En dépit de leur omniprésence et de leur rôle essentiel dans nos vies professionnelles et personnelles, les représentations graphiques, qu'elles soient numériques ou sur papier, ne sont pas accessibles aux personnes déficientes visuelles car elles ne fournissent pas d'informations tactiles. Par ailleurs, les inégalités d'accès à ces représentations ne cessent de s'accroître ; grâce au développement de représentations graphiques dynamiques et disponibles en ligne, les personnes voyantes peuvent non seulement accéder à de grandes quantités de données, mais aussi interagir avec ces données par le biais de fonctionnalités avancées (changement d'échelle, sélection des données à afficher, etc.). En revanche, pour les personnes déficientes visuelles, les techniques actuellement utilisées pour rendre accessibles les cartes et les diagrammes nécessitent l'intervention de spécialistes et ne permettent pas la création de représentations interactives. Cependant, les récentes avancées dans le domaine de l'adaptation automatique de contenus laissent entrevoir, dans les prochaines années, une augmentation de la quantité de contenus adaptés. Cette augmentation doit aller de pair avec le développement de dispositifs utilisables et abordables en mesure de supporter l'affichage de représentations interactives et rapidement modifiables, tout en étant accessibles aux personnes déficientes visuelles. Certains prototypes de recherche s'appuient sur une représentation numérique seulement : ils peuvent être instantanément modifiés mais ne fournissent que très peu de retour tactile, ce qui rend leur exploration complexe d'un point de vue cognitif et impose de fortes contraintes sur le contenu. D'autres prototypes s'appuient sur une représentation numérique et physique : bien qu'ils puissent être explorés tactilement, ce qui est un réel avantage, ils nécessitent un support tactile qui empêche toute modification rapide. Quant aux dispositifs similaires à des tablettes Braille, mais avec des milliers de picots, leur coût est prohibitif. L'objectif de cette thèse est de pallier les limitations de ces approches en étudiant comment développer des cartes et diagrammes interactifs physiques, modifiables et abordables. Pour cela, nous nous appuyons sur un type d'interface qui a rarement été étudié pour des utilisateurs déficients visuels : les interfaces tangibles, et plus particulièrement les interfaces tangibles sur table. Dans ces interfaces, des objets physiques représentent des informations numériques et peuvent être manipulés par l'utilisateur pour interagir avec le système, ou par le système lui-même pour refléter un changement du modèle numérique - on parle alors d'interfaces tangibles sur tables animées, ou actuated. Grâce à la conception, au développement et à l'évaluation de trois interfaces tangibles sur table (les Tangible Reels, la Tangible Box et BotMap), nous proposons un ensemble de solutions techniques répondant aux spécificités des interfaces tangibles pour des personnes déficientes visuelles, ainsi que de nouvelles techniques d'interaction non-visuelles, notamment pour la reconstruction d'une carte ou d'un diagramme et l'exploration de cartes de type " Pan & Zoom ". D'un point de vue théorique, nous proposons aussi une nouvelle classification pour les dispositifs interactifs accessibles. / Despite their omnipresence and essential role in our everyday lives, online and printed graphical representations are inaccessible to visually impaired people because they cannot be explored using the sense of touch. The gap between sighted and visually impaired people's access to graphical representations is constantly growing due to the increasing development and availability of online and dynamic representations that not only give sighted people the opportunity to access large amounts of data, but also to interact with them using advanced functionalities such as panning, zooming and filtering. In contrast, the techniques currently used to make maps and diagrams accessible to visually impaired people require the intervention of tactile graphics specialists and result in non-interactive tactile representations. However, based on recent advances in the automatic production of content, we can expect in the coming years a growth in the availability of adapted content, which must go hand-in-hand with the development of affordable and usable devices. In particular, these devices should make full use of visually impaired users' perceptual capacities and support the display of interactive and updatable representations. A number of research prototypes have already been developed. Some rely on digital representation only, and although they have the great advantage of being instantly updatable, they provide very limited tactile feedback, which makes their exploration cognitively demanding and imposes heavy restrictions on content. On the other hand, most prototypes that rely on digital and physical representations allow for a two-handed exploration that is both natural and efficient at retrieving and encoding spatial information, but they are physically limited by the use of a tactile overlay, making them impossible to update. Other alternatives are either extremely expensive (e.g. braille tablets) or offer a slow and limited way to update the representation (e.g. maps that are 3D-printed based on users' inputs). In this thesis, we propose to bridge the gap between these two approaches by investigating how to develop physical interactive maps and diagrams that support two-handed exploration, while at the same time being updatable and affordable. To do so, we build on previous research on Tangible User Interfaces (TUI) and particularly on (actuated) tabletop TUIs, two fields of research that have surprisingly received very little interest concerning visually impaired users. Based on the design, implementation and evaluation of three tabletop TUIs (the Tangible Reels, the Tangible Box and BotMap), we propose innovative non-visual interaction techniques and technical solutions that will hopefully serve as a basis for the design of future TUIs for visually impaired users, and encourage their development and use. We investigate how tangible maps and diagrams can support various tasks, ranging from the (re)construction of diagrams to the exploration of maps by panning and zooming. From a theoretical perspective we contribute to the research on accessible graphical representations by highlighting how research on maps can feed research on diagrams and vice-versa. We also propose a classification and comparison of existing prototypes to deliver a structured overview of current research.

