Ce mémoire d'habilitation à diriger des recherches résume les différents travaux menés entre 2000 et 2013 au sein du laboratoire SIC, à l'Université de Poitiers. Le coeur de ces activités est la caractérisation, le calcul, la représentation et l'utilisation de la visibilité entre des ensembles convexes de points de l'espace géométrique en dimension $n\ge2$. Nous avons notamment utilisé l'algèbre de Grassmann pour construire un espace de droites, dans lequel le problème de la visibilité peut être discuté. Nous avons proposé deux méthodes de calculs, l'un explicite et complet, et l'autre reposant sur une évaluation paresseuse. Différentes applications en synthèse d'images reposent sur ces travaux. D'autres travaux autour de la visibilité, en synthèse d'images mais aussi dans le domaine de la propagation des ondes, sont présentés dans ce mémoire. L'ensemble a été réalisé à travers l'encadrement de 5 doctorants.

La recherche en informatique graphique cherche à produire des algorithmes efficaces de génération et de manipulation de données, de simulation physique, et de visualisation temps-réel pour produire des images de synthèse. La croissance constante de la puissance des machines est talonnée par l'explosion de la demande en terme de complexité, de réalisme et d'interactivité, motivant la mise au point de méthodes toujours plus performantes pour générer des images de synthèse. Je présente dans ce contexte plusieurs contributions dans différents sous-domaines de l'informatique graphique: (1) l'analyse et le traitement de la géométrie, incluant un algorithme original de placage de texture ainsi qu'une méthode d'instantiation automatique de données géométriques; (2) le traîtement d'images avec une généralisation de la décomposition modale de Hilbert-Huang, et un algorithme de sélection semi-automatique de régions à partir d'indications imprécises; (3) la simulation de l'éclairage global et son application à la simulation physiologique de la croissance des plantes, l'analyse de Fourier de l'opérateur de transport de l'éclairage pour diverses applications, ainsi que des contributions en rendu temps-réel. Dans une seconde partie je détaille des pistes de recherche que je considère prometteuses.

La traversée d’intersection constitue une tâche typique dans laquelle plusieurs affordances coexistent, l’une traduisant les possibilités de franchir l’intersection, l’autre traduisant les possibilités d’immobiliser le véhicule afin d’éviter une collision. En nous inspirant des travaux de Gibson et Crooks (1938), nous avons formalisé les affordances Field of Safe Travel (FST) et Minimum Stopping Zone (MSZ) en termes de temps critique pour réussir le franchissement d’intersection et l’immobilisation du véhicule, respectivement. Grâce à un dispositif de réalité virtuelle et un simulateur de conduite, nous avons testé la prise en compte de ces affordances par un agent engagé dans la tâche de référence à travers trois expérimentations. Les résultats, appuyés par notre modèle de prise de décision, montrent que le conducteur intègre non seulement l’affordance FST, mais aussi l’affordance MSZ, dans sa décision de franchir l’intersection. De plus, l’utilisation conjointe de ces deux affordances rend compte des régulations de vitesses produites par un agent devant réaliser la tâche de franchissement en présence d’un véhicule préprogrammée ou soumis au contrôle d’un autre agent. Ces différents résultats montrent que les agents prennent en compte les différentes possibilités qui leur sont offertes (affordances FST et MSZ) pour faire un choix adapté et réguler leur vitesse. / Crossing an intersection is a typical task in which several affordances coexist, one offering the possibilities to safely cross the intersection (the main goal) and another offering the possibilities to stop the driving car to avoid a collision (the alternative goal). Based on Gibson and Crooks’ works (1938), we formalized the so-called Field of Safe Travel (FST) and Minimum Stopping Zone (MSZ) affordances in terms of critical time for safe crossing and for safe stopping, respectively. Using a virtual reality set-up with a driving simulator, three experiments have been designed to test the role of these two affordances on the decision-making and the regulation of action process. Our results, supported by a model of decision-making, reveal that drivers rely not only on the FST affordance, but also on the MSZ affordance, to choose to cross-or-not the intersection. Moreover, the joint use of these affordances is still observed when drivers have to control their velocity to perform the task when either a vehicle with a computed kinematic or a car driven by another agent is approaching. Put together, these results show that drivers take into account several possibilities for action offered by the environment (FST and MSZ affordances) to make a suitable choice and to control their speed when approaching an intersection.

