Dans cette thèse, nous proposons un cadre générique pour la modélisation et la gestion du contexte dans le cadre des systèmes intelligents ambiants et robotiques. Les connaissances contextuelles considérées sont de plusieurs types et issues de perceptions multimodales : connaissances spatiales et/ou temporelles, changement d’états et de propriétés d’entités, énoncés en langage naturel. Pour ce faire, nous avons proposé une extension du langage NKRL (Narrative Knowledge Representation and Reasoning) pour parvenir à une représentation unifiée des connaissances contextuelles qu’elles soient spatiales, temporelles ou spatio-temporelles et effectuer les raisonnements associés. Nous avons exploité l’expressivité des ontologies n-aires sur lesquelles repose le langage NKRL pour pallier aux problèmes rencontrés dans les approches de représentation des connaissances spatiales et dynamiques à base d’ontologies binaires, communément utilisées en intelligence ambiante et en robotique. Il en résulte une modélisation plus riche, plus fine et plus cohérente du contexte permettant une meilleure adaptation des services d’assistance à l’utilisateur dans le cadre des systèmes intelligents ambiants et robotiques. La première contribution concerne la modélisation des connaissances spatiales et/ou temporelles et des changements de contexte, et les inférences spatiales, temporelles ou spatio-temporelles. La deuxième contribution concerne, quant à elle, le développement d’une méthodologie permettant d’effectuer un traitement syntaxique et une annotation sémantique pour extraire, à partir d’un énoncé en langage naturel, des connaissances contextuelles spatiales ou temporelles en NKRL. Ces contributions ont été validées et évaluées en termes de performances (temps de traitement, taux d’erreurs, et taux de satisfaction des usagers) dans le cadre de scénarios mettant en œuvre différentes formes de services : assistance au bien-être, assistance de type aide sociale, assistance à la préparation d’un repas / In this thesis, we propose a generic framework for modeling and managing the context in ambient and robotic intelligent systems. The contextual knowledge considered is of several types and derived from multimodal perceptions : spatial and / or temporal knowledge, change of states and properties of entities, statements in natural language. To do this, we proposed an extension of the Narrative Knowledge Representation and Reasoning (NKRL) language to reach a unified representation of contextual knowledge whether spatial, temporal or spatio-temporal and perform the associated reasoning. We have exploited the expressiveness of the n-ary ontologies on which the NKRL language is based to bearing on the problems encountered in the spatial and dynamic knowledge representation approaches based on binary ontologies, commonly used in ambient intelligence and robotics. The result is a richer, finer and more coherent modeling of the context allowing a better adaptation of user assistance services in the context of ambient and robotic intelligent systems. The first contribution concerns the modeling of spatial and / or temporal knowledge and contextual changes, and spatial, temporal or spatial-temporal inferences. The second contribution concerns the development of a methodology allowing to carry out a syntactic treatment and a semantic annotation to extract, from a statement in natural language, spatial or temporal contextual knowledge in NKRL. These contributions have been validated and evaluated in terms of performance (processing time, error rate, and user satisfaction rate) in scenarios involving different forms of services: wellbeing assistance, social assistance, assistance with the preparation of a meal

La gestion de l'acheminement de messages d'e-santé en environnement ubiquitaire soulève plusieurs défis majeurs liés à la diversité et à la spécificité des cas d'usage et des acteurs, à l'évolutivité des contextes médical, social, logistique, environnemental...Nous proposons une méthode originale d'orchestration autonome et auto-adaptative de services visant à optimiser le flux des messages et à personnaliser la qualité de transmission, en les adressant aux destinataires les plus appropriés dans les délais requis. Notre solution est une architecture générique dirigée par des modèles du domaine d'information considéré et des données contextuelles, basés sur l'identification des besoins et des contraintes soulevées par notre problématique.Notre approche consiste en la composition de services de fusion et de gestion dynamique en temps réel d'informations hétérogènes provenant des écosystèmes source, cible et message, pilotés par des méthodes d'intelligence artificielle pour l'aide à la prise de décision de routage. Le but est de garantir une communication fiable, personnalisable et sensible à l'évolution du contexte, quel que soit le scénario et le type de message (alarme, technique, etc.). Notre architecture, applicable à divers domaines, a été consolidée par une modélisation des processus métiers (BPM) explicitant le fonctionnement des services qui la composent.Le cadriciel