Cette thèse de doctorat est le résultat d’une recherche de type quasi-expérimentale visant le développement des compétences professionnelles dans le domaine des soins critiques par l’entremise d’un environnement virtuel de travail. La finalité de cette étude fut d’évaluer un dispositif destiné aux étudiantes et aux étudiants du premier cycle universitaire en sciences infirmières à l’Université du Québec en Outaouais permettant le soutien pédagogique à la formation par l’intermédiaire d’une expérimentation virtuelle. Pour travailler dans un secteur de soins critiques, l’infirmière ou l’infirmier doit non seulement posséder un jugement clinique adéquat et un sens de l’observation aiguisé, mais doit aussi faire preuve de grandes capacités d’adaptation et d’analyse, car la clientèle qui s’y retrouve est composée de personnes de tous les âges qui ont des besoins très variés (Ríos-Risquez et García-Izquierdo, 2016; Lukewich, Mann, VanDenKerkhof et Tranmer, 2015). Les problèmes de santé de ces usagers nécessitent la mise en place d’interventions dont l’objectif principal est la stabilisation de leur situation clinique dans les plus brefs délais. En faisant appel à son savoir, l’infirmière ou l’infirmier, effectue les liens entre les diverses manifestations de l’usager afin d’être à l’affût de tous les signes de complications, et ce, même si la situation lui semble banale (Nehrir, Vanaki, Mokhtari Nouri, Khademolhosseini et Ebadiqui, 2016). De leur côté, les étudiantes et les étudiants en sciences infirmières ont de la difficulté à effectuer des liens entre les concepts cliniques enseignés dans les différents cours. Ils y abordent les contenus en succinctes unités d'apprentissages cumulatives autonomes, ce qui rend difficile l'intégration des informations dans un tout cohérent. Ces dernières et derniers apprennent souvent par mémorisation la matière ce qui ne leur permet pas de transférer ou de généraliser leurs connaissances dans différents contextes (Häggman-Laitilaa, Mattilab et Melender, 2016; Charlin, 2003). Dans cette optique, il importe de développer des avenues novatrices dans le domaine de l’éducation afin de remédier à cette problématique. Ce fut le cœur de ce projet de recherche. Cette étude visait à mettre en place et à évaluer un dispositif permettant le soutien pédagogique à la formation par l’intermédiaire de technologies de l’information et de la communication. Suite à cette expérimentation, nous avons réalisé une enquête par questionnaire, une série d’entrevues semi-dirigées et ainsi que de l’observation en situation d’évaluation des apprentissages auprès de sujets étudiant au baccalauréat en sciences infirmières à l’Université du Québec en Outaouais dont l’objectif général était d’évaluer l’impact de l’utilisation d’un environnement virtuel de travail sur le développement de compétences professionnelles dans le domaine des soins critiques en formation initiale à la profession infirmière. Nous avons eu recours à une méthodologie mixte privilégiant la synergie entre l’analyse de données quantitatives et l’analyse de données qualitatives. Pour ce qui est de l’analyse des données, celles issues de l’administration du questionnaire (N=120) ainsi que les informations provenant des observations (N=120) ont été analysées à l’aide du logiciel SPSS. Plus spécifiquement, les données ont été traitées par le biais de statistiques inférentielles appropriées à l'analyse des variables quantitatives telle que le test t pour échantillons indépendants et l’ANOVA univariée ainsi que par des mesures d’association. Quant aux entrevues (N=60), elles ont été analysées à l’aide du logiciel Le Sphinx Lexica. Nous avons utilisé ce logiciel afin d’effectuer l’analyse factorielle des correspondances (AFC) des mots répétés du discours. L’analyse des résultats révèle que l’utilisation d’un EVT dans le secteur des soins critiques a eu un effet positif sur le développement du sentiment d’efficacité personnelle des sujets, sur leur gestion du stress ainsi que sur leur sentiment de contrôle et le coping. L’utilisation de ce dispositif a également eu un impact significatif sur les résultats académiques de ces derniers. Nous avons constaté que ceux ayant utilisé l’EVT ont obtenu une meilleure moyenne lors de leurs examens finaux en laboratoire comparativement au groupe témoin. En somme, nous avons constaté que cette recherche fut stratégique au niveau de l’avancement technopédagogique en sciences infirmières, mais aussi en ce qui concerne les apprentissages qui ont été réalisés grâce à ce dispositif.

Zugl.: Magdeburg, Universiẗat, Diss., 2009.

Universiẗat, Diss., 1999--Saarbrücken.