La cécité touche 39 millions de personnes dans le monde et génère de nombreuses difficultés dans la vie quotidienne. Plus précisément, les capacités de navigation (incluant orientation et mobilité) sont fortement diminuées, ce qui amène les personnes non-voyantes à limiter, voire à cesser leurs déplacements. Pour restaurer des sensations "visuelles", et par-delà, une certaine autonomie, il est possible de stimuler directement le système visuel résiduel d'une personne non-voyante à l'aide d'un implant administrant des micro-stimulations électriques. Le dispositif complet se compose d'une micro-caméra portée sur des lunettes et reliée à un ordinateur de poche, qui lui-même est connecté à l'implant. Lors des micro-stimulations, les sujets perçoivent des tâches grises, blanches ou jaunâtres appelées phosphènes. Ainsi la qualité de la vision restaurée est directement dépendante de la résolution et de la position de l'implant. Le nombre d'électrodes étant faible pour les implants en développement (moins d'une centaine), il est nécessaire de réduire drastiquement la résolution du flux vidéo pour la faire correspondre à la faible résolution de l'implant. Actuellement, l'Argus II de la société Second Sight est l'implant dont le développement est le plus avancé et sa résolution est de 60 électrodes, ce qui permet aux patients implantés de percevoir 60 phosphènes différents. Cette vision restaurée est donc très pauvre et un travail d'optimisation du signal est nécessaire pour pouvoir utiliser l'implant de manière fonctionnelle. Les sujets implantés sont impliqués dans des protocoles cliniques fermés ne permettant pas de les inclure dans d'autres expériences. Malgré cela, il est possible d'étudier les possibilités offertes par ces implants visuels en simulant la vision prothétique dans un casque de réalité virtuelle porté par des sujets voyants. Il s'agit du domaine de la vision prothétique simulée (VPS). La navigation n'a jamais été étudiée chez les patients implantés et très rarement en VPS. Il s'avère qu'avec des implants de très faible résolution, elle pose de grandes difficultés liées à la mobilité mais également des difficultés liées à l'orientation. Les travaux entrepris dans ce doctorat se concentrent sur l'étude de la navigation en VPS. Différentes théories en psychologie nous ont permis d'identifier les éléments importants pour les sujets afin qu'ils se repèrent et se construisent une représentation mentale fiable de l'environnement lors de la navigation. À partir de ces modèles, différents rendus prothétiques utilisant la vision par ordinateur ont été conçus et testés dans une tâche de navigation réalisée dans un environnement virtuel. Les expérimentations effectuées avaient pour objectif d'optimiser la perception et la compréhension de l'espace parcouru avec un implant de faible résolution. Ces évaluations reposaient sur la performance de temps des sujets pour effectuer la tâche de navigation et sur leur représentation mentale de l'environnement. Après la tâche de navigation, il leur était demandé de dessiner la carte des environnements explorés, afin d'évaluer ces représentations. Cette double évaluation a permis d'identifier les indices importants permettant de faciliter la perception et la mémorisation de la structure des environnements dans une tâche de navigation en VPS. Pour améliorer les performances des personnes non-voyantes implantées, il apparaît notamment nécessaire de limiter la quantité d'information présentée, tout en préservant la structure de l'environnement grâce à des algorithmes de vision par ordinateur. Lorsque l'accès à des patients implantés sera plus ouvert, il deviendra nécessaire de valider ces différents résultats en les faisant naviguer en environnement virtuel puis en environnement réel. / Blindness affects thirty nine millions people in the world and generates numerous difficulties in everyday life. Specifically, navigation abilities (which include wayfinding and mobility) are heavily diminished. This leads blind people to limit and eventually to stop walking outside. Visual neuroprosthesis are developed in order to restore such "visual" perception and help them to get some autonomy back. Those implants generate electrical micro-stimulations which are focused on the retina, the optic nerve or the visual cortex. Those stimulations elicit blurry dots called "phosphenes". Phosphenes can be mainly white, grey or yellow. The whole