Les applications parallèles sont de plus en plus complexes et, même si les environnements de développement s'améliorent, de plus en plus difficiles à mettre au point que ce soit du point de vue de leur correction ou, dans le cadre qui nous intéresse, de leurs performances. Un outil intéressant pour la mise au point des performances d'une application est la visualisation de son exécution. Le travail présenté dans ce mémoire porte sur l'étude, la conception et la réalisation d'un environnement interactif extensible de visualisation pour l'évaluation de performance de systèmes parallèles. Un tel environnement permet de reconstituer le comportement d'une application d'après des traces d'exécution et facilite, par le calcul et la présentation d'indices de performances, la compréhension de son fonctionnement et la détection de ses problèmes de performance. Nous commençons par préciser les concepts importants dans un environnement de visualisation et présentons ensuite l'état de l'art en la matière. Nous décrivons ensuite la conception et la réalisation de l'environnement Scope. Cet environnement est validé par rapport aux objectifs initiaux et son utilité est démontrée par l'étude de sessions d'évaluation de performance d'applications concrètes.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'ingénierie des Environnements Virtuels pour l’Apprentissage Humain (EVAH). Les jeux épistémiques numériques (JEN) sont une catégorie des jeux sérieux dédiés à la résolution de problèmes complexes, pluridisciplinaires et non-déterministes afin de proposer des situations d'apprentissage plus authentiques.La première partie de la thèse est consacrée à l’exploration des dimensions spatiales, temporelles et sociales des interactions dans un JEN. Des expérimentations ont été menées en milieu écologique et ont montré un apport pédagogique par une augmentation de l'engagement des apprenants. La conception des prototypes expérimentés a mis en évidence que le développement informatique des interactions immersives d'un EVAH demeure actuellement réservé à des spécialistes en Réalité Mixte ou Virtuelle (RMV).Ainsi la seconde partie de la thèse a été dédiée à la proposition d'un environnement de développement (MIREDGE). Une interface de programmation visuelle permet aux développeurs de modéliser des interactions sans connaissance spécifique en RMV par réutilisation de blocs. Des expérimentations ont permis d'évaluer l'efficacité et l'efficience de MIREDGE pour le profil des développeurs RMV ainsi que celui des développeurs non-initiés à la RMV. Les développeurs RMV ayant une nécessité à poursuivre leur algorithme au-delà de la programmation visuelle, MIREDGE permet une génération automatique de code dans leur moteur de jeu. L'approche garantie une large compatibilité avec les environnements de développement et les périphériques, ouvrant ainsi des perspectives sur l'étude de logiques d'interactions universelles. / This thesis is in the field of the virtual environments for human learning. Digital Epistemic Games (DEG) are a category of serious games dedicated to solving complex, multidisciplinary and non-deterministic problems. The objective of DEGs is to propose authentic learning situations in terms of interactions so that learners can construct and anchor knowledge in their context of use.The first part of the thesis is devoted to exploring spatial, temporal and social dimensions of DEG interactions. Experiments were conducted in ecological environment and showed an educational contribution through an increase in the learner engagement. The design of the prototypes showed that the development of the immersive interactions of a virtual environment for human learning currently remains reserved for specialists in Mixed Reality or Virtual (MVR).So the second part of the thesis was the proposal of a development environment named MIREDGE. A visual programming interface allows developers to model interactions without specific knowledge in MVR through the reuse of blocks. Experiments have evaluated the effectiveness and efficiency of MIREDGE for specialist and non-specialist developers in MVR.As specialist developers in MVR have to continue their algorithm beyond visual programming, MIREDGE allows automatic generation of code providing the corresponding script being totally re-editable in their game engine. The MIREDGE approach ensures wide compatibility with development environments and peripherals. This opens perspectives on the study of the logics of universal interactions.

