Depuis la révolution industrielle, l'Homme développe des systèmes industriels pour satisfaire ses exigences de production. Mais exploiter ces installations n'est pas sans risques pour les utilisateurs. De ce fait, l'analyse des risques s'est largement développée durant ces dernières décennies. En effet, si dans les années 70, les études se focalisaient sur les défaillances technologiques, des accidents ont souligné l'importance des facteurs humains et organisationnels dans leur occurrence. Si bien que dans les années 80, des méthodes consacrées à l'identification de ces facteurs ont émergées. Ces études, impliquant différentes disciplines, étaient jusqu'alors conçues et conduites séparément les unes des autres. Cet état de fait amène à une sectorisation des analyses et ne permet pas d'avoir une vision globale de la situation étudiée. Mais, depuis peu, des méthodologies proposent d'intégrer (partiellement) ces dimensions dans la démarche d'analyse. Le manque d'intégration constitue aujourd'hui une problématique, scientifique et industrielle, pour les exploitants de systèmes critiques. Ainsi, notre contribution porte sur le développement d'une méthodologie permettant l'analyse de risques de systèmes socio-techniques en exploitation. Ce type d'analyse vise à probabiliser le risque à des fins d'aide à la décision. En ce sens, nous proposons une démarche de formalisation, d'intégration, de représentation et de modélisation des différentes connaissances du système. Le modèle présenté permet d'identifier l'ensemble des causes menant à l'occurrence d'un événement critique, en considérant les données techniques du système et les données liées aux opérateurs et à l'organisation.

L'enjeu de ce travail consiste à proposer un modèle dynamique multi-niveau permettant l'étude des systèmes et des structures à composantes humaines à deux niveaux. Le premier niveau s'intéresse à l'étude du comportement à une échelle individuelle (facteurs psychologiques). Le second niveau étend le modèle à l'étude du comportement des groupes de travailleurs (facteurs psychosociaux). Nous situons ce travail dans le cadre de l'amélioration de l'efficience des opérateurs avec pour domaine d'application l'optimisation du contrôle de la qualité des produits. Le modèle est basé sur une représentation graphique et mathématique inspirée de la dynamique des systèmes permettant d'intégrer l'évolution du comportement et de considérer les rétroactions positives et négatives. L'incertitude et l'imperfection que peuvent avoir certains aspects comportementaux sont intégrées dans l'approche en utilisant la théorie des sous-ensembles flous et les systèmes d'inférences flous. <br />Les hypothèses proposées dans le modèle sont par la suite testées dans un environnement de simulation permettant de reproduire une tâche de contrôle de la qualité de certains produits dans un atelier de production. Les résultats des expériences obtenus ont été utilisés pour la construction d'un modèle de comportement.

Ce travail est basé sur l'observation de conversations entre informaticiens sur Internet grâce à des outils de communication comme la messagerie instantanée et la vidéoconférence. L'objectif est de comprendre comment l'apprentissage et la communication peuvent s'influencer mutuellement: les personnes peuvent inférer le comportement communicatif de l'autre en interprétant dans le même temps comment leurs intentions apparaissent quand ils parlent et ont une activité. D'abord plusieurs conversations ont été enregistrés et étudiées (environ 50 000 mots échangés à chaque fois). Puis ces conversations ont été transcrites manuellement en messages formalisés pour un agent. L'analyse de ces messages et la compréhension des scénarios de communication ont requis une application étendue des théories existantes : (i) hiérarchie de l'apprentissage et de la communication (Bateson, 1972 et 1979), (ii) cognition située (Clancey, 1997) et (iii) théorie de l'activité (Leont'ev 1977 et 1978). Cependant, lors du processus d'analyse, un cadre de travail théorique innovant a émergé et a été appelé Etats d'Activité. Il fournit des règles pour la conversion des conversations dans un langage de communication entre agents (en en conservant la sémantique). Les Etats d'Activité tentent aussi d'expliquer et de comprendre comment, par exemple, la façon de lire et de comprendre un texte peut être liée à l'activité que l'on peut avoir à un moment donné sur Internet. Cela influence directement la façon dont les gens vont formuler leurs intentions.Finalement, l'analyse des messages formalisés à ces remarques préliminaires:(i) les gens possèdent des règles internes (par exemple un système de règles combinatoires) (ii) les gens apprennent, rassemblent et adaptent leurs protocoles de communication au contexte dans lequel ils se trouvent (cela valide en quelque sorte certaines théories qui déjà le suggérait). Pour conclure, les Etats d'activité sont appelés à être une approche prometteuse pour une meilleure compréhension du comportement humain de collaboration à distance via Internet.