stimulation device contains a wearable camera, a small computer and the implant which is connected to the computer. The implant resolution and position impact directly the quality of the restored visual perception. Current implants include less than a hundred electrodes so it is mandatory to reduce the resolution of the visual stream to match the implant resolution. For instance, the already commercialized Argus II implant from the company Second Sight (Seymar, California) is the leading visual implant worldwide and uses only sixty electrodes. This means that Argus II blind owners can perceive only sixty phosphenes simultaneously. Therefore this restored vision is quite poor and signal optimization is required to get to a functional implant usage. Blind people with implants are involved in restricted clinical trials and are difficult to reach. Yet, studying those implant possibilities is at our reach by simulating prosthetic vision and displaying it in a head mounted display for sighted subjects. This is the field of simulated prosthetic vision (SPV). Navigation was never studied with people with implant, and only a few studies approached this topic in SPV. In this thesis, we focused on the study of navigation in SPV. Computer vision allowed us to select which of the scene elements to display in order to help subjects to navigate and build a spatial representation of the environment. We used psychological models of navigation to conceive and evaluate SPV renderings. Subjects had to find their way and collect elements in a navigation task in SPV inspired by video games for the blind. To evaluate their performance we used a performance index based on the completion time. To evaluate their mental representation, we asked them to draw the environment layout after the task for each rendering. This double evaluation lead us to spot which elements can and should be displayed in low resolution SPV in order to navigate. Specifically those results show that to be understandable in low vision, a scene must be simple and the structure of the environment should not be hidden. When blind people with implant will become available we will be able to confirm or deny those results by evaluating their navigation in virtual and real environments.

Cette recherche interdisciplinaire se situe à l'intersection des sciences cognitives, de l'informatique et des arts. Nous y traitons de questions relatives à la perception et compréhension d'une expérience artistique dans le contexte des technologies numériques. Nous considérons l'ordinateur comme un outil puissant de création et nous nous posons la question du comment son rôle peut être fonctionnellement introduit dans les arts numériques. Une des clés de la réponse à cette question se situe dans la notion d'incorporation (embodiment). Il s'agit d'un aspect de la perception et de la cognition humaine que nous ne pouvons pas approcher de façon directe, car il s'agit d'un processus émergent qui se construit avec l'action. Dans cette thèse, nous avons fait émerger quatre critères pour qualifier puis tenter d'évaluer les processus d'incorporation en situation créative, soit de réception soit de réception et d'action. Ces critères sont : la cohérence des retours sensoriels proposée par le système technologique, par exemple la cohérence entre le son et l'image ou entre le son, le geste et l'image ; la nature de l'action telle que perçue ou effectuée ; la sensation d'immersion cognitive des participants ; le potentiel évocateur de la situation sensori-motrice proposée à la perception et/ou à l'action.Nous avons mis en œuvre une méthode qualitative pour l'analyse d'expériences multisensorielles et interactives. Des entretiens ouverts ont permis de récolter un corpus de données sous forme d'enregistrements audiovisuels et de textes transcrits de ces entretiens. Un des objectifs de ces entretiens est de favoriser l'expressivité du sujet sur la manière dont il a vécu la situation en amont, voire au-delà, d'un quelconque jugement esthétique. Cette méthode a été utilisée dans de deux types de situations. Dans la première situation, nous avons mené des entretiens avec des spectateurs ayant participé à un concert effectué dans le cadre des Journées d'Informatique Musicale à Grenoble. Pour cela, nous avons choisi sept pièces audiovisuelles d'auteurs différents, qui étaient soit des œuvres jouées sur scène, soit des œuvres enregistrées. Le deuxième cas comporte