De façon générale, cette thèse identifie et définit l'ensemble des concepts théoriques et pratiques nécessaires à l'exercice de la conception de jeux vidéo éducatifs en tenant compte des aspects d'intention, d'information, d'interface et d'interactivité. Elle répond à la question suivante : comment outiller et assister efficacement un artiste ou un créateur dans la démarche complexe de la conception de jeux vidéo éducatifs? En effet, les personnes abordant la conception multimédia se sentent souvent dépourvues lorsqu'il est question de développer ou de conceptualiser ce type d'œuvre. C'est d'abord parce qu'il s'agit d'un champ d'étude relativement nouveau qui cherche encore ses codes langagiers. Ensuite, il s'agit de se référer aux niveaux de complexité générés par des projets ludiques et pédagogiques intégrant à la fois des notions de science de l'information (gestion de la connaissance, bases de données), des notions d'esthétique et de forme (arts visuels, design graphique) et des notions d'informatique (langage de programmation, vie et intelligence artificielles). Les résultats de la recherche se présentent sous la forme d'une méthodologie de recherche/création systémique appuyée par une intervention prenant la forme d'une série de quatre capsules multimédias interactives couvrant l'ensemble des résultats générés. Ces capsules s'adressent à des professionnels œuvrant tant dans le domaine de la culture, de l'éducation, de la science, des arts et des communications que dans ceux de la recherche et de l'expérimentation. Elles décrivent, illustrent et démontrent les potentialités expressives, narratives, cognitives et interactives du langage multimédia; elles présentent le champ d'intervention dans son ensemble, incluant les concepts, les théories, les méthodes et les outils nécessaires à sa compréhension, à son élaboration et à sa pratique esthétique, ludique, pédagogique et communicationnelle. De façon plus précise, une première capsule présente des notions définissant le multimédia, ses multiples applications ainsi que les différents contextes de production dans lesquels elles se déploient. Une deuxième capsule expose ensuite des notions de langage cinématographique et hypermédia qui seront utiles pour la conception multimédia. Une troisième capsule aborde des notions relatives à la pédagogie, et comment celles-ci peuvent s'appliquer à la conception de jeux vidéo éducatifs. Enfin, la dernière capsule présente un modèle de devis de conception multimédia adapté aux productions culturelles ludo-éducatives. À travers l'ensemble de ces capsules, des exemples permettront de visualiser et d'expérimenter l'ensemble des concepts répondant aux énoncés théoriques et pratiques exposés par la recherche. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : jeux vidéo éducatifs, design multimédia, scénarisation multimédia, conception multimédia, conception hypermédia, loisir éducatif, jeu éducatif, enseignement par le jeu, apprentissage par le jeu, interface graphique, méthodologie de conception.

Notre recherche s'intéresse à l'enseignement de la géométrie et de l'espace pour des élèves ayant des incapacités intellectuelles légères. De façon précise, nous proposons de faire évoluer leurs connaissances à propos de la représentation graphique du cube, et certaines de ses propriétés, par le biais d'un jeu de tâches didactiques. L'évolution est montrée par une analyse de protocoles qui tente de cerner de quelle façon s'enchaînent les différentes productions et interactions survenues entre les acteurs des séances d'expérimentation. De plus, l'analyse des tâches expérimentées montre leur potentiel au regard de l'engagement des élèves, tout en précisant certaines de leurs limites relatives à la nature de la tâche (contenu, pertinence, consignes données), au matériel didactique employé et à la chronologie des tâches au sein des séances. Nos résultats montrent que les élèves ayant des incapacités intellectuelles légères peuvent bénéficier de tâches variées et dynamiques pour accéder aux connaissances spatiales et géométriques dans la mesure où le jeu de tâches expérimenté favorise l'investissement mathématique des élèves. Le jeu de tâches se distingue nettement des méthodes typiques d'enseignement direct et répétitif dans les classes d'élèves ayant des incapacités intellectuelles. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cube, Représentation graphique, Jeu de tâches, Incapacités intellectuelles, Enseignement, Géométrie.

Cette thèse vise à détecter et améliorer l’état cognitif de l’apprenant. Cet état est défini par la capacité d’acquérir de nouvelles connaissances et de les stocker dans la mémoire. Nous nous sommes essentiellement intéressés à améliorer le raisonnement des apprenants, et ceci dans trois environnements : environnement purement cognitif Logique, jeu sérieux LewiSpace et jeu sérieux intelligent Inertia. La détection de cet état se fait essentiellement par des mesures physiologiques (en particulier les électroencéphalogrammes) afin d’avoir une idée sur les interactions des apprenants et l’évolution de leurs états mentaux. L’amélioration des performances des apprenants et de leur raisonnement est une clé pour la réussite de l’apprentissage. Dans une première partie, nous présentons l’implémentation de l’environnement cognitif logique. Nous décrivons des statistiques faites sur cet environnement. Nous avons collecté durant une étude expérimentale les données sur l’engagement, la charge cognitive et la distraction. Ces trois mesures se sont montrées efficaces pour la classification et la prédiction des performances des apprenants. Dans une deuxième partie, nous décrivons le jeu Lewispace pour l’apprentissage des diagrammes de Lewis. Nous avons mené une étude expérimentale et collecté les données des électroencéphalogrammes, des émotions et des traceurs de regard. Nous avons montré qu’il est possible de prédire le besoin d’aide dans cet environnement grâce à ces mesures physiologiques et des algorithmes d’apprentissage machine. Dans une troisième partie, nous clôturons la thèse en présentant des stratégies d’aide intégrées dans un jeu virtuel Inertia (jeu de physique). Cette dernière s’adapte selon deux mesures extraites des électroencéphalogrammes (l’engagement et la frustration). Nous avons montré que ce jeu permet d’augmenter le taux de réussite dans ses missions, la performance globale et par conséquent améliorer l’état cognitif de l’apprenant. / This thesis aims at detecting and enhancing the cognitive state of a learner. This state is measured by the ability to acquire new knowledge and store it in memory. Focusing on three types of environments to enhance reasoning: environment Logic, serious game LewiSpace and intelligent serious game Inertia. Physiological measures (in particular the electroencephalograms) have been taken in order to measure learners’ engagement and mental states. Improving learners’ reasoning is key for successful learning process. In a first part, we present the implementation of logic environment. We present statistics on this environment, with data collected during an experimental study. Three types of data: engagement, workload and distraction, these measures were effective and can predict and classify learner’s performance. In a second part, we describe the LewiSpace game, aimed at teaching Lewis diagrams. We conducted an experimental study and collected data from electroencephalograms, emotions and eye-tracking software. Combined with machine learning algorithms, it is possible to anticipate a learner’s need for help using these data. In a third part, we finish by presenting some assistance strategies in a virtual reality game called Inertia (to teach Physics). The latter adapts according to two measures extracted from electroencephalograms (frustration and engagement). Based on our study, we were able to enhance the learner’s success rate on game missions, by improving its cognitive state.