Les modèles d’aptitude et maturité de processus logiciel (AMPL) sont actuellement largement utilisés dans l’industrie. Pour exécuter les pratiques définies dans ces modèles, des approches d’ingénierie logicielle sont appliquées. On constate également une grande définition en termes de méthodes, techniques, patrons et normes pour l’analyse, la conception, la mise en œuvre et l’évaluation de systèmes interactifs, axés sur les questions d’Interaction Homme-Machine (IHM). Néanmoins, il est bien connu que les approches d’IHM ne sont pas largement utilisées dans l’industrie. Afin de profiter de l’utilisation des modèles AMPL, cette thèse propose d’intégrer les questions d’IHM (concepts de conception, mise en œuvre et évaluation de systèmes interactifs) dans le modèle international le plus connu (CMMI-DEV – Capability Maturity Model Integration for Development) et dans le modèle brésilien (MR-MPS-SW – MPS for Software reference model). À cette fin, nous avons travaillé sur (i) l’identification des approches de l’IHM appropriées pour chaque pratique de l’ingénierie préconisée par ces modèles, (ii) l’évaluation et l’amélioration des approches de l’IHM identifiées avec des experts en IHM, (iii) la validation de la proposition dans un environnement académique, et (iv) la réalisation de deux études empiriques sur la perception de la connaissance et l’utilisation des approches de l’IHM dans l’industrie. En conséquence, nous avons obtenu 14 catégories d’approches de l’IHM avec des exemples de méthodes, techniques, patrons et normes propres à réaliser chaque pratique des activités d’ingénierie des deux modèles lors du développement de systèmes interactifs. De plus, l’étude empirique avec l’industrie brésilienne a confirmé statistiquement que les consultants de ces modèles AMPL ne connaissent et n’utilisent pas ou peu les approches de l’IHM, comme ils connaissent et utilisent des approches d’ingénierie logicielle. / Software process capability maturity (SPCM) models are currently widely used in industry. To perform the practices defined in these models, software engineering approaches are applied. We also have experienced a large definition of methods, techniques, patterns, and standards for the analysis, design, implementation, and evaluation of interactive systems focusing on Human-Computer Interaction (HCI) issues. Nevertheless, it is well known that HCI approaches are not largely used in industry. In order to take advantage of the widespread use of SPCM models, this thesis proposes to integrate HCI issues (concepts of design, implementation, and evaluation of interactive systems) in the most known international SPCM model (CMMI-DEV – Capability Maturity Model Integration for Development) and in the Brazilian SPCM model (MR-MPS-SW – MPS for Software reference model). To that end, we have worked on (i) the identification of appropriate HCI approaches for each practice of the engineering advocated by these models, (ii) the evaluation and improvement of the identified HCI approaches with HCI experts, (iii) the validation of the proposition in an academic environment, and (iv) the conduction of two empirical studies about the perception of knowledge and use of HCI approaches in the industry. As a result, we got 14 categories of HCI approaches with examples of methods, techniques, patterns, and standards adequate to perform each practice of engineering activities of the both models when developing interactive systems. Moreover, the empirical study, in Brazilian industry, confirmed statistically that consultants of those SPCM models do not know and do not use HCI approaches as well as they know and use software engineering approaches.