Depuis plusieurs années, la simulation de mouvements d'humains virtuels est devenue un enjeu important pour de nombreux domaines. Comprendre le fonctionnement du mouvement humain et le simuler intéresse des disciplines variées, telles que l'animation par ordinateur, la robotique, la biomécanique, etc. Dans le cas de l'animation d'humains virtuels, le but est d'utiliser ces connaissances pour créer des humanoïdes aussi réalistes que possible. De nombreux travaux ont été déjà été réalisés, permettant désormais de gérer de nombreuses tâches avec des mouvements fidèles à ce qu'un humain aurait réalisé. L'une des contraintes importante du réalisme du mouvement humain est le respect des lois de la dynamique. Tout humain est soumis à ces lois inviolables, faisant partie des lois de la physique. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude et la modélisation simplifiée de la dynamique du mouvement humain afin d'atteindre des performances compatibles avec des applications interactives. Le travail proposé se décompose donc en trois parties : analyser le comportement de l'être humain face à certaines contraintes dynamiques, évaluer la capacité d'un utilisateur à percevoir les subtilités gestuelles induites par ces contraintes et proposer une nouvelle méthode d'animation d'humains virtuels tirant le meilleur profit de ces connaissances. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes donc tout d'abord penchés sur l'étude de la mesure d'équilibre dynamique du mouvement humain. Différents critères de mesure de l'équilibre et du déséquilibre du mouvement humain existent depuis des années en biomécanique et robotique. Dans le but d'évaluer l'efficacité de ces critères, nous avons réalisé une étude portant sur différent types de mouvements pour catégoriser le domaine d'utilisation optimal de chaque critère. Cependant, si la dynamique joue un rôle crucial dans le réalisme du mouvement, peu de travaux traitent de la perception des propriétés dynamiques. Dans le but de définir un seuil de perception, nous avons étudié la capacité des utilisateurs à détecter la masse d'un objet porté par un humain réel (vidéo) ou virtuel (animation). Il sort de l'étude réalisée qu'une faible différence de charge portée par un humain n'est pas perçue. Cependant, nous ne notons pas différence de précision si la séquence provient d'une vidéo ou d'une animation en images de synthèse. Ainsi, malgré le fait que des informations soient perdues lors du processus de capture de mouvements et de synthèse, les éléments liés à la dynamique du mouvement sont préservées et perçus par l'utilisateur. Au vu de l'imprécision avec laquelle un utilisateur perçoit les adaptations gestuelles dues à des contraintes dynamiques, nous avons proposé un modèle simplifié d'adaptation du mouvement en réponse à de nouvelles contraintes dynamiques. Lorsqu'un humain virtuel est soumis à des perturbations non présentes dans le mouvement d'origine, la méthode traite séparément l'adaptation posturale et temporelle du mouvement, entraînant une légère imprécision au profit d'une amélioration considérable du temps de calcul. Le mouvement obtenu est davantage adapté aux contraintes dynamiques que ne l'était celui d'origine, à moindre coût de calcul.

