Cette thèse a pour objet le dialogue écrit et oral, entre un interlocuteur humain et une machine, via le réseau Internet. Nous faisons d'abord quelques rappels concernant le dialogue homme-machine (DHM) et le réseau Internet, puis nous présentons notre méthodologie de travail, fondée, pour l'essentiel, sur l'usage. Nous exposons les besoins des utilisateurs en situation de recherche d'information. Les problèmes d'amorçage d'un réel système de DHM sont ensuite abordés. Nous décrivons alors la notion d'hyperdialogue et un système générique de DHM sur le Web est présenté. Puis, le premier système que nous avons mis au point pour recueillir un corpus de DHM sur le Web (Halpin-Recueil) est détaillé et quelques résultats significatifs sont commentés. Nous présentons notre réalisation logicielle complète d'un DHM, avec entrées et sorties vocales via le Web (le système Halpin-Documentaire), ainsi que les différentes composantes nécessaires pour sa mise en oeuvre sur Internet. La gestion du dialogue s'effectue grâce à une technique basée sur la reconnaissance de concepts dans le discours. Les premiers résultats obtenus grâce à cette méthodologie de recueil de corpus apportent des éléments importants quant aux connaissances du domaine de la part des usagers, des expressions linguistiques utilisées et du dialogue qui s'instaure entre l'Homme et la Machine. Les résultats, l'évaluation, et les limites du système Halpin-Documentaire sont commentés avant de dresser un bilan de ces travaux et de présenter des perspectives de recherche pour le domaine étudié.

Les erreurs humaines et les interruptions sont des phénomènes courants mais négligés, voire ignorés, dans le processus de développement des systèmes interactifs. En outre, leur automatisation massive n'a pas éliminé erreurs et interruptions, mais en a accentué le caractère critique. Ce mémoire a pour objet l'amélioration de la fiabilité des systèmes homme-machine par la prise en compte explicite des erreurs et des interruptions dans la pratique de l'Ingénierie de l'Interaction Homme-Machine. Nous appliquons notre étude au cas exigeant des systèmes critiques automatisés et notamment aux systèmes aéronautiques, pour lesquels les erreurs humaines et les interruptions ont une importance décisive. Dans la première partie du mémoire, dédiée aux concepts, nous présentons une revue des recherches sur l'automatisation et sur l'analyse des erreurs humaines telle que l'envisage la psychologie cognitive. A notre tour, nous proposons le concept de singularité comme notion pivot aux phénomènes d'erreur et d'interruption. Nous en fournissons un modèle qui explicite les activités mentales en relation avec la détection et la correction de singularité. La seconde partie du mémoire a trait à l'expression formelle des singularités dans le processus de développement d'un système interactif. Après une revue des formalismes et des notations utilisés en Interaction Homme-Machine, nous retenons MAD, UAN et les réseaux de Petri pour leurs qualités et leur usage complémentaires. Pour chacun, nous proposons les extensions nécessaires à l'expression des singularités. Nous fournissons également les règles de traduction de ces extensions entre les trois formalismes retenus, évitant ainsi la perte de conformité au cours du processus de développement d'un système.

