé d'un vidéo projecteur et une camera motorisée nous permet d'afficher des images numériques sur presque toutes les surfaces de notre salle d'expérimentation. Pour compenser les distorsions projectives nous proposons deux méthodes de rectification dynamique d'images : (a) basée sur la détection des bords de la surface d'affichage, et (b) basée sur un modéle de projecteurs. Nous utilisons l'algorithme de détection de bords pour créer une surface portable d'affichage à partir d'une piéce de carton.<br />Pour rendre les images projetées interactive, nous utilisons la vision par ordinateur. Le champ de vue de la caméra couplé avec le vidéo projecteur pilotable contient l'image projetée. Néanmoins, projection et la mobilité de la projection rend difficile le traitement d'images pour la détection d'interactions. Nous présentons une implementation de widgets de base comme des boutons ou défileurs adaptés aux l'interaction avec des interfaces projetées.<br />Le couple projecteur-caméra et la surface portable d'affichage nous permet d'expérimenter des interfaces mobiles projetées. Nous proposons un nombre de techniques d'interaction pour contrôler la position d'une interface. Les techniques sont analysées en utilisant le modéle de couplage de ressources d'interactions. Cette thèse se conclut par une étude d'utilisation de notre systéme, qui a pour but de comparer les interfaces fixe, portable et dirigeable dans le cadre d'un travaille collaboratif. Les résultats de notre étude démontre l'utilité d'interfaces pilotables et devrait motiver la recherche sur se type d'interaction.

Les données temporelles sont fréquemment manipulées dans plusieurs domaines d'application (bancaire, clinique, géographique, etc.). Malgré la diversité des techniques proposées pour visualiser ce type de données, nous constatons un manque d'approches et de méthodes de conception. Dans cette thèse, nous proposons une approche de conception de techniques de visualisation et plus généralement d'interaction avec des espaces de données temporelles. Pour garantir l'utilisabilité de ces techniques, nous proposons de prendre en compte les caractéristiques des données manipulées et les tâches utilisateur, nous situant ainsi à la jonction de deux domaines de l'informatique : les Bases de Données et les Interfaces Homme-Machine. Ce travail contribue donc à la conception de systèmes interactifs pour l'analyse visuelle de données temporelles. Dans ce contexte, nous proposons une taxonomie qui organise les travaux existants de visualisation de données temporelles selon leur processus de visualisation. Cette taxonomie est construite à partir du processus de visualisation proposé par Chi. En collaboration avec des utilisateurs géographes, nous avons identifié une liste de tâches utilisateur pertinentes pour la manipulation de données temporelles. A partir de cette liste, nous avons conçu et implémenté cinq techniques d'interaction adaptées aux tâches identifiées. Nous avons intégré ces techniques pour développer INVEST (Interactive Visualization and Explorative System of Temporal data) qui est une plate-forme multi-techniques pour l'analyse visuelle de données temporelles. Chaque technique de visualisation est une vue du même espace de données. INVEST inclut un moteur de sélection de techniques de visualisation en fonction des tâches utilisateur spécifiées.

Les récentes avancées en matière d'acquisition, stockage et traitement des données ont résulté en une augmentation spectaculaire de la quantité d'information collectée et analysée, et ce dans de nombreux domaines : disciplines scientifiques, industrie, commerce, bibliothèques numériques, données mises à disposition du public par des organismes gouvernementaux ; domaines auxquels s'ajoutent les contenus que tout un chacun peut mettre à disposition sur le Web à travers les réseaux sociaux, les blogs ou les sites de partage de documents multimédia. La capacité des systèmes et bases de données hétérogènes d'échanger et croiser ces données, mais aussi d'inférer de nouvelles données, s'est aussi grandement améliorée, grâce à des technologies émergentes comme celles issues des recherches liées au Web des données -- par opposition au Web des documents -- s'appuyant sur les technologies du Web sémantique. Mes travaux de recherche s'inscrivent dans le domaine de l'interaction homme-machine (IHM), et portent plus spécifiquement sur la conception, le développement et l'évaluation de techniques d'interactions et de visualisation facilitant la compréhension et la manipulation de ces masses de données. Les représentations graphiques peuvent être d'une grande aide quand elles fournissent des visualisations pertinentes des données, de leur structure, et qu'elles sont couplées à des techniques d'interaction permettant une navigation efficace dans ces grands espaces d'information. Elles jouent à ce titre un rôle important dans la recherche et le développement de systèmes informatiques pour la gestion et l'analyse de masses de données semi-structurées. Mes activités de recherche sont organisées autour de deux thèmes, dont je présenterai les principaux résultats : langages visuels et techniques de visualisation d'information pour aider les utilisateurs à interpréter et manipuler des jeux de données semi-structurés ; conception, développement et évaluation expérimentale de techniques d'interaction multi-échelle pour naviguer dans des masses de données sur différents types de plate-formes : dispositifs mobiles, stations de travail, murs d'images très haute résolution.