Les mondes virtuels sont aujourd'hui utilisés dans de nombreux domaines applicatifs. Ces mondes virtuels sont généralement peuplés à l'aide d'agents autonomes qui rendent ces environnements plus vivants. L'autonomie de ces agents va reposer en grande partie sur leur capacité à naviguer au sein de l'environnement virtuel. Cette capacité de navigation est cruciale puisqu'elle va permettre à un agent d'aller à la découverte de son environnement, et d'augmenter ses possibilités d'action au sein du monde. La navigation des agents virtuels est donc un centre d'intérêt commun à de nombreux domaines utilisant des environnements virtuels. Dans le cadre d'applications interactives, telles que le jeu vidéo, l'accent est mis sur les performances de calcul de la méthode. À l'inverse, dans le cadre de méthodes de production, telles que le cinéma d'animation, le résultat final sera en général produit hors-ligne mais des méthodes de prévisualisation rapides sont utilisées afin d'obtenir à l'avance une idée du résultat final. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé une nouvelle solution de planification en environnements dynamiques. Ceux-ci possèdent une configuration qui va évoluer au cours du temps de manière non-connue a priori. Afin de répondre à cette problématique de planification de chemin, nous avons tout d'abord introduit une nouvelle représentation des objets définissant explicitement les interactions existantes entre un objet et un agent virtuel, au regard des capacités de celui-ci. Nous avons ainsi proposé une solution innovante en considérant ces objets dynamiques, à la fois comme des obstacles, mais également comme des éléments navigables qu'un agent pourra utiliser au cours de sa navigation. Nous avons également défini une structure de représentation et de suivi dynamique de la topologie. Cette structure permet de déterminer, sans connaissance a priori, les propriétés temporelles des accessibilités et des obstructions présentes dans l'environnement. Cela permet de construire une vision d'ensemble de la topologie temporelle de l'environnement. Nous proposons enfin un algorithme de planification de chemin, utilisant l'ensemble des informations temporelles issues de l'environnement, afin de proposer une solution de navigation à l'agent au sein de cet environnement virtuel. Notre méthode, à l'issue de cette thèse, permet ainsi à un agent navigant d'identifier de manière autonome un chemin au sein d'un environnement dynamique composé d'éléments navigables déconnectés à la fois dans le temps et dans l'espace. De plus, afin de répondre aux contraintes temporelles de nombreux domaines, nous proposons une solution performante et compatible avec des applications interactives.

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.

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.

Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude des règles qui régissent la spécificité d'aminoacylation des ARN de transfert (ARNt) par les aminoacyl-ARNt synthétases (aaRS). La précision de cette réaction est cruciale puisqu'elle détermine la fidélité de la traduction de l'information génétique et la synthèse de protéines fonctionnelles. J'ai tiré profit des stratégies de biologie moléculaire, basées sur la transcription in vitro des ARNt, la production d'enzymes clonées, et la mutagénèse, afin d'explorer les relations structure/fonction des systèmes d'aminoacylation de levure et de la mitochondrie humaine.<br />Les aspects fonctionnels et structuraux ont été davantage explorés par des essais de cristallisation et des approches in vivo.<br />Jusqu'à présent, il était admis que les règles de reconnaissance et d'aminoacylation d'ARNt isoaccepteurs pour un système donné devaient être identiques. L'analyse d'une famille d'ARNt isoaccepteurs de l'arginine de levure et de sa relation particulière avec l'ARNtAsp nous ont permis d'établir que : (i) les isoaccepteurs sont arginylés avec des efficacités différentes (un facteur 20 les sépare) et sont protégés de la misaminoacylation par des antidéterminants idiosyncrasiques, (ii) l'isoaccepteur ARNt4<br />Arg possède des propriétés d'aspartylation, vestiges de son histoire évolutive, puisque seulement deux mutations sont<br />suffisantes pour convertir sa spécificité – c'est un exemple de génération de la diversité moléculaire par duplication de gènes. Les systèmes d'aminoacylation mt de mammifères restent peu étudiés, et ce malgré la « bizarrerie » structurale et l'implication dans des<br />pathologies sévères de leurs ARNt, codés par le génome mt. Nos efforts ont permis l'assignement des 10 gènes nucléaires manquants codant pour les aaRS mt humaines. Ceux-ci<br />sont portés par un jeu de gènes différents de celui codant pour les sysnthétases cytoplasmiques. L'analyse détaillée du système d'aspartylation, choisi comme système modèle a révélé (i) une identité de l'ARNt mt moins stringente que celle des ARNt classiques, (ii) une adaptation subtile et ciblée de l'aaRS mt, codée par le génome nucléaire et de type bactérien. Ceci illustre un processus de co-évolution entre les génomes mt et nucléaire<br />humain. De plus, j'ai déterminé les signaux qui protègent l'ARNtAsp mt d'être un substrat des aaRS non mt. De manière surprenante, ce n'est pas la dégénérescence structurale globale de<br />l'ARNt qui empêche le plus cette aminoacylation croisée mais une simple paire de bases du bras D.

Thesis (doctoral)--Göteborg University, 2005. / Includes bibliographical references (p. 438-449) and index.

Thesis (doctoral)--Göteborg University, 2005. / Includes bibliographical references (p. 438-449) and index.