University, Diss., 2005--Tübingen.

La chirurgie sans cicatrices, visant à réaliser des opérations chirurgicales sans cicatrices visibles, est l'avant-garde dans le domaine de la chirurgie mini-invasive. L'absence d'instruments adéquats est l'un des freins à son utilisation en routine clinique. Dans ce contexte, nous introduisons un nouveau robot chirurgical téléopéré, composé d'un endoscope et de deux instruments flexibles, avec 10 DDL motorisés. Cette thèse explore les différentes façons de contrôler le système. La cinématique du robot est analysée et différentes stratégies de contrôle maître/esclave, allant du contrôle articulaire au Cartésien, sont proposées. Ces stratégies ont été testés sur un simulateur virtuel ainsi que sur le système réel en laboratoire et en ex-vivo. Les résultats montrent qu’un seul utilisateur est capable de contrôler le robot et d’effectuer des tâches complexes en utilisant deux interfaces haptiques. / No-scar surgery, which aims at performing surgical operations without visible scars, is the vanguard in the field of Minimally Invasive Surgery (MIS). The lack of adequate instrumentation is one of the issues to its clinical routine use. In this context, we introduce a novel teleoperated surgical robot, consisting of an endoscope and two flexible instruments, with 10 motorized DOFs. This thesis investigates the possibilities to control the system. The robot kinematics is analyzed, and differentmaster/slave control strategies, ranging from joint to Cartesian control, are proposed. These strategies have been tested on a specifically developed virtual simulator and on the real system in laboratory and ex-vivo experiments. The results show that a single user is capable to control the robotic system and to perform complex tasks by means of two haptic interfaces.

Ce travail de thèse présente la conception et la mise en œuvre de méthodes innovantes d'évaluation quantitative et automatique de la qualité des outils de planification géométrique des traitements en radiothérapie externe. Le contrôle de qualité des systèmes de planification des traitements (TPS) est obligatoire en France et dans le monde de par les risques encourus, mais les outils physiques<br />recommandés pour mener à bien ce contrôle de qualité sont inadaptés. Nous présentons une nouvelle méthodologie de contrôle qualité basée sur la définition d'Objets-Tests Numériques (OTN) qui sont directement introduits dans le TPS sans passer par le capteur. Ces objets numériques sont définis à la fois sous des représentations continues et discrètes cohérentes. Les réponses des TPS aux OTN d'entrée sont comparées aux résultats théoriques grâce à des figures de mérite spécifiquement définies pour chaque type de données. Ce procédé permet alors d'évaluer quantitativement et automatiquement la qualité des TPS. Les tests effectués au cours de ce travail ont permis de valider nos solutions de contrôle qualité pour les outils de contourage automatique, d'expansion et d'érosion automatiques, de positionnement de l'isocentre, de conformation du collimateur, de génération des radiographies digitales reconstruites, de positionnement des marqueurs cutanés, ainsi que pour la rotation du collimateur, l'incidence, la divergence et les dimensions des faisceaux affichés. Les solutions d'assurance qualité des TPS que nous proposons dans ce travail sont donc rapides et efficaces d'une part (aucune acquisition par le capteur source, manipulations réduites), et plus précises d'autre part, de par l'équivalence continue-discrète mise en place à la source de la modélisation.