La théorie de l'information a influencé un grand nombre de domaines scientifiques depuis son introduction par Claude Shannon en 1948. A part la loi de Fitts et la loi de Hick, qui sont apparus lorsque les psychologues expérimentaux étaient encore enthousiastes à l'idée d'appliquer la théorie de l'information aux différents domaines de la psychologie, les liens entre la théorie de l'information et l'interaction humain-machine (IHM) ont été peu explorés. L'objectif de cette thèse est de combler le fossé entre la théorie de l'information et l'IHM en considérant que l'interaction entre les humains et les machines peut être considérée comme un processus de communication et peut donc être caractérisée à l'aide des concepts de la théorie de l'information. Les trois principales contributions de cette thèse sont : (1) une perspective historique détaillée sur la manière dont la théorie de l'information a influencé la psychologie et l'IHM, avec en particulier une discussion approfondie et une analyse de la pertinence de la loi de Hick pour l'IHM, (2) le cadre formel Gain d'Information Bayésienne (BIG pour Bayesian Information Gain) qui quantifie et exploite les informations envoyées par l'utilisateur à l'ordinateur pour exprimer son intention et (3) une illustration des avantages de l'utilisation des mesures de la théorie de l'information pour évaluer la performance des entrées et pour caractériser une tâche d'interaction. Cette thèse démontre ainsi que la théorie de l'information peut être utilisée comme un outil unifié pour comprendre et concevoir la communication et l'interaction humain-machine. / Information theory has influenced a large number of scientific fields since its first introduction in 1948. Apart from Fitts' law and Hick's law, which came out when experimental psychologists were still enthusiastic about applying information theory to various areas of psychology, the relation between information theory and human-computer interaction (HCI) has rarely been explored. This thesis strives to bridge the gap between information theory and HCI by taking the stance that human-computer interaction can be considered as a communication process and therefore can be characterized using information-theoretic concepts. The three main contributions are: (1) a detailed historical perspective on how information theory influenced psychology and HCI, particularly an in-depth discussion and analysis of how relevant Hick's law is to HCI; (2) a Bayesian Information Gain (BIG) framework that quantifies the information sent by the user to the computer to express her intention; and (3) a further illustration of the advantages of using information-theoretic measures to evaluate input performance and to characterize the rich aspects of an interaction task. This thesis demonstrates that information theory can be used as a unified tool to understand and design human-computer communication.

L'objet principal de nos recherches est la prise en compte du contexte dans les Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH). Les problématiques traitées concernent la création de modèles considérant le contexte des apprenants et des enseignants pour faciliter leurs communications et le partage d'informations, ainsi que la conception de situations informatisées favorisant des apprentissages par des mises en contexte. Notre activité s'est organisée autour de projets de recherche ayant pour préoccupation d'améliorer la formation en ligne et les learning games. Dans le cadre de la formation en ligne, les contributions majeures se situent au niveau de la conception et l'expérimentation de modèles pour inciter et soutenir des communications contextuelles, c'est à dire liant des messages à des éléments de contexte (ressources, connaissances, activités d'apprentissage ou d'enseignement). Dans le cadre des learning games, les contributions principales concernent la définition d'un processus de création de jeux d'entreprise et son instrumentation informatique intégrant des contrôles qualité. Nous adoptons une démarche de recherche qui place l'utilisateur, ses activités et ses besoins au centre des préoccupations. La méthode globale de conception de nos systèmes peut être qualifiée d'itérative et de participative. Une attention particulière est portée sur la construction des interactions homme-machine qui doivent refléter les modèles et concepts sous-jacents.

Cette thèse traite des interfaces utilisateur tangibles (TUI). La première partie de ce manuscrit concerne l'interaction tangible sur table interactive. Nous introduisons tout d'abord les TUIs et les tables interactives. Nous validons une hypothèse concernant la spécialisation de la forme des interacteurs tangibles et nous en tirons les conséquences pour la conception des TUIs. Nous proposons une solution de boîtier à boutons pour y déporter certaines opérations dans le contexte d'une TUI sur table interactive. Nous abordons la construction et le développement d'un système de tables interactives tangibles transportables et à faible coût permettant de faire du prototypage rapide de TUIs. Nous terminons en soulignant les particularités de l'évaluation expérimentale des TUIs. La seconde partie de ce manuscrit traite un cas d'application d'une TUI pour les géosciences : GeoTUI. Nous commençons par présenter le contexte métier des géophysiciens et leurs besoins en terme de nouveaux moyens d'interaction. Nous présentons les résultats de notre conception d'une TUI pour les géosciences. Nous précisons le détail du développement de notre prototype. Pour terminer, nous présentons les deux expérimentations utilisateurs qui ont été conduites pour valider nos choix de conception. / This thesis focuses on tangible user interfaces (TUI). The first part of this manuscript is about tangible interaction on tabletop. We first introduce TUIs and tabletops. We validate an hypothesis about the specialization of the form of the tangible objects, and conclude from that consequences on TUIs design. We propose the solution of a button box to deport some operations in the context of tabletop TUI. We present the construction and development of a transportable and low cost tabletop TUI system that allows rapid TUI prototyping. We end pointing out the special features of user experiments of TUIs. The second part of this manuscript deals with an application case of a TUI for geoscience: GeoTUI. We start presenting the context of the geophysicists work and their need in term of new way of interation. We present the results of our design of a TUI for geoscience. We detail the development of our prototype. To finish, we present two user experiments we conducted to validate our design choices.