des entretiens réalisés avec des participants d'une œuvre interactive audio-visio-haptique intitulée « Geste réel sur matière simulée ». Cette installation a été conçue dans le cadre du projet Créativité Instrumentale pour étudier les transformations du processus de création induit par les technologies de la simulation interactive numérique. Elle se décline en trois scènes de simulation multisensorielle réalisées par modèle physique permettant l'interaction instrumentale. Les entretiens avaient lieu pendant et après l'expérience. L'analyse des discours recueillis, nous a permis de mettre en évidence la relation entre l'outil technologique et l'homme. Dans cette thèse, nous proposons un cadre théorique composé de quatre éléments : Cohérence, Immersion, Action et Evocation, à l'aide desquels nous avons analysé les discours de sujets confrontés à des situations multisensorielles numériques actives et ainsi cerner l'embodiment dans telles situations. L'usage de ces quatre éléments dans l'analyse des discours nous a permis de mettre en évidence une multitude de liaisons entre eux qui se déclinent selon les paramètres des scènes virtuelles. Différents mécanismes de compréhension de ces scènes se mettent en place selon la manière dont les sensorialités sont stimulées et nos analyses nous ont permis de qualifier comment le visuel, l'audio et l'haptique pris séparément ou réunis permettent d'appréhender des différentes dimensions de la scène dans sa complexité. / L'auteur n'a pas fourni de résumé en anglais

Dans un contexte industriel en constante évolution, le designer industriel utilise la représentation comme un vecteur lui permettant de s’inspirer et d’opérer des choix stylistiques afin d’imaginer l’expérience induite par les concepts de produits qu’il développe. Ce travail doctoral présente l'étude comparative entre l'activité de design amont traditionnelle et l'activité de design amont immersive, permettant l'évaluation et la modélisation de l'activité de Kansei Design Virtuel. Mes travaux portent essentiellement sur l'application et l'expérimentation de théories fondamentales à travers la conception de deux outils consécutifs du processus de design:• Les Univers de Tendance sont des environnements inspirationnels spatiaux immersifs dédies à la compréhension d'une tendance stylistique et conçu pour substituer et augmenter le rôle des planches de tendances traditionnelles.• Le Dessin Tridimensionnel Immersif est un environnement générationnel permettant au designer de déposer, effacer, manipuler… un tracé dans l'espace et dédié aux premiers croquis d'idéation.Ces recherches ont pour but de développer des outils et un workflow digital immersif permettant d'une part, d'anticiper le Kansei (relation holistique designer/client-produit) afin d'optimiser les choix stylistiques stratégiques et d'autre part, de maximiser la fidélité de retranscription entre espace d'inspiration et espace de génération tout en augmentant la capacité du designer à produire des concepts esthétiques et innovants. / In an ever-changing context, the industrial design uses representation as a vector for inspiration and as a tool to operate stylistic choices which in turn enable the shaping of the experience induced by the designed product.This doctoral research presents the comparative study of traditional early design activity and immersive early design activity. This enables the evaluation and modeling of Virtual Kansei Design. My work essentially address the application and experimentation of fundamental theories through the design of two successive tools composing and innovative early design process.• The Immersive Moodboards are spatial immersive inspirational environments dedicated to the understanding of a stylistic trend, designed to substitute and enhance traditional moodboards.• The Immersive sketching is a generational environment enabling the design to position, erase, manipulate… a graphical mark in a three dimensional space planned for the creation of the first ideation sketches.This research aim to develop tools and a digital immersive workflow which first of all enables the design to anticipate Kansei (holistic relationship between the designer/user and the product) in order to optimize strategic style related choices and secondly enhances the fidelity between inspiration and generation while increasing the ability of the designer to produce innovating and aesthetic concepts.