proposé est basé sur des ontologies et est compatible avec le standard HL7 V3. L'auto-adaptation du processus décisionnel d'acheminement est assurée par un réseau bayésien dynamique et la supervision du statut des messages par une modélisation mathématique utilisant des réseaux de Petri temporels / Routing policy management of eHealth messages in ubiquitous environment leads to address several key issues, such as taking into account the diversity and specificity of the different use cases and actors, as well as the dynamicity of the medical, social, logistic and environmental contexts.We propose an original, autonomous and adaptive service orchestration methodology aiming at optimizing message flow and personalizing transmission quality by timely sending the messages to the appropriate recipients. Our solution consists in a generic, model-driven architecture where domain information and context models were designed according to user needs and requirements. Our approach consists in composing, in real time, services for dynamic fusion and management of heterogeneous information from source, target and message ecosystems, driven by artificial intelligence methods for routing decision support. The aim is to ensure reliable, personalized and dynamic context-aware communication, whatever the scenario and the message type (alarm, technical, etc.). Our architecture is applicable to various domains, and has been strengthened by business process modeling (BPM) to make explicit the services operation.The proposed framework is based on ontologies and is compatible with the HL7 V3 standard. Self-adaptation of the routing decision process is performed by means of a dynamic Bayesian network and the messages status supervision is based on timed Petri nets

Les températures classiques de fonctionnement de la plupart des capteurs chimiques de gaz sont généralement supérieures à 300°C, ce qui ne représente pas les conditions favorables de leur fonctionnement en termes de stabilité, répétabilité et consommation énergétique. Pour ce, dans ce travail, nous avons développé une nouvelle méthode d’élaboration par voie sol-gel des couches minces à base de dioxyde d’étain(SnO2) sensibles à la détection de l’ozone et de l’ammoniac à température ambiante et à l’état de traces. L’ajustement des paramètres expérimentaux relatifs à ce procédé (solvant, concentration du dispersant, température et temps de recuit,…) a permis d’optimiser les conditions de préparation des couches minces et par la suite de contrôler les caractéristiques chimiques et texturales des couches sensibles développées. Dans cette étude les précurseurs du SnO2 ont été préparés selon deux approches.[...]Les résultats de détection de gaz ont montré qu’à l’inverse des couches élaborées par voie aqueuse qui sont quasiment insensibles à l’ozone, le procédé sol-gel en milieu alcoolique a permis de développer des couches très sensibles à ce gaz à des teneurs de l’ordre de 60 ppb, inférieures au seuil limite autorisé qui est de 75 ppb. L’originalité de ce travail porte sur le fait que les couches développées permettent la détection de O3 à température ambiante, ce dont aucune étude antérieure ne faisait état à l’origine de ce travail. Pour l’ammoniac, les deux voies de synthèse ont permis d’élaborer avec succès des capteurs sensibles à ce gaz, à température ambiante. La concentration minimale détectée de l’ordre de 5 ppm est inférieure aux 16,7 ppm correspondant au niveau maximum autorisé pour la détection olfactive par l’humain. Les performances de détection des deux gaz cibles, à température ambiante, ont été améliorées par addition dans les sols d’étain de surfactant (TX-100). En effet, les réponses des couches déposées en présence de surfactant ont été multipliées par un facteur 1,5 pour l’ozone et de 2 pour l’ammoniac, comparées avec celles des capteurs SnO2 sans additif.[...] / The conventional operating temperatures of most chemical gas sensors are generally above 300°C, which are not favorable to their functioning in terms of stability, repeatability and energy consumption. For this reason, in this study, we have developed a new method of thin film synthesis via sol-gel process, based on tin dioxide (SnO2) sensitive detection of very low ozone and ammonia concentrations at room temperature (RT). The adjustment of the experimental parameters (solvent, concentration of dispersant, temperature and annealing time,...) has been optimized for the preparation of SnO2 thin films highly sensitive to these target gases at RT. The precursors of SnO2 were prepared using two approaches. The first one is a synthesis pathway in which an aqueous solution of tin tetrachloride (SnCl4) is neutralized with an aqueous solution of ammonia (NH3, H2O). The second one consists of a synthesis of tin(IV) tetraethoxide by organic way via an alcoholysis reaction of anhydrous SnCl4 in absolute ethanol in the presence of triethylamine. To better control the texture of SnO2 layers obtained by this last route, small amounts of surfactant TX-100 were added to the alcoholic sol. The results particularly highlighted the importance of