Les visualisations de données permettent de transmettre de l'information aux utilisateurs. Pour explorer et comprendre les données, les utilisateurs sont amenés à interagir avec ces visualisations.Toutefois, l'interaction avec les visualisations modifie le visuel. Pour éviter des changements brusques et garder l'utilisateur focalisé sur les objets graphiques d'intérêt, des transitions visuelles sont nécessaires pour accompagner les modifications de la visualisation. Ces transitions visuelles peuvent être codées sous la forme d'animations, ou de techniques qui permettent de faire des correspondances, ou des liens avec des données représentées sur plusieurs affichages. Le premier objectif de cette thèse était d'étudier les bénéfices et les propriétés des animations pour l'exploration et la compréhension de grandes quantités de données multidimensionnelles. Nous avons établi en conséquence une taxonomie des transitions animées en visualisation d'information basée sur les tâches des utilisateurs. Cette taxonomie a permis de constater qu'il n'existe pas de contrôle utilisateur sur la direction des objets durant l'animation. Nous avons donc proposé des interactions pour le contrôle de la direction des objets graphiques lors d'une transition animée. D'autre part, nous avons étudié une technique de transition animée mettant en jeu une rotation 3D entre visualisations. Nous avons identifié les avantages qu'elle pouvait apporter et en avons proposé une amélioration.Le second objectif était d'étudier les transitions visuelles dans le domaine du Contrôle du Trafic Aérien. En effet, les contrôleurs utilisent de nombreuses visualisations qui comportent des informations étalées et dupliquées sur plusieurs affichages: l'écran Radar, le tableau de strips, des listes spécifiques d'avions (départ, arrivées) etc. Ainsi dans leur activité, les Contrôleurs Aériens réalisent des transitions visuelles en recherchant et en reliant de l'information à travers les différents affichages. Nous avons étudié comment les animations pouvaient être utilisées dans le domaine du contrôle aérien en implémentant un prototype d'image radar regroupant trois visualisations usuelles pour instrumenter l'activité de supervision du trafic aérien.

Dans le domaine des environnements numériques, un enjeu particulier consiste à construire des systèmes permettant aux utilisateurs de partager et de réutiliser leurs expériences. Cette thèse s'intéresse à la problématique générale des recommandations contextuelles pour des applications web dans un contexte particulier : tâche complexes, beaucoup de données, différents types d'utilisateurs (du débutant au professionnel), etc. Nous cherchons à fournir une assistance à l'utilisateur en prenant en compte le contexte et la dynamique des tâches que l'utilisateur effectue. On cherche à fournir des recommandations dynamiques qui sont enrichies au fur et à mesure des expériences. Pour fournir ces recommandations dynamiques, nous nous appuyons sur le Raisonnement à Partir de l'Expérience Tracée (RàPET). Dans le RàPET, les traces d'interaction constituent d'importants conteneurs de connaissances. Ces traces permettent de mieux comprendre le comportement des utilisateurs et leurs activités. Par conséquent, elles représentent également le contexte de l'activité. Les traces peuvent donc venir nourrir un assistant à partir d'expérience en lui fournissant des connaissances appropriées. Dans cette thèse, nous présentons un état de l'art sur les systèmes d'assistances dynamiques et nous rappelons les concepts généraux des systèmes à base de traces. Nous avons proposé une formalisation des traces modélisées et des processus qui permettent de manipuler ces traces. Nous avons notamment défini une méthode pour établir des mesures de similarité afin de comparer des traces modélisées. Nous avons implémenté ces propositions dans un outil appelé TStore. Cet outil permet le stockage, la transformation, la gestion et la réutilisation des traces modélisées. Ensuite, nous avons proposé un mécanisme de rejouage de traces pour permettre aux utilisateurs de revenir à un état précédent de l'application. Enfin, nous avons décrit une approche de recommandations à partir de traces. Le moteur de recommandations est alimenté par les traces d'interactions laissée par les précédents utilisateurs de l'application. Cette approche s'appuie sur les mesures de similarité proposées plus haut. Nous avons validé nos contributions théoriques à l'aide de deux applications web : SAP BusinessObjects Explorer pour l'analyse de données, et Wanaclip pour la génération semi-automatique de clips vidéos. Le mécanisme de rejouage de traces est démontré dans SAP BusinessObjects Explorer. Les recommandations à base de traces sont illustrées dans l'application Wanaclip. Dans la dernière partie du manuscrit, nous mesurons les performances de TStore et la qualité des recommandations et des mesures de similarité qu'il implémente. Nous discutons aussi des résultats du sondage que nous avons appliqué aux utilisateurs de Wanaclip pour mesurer leur satisfaction. Nos évaluations montrent que notre approche offre des recommandations