Ces travaux de recherche proposent une nouvelle méthode d'interaction gestuelle. Nous nous intéressons en particulier à deux domaines d'application : la thérapie à domicile par la réalité virtuelle et les arts scéniques numériques. Nous partons du constat que les interfaces standardisées ne sont pas adaptées à ces cas d'usage, car elles font appel à des gestes prédéfinis et imposés. Notre approche consiste à laisser la possibilité à l'utilisateur de faire apprendre ses gestes d'interaction par le système. Cela permet de prendre en compte ses besoins et aptitudes sensorimotrices. L'utilisateur réutilise ensuite son langage gestuel appris par le système pour interagir dans l'environnement virtuel. Cette approche pose des questions de recherche centrées sur la mémorisation, la rétroaction visuelle et la fatigue. Pour aborder ces trois aspects, nous étudions d'abord le rôle de l'affordance visuelle des objets et celui de la colocalisation dans la remémoration d'un corpus de gestes. Ensuite, nous évaluons l'influence de différents types de rétroactions visuelles sur l'évolution des gestes répétés par l'utilisateur dans une série de tâches de manipulation. Nous comparons également les performances entre des gestes d'amplitude réaliste et des gestes d'amplitude faible pour effectuer la même action. Aussi, nous attachons une importance à rendre l'interface accessible en utilisant des dispositifs bas coûts et peu intrusifs. Nous explorons les moyens de pallier les contraintes techniques liées aux systèmes peu performants. Pour cela, nous avons conduit des expériences où plus de six mille gestes proposés par une quarantaine d'utilisateurs ont été étudiés. / In this thesis, we propose and evaluate new gestural interfaces for 3DUI. This work is motivated by two application cases: the first one is dedicated to people with limited sensory-motor abilities for whom generic interaction methods may not be adapted. The second one is artistic digital performances, for which gesture freedom is part of the creative process. For those cases, a standardized approach is not possible and thus user-specific or dedicated interfaces are needed. We propose a user-defined gestural interaction that allows the user to make the system learn the gestures that he has created, in a specific phase, prior to using the system. Then, the user reuses his created gestures to interact in the virtual environment. This approach raises research questions about memorization of gestures, effects of fatigue and effects of visual feedbacks. To answer those questions, we study the memorization of user created gestures regarding the role of affordances and colocalization on gesture recall. Then, we study the role of different visual feedbacks on gesture repetitions for a set of manipulation tasks. We also compare full-collocated gestures to loose gestures with lower amplitude. Also, the approach has been designed to be affordable using low-cost devices. We explore solutions to deal with the lower data quality of such devices. The results of the user-studies are based on the analysis of six thousand gestures performed by forty subjects.

Dans un environnement virtuel, l’interaction fait partie des éléments essentiels qui permettent de procurer à l’utilisateur immersion et sentiment de présence. L’une des tâches essentielles que l’on souhaite effectuer est l’action de se déplacer. Pour adresser ce problème, on distingue deux approches. La recherche du réalisme consiste à tenter de reproduire le réel. Dans le cas du déplacement, cela consiste à donner la possibilité à l’utilisateur de marcher, ou de se servir d’un véhicule. Paradoxalement, cette solution qui semble si simple et naturelle nécessite en pratique l’utilisation de machines complexes et encombrantes, conçues pour faire ressentir à l’utilisateur qu’il se déplace, tout en maintenant sa position dans un périmètre délimité. Les métaphores ou les techniques d’interactions sont des mécanismes abstraits qui permettent de réaliser des tâches ambitieuses de manière efficace. Par exemple un rayon de sélection sortant de l’index de l’utilisateur est une technique d’interaction. C’est la transposition au domaine de la réalité virtuelle du concept d’interface graphique que l’on trouve dans les ordinateurs de bureau. On retrouve donc des problématiques d’intuitivité et d’ergonomie. Dans cette thèse, c’est cette approche qui a été retenue. Pour une plus grande intuitivité, nous proposons l’utilisation de périphériques nomades, avec une nouvelle technique d’interaction appelée Space Scrolling, utilisant un smartphone comme périphérique d’entrée et tirant parti de la gestuelle tactile familière des smartphones. Pour résoudre le problème du cyber-malaise, nous avons élaboré deux techniques, Head Lock et Avatar Follow. Dans Head Lock, on cherche à optimiser les rotations car c’est la composante de déplacement qui influe le plus sur le mal du simulateur. Dans Avatar Follow, on ajoute une couche de gestion automatique de la dynamique des déplacements afin d’empêcher les accélérations brutales. Nos différentes techniques de déplacement, ont été évaluées. Nous avons mis en évidence l’existence de catégories d’utilisateurs aux comportements et perceptions diamétralement opposés, novices et experts ou familiers, tout en leur apportant des solutions de déplacement adaptées. / In a virtual environment, interaction is one of the essential elements to provide the user immersion and feeling of presence. One of the most essential task one would like to achieve is the act of displacement. To address this problem, there are two approaches. The quest for realism involves trying to reproduce the reality. In the case of displacement, it consist in allowing the user to walk, or to use a vehicle. Paradoxically, this solution which seems so simple and natural requires in practice the use of complex and cumbersome machines, designed to make the user feel that he is moving, while keeping his position in a defined area. Interaction techniques or metaphors are abstract mechanisms to carry out ambitious task effectively. For example, pointing at and object with a selection ray which extend a finger, is an interaction technique. This is the transposition to the field of virtual reality of the concept of graphical interface that can be found in desktop computers. We thus encounter the same problems of intuitiveness and ergonomics. For better intuitiveness, we propose the use of nomad devices, with a new interaction technique called Space Scrolling, using a smartphone as the input device and taking advantage of the familiar smartphone touch gestures. In order to solve the problem of cyber-sickness, we developed two techniques, Head Lock and Avatar Follow. With Head Lock, we seek to optimize the rotations because it is the part of displacement that most affects the simulator sickness. With Avatar Follow, we add a layer of automatic management of dynamic movements to prevent brutal accelerations. Our different navigation techniques, were evaluated. We have demonstrated the existence of categories of users with diametrically opposed behaviors and perceptions, novices and experts or familiar, while providing tailored travel solutions.