L’objectif de cette recherche doctorale est de décrire et comprendre les effets de la programmation informatique sur l’apprentissage et la mobilisation de compétences d’élèves du primaire. Notre intérêt pour ce phénomène se justifie sous deux considérations : d’abord, la programmation est une activité qui a connu une démocratisation au cours des dernières années, notamment dans le milieu scolaire. Puis, en ce qui concerne la résolution collaborative de problèmes (RCP), il s’agit de compétences appartenant à ce que certains appellent les compétences du 21e siècle (voir notamment Chalkiadaki, 2018; van Laar et al., 2017), et que d’autres appellent les compétences du futur (Conseil des compétences futures, 2020; Gouvernement du Canada, 2020). Les recherches empiriques menées en contextes authentiques de classe sont très peu nombreuses dans la littérature (Lye et Koh, 2014), ce qui atteste pour nous la nécessité de porter un regard contemporain et imprégné des nouvelles tendances technopédagogiques sur ce phénomène d’envergure internationale. Les principaux référents conceptuels sont associés au champ de l’apprentissage collaboratif à l’aide de l’ordinateur (en anglais le Computer-supported collaborative learning, CSCL), un champ dont nous citons plusieurs travaux réalisés dans les années 1990 (Koschmann et al., 1996; Scardamalia et Bereiter, 1994). Il nous a permis d’aborder les aspects techniques (programmation, ordinateur), sociaux (interactions, médiatisation) et pédagogiques (apprentissage, développement de compétences) du phénomène que nous souhaitions étudier. À l’aide d’un devis qualitatif et interprétatif de type étude de cas multiples, nous avons mis en place un scénario pédagogique dans trois écoles primaires au Québec. Amenant les élèves à découvrir graduellement les concepts fondamentaux de la programmation informatique, le scénario Deviens un maître NAO mise sur la programmation visuelle et tangible pour mobiliser, voire développer, un ensemble d’habiletés et de compétences, tant transversales que disciplinaires. Une série de 20 niveaux sont proposés aux élèves, qui doivent réaliser des programmes ayant pour but d’animer un robot humanoïde nommé NAO. Le premier cas a été observé dans une école alternative de Montréal. Les élèves (n=29) ont été séparés en équipes multiniveau, ce qui a amené la collaboration d’élèves d’âges et de niveaux scolaires différents. Les cas 2 à 5 ont été étudiés dans une école de Montréal et présentent des élèves de quatrième, cinquième et sixième année (n=70). Enfin, le dernier cas se situait dans une classe de cinquième année de la grande région de Québec (n=10). Plusieurs de ces élèves ont des difficultés d’apprentissage ou sont en situation de handicap. Nous avons observé les pratiques effectives de programmation ainsi que la mobilisation des compétences de RCP à l’aide d’un appareillage méthodologique considérable : (a) une caméra filmant l’activité des élèves dans leur environnement immédiat, (b) la caméra intégrée de l’ordinateur qui filmait le visage des élèves et leurs interactions verbales, et (c) l’enregistrement de l’écran d’ordinateur que les élèves utilisaient pour faire la programmation visuelle et tangible du robot NAO. Nous avons ensuite utilisé ce corpus de données vidéos pour déterminer une typologie des pratiques effectives de programmation d’élèves du primaire, pour créer une grille d’observation de la RCP à partir d’observations empiriques et authentiques et pour comprendre le processus de RCP dans le cadre d’une activité de programmation au primaire. Parmi les principaux résultats, nous proposons une typologie des pratiques de programmation visuelle fortement basée sur nos observations empiriques, ce qui l’ancre fortement dans la réalité du terrain de recherche. Puis, nous avons également été en mesure de concevoir une grille d’observation de la RCP en nous appuyant sur les travaux scientifiques antérieurs et, surtout, sur nos observations empiriques. Cette grille, présentant 3 dimensions et 15 indicateurs, permet d’observer les processus et habiletés mis en œuvre par les élèves de façon collaborative. Enfin, l’utilisation de cette grille a mené à l’analyse systématique et compréhensive de la façon dont les élèves parvenaient à compléter les activités de programmation de façon collaborative. Nous soulignons d’une part la prépondérance de certaines habiletés (échanges à propos du problème, attribution explicite ou implicite des rôles, vérification des solutions, etc.), et d’autre part la faible mobilisation d’habiletés comme l’adaptation des interventions, l’identification des forces et des faiblesses et la vérification des actions. / The objective of this doctoral research is to describe and understand the effects of computer programming on the learning and mobilization of skills of elementary school students. Our interest in this phenomenon is justified by two considerations: first, programming is an activity that has been democratized in recent years, especially in the school environment. Second, with respect to collaborative problem solving (CPS), these are skills that belong to what some call 21st century skills (see, for example, Chalkiadaki, 2018; van Laar et al., 2017), and others call future skills (Future Skills Council, 2020; Government of Canada, 2020). Empirical research conducted in authentic classroom contexts is very scarce in the literature (Lye and Koh, 2014), which attests to the need for us to take a contemporary look at this international phenomenon, infused with new techno-pedagogical trends. The main conceptual referents are associated with the field of Computer-supported collaborative learning (CSCL), a field from which we cite several studies conducted in the 1990s (Koschmann et al., 1996; Scardamalia