satisfaisantes et un bon temps de réponse. / In the field of digital environments, a particular challenge is to build systems that enable users to share and reuse their experiences. In this thesis, we are interested in the general problem of contextual recommendations for specific web applications in a particular context: complex tasks, huge amount of data, various types of users (from novice to professional), etc. We focus on providing user assistance which takes into account the context and the dynamics of users’ tasks. We seek to provide dynamic recommendations that are enriched by new experiences over time. To provide these dynamic recommendations, we make use of Trace-Based Reasoning (TBR). TBR is a recent artificial intelligence paradigm that draws its inspiration from Case-Based Reasoning. In TBR, interaction traces act as an important knowledge container. They help to understand users’ behaviors and their activities. Therefore, they reflect the context of the activity. Traces can feed an experience-based assistant with the adequate and appropriate knowledge. In this thesis, we introduce a state of the art about dynamic assistance systems and the general concepts of Trace-Based Systems. In order to provide experience-based assistance, we have made several contributions. First, we propose a formal representation of modeled traces and a description of the processes involved in their manipulation. Notably, we define a method for computing similarity measures for comparing modeled traces. These proposals have been implemented in a framework named TStore for the storage, transformation, management, and reuse of modeled traces. Next, we describe a trace replay mechanism enabling users to go back to a particular state of the application. This mechanism supports impact propagation of changes during the replay process. Last, we define a recommendation approach based on interaction traces. The recommendation engine is fed by interaction traces left by previous users of the application and stored in a manager, such as TStore. This approach facilitates knowledge sharing between communities of users and relies, among other things, on the similarity measures mentioned above. We have validated our theoretical contributions on two different web applications: SAP BusinessObjects Explorer for data reporting and Wanaclip for generating video clips. The trace replay mechanism is demonstrated in SAP BusinessObjects. Trace-Based Reasoning recommendations are illustrated with Wanaclip to guide users in both video selection, and the actions to perform in order to make quality video clips. In the last part of this manuscript, we measure the performances of TStore and the quality of recommendations and similarity measures implemented in TStore. We also discuss the results of the survey that the users of Wanaclip answered in order to measure their satisfaction. Our evaluations show that our approach offers satisfactory recommendations and good response time.

Au-delà des outils d’analyse statistique traditionnellement mobilisés par les chercheurs en humanités numériques, il existe de nombreux instruments de visualisation (bases de données 3D, moteurs de jeu vidéo, réalité virtuelle et augmentée, etc.) qui ont gagné ces dernières années une importance croissante, ceux-là permettant de spatialiser les connaissances de façon intuitive, de donner à voir des vestiges en lien avec les enquêtes humanistes ou encore de toucher un public dépassant le strict milieu universitaire. Cette thèse a pour but de préciser sur la base de quels modèles heuristiques et épistémologiques, les ingénieurs travaillant dans le domaine des interactions homme-machine ont pensé ces dispositifs. En Europe et jusqu’à l’époque baroque, plusieurs méthodes, désignées du nom d’arts de la mémoire, reposant sur l’immersion dans des espaces mentaux, avaient été mobilisées pour organiser les connaissances. Leur centralité dans la vie intellectuelle leur a donné une postérité double : elles ont structuré tant la manière de penser l’organisation des savoirs (logique et computation) que de les donner à voir (avènement du paradigme perspectif et de la muséologie). Cet héritage hybride les a constituées comme des repères pour le développement des nouveaux médias, notamment de l’infographie tridimensionnelle. Pour saisir les enjeux socio-économiques et esthétiques liés à l’utilisation de ces technologies dans le champ universitaire, leur mise au point dans les secteurs industriels du cinéma et du jeu vidéo, qui ont nourri leur évolution, est resituée dans la thèse. Cette enquête permet de définir des prescriptions utiles à leur déploiement au sein des humanités numériques. / Beyond the instruments of statistical analysis enlisted by researchers working in the field of digital humanities, a growing number of visual and spatial tools (3D databases, video game engines, virtual and augmented reality, etc.) have gained in interest over the past few years. These new approaches allow for the spatialized presentation of knowledge in novel and intuitive ways that increasingly appeal to a public beyond academia. The goal