the nature of the solvent, annealing conditions and the concentration TX-100 on the composition and morphology of sensitive layers. This study showed that the materials synthesized by alcoholic way (SnO2(al)) have crystallites size more important than those prepared by aqueous method (SnO2(aq)), but most especially, the SnO2(al) surface is weakly hydrated, compared to that of SnO2(aq). Moreover, the microscopic analysis revealed evident differences between the two layer morphologies. In fact, the SnO2(al) films exhibit porous nanostructures whereas the SnO2(aq) layer rather appeared as a continuous film with a low porosity. The electrical responses showed that both kinds of sensitive layers enabled the detection of ozone but the sensitivity was higher for the SnO2(al) layers compared to that of SnO2(aq) thin films. The alcoholic sol–gel process enabled the development of very sensitive layers to ozone, working at ambient temperature since concentrations lower than 60 ppb were detected. This value is lower than the limit ozone detection threshold which is 75 ppb. As regards the sensitivity to the ammonia, both synthesis ways enabled its detection at room temperature. The minimum concentration detected was 5 ppm, which is less than 16.7 ppm, corresponding to the maximum level allowed for olfactive detection. In addition, it was demonstrated that the performance of ozone and ammonia detection at room temperature, was improved by the addition of surfactant (TX-100) in the organic sol. Indeed, the sensitivities of SnO2(al) layers prepared in the presence of TX-100 were multiplied by 1.5 and 2 for ozone and ammoniac respectively compared to those of SnO2(al) sensors without additive. The results of the physico-chemical characterization and the electrical responses using both layers led to the proposition of ozone and ammonia detection mechanisms using tin dioxidebased gas sensors.Finally, the development, by a simple and inexpensive sol–gel method, of novel tin dioxidesensors able to monitor ozone and ammonia gases at room temperature, was successfullyachieved. This original and multidisciplinary study, presents new and original results concerning the detection of ozone and ammonia whose detection was up to now reported to be possible at trace levels only by using metal oxide-based sensors working at high temperatures. This approach shed new light on fabricating toxic gas sensors based on metal oxides operating at room temperature.

L’objectif de cette étude est le développement d’un capteur de gaz à base de couche hybrideSnO2/SWNTs dans le but d’améliorer les performances des capteurs chimiques « classiques »uniquement constitués de dioxyde d’étain. En premier lieu, afin de maîtriser la synthèse dumatériau sensible, nous avons validé l’élaboration d’une couche sensible à base de dioxyded’étain préparée par procédé sol-gel. Le matériau synthétisé a été déposé par la technique ‘microgoutte’sur une micro-plateforme permettant simultanément le chauffage de la couche sensible etla mesure de sa conductance. L’étude des réponses électriques du capteur de gaz en présence dubenzène a permis de valider la possibilité d’utilisation du sol d’étain préparé pour la réalisation decouches sensibles aux gaz. En effet, des traces de benzène (500 ppb) ont été détectées à latempérature optimale de couche sensible de 420°C.Le second volet de cette étude repose sur la fabrication du matériau hybride obtenu par dispersiondes nanotubes de carbone dans un sol d’étain. Les couches sensibles élaborées par dip-coating àpartir du sol d’étain modifié par les nanotubes de carbone ont clairement montré la possibilité dedétection de divers gaz (ozone et ammoniac) à température ambiante. Ce résultat constitue l’undes points importants de ce travail de thèse dans la mesure où jusqu’à présent les capteurschimiques à base de dioxyde d’étain ne présentaient une forte sensibilité aux gaz que pour destempératures de fonctionnement de l’ordre de 350-400°C. Pour les deux gaz cibles étudiés dans lecadre de ce travail, la limite de détection à température ambiante a été évaluée à 1 ppm enprésence de NH3 et est inférieure à 20 ppb en présence d’ozone.La dernière partie de ce travail a porté sur l’optimisation des performances de détection descouches hybrides. Dans ce cadre, les expérimentations ont porté sur l’étude de l’influence dedivers paramètres tels que la quantité de nanotubes dans le matériau hybride, la température decalcination de la couche sensible, la température de fonctionnement ou encore les propriétésphysico-chimiques des nanotubes de carbone (mode de synthèse, diamètre,…) sur l’efficacité dedétection des couches sensibles. Les résultats ainsi obtenus en termes de performance de détectionont été discutés en relation avec les paramètres expérimentaux utilisés. / The objective of this study is to develop a gas sensor based on a hybrid layer of SnO2/SWNTs inorder to improve the performance of “Conventional” chemical sensors basically made from tinoxide. First, in order to control the synthesis of the sensitive material, we validated the elaborationof a sensitive layer based on