Notre objectif est d’étudier les modalités d’accouchement au sein de la lignée humaine. Pour cela, nous utilisons deux approches complémentaires : la simulation numérique de l’accouchement et l’analyse discriminante des modalités d’accouchement au sein d’un échantillon obstétrical. Dans un premier temps, nous construisons des maillages de bassins et de crânes de foetus fossiles grâce à une méthode d’interpolation : le krigeage. Les groupes fossiles considérés sont les Australopithèques, les premiers représentants du genre Homo (PRGH) et les représentants du genre Homo au Pléistocène moyen et supérieur (RPMS). Les dimensions des crânes juvéniles sont utilisées pour estimer « à rebours » les dimensions néonatales à l’aide de courbes de croissance humaine et de chimpanzé. Nous réalisons une simulation numérique de l’accouchement à partir des maillages de ces dyades « virtuelles ». Puis nous réalisons des analyses discriminantes avec un jeu de données issu de mesures réalisées sur le pelviscanner de femmes et sur les mesures du crâne de leur nouveau-né afin de séparer les modalités d’accouchement grâce aux variables foeto-pelviennes. Ces mêmes variables foeto-pelviennes sont mesurées chez les dyades fossiles afin d’identifier, par les analyses discriminantes, leurs modalités d’accouchement les plus probables. Nos résultats suggèrent un accouchement eutocique sans rotation intra-pelvienne chez les Australopithèques, eutocique avec rotation intrapelvienne chez les PRGH, dystocique ou eutocique chez les RPMS, l’accouchement eutocique est caractérisé par une rotation et une incurvation de la trajectoire de descente. / The purpose of this thesis is to estimate delivery outcomes for extinct hominids. We therefore use two complementary methods : numerical simulation of childbirth and discriminant analysis of delivery outcomes from an obstetrical sample. First, we use kriging to construct meshes of pelves and neonatal skulls. Fossil hominid specimens included in the study are Australopithecines, early Homo (EH) and middle to early Pleistocene Homo (MEPH). We estimate fetal cranial dimensions with chimpanzee or human cranial growth curve that we reversly use and apply on juveniles skull measurements. “Virtual” dyads are formed from pelves and neonatal skulls. Then, we simulate childbirth of these « virtual » dyads. Different levels of laxity of the sacro-iliac junction and different positions of the fetal head are considered. Finally, we use an obstetrical sample: delivery outcome is noted, CT-scans are used to obtain maternal pelvic measurements and diameters of the fetal head were also measured after delivery. A discriminant analysis is performed using this obstetrical sample to separate delivery outcomes thanks to fetal-pelvic measurements. Fossil dyads were subsequently added in the discriminant analysis to assess delivery outcomes to which they belong. Results suggest small fetal-pelvic constraint for Austalopithecines. This constraint is moderate for EH. Fetal-pelvic constraint is more important for MEPH. We suggest that rotational birth appears with EH. The curved trajectory of the fetal head appears with MEPH. Emergence of rotational birth and curved trajectory of fetal head are probably explained by two major increases in brain size during late and middle Pleistocene.

Today highly complex components are manufactured on NC-controlled machine tools. The NC programs, controlling these machines, are usually automatically generated by CAM software. This automatic processing is often erroneous. The VR-based realistic machine simulation, presented in this paper, extends the usual content of a machine simulation, like material removal and collision detection, by various new aspects. The coupling of a real NC unit allows the recognition and elimination of all process- as well as controller-caused errors. The integration of the multi-body simulation enables the consideration of inertia, machine rigidity and milling cutter deflection.

L’Affichage Tête Haute (ATH) est la solution émergente pour l’aide visuelle à la conduite automobile, surtout dans certaines conditions de visibilité réduite par un temps dégradé ou une route mal éclairée. Le dispositif ATH permet de projeter des informations virtuelles, directement dans le champ de vision central de la scène de conduite, sans détournement du regard de la route. La perception visuelle du conducteur est ainsi augmentée avec une coexistence entre le réel et le virtuel. Cependant, pour garantir la bonne perception de ces informations virtuelles et permettre aux conducteurs d’engager les actions appropriées au bon moment, il est nécessaire d’assurer un paramétrage optimal. Ce projet de thèse se consacre à l’étude de trois facteurs majeurs : (1) la Parallaxe de Mouvement du Conducteur – PMC, (2) la distance de projection de la RA, (3) la condition de visibilité. Ces différents facteurs ont été progressivement introduits au cours des expérimentations. Deux métaphores visuelles RA pour l’aide à la conduite primaire ont été spécialement conçues. Trois expérimentations ont été menées sur sujets réels dans les simulateurs de conduite de Renault. L’ATH-RA a été simulé virtuellement et intégré à l’environnement virtuel de conduite, ce qui a permis la réalisation d’études subjectives et objectives, afin d’étudier progressivement : l’impact de la PMC, le lien avec la distance de projection, et l’influence des conditions de visibilité. Dans ce travail pluridisciplinaire, nous tentons de comprendre comment les informations Réalité Augmentée sont perçues par le conducteur ainsi que l’influence sur le comportement et les performances durant la conduite, afin de proposer des préconisations sur les paramètres d’un ATH-RA. / Head-Up Display is the emerging solution for visual aid while driving a car, especially during reduced visibility conditions, such as bad weather or when the road is poorly lighted. The HUD device allows to project virtual information in the central field of view of the driving scene, enabling the driver to keep his attention on the road. The visual perception of the driver is therefore augmented, with a coexistence between the real and virtual world. However, it is necessary to ensure an optimal setting in order to guarantee the good perception of the virtual information, and allow drivers to take appropriate actions at the right moment. This thesis project is dedicated to study three important parameters: (1) The Driver Head Motion Parallax, (2) AR projection distance, (3) visibility conditions. An experimental approach has been implemented, with the selection of two AR visual metaphors for driving aid. Three experimentations with real subjects have been realized in Renault’s driving simulators, where the three factors have been integrated progressively. The AR-HUD was simulated virtually and embedded in the virtual driving scene. This allowed to realize subjective and objective analysis to progressively study: the impact of the PMC, the link with the projection distance, and the influence of visibility conditions. The aim of this multidisciplinary work is an attempt to understand how AR information if perceived by the driver, and the influence on driver behavior and performance.