of this thesis is to pinpoint and explore the various heuristic and epistemological models engineers working in the field of human-computer interaction have used to develop these tools. Up until the Baroque period in Europe, a suite of methods grouped under the rubric of “the arts of memory” relied on similar modes of spatialization of immersive mental spaces in order to activate memory and to organize knowledge. The centrality of these arts in the formation of intellectual life has granted them a double posterity: they at once structured the way one organized knowledge – thus becoming instrumental in the refinement of logic and computation; while also serving as means to exhibit and present knowledge – allowing for the advent of the perspective paradigm and museology. This hybrid heritage establishes the arts of memory as landmarks for the further development of new media, and notably computer-generated images. To understand the stakes involved with the use of these technologies in scholarly practice, this thesis also addresses how the film and video game industries gradually shaped their evolution. Finally, this inquiry provides useful prescriptions for their deployment within the growing interdisciplinary field of digital humanities.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'interaction homme-machine (IHM) et s'intéresse à l'adaptation dynamique des systèmes interactifs dans le cadre de l'informatique ubiquitaire. Dans ce cadre, les interfaces utilisateurs doivent devenir plastiques, c'est-à-dire être capables de s'adapter ou d'être adaptées au contexte de l'interaction tout en préservant leur utilisabilité. L'objectif de cette thèse est de comprendre la problématique de la plasticité des IHM à l'exécution et de la traiter sous l'angle du génie logiciel. L'étude de cette problématique montre qu'un système interactif plastique est un logiciel réparti, reconfigurable dynamiquement et constitué d'entités logicielles hétérogènes. Or, aucune proposition de l'état de l'art des systèmes interactifs plastiques ne couvre totalement l'espace problème de la plasticité à l'exécution. De même, aucune solution du génie logiciel pour la construction de logiciels répartis reconfigurables dynamiquement ne prend en compte les spécificités des IHM plastiques. Cette thèse propose une décomposition logicielle de référence qui identifie l'ensemble des fonctions nécessaires à la plasticité des systèmes interactifs, ainsi qu'Ethylene, un modèle à composants dynamiques issu d'une combinaison des approches à composants et à services. Ethylene est conçu pour répondre aux spécificités de l'IHM, et permet de constituer dynamiquement des assemblages reconfigurables de composants IHM de nature hétérogène. Enfin, un langage XML et un cadre de développement incarnent le modèle Ethylene sur un plan technique.

Ces travaux de recherche se situent dans le domaine des Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH) et s'intéressent plus spécifiquement au tutorat, activité fondamentale dans les formations mais pourtant encore aujourd'hui mal définie et peu institutionnalisée. Ainsi, il n'existe que très peu de formations au tutorat et peu d'outils pour aider à la réalisation de cette activité alors que paradoxalement de plus en plus d'enseignements médiés informatiquement sont proposés et nécessitent l'accompagnement des apprenants par un ou des tuteurs.<br />Partant d'une analyse des besoins des tuteurs, à partir d'une étude théorique et d'une étude de terrain, nous proposons de traiter cette problématique en concevant la plate-forme TE-Cap (« Tutoring Experience Capitalization »), fondée sur le concept de Communautés de Pratique (CoP). Nous adoptons une démarche de conception co-adaptative qui tend à faire évoluer la plate-forme en même temps que se précisent les besoins. Cette plate-forme a pour objectif de supporter les échanges, la confrontation et la mutualisation des expériences et des pratiques de ses utilisateurs afin de les amener à développer, de manière informelle et créative par l'entraide et la collaboration, des compétences et expertises, et à créer de nouvelles approches pour résoudre des problèmes. Construite sur la base d'un modèle d'Interconnexion de CoPs (ICP), proposé comme extension du concept de Constellation de CoPs (CCP), la plate-forme utilise une classification des connaissances s'inspirant de principes du Knowledge Management et du Web 2.0.<br />Ce modèle d'ICP est appliqué au tutorat dans la plate-forme TE-Cap mais concerne tout ensemble d'acteurs exerçant une même activité. Il vise à favoriser la création et le partage de connaissances à la fois dans le contexte local de pratique des acteurs (l'institution ou l'entreprise) et au niveau global de l'activité. L'interface homme-machine représente la base de connaissances de manière spatiale et interactive, de façon à rendre rapide l'ajout et la recherche de connaissances, grâce à un modèle d'indexation adapté aux thèmes liés à la communauté identifiée. Deux expérimentations ont été menées dans le cadre du tutorat afin d'évaluer la plate-forme avec des tuteurs de disciplines et pays différents.