tin dioxide prepared using the sol-gel process. The synthesizedmaterial was deposited by the 'microdrop' technique on a micro-platform which simultaneouslyallows the heating of the sensitive layer whilst also measuring its conductance. The study of theelectrical responses of the gas sensor in the presence of benzene has allowed us to validate thepossibility of using our prepared tin sol for the realization of gas sensitive layers. In fact, it waspossible to detect benzene at traces with an optimal temperature of the sensing layer found to be420ºC.The second part of this study describes the synthesis of the hybrid sensor obtained by dispersingSWNTs in the tin-oxide based sol. The sensitive layers made by dip-coating from the carbonnanotubes modified tin sol have clearly shown the possibility of detecting various gases (ozoneand ammonia) at room temperature. This result is one the most important points of this work tothe extent that until now the chemical sensors based on tin dioxide only showed a high sensitivityto gases when they were operated at temperatures in the range of 350 - 400ºC. Concerning the twotarget gases tested in this work, the detection limit at room temperature was evaluated at 1 ppm inthe presence of NH3 and was lower than 20 ppb in the presence of ozone.The last part of this work has focused the optimization of the detection performance of thesensitive layers. In this case, the experimental study was oriented towards examination of theeffect of various parameters such as the amount of nanotubes in the hybrid material, thecalcination temperature of the sensitive layer, the sensor working temperature and also thephysico-chemical properties of the carbon nanotubes (synthesis method, diameter...) on thedetection efficiency of the sensing layers. The results obtained in terms of detection performancewere discussed in relation to the experimental parameters used.

Le but de cette thèse a été d'étudier les propriétés structurales et optiques de puits quantiques (PQs) d’InGaN/(Al)GaN obtenus par épitaxie en phase vapeur d’organométalliques. Différentes approches ont été mises en œuvre pour atteindre une émission dans le vert-jaune: la première utilisant une concentration d'indium ≥ 20% avec un PQ d’InGaN d’épaisseur <3.0 nm et vice versa. L'effet d'une couche d’encapsulation a également été étudié. Les techniques de microscopie à force atomique, de diffraction des rayons X, de photoluminescence (PL) et surtout de microscopie électronique à transmission (MET) ont été utilisées pour caractériser ces structures. Les épaisseurs des PQs et les compositions en indium ont été déterminées par le traitement numérique des franges de réseau dans les images MET haute résolution en section transverse. Un traitement original a été développé pour analyser quantitativement les fluctuations de l’épaisseur des PQs. L'analyse structurale des PQs ayant une composition en In élevé a montré que les défauts structuraux sont créés dans les PQs. La nature et la densité de ces défauts ont été déterminées et différents mécanismes pour leur formation ont été proposés. Il a également été montré que quelques monocouches d’encapsulation de GaN ou d’AlGaN déposées à la température de croissance des PQs limitent l’évaporation et/ou la diffusion d’indium. Ce procédé permet d’étendre la longueur d'onde d'émission avec une réduction de la dégradation de l'efficacité de la PL. Mon travail propose quelques pistes afin d'obtenir un bon compromis entre les paramètres contradictoires qui régissent l'efficacité des PQs émettant dans le vert-jaune. / The goal of this thesis was to study the structural and optical properties of InGaN/(Al)GaN multiple QWs grown by metal organic chemical vapor deposition. Different approaches have been implemented to achieve green-yellow emission: high indium concentration (≥ 20%) with low InGaN QW thickness (< 3 nm) or vice versa. Moreover, the effect of a capping layer on top of the QWs has also been investigated. Atomic force microscopy, X-ray diffraction, room temperature photoluminescence (RTPL) and mainly transmission electron microscopy (TEM) techniques have been used to characterize these structures. The QW thicknesses and indium compositions have been determined by digital processing of lattice fringes in cross-sectional high resolution TEM images. An original treatment has been developed to analyze quantitatively InGaN QW thickness fluctuations. The structural analysis of multiple QWs with high indium composition has shown that structural defects are created in the QWs. The nature and the density of these defects have been determined and different mechanisms for their formation have been proposed. It has also been shown that a few monolayers of AlGaN or GaN capping layers deposited at the InGaN QW growth temperature prohibited indium evaporation and/or diffusion. It therefore helps to extend the emission wavelength with a reduced degradation of the RTPL efficiency. My work offers a few ways to obtain a good compromise between the conflicting parameters that govern the efficiency of QWs emitting in the green-yellow spectrum range.