Le but de ce travail est d'étudier l'introduction de la parole dans les interactions homme-machine multimodales et de trouver des contraintes de spécification d'une interface multimodale qui rende la communication avec la machine plus efficace et moins coûteuse. Les objectifs de ce travail concernent les trois points suivants : l'étude de l'usage de la multimodalité, la réalisation d'un système multimodal et l'étude de l'utilisabilité de la multimodalité. L'étude a utilisé des méthodes expérimentales pour clarifier ces points. En ce qui concerne l'usage de la multimodalité deux expériences sont effectuées sur des sujets de test : d'abord dans un cadre de communication inter-humaine qui simule une interface homme-machine réelle, puis en situation de communication homme-machine réelle avec une interface multimodale. Le but de ces expériences est d'observer ce que l'interface multimodale peut offrir et quelles sont ses limites. En ce qui concerne l'utilisabilité de la multimodalité, des tests sont faits à partir d'une expérimentation d'une interface homme-machine multimodale. L'étude se base sur un modèle cognitif de l'être humain pour définir et évaluer les interfaces homme-machine.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'Ingénierie de l'Interaction Homme-Machine. Elle traite de la production d'Interfaces Homme-Machine (IHM) multicible. Une IHM multicible a des capacités d'adaptation à plusieurs cibles tout en respectant l'utilisabilité. Une cible se définit par le triplet . La plate-forme désigne le support matériel et logiciel qui sous-tend l'interaction. L'environnement dénote le milieu dans lequel s'exerce l'interaction. La conception et le développement d'IHM multicible présentent des difficultés majeures de Génie Logiciel : partage de ressource, communication et maintenance entre les différents projets, explosion sous l'effet de la combinatoire. En réponse à ces problèmes, nous analysons les taxonomies et les outils existants en rapport avec l'adaptation. De cette étude, nous proposons un espace de classification qui met en évidence les lacunes des outils existants. Ce constat conduit à de nouvelles propositions en matière d'outils de spécification d'IHM multicible. Nous énonçons un ensemble de principes fondamentaux : la factorisation et la décoration qui militent en faveur de la capitalisation de connaissances. Ces deux principes s'inscrivent dans un cadre théorique qui, fondé sur la coopération des principes de réification et de traduction, constitue un processus de référence conceptuel pour la définition d'outils de production d'IHM multicible. Nous réalisons le processus de référence pour le cas de la génération d'IHM plastiques, c'est à dire d'IHM capables d'adaptation à plusieurs plates-formes et environnements. Avec ARTStudio et MMS, nous concrétisons notre processus de référence. ARTStudio est un générateur d'IHM plastique qui permet au concepteur d'intervenir à tous les niveaux du processus de production. MMS montre la réalisation de mécanismes logiciels permettant l'adaptation dynamique. Dans leur version actuelle, ARTStudio et MMS ne couvrent que l'adaptation à la surface d'affichage.

Le contexte de recherche de cette thèse est celui du passage des Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur (EIAO) aux Environnements Interactifs d'Apprentissage à Distance (EIAD). Nos travaux se situent plus particulièrement dans le champ de recherche des CSCL (Computer-Supported Collaborative Learning) qui s'attache à favoriser, par des moyens informatiques, la construction de connaissances de manière collective. Notre démarche consiste tout d'abord à réfléchir aux conditions à créer pour avoir de réelles activités collectives entre apprenants, puis à concevoir l'environnement informatique qui soutienne ces activités. Nous avons choisi d'utiliser la pédagogie de projet comme fondement pour ces activités collectives. Cette pédagogie a déjà fait ses preuves, principalement dans les situations d'apprentissage traditionnel en classe. Sa mise en oeuvre dans une situation d'apprentissage à distance doit être effectuée attentivement afin qu'elle soit adaptée à ce contexte. Notre thèse propose une mise en place de cette pédagogie en s'appuyant sur une organisation humaine en équipe, cette dernière étant composée d'apprenants se trouvant à distance et engagés dans un même projet. Un tuteur, distant lui aussi, joue alors le rôle de chef de projet pour suivre et assister les apprenants. La structuration du projet dans le temps étant très importante, nous préconisons une structuration en étapes composées elles-mêmes de phases synchrones et asynchrones qui rythment le projet. Afin de supporter cette pédagogie de projet à distance, nous avons conçu et développé un environnement informatique nommé SPLACH (Support d'une pédagogie de Projet pour L'Apprentissage Collectif Humain). Cet environnement intègre les outils nécessaires aux activités collectives (outils de communication asynchrones et synchrones, outil de partage d'application, outil de planification, outil de documentation). L'intérêt d'intégrer ces outils dans un même environnement est, d'une part, de faciliter l'utilisation du système par les apprenants, et, d'autre part, de pouvoir analyser les activités collectives dans la perspective d'apporter des conseils aux utilisateurs. Nous avons particulièrement étudié l'analyse des conversations synchrones en concevant une interface spécifique fondée sur des actes de langage et permettant la détermination de profils de comportements sociaux (animateur, indépendant, ...). SPLACH a été expérimenté dans deux contextes différents : avec des élèves de collège dans le domaine de l'apprentissage de la technologie et avec des étudiants québécois apprenant la programmation. Ces deux expérimentations montrent que SPLACH peut être utilisé dans différents contextes de formation et pour divers domaines d'apprentissage.