Les visualisations de données permettent de transmettre de l’information aux utilisateurs. Pour explorer et comprendre les données, les utilisateurs sont amenés à interagir avec ces visualisations.Toutefois, l’interaction avec les visualisations modifie le visuel. Pour éviter des changements brusques et garder l’utilisateur focalisé sur les objets graphiques d’intérêt, des transitions visuelles sont nécessaires pour accompagner les modifications de la visualisation. Ces transitions visuelles peuvent être codées sous la forme d’animations, ou de techniques qui permettent de faire des correspondances, ou des liens avec des données représentées sur plusieurs affichages. Le premier objectif de cette thèse était d’étudier les bénéfices et les propriétés des animations pour l’exploration et la compréhension de grandes quantités de données multidimensionnelles. Nous avons établi en conséquence une taxonomie des transitions animées en visualisation d’information basée sur les tâches des utilisateurs. Cette taxonomie a permis de constater qu’il n’existe pas de contrôle utilisateur sur la direction des objets durant l’animation. Nous avons donc proposé des interactions pour le contrôle de la direction des objets graphiques lors d’une transition animée. D’autre part, nous avons étudié une technique de transition animée mettant en jeu une rotation 3D entre visualisations. Nous avons identifié les avantages qu’elle pouvait apporter et en avons proposé une amélioration.Le second objectif était d’étudier les transitions visuelles dans le domaine du Contrôle du Trafic Aérien. En effet, les contrôleurs utilisent de nombreuses visualisations qui comportent des informations étalées et dupliquées sur plusieurs affichages: l’écran Radar, le tableau de strips, des listes spécifiques d’avions (départ, arrivées) etc. Ainsi dans leur activité, les Contrôleurs Aériens réalisent des transitions visuelles en recherchant et en reliant de l’information à travers les différents affichages. Nous avons étudié comment les animations pouvaient être utilisées dans le domaine du contrôle aérien en implémentant un prototype d’image radar regroupant trois visualisations usuelles pour instrumenter l’activité de supervision du trafic aérien. / Data visualizations allow information to be transmitted to users. In order to explore and understand the data, it is often necessary for users to manipulate the display of this data. When manipulating the visualization, visual transitions are necessary to avoid abrupt changes in this visualization, and to allow the user to focus on the graphical object of interest. These visual transitions can be coded as an animation, or techniques that link the data across several displays. The first aim of this thesis was to examine the benefits and properties of animated transitions used to explore and understand large quantities of multidimensional data. In order to do so, we created a taxonomy of existing animated transitions. This taxonomy allowed us to identify that no animated transition currently exists that allows the user to control the direction of objects during the transition. We therefore proposed an animated transition that allows the user to have this control during the animation. In addition, we studied an animated transition technique that uses 3D rotation to transition between visualizations. We identified the advantages of this technique and propose an improvement to the current design. The second objective was to study the visual transitions used in the Air Traffic Control domain. Air Traffic Controllers use a number of visualizations to view vast information which is duplicated in several places: the Radar screen, the strip board, airplane lists (departures/arrivals) etc. Air traffic controllers perform visual transitions as they search between these different displays of information. We studied the way animations can be used in the Air Traffic Control domain by implementing a radar image prototype which combines three visualizations typically used by Air Traffic Controllers.