and Bereiter, 1994). It allowed us to address the technical (programming, computer), social (interactions, mediatization) and pedagogical (learning, skill development) aspects of the phenomenon we wanted to study. Using a qualitative and interpretative multiple case study design, we implemented a pedagogical scenario in three elementary schools in Quebec. By gradually introducing students to the fundamental concepts of computer programming, the Become a NAO Master scenario relies on visual and tangible programming to mobilize and even develop a set of skills and competencies, both transversal and disciplinary. A series of 20 levels are offered to students, who must create programs to animate a humanoid robot named NAO. The first case was observed in an alternative school in Montreal. The students (n=29) were separated into multi-level teams, which led to the collaboration of students of different ages and grade levels. Cases 2-5 were studied in a Montreal school and featured students in grades 4, 5, and 6 (n=70). Finally, the last case was in a fifth grade class in the greater Quebec City area (n=10). Many of these students have learning difficulties or disabilities. We observed the effective programming practices as well as the mobilization of CPR skills using a considerable methodological apparatus. Indeed, for each team in each class, we had: (a) a camera filming students' activity in their immediate environment, (b) the computer's built-in camera that filmed students' faces and verbal interactions, and (c) the recording of the computer screen that students used to do the visual and tangible programming of the NAO robot. We then used this video data set to determine a typology of elementary students' effective programming practices, to create a CPS observation grid based on empirical and authentic observations, and to understand, using the created grid, the process of CPS in an elementary programming activity. Among the main results, we propose a typology of visual programming practices strongly based on our empirical observations, which anchors it strongly in the reality of the research field. Then, we were also able to design a CPS observation grid based on previous scientific works and, above all, on our empirical observations. This grid, presenting 3 dimensions and 15 indicators, allows us to observe the processes and skills implemented by the students in a collaborative manner. Finally, the use of this grid led to a systematic and comprehensive analysis of the way in which students managed to complete programming activities in a collaborative manner. On the one hand, we note the preponderance of certain skills (exchanges about the problem, explicit or implicit assignment of roles, verification of solutions, etc.), and on the other hand, the weak mobilization of skills such as adapting interventions, identifying strengths and weaknesses, and verifying actions.

La « pensée mixte » est une approche de la composition caractérisée par l’interaction de trois pensées: la pensée instrumentale, la pensée électroacoustique et la pensée informatique. Elle prend la forme d’un réseau où le compositeur fait des aller-retours entre les trois pensées et réalise des équivalences paramétriques. La pensée instrumentale se rattache à la tradition de l’écriture occidentale, la pensée électroacoustique fait allusion aux pratiques du studio analogique et de la musique acousmatique, et la pensée informatique fait référence aux pratiques numériques de la programmation visuelle et de l’analyse spectrale. Des lieux communs existent où s’opèrent l’interaction des trois pensées: la notion du studio instrumental de Ivo Malec, la notion de musique concrète instrumentale de Helmut Lachenmann, la composition assistée par ordinateur, la musique spectrale, l’approche instrumentale par montage, la musique acousmatique s’inspirant de la tradition musicale écrite et les musiques mixtes. Ces domaines constituent les influences autour desquelles j’ai composé un corpus de deux cycles d’œuvres: Les Larmes du Scaphandre et le Nano-Cosmos. L’analyse des œuvres met en évidence la notion de « pensée mixte » en abordant la pensée électroacoustique dans ma pratique instrumentale, la pensée informatique dans ma pratique musicale, et la pensée instrumentale dans ma pratique électroacoustique. / “Mixed-method thinking” is an approach to composition characterized by the interaction of three streams of compositional thought: instrumental, electroacoustic and computing-based. It takes the form of a network within which the composer goes back and forth between these three types of conceptualization and succeeds in finding equivalences between parameters. Instrumental thinking is connected to the Western notated compositional tradition, electroacoustic thinking alludes to practices derived from the analog studio environment and the acousmatic music tradition, and computing-based thinking refers to visual programming and spectral analysis practices. Common areas exist where all three forms of thinking interact: Ivo Malec’s notion of the instrumental studio, Helmut Lachenmann’s notion of musique concrète instrumentale, computer-assisted composition, spectral music, the montage approach to instrumental composition, acousmatic music inspired by the written musical tradition and genres combining instruments with fixed media or electronics. These areas comprise the influences around which I composed a corpus of two cycles of works: Les Larmes du Scaphandre and Nano-Cosmos. Analysis of these works demonstrates the notion of “mixed-method thinking” through the adoption of electroacoustic thinking in my instrumental composition practice, computational thinking in my musical practice, and instrumental thinking in my electroacoustic practice.