De nos jours, l’industrie aérospatiale est composée d’acteurs internationaux.Due à la complexité de leur production (taille, nombre de composants,variété des systèmes, ...), la conception d’un avion ou d’un lanceurnécessite un grand nombre d’ingénieurs avec des domaines d’expertises variés.De plus, les industries aérospatiales sont distribuées de par le monde. Dans cecontexte complexe, il est nécessaire d’utiliser la réalité virtuelle afin de proposerdes environnements virtuels accessibles depuis des sites distants afin departager une expérience collaborative. Des problèmes particuliers, alors, surviennent,particulièrement par rapport à la perception des autres utilisateursimmergés.Cette thèse, en partenariat avec Airbus Group, se concentre sur la conceptionde techniques d’interaction collaboratives efficaces. Ces sessions collaborativespermettent de connecter plusieurs sites distants via le même environnementvirtuel. Ainsi, des experts de domaines variés peuvent travailler ensembleen étant immergés simultanément. Par exemple, si un problème survient durantles dernières étapes d’assemblage d’un lanceur, il peut être nécessairede rassembler des experts qui étaient impliqués en amont du projet (bureaud’étude pour la conception, usine pour la fabrication des systèmes), afin deconcevoir des solutions pour résoudre le problème.Dans cette thèse, nous proposons différentes techniques d’interactions afinde faciliter la collaboration à différents niveaux d’un projet industriel. Nousnous sommes intéressés à la communication et la perception entre collaborateursimmergés, à la prise d’annotation et la circulation de ces annotations età la collaboration asymétrique entre une salle de réunion et un environnementvirtuel à l’aide d’outil de réalité mixte. / The aerospace industry is no longer composed of local and individualbusinesses. Due to the complexity of the products (their size, the numberof components, the variety of systems, etc.), the design of an aircraft or alauncher involves a considerable number of engineers with various fields of expertise.Furthermore, aerospace companies often have industrial facilities allover the world. In such a complex setting, it is necessary to build virtual experimentsthat can be shared between different remote sites. Specific problemsthen arise, particularly in terms of the perception of other immersed users.We are working with Airbus Group in order to design efficient collaborativeinteraction methods. These collaborative sessions allow multiple sites to beconnected within the same virtual experiment and enable experts from differentfields to be immersed simultaneously. For instance, if a problem occurs duringthe final stages of a launcher assembly, it may be necessary to bring togetherexperts on different sites who were involved in previous steps ( initial design,manufacturing processes). In this thesis, we propose various interaction technique in order to ease thecollaboration at different moments of an industrial process. We contributedin the context of communication between immersed users, taking notes inthe virtual environment and sharing it outside virtual reality and asymmetriccollaboration between a physical meeting room and a virtual environment.