L’informatique pervasive et l’intelligence ambiante visent à créer un environnement intelligent avec des dispositifs électroniques et informatiques mis en réseau tels que les capteurs, qui s’intègrent parfaitement dans la vie quotidienne et offrent aux utilisateurs un accès transparent aux services partout et à tout moment.Pour garantir ce fonctionnement, un système doit avoir une connaissance globale sur son environnement, et en particulier sur les personnes et les dispositifs, leurs intérêts et leurs capacités, ainsi que les tâches et les activités associées. Toutes ces informations relèvent de la notion de contexte. Cela passe par la collecte des données contextuelles de l’utilisateur pour déterminer sa situation/son activité courante ; on parle alors d’identification de situations/d’activités. Pour cela, le système doit être sensible aux variations de son environnement et de son contexte, afin de détecter les situations/les activités et de s’adapter ensuite dynamiquement. Reconnaître une situation/une activité nécessite alors la mise en place de tout un processus : perception des données contextuelles, analyse de ces données collectéeset raisonnement sur celles-ci pour l’identification de situations/d’activités.Nous nous intéressons plus particulièrement aux aspects liés à la modélisation distribuée de l’environnement ambiant et à ceux liés au raisonnement distribué en présence de données imparfaites pour l’identification de situations/d’activités. Ainsi, la première contribution de la thèse concerne la partie perception. Nous avons proposé un nouveau modèle de perception permettant la collecte des données brutes issues des capteurs déployés dans l’environnement et la génération des évènements. Ensuite, la deuxième contribution se focalise sur l’observation et l’analyse de ces évènements en les segmentant et extrayant les attributs lesplus significatifs et pertinents. Enfin, les deux dernières contributions présentent deux propositions concernant le raisonnement distribué pour l’identification de situations/d’activités; l’une représente la principale contribution et l’autre représente sa version améliorée palliant certaines limites. D'un point de vue technique, toutes ces propositions ont été développées, validées et évaluées avec plusieurs outils. / Pervasive Computing and Ambient Intelligence aim to create a smart environment withnetworked electronic and computer devices such as sensors seamlessly integrating into everyday life and providing users with transparent access to services anywhere and anytime.To ensure this, a system needs to have a global knowledge of its environment, and inparticular about people and devices, their interests and their capabilities, and associated tasks and activities. All these information are related to the concept of context. This involves gathering the user contextual data to determine his/her current situation/activity; we also talk about situation/activity identification. Thus, the system must be sensitive to environment and context changes, in order to detect situations/activities and then to adapt dynamically.Recognizing a situation/an activity requires the definition of a whole process : perception of contextual data, analysis of these collected data and reasoning on them for the identification of situations/activities.We are particularly interested in aspects related to the distributed modeling of the ambient environment and to those related to distributed reasoning in the presence of imperfect data for the identification of situations/activities. Thus, the first contribution of the thesis concerns the perception part. We have proposed a new perception model that allows the gathering of raw data from sensors deployed in the environment and the generation of events.Next, the second contribution focuses on the observation and analysis of these events by segmenting them and extracting the most significant and relevant features. Finally, the last two contributions present two proposals concerning the distributed reasoning for the identification of situations/activities ; one represents the main contribution and the other represents its improved version overcoming certain limitations. From a technical point of view, all these proposals have been developed, validated and evaluated with several tools.

L'évolution des technologies de l'information ainsi que la miniaturisation constante des composants électroniques de ces dernières décennies ont permis de doter les objets de la vie de tous les jours de capacités de calcul et de communication. Ces objets connectés sont disséminés dans l'environnement de l'utilisateur et coopèrent les uns avec les autres afin de fournir à l'utilisateur des services intelligents de manière totalement transparente et non intrusive. Ces environnements sont caractérisés par une grande hétérogénéité ainsi qu'une grande dynamicité. Les intégrations dites verticales (les données des capteurs sont externalisées sur les serveurs d'une entreprise) permettent certes une interopérabilité plus importante, mais engendrent des problèmes de saturation des canaux de communication, ainsi que des questionnements sur la sécurité et la confidentialité de des informations. Pour pallier ces problèmes, les intégrations dites horizontales (les entités matérielles sont mises en relation directement au sein de l'infrastructure) sont encouragées. Dans cette thèse, nous adressons le problème du déploiement et de la configuration automatique d'applications au sein de tels environnements ambiants. Nous proposons des mécanismes permettant, à partir d'une description de l'environnement ambiant, la sélection et la configuration d'entités matérielles qui supporteront l'exécution des applications. Ces mécanismes ont été encapsulé dans un intergiciel basé sur le paradigme Multi-agents dans lequel les différents agents logiciels du système collaborent afin de sélectionner les entités de l'infrastructure respectant les besoins et les contraintes des applications à déployer. / Research domains like Ambient Intelligence or Internet of Things came up in the early 2000’s with the technologic improvement and the ongoing miniaturization of electronic devices. These electronic and information devices are scattered in the user’s environment, can communicate and exchange data more and more easily to provide intelligent and non-intrusive services to the users. However, it is difficult to have generic implementations of these applications. These difficulties are due the the high heterogeneity and dynamicity of the ambient environments. Vertical integrations of connected devices (data exchanges from the devices to external servers) allow more interoperability but generate overloads of the communication channels and privacy concerns. To prevent these problems, horizontal approaches (connected devices communicate directly together through the hardware infrastructure) have to be encouraged. In this thesis work, we address the problem of the automatic deployment and configuration of distributed applications in these ambient environments. We propose mechanisms that allow, from a description of the environment, the selection and the configuraion of the hardware entities that will support the execution of applications. These mechanisms are encapsulated in a middleware based on the multi-agent paradigm. The different agents of the system cooperate in order to select the right hardware entities that respects the requirements and the constraints of the applications we want to deploy.

Depuis une vingtaine d'années, les développements dans les technologies de l'information ont fait évoluer les paradigmes de l'informatique. L'arrivée d'approches telles que l'informatique diffuse ont fait émerger de nouvelles technologies permettant d'améliorer la qualité des interactions avec les systèmes informatisés. Toutefois, la démocratisation de l'informatique diffuse et la mise en place des espaces intelligents rencontrent un bon nombre de problèmes. Le nombre important de composantes matérielles et logicielles et leurs natures hétérogènes contribuent à la complexité de déploiement et de gestion de ces milieux, entraînant des coûts élevés. Cette thèse vise à contribuer à la gestion logicielle des espaces intelligents par la réduction de la complexité des tâches de gestion. Notre proposition consiste en une approche autonome de la gestion logicielle, fondée sur l'approche de l'informatique diffuse autonome. Dans le cadre de ce travail, nous proposons une solution utilisant les informations contextuelles des milieux, afin de déterminer quelle répartition des logiciels parmi les appareils des milieux correspond le mieux au besoin des applications, des caractéristiques propres des environnements et, non le moindre, des modalités et préférences d’interaction des utilisateurs de ces milieux. La solution proposée a été implémentée et évaluée à l’aide d’une série de tests et de mises en situation d’organisation logicielle / Since two decades, the developments in the information technologies have changed the computer science paradigms. The arrival of new approaches such as the pervasive computing create new technologies, which improved the quality of the interactions with the I.T. systems, However, the broad utilization of the pervasive computing and the development of smart spaces are facing several challenges. The large number of hardware and software components and their heterogeneous natures, contributes to the complexity of deploying and managing these environments, resulting in high costs. This thesis contributes to the software management of the smart spaces by reducing the complexity of the management tasks. Our proposal consists of an autonomic approach to software management based on the autonomic pervasive computing. As part of this work, we propose a solution using the environment’s contextual information to determine the software distribution among the environment’s devices, which best fits the needs of the software, environments and the interaction modalities and preferences of the environment’s users. The proposed solution was implemented and evaluated using a series of tests and software organization scenarios

La participation sociale des personnes ayant une incapacité (PAI) est l'un des enjeux majeurs de notre société. La participation sociale des PAI est influencée par les résultats des interactions entre les facteurs personnels et les facteurs environnementaux (physiques et sociaux). L'une des activités quotidiennes les plus importantes en milieu urbain est la mobilité, ce qui est fondamental pour la participation sociale des PAI. L'environnement urbain est composé des infrastructures et des services principalement conçus pour les personnes sans incapacités et ne prend pas en compte les besoins spécifiques des PAI. Dans ce contexte, la conception et le développement des environnements intelligents peuvent contribuer à une meilleure mobilité et participation sociale des PAI grâce à l'avancement récent de technologie de l'information et de télécommunication ainsi que de réseaux de capteurs. Cependant, le déploiement de réseaux de capteurs en tant que technologie d'assistance pour améliorer la mobilité des personnes n'est conçu que sur la base des modèles trop simplistes de l'environnement physique. Bien que des approches de déploiement de réseaux de capteurs aient été développées ces dernières années, la plupart d'entre elles ont considéré le modèle simple des capteurs