Pour élaborer des stratégies de jeu, les entraîneurs doivent savoir décrypter les tactiques employées par les équipes adverses. Cette recherche propose, pour les formations d'entraîneurs, un outil qui permet l'étude cinématique d'actions de jeu à partir de séquences vidéo filmées depuis les tribunes. Cet outil est fondé sur de nouveaux modèles de joueurs, d'équipes, de ballon et de terrain, de mouvements des joueurs, des équipes et du ballon, de relations entre ces mouvements. Ces modèles permettent d'interpréter avec précision les variations de configuration des équipes, de surface occupée par chaque équipe, de distance entre joueurs, ballon et panier, de vitesse des joueurs et du ballon. D'autres modèles mis au point permettent aussi d'identifier, parmi les points de vue proposés, celui qui est le plus pertinent pour étudier les corrélations entre les mouvements des joueurs, des équipes et du ballon. Les représentations graphiques permettent de montrer ces corrélations qui n'étaient pas visibles avant.

La technologie de numérisation des données manuscrites a atteint son essor après l'invention du stylo numérique. Les recherches se sont concentrées alors sur le développement des applications IHM qui facilitent la manipulation des données encre numérique. Dans un contexte de recherche, la technologie du papier et stylo numériques s'avère utile pour la collecte des données expérimentales dans différents domaines. Notre but est de fournir une aide pour le traitement et la visualisation des données, notamment les données temps, recueillies avec un stylo numérique dans deux cas d'usage en sciences de l'éducation à savoir les tests d'évaluation et la prise de notes d'observation. Notre démarche consiste à étudier ces cas d'usage en terme de besoin dans quatre expériences concrètes et à développer, en participation avec l'utilisateur, des prototypes de système de traitement et de visualisation des données. Dans le but de concevoir un modèle général de tel système, nous avons analysé l'interface d'utilisation des prototypes en terme de fonctionnalités, de visualisation et d'interaction. Notre modèle décrit le processus de visualisation en mettant en œuvre trois types de tâches d'utilisateur à savoir les tâches d'analyses, les tâches de manipulation et les tâches d'interaction.

La technologie de numérisation des données manuscrites a atteint son essor après l’invention du stylo numérique. Les recherches se sont concentrées alors sur le développement des applications IHM qui facilitent la manipulation des données encre numérique. Dans un contexte de recherche, la technologie du papier et stylo numériques s’avère utile pour la collecte des données expérimentales dans différents domaines. Notre but est de fournir une aide pour le traitement et la visualisation des données, notamment les données temps, recueillies avec un stylo numérique dans deux cas d’usage en sciences de l’éducation à savoir les tests d’évaluation et la prise de notes d’observation. Notre démarche consiste à étudier ces cas d’usage en terme de besoin dans quatre expériences concrètes et à développer, en participation avec l’utilisateur, des prototypes de système de traitement et de visualisation des données. Dans le but de concevoir un modèle général de tel système, nous avons analysé l’interface d’utilisation des prototypes en terme de fonctionnalités, de visualisation et d’interaction. Notre modèle décrit le processus de visualisation en mettant en œuvre trois types de tâches d’utilisateur à savoir les tâches d’analyses, les tâches de manipulation et les tâches d’interaction. / Scanning technology for handwritten data has reached its momentum after the invention of the digital pen. Research work focused on the development of HMI applications that facilitate digital ink data manipulation. In a research context, digital pen and paper technology is useful for collecting experimental data in various fields. Our goal is to provide support for the processing and the visualization of time stamped data collected by a digital pen in two cases of use : on one hand, in the educational science field, and especially for assessment tests and, on another hand, for taking observation notes. Our approach is to study these cases of use through four concrete experiences and to develop, with the participation of the user, prototypes for a system that aid to process and to visualize collected data. In order to abstract a general model of such a system, we analyzed prototypes user interfaces in terms of functionality, visualization and interaction. Our model describes the visualization process by implementing three types of user tasks namely analytic tasks, handling tasks and interaction tasks.

Une étude de l'enseignement de l'analyse au niveau des dernières classes de l'enseignement secondaire français fait apparaître des variations importantes à chaque réforme depuis 1962, variations qui concernent aussi bien l'objet du savoir que les procédures conseillées par les programmes et les manuels. Les méthodes préconisées conditionnent les connaissances utilisables par les élèves pour effectuer les tâches prescrites, et l'équilibre connaissances / savoirs caractérise la place dévolue à la validation. Nous étudions les possibilités d'établir à ce niveau un rapport effectif au savoir de l'analyse et de permettre à l'élève de construire des connaissances appropriées.<br />Par ailleurs l'examen des registres et des ostensifs disponibles pour construire un milieu propre à l'enseignement des notions de fonction et de limite, fait apparaître des potentialités non exploitées dans les registres graphique et formel. Ceci conduit à construire et à expérimenter dans la classe de première Scientifique, une situation pour l'enseignement de la notion de fonction : la situation « Graphiques et Chemins » , et une situation pour une première approche de la notion de limite de suite : la situation du flocon.<br />Les problèmes rencontrés dans la gestion des situations comportant une dimension a-didactique amènent à s'interroger sur les connaissances que le professeur met en oeuvre pour gérer une situation d'enseignement comportant une telle composante, et sur une modélisation possible du milieu du professeur.<br />Un questionnaire est construit pour l'étude des connaissances sur l'analyse; son traitement statistique a pour but de tester l'effectivité de l'apprentissage.<br />Dans l'enseignement supérieur, l'étude de transcriptions de cours et de copies d'élèves permet de s'interroger sur les connaissances nécessaires à ce niveau, et sur l'articulation avec l'enseignement secondaire. <br />En conclusion, nous proposons quelques pistes de réflexion sur l'équilibre connaissances / savoirs dans l'enseignement des débuts d'une théorie mathématique, et sur l'enseignement possible, au niveau du secondaire, de connaissances requises dans la suite du cursus