La majorité des interfaces reposent essentiellement sur la vision pour transmettre des informations aux utilisateurs. Cependant certaines situations requièrent des techniques d'interactions permettant d'afficher des informations de manière non-visuelle. Nous avons donc étudié des solutions apportées par le sens du toucher. Après un aperçu sur le domaine de la conception d'interfaces, en particulier sur la notion de multimodalité, nous nous sommes intéressés à une modalité en particulier : l'haptique, qui utilise le sens du toucher. Notre contribution à ce domaine commence par la conception et l'évaluation d'icônes tactiles permettant de coder des informations à l'aide d'une matrice de picots. Elles ont été utilisées dans un système de guidage pour aider des utilisateurs à explorer des formes géométriques grâce au sens du toucher. Nous avons aussi conçu et évalué des icônes utilisant le retour de force d'un bras articulé. Ces deux systèmes d'icônes ont été utilisés dans une application d'exploration de schémas de circuits électriques. Cette application multimodale permet à plusieurs enfants déficients visuels ou voyants d'explorer des schémas de circuits électriques en collaboration. Ils disposent d'informations visuelles et haptiques pour comprendre la forme du circuits, ainsi que les composants présents. Cette application utilise une architecture logicielle multimodale, que nous avons conçue et détaillée. L'architecture en question propose des briques de base permettant de faciliter la conception et le développement d'application multimodales, et en particulier celles utilisant le retour haptique.

Ce mémoire contribue au domaine de l'interaction homme-machine (IHM), en proposant un cadre méthodologique global en vue de la conception et la réalisation de systèmes interactifs d'aide à la décision basés sur l'extraction de connaissances à partir de données (SIAD/ECD). Dans ce travail, nous mettons l'accent sur les aspects humain et itératif du développement des SIAD, et en tenant compte des spécificités des systèmes d'ECD. Le cadre méthodologique proposé consiste à étendre les activités du processus unifié sous l'angle de l'IHM pour le développement des différents modules d'un SIAD/ECD. Cette méthodologie, nommée processus unifié étendu, a été appliquée en vue de démontrer ou valider ses principes fondateurs sur une étude de cas dans le domaine médical, relative à la prise de décision dynamique pour la lutte contre les infections nosocomiales (SIADDM/ECD) dans un service de réanimation d'un hôpital situé à Sfax, Tunisie. Une évaluation globale de la démarche suivie d'un ensemble de perspectives de recherche termine le mémoire.