Die numerische Simulation ist ein unverzichtbares Werkzeug bei der Produktentwicklung geworden. Bereits in den frühen Phasen von Studien und Konzepten können unterschiedliche Lösungsansätze für eine Aufgabenstellung bewertet werden. In diesem Zusammenhang wird von virtuellen Prototypen gesprochen. Bei der Simulation mobiler Arbeitsmaschinen erfordert das die Einbindung des Bedieners. Die technologische Leistungsfähigkeit wird wesentlich durch die Interaktion zwischen Bediener und Maschine geprägt. Die Beschreibung des Bedieners durch mathematische Modelle ist bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht mit belastbaren Resultaten erfolgt. Die Entwicklungen im Bereich der Simulationstechnologie und der Computergrafik ermöglichen die Durchführung interaktiver Simulationen in komplexen virtuellen Welten. Damit lässt sich der Bediener direkt in die Simulation einbinden und es können zusätzliche Potenziale, wie z. B. bei der Untersuchung der Mensch-Maschine-Interaktion erschlossen werden. Durch die interaktive Simulation in Virtual-Reality-Systemen werden neue Anforderungen an die Simulationssoftware gestellt. Zur Interaktion mit dem Bediener müssen die Eingaben aus den Bedienelementen in Echtzeit verarbeitet und audiovisuelle Ausgaben generiert werden. Dabei sind neben den mathematisch-physikalischen Aspekten der Simulation auch Problemfelder wie Synchronisation, Kommunikation, Bussysteme und Computergrafik zu behandeln. Die Anpassung des Simulationssystems an unterschiedliche Aufgabenstellungen erfordert ein flexibel konfigurierbares Softwaresystem. Als Lösung dieser Aufgabenstellung wird eine Softwarearchitektur vorgestellt, welche die unterschiedlichen Problemfelder durch klar voneinander abgegrenzte Komponenten mit entsprechenden Schnittstellen behandelt. Das entstandene Softwaresystem ist flexibel und erweiterbar. Die Simulationsaufgabe wird durch die Konfiguration des Komponentensystems spezifiziert. Die entstehenden Konfigurationsdateien bilden die Anwendungslogik ab und stellen daher einen der wesentlichen Kostenfaktoren bei der Realisierung interaktiver Simulationen dar. Zur Erhöhung der Wiederverwendbarkeit bestehender Konfigurationsfragmente wird ein kompositionsbasierter Ansatz auf der Basis von Skriptsprachen gewählt. / Numerical simulation has evolved into an indispensable tool in modern product development. Even in the early design phases of studies and concepts several different approaches for one individual task can be evaluated. In this context the term virtual prototypes can be used. For effective simulation of mobile construction site machinery incorporation of the operator\'s influence is required. The technological performance of the machinery is essentially influenced by the interaction between the operator and the machine. Currently, there are no known mathematical models describing the operator\'s behaviour, which give substantiated results. The latest developments in computing technology and computer graphics facilitate interactive simulations in complex virtual worlds. This allows not only the operator to be linked to the simulation but also the investigation of additional research areas such as human-machine-interaction. The application of interactive simulation in virtual reality systems places new demands on the simulation software. Due to the interaction not only input signals from the instruments have to be processed but also audio and visual output has to be generated in real time. In addition to the mathematical and physical aspects of simulation, problems in the areas of synchronisation, communication, bus systems and computer graphics also have to be solved. The adaption of the simulation system to new tasks requires a flexible and highly configurable software system. As a response to these demands, a software architecture is presented which partitions the various problems into finite components with corresponding interfaces. The partitioning results in a flexible and extendable software system. The simulation task is specified by the configuration of the component system. The resulting configuration files reflect the application logic and therefore represent one of the main cost factors in the realisation of the interactive simulations. A composition-based approach is chosen as it raises the level of reuse of existing configuration fragments. This approach is based on scripting languages.