Se déplacer selon un but déterminé est une activité courante de la vie quotidienne. Des capacités cognitives variées sont associées aux déplacements, comme la navigation, la mémoire ou encore l’orientation spatiale. De nombreux patients cérébro-lésés ou atteints par une maladie neuro-dégénérative présentent des difficultés topographiques qui retentissent sur leur autonomie en vie quotidienne. Les outils de réalité virtuelle permettent d’évaluer la navigation et la mémoire spatiale à grande échelle, avec une bonne corrélation entre cette évaluation et celle qui serait réalisée dans un environnement réel. La réalité virtuelle permet également d’ajouter des stimuli à la tâche proposée. Ces stimuli additionnels peuvent être contextuels, c’est à dire reliés à la tâche à réaliser dans l’environnement virtuel, ou noncontextuels, soit sans lien avec la tâche à accomplir. Ce travail de thèse s’est attaché à évaluer l’impact de stimuli auditifs et visuels sur la navigation et la mémoire spatiale de patients cérébro-lésés ou présentant une maladie neuro-dégénérative, dans des expériences de réalité virtuelle. Les deux premiers volets de cette thèse ont étudié l’effet de stimuli auditifs contextuels ou non-contextuels lors d’une tâche de courses au sein du supermarché virtuel VAP-S. Le premier volet a montré que des stimuli auditifs contextuels de type effet sonar et énoncé du nom du produit facilitaient la navigation spatiale de patients cérébro-lésés impliqués dans cette tâche de courses. Le second volet a mis en évidence que des sons non-contextuels avec une importante saillance cognitive ou perceptuelle péjoraient la performance de navigation de patients ayant présenté un accident vasculaire cérébral. Les deux volets suivants de cette thèse ont étudié l’effet d’indiçages visuels ou auditifs dans une tâche de navigation spatialedans un quartier virtuel. Ainsi, le troisième volet de la thèse a démontré que des indices visuels comme des flèches directionnelles ou des points de repère sursignifiés facilitaient la navigation spatiale et certains aspects de mémoire spatiale de patients avec des troubles cognitifs légers (MCI) ou présentant une Maladie d’Alzheimer. Enfin, le quatrième volet a mis en évidence qu’un indiçage auditif par des bips indiquant la direction à chaque intersection améliorait la navigation spatiale de patients cérébro-lésés droits présentant une héminégligence visuelle et auditive controlatérale. Ces résultats suggèrent que des stimuli auditifs et visuels pourraient être utilisés lors de prises en charge rééducatives et réadaptatives de patients présentant des difficultés topographiques, ainsi qu’en vie quotidienne par le biais de la réalité augmentée afin de faciliter leurs déplacements. L’impact des stimuli chez les sujets sains et chez les cérébrolésés est différent et justifie une analyse spécifique de processus probablement distincts impliqués lors des déficits cognitifs. / Navigating in a familiar or unfamiliar environment is a frequent challenge for human beings. Many patients with brain injury suffer from topographical difficulties, which influences their autonomy in daily life. Virtual Reality Tools enable the evaluation of largescale spatial navigation and spatial memory, resembling a real environment. Virtual reality also permits to add stimuli to the software. These stimuli can be contextual, that is to say linked to the task that participants have to accomplish in the Virtual Environment, or non-contextual, i.e. with no link with the require task. This thesis investigates whether visual or auditory stimuli influence spatial navigation and memory in Virtual Environments of patients with brain injury or with a neurodegenerative disease. The first part of the thesis showed contextual auditory stimuli type a sonar effect and the names of products of the shopping list improved spatial navigation of brain-injured patients during a shopping task in the virtual supermarket VAP-S. The second part of this thesis highlighted that non-contextual auditory stimuli with a high perceptual or cognitive salience decreased spatial navigation performance of brain-injured patients during a shopping task in the VAP-S. The third part of this thesis showed that visual cues like directional arrows and salient landmarks improved spatial navigation and some aspects of spatial memory of patients with Alzheimer’s disease or Mild Cognitive Impairments during a navigation task in a virtual district. The last part of this thesis demonstrated that auditory cues, i.e. beeping sounds indicating the directions, increased spatial navigation in a virtual district of patients who have had a stroke with contra-lesional visual and auditory neglect. These results suggest that some visual and auditory stimuli could be helpful for spatial navigation and memory tasks in patients with brain injury of neuro-degenerative disease. It further offers new research avenues for neuro-rehabilitation, such as the use of augmented reality in real-life settings to support the navigational capabilities of these patients.