Les interactions entre l'homme et l'ordinateur peuvent être étudiées sous plusieurs angles : certaines analyses s'attachent à décrire le comportement humain utilisant des outils informatiques, d'autres cherchent à optimiser l'ergonomie de l'interface, et enfin, d'autres cherchent à améliorer l'interactivité entre l'utilisateur et l'immense quantité d'informations véhiculées par le dispositif numérique. Après avoir récapitulé l'ensemble des propriétés nécessaires à la conception d'un système générique de récolte de données issues directement de l'interaction homme-machine, nous présentons des méthodes de visualisations de ces données permettant la mise à jour de propriétés utiles ainsi que des exemples d'analyses automatiques par des méthodes algorithmiques. Nous proposons un nouveau formalisme générique de récolte de données provenant des interactions homme-machine. Ce modèle permet toutes les modélisations et l'application de toutes les méthodes évoquées précédemment. Nous présentons également des outils d'analyses, qui permettent la reconnaissance automatique de caractéristiques de comportements des utilisateurs, ainsi qu'un outil de visualisation de ces données qui permettent la remise en contexte de l'action de l'utilisateur ainsi que la comparaison de l'activité de plusieurs individus sur une ou plusieurs interfaces. Deux algorithmes sont introduits pour faciliter la lecture de la visualisation. Ces travaux doivent s'appliquer dans un contexte scolaire et quelques théories pédagogiques élaborées par les psychologues cognitivistes spécialisés ce domaine ont été étudiées. Une plateforme permettant l'implémentation de méthodes d'apprentissage artificiel décrit les modalités d'application pour adapter automatiquement l'interaction et fournir une aide personnalisée. Des méthodes algorithmiques d'apprentissage artificiel sont également détaillées suivant une typologie des méthodes de traitement des données. Deux analyses effectuées sur des données récoltées lors d'expériences que nous avons menées, ont permis d'élaborer des méthodes de personnalisations automatiques de l'interaction homme-machine pour l'enseignement.

Les systèmes complexes actuels (cockpits, contrôle de trafic aérien, pilotage de drones,...) amènent les opérateurs à gérer un ensemble de tâches évoluant dynamiquement dans le temps, et imposent des changements fréquents de situation au cours d'une même mission. Ces transitions entre contextes (provoqués par l'ajout, le retrait, l'interruption ou la récupération d'une tâche) peuvent induire une rupture de la conscience de situation (Situation Awareness) de l'opérateur. Dans le cadre de cette thèse, nous introduisons la méthodologie SAMANTA (Situation Awareness Modeling and ANalysis for Transition Amelioration). Celle-ci, mise en oeuvre par les experts en charge de l'analyse et de la conception de futurs systèmes, contribue à l'étude et la résolution des difficultés engendrées par de telles transitions. Le processus d'analyse des transitions proposé s'appuie sur une approche duale de description des transitions à travers la modélisation des tâches, et des éléments de situation associés à chacune d'entre elles (les contextes). Les caractéristiques des transitions ainsi obtenues sont utilisées par l'analyste afin d'émettre des recommandations sur les interfaces du système considéré. Les utilisateurs (opérateurs de systèmes et experts du domaine) sont intégrés aux étapes clés du processus de conception. Un outil dédié a été développé dans le cadre de cette thèse dans le but de faciliter la mise en oeuvre de la méthodologie SAMANTA par les analystes. Une application concrète à la conception de futurs systèmes de drone est présentée, développant l'étude de deux transitions spécifiques.

La confiance de l'homme envers la machine est une caractéristique essentielle du contrôle supervisé. En effet, des contres performances du couple homme-machine provoquées par un mauvais niveau de confiance (insuffisant ou excessif) peuvent conduire à des dégâts matériels ou humains. Il est donc nécessaire d'évaluer la confiance de l'homme pour anticiper de telles situations et ainsi empêcher leur réalisation. C'est pourquoi, dans cette thèse, nous proposons un modèle d'évaluation de la confiance. Pour cela, nous avons défini deux modèles. Le premier est un modèle de dialogue basé sur la théorie du grounding et spécifique au contrôle supervisé. Le second est un modèle d'évaluation de la confiance qui décrit le lien entre la confiance de l'homme et l'observation de sa stratégie de dialogue à l'aide du premier modèle. Cet apport théorique est accompagné de deux expérimentations. Elles sont contextualisées dans le domaine du contrôle multi-drones et plus spécifiquement pour les opérations de surveillance et d'interception. La première expérience, à but exploratoire, met en évidence l'existence d'un lien entre confiance et dialogue. La seconde permet de tester la validation de notre modèle d'évaluation de la confiance. Cette thèse apporte donc les bases d'une approche objective de l'évaluation de la confiance à partir de l'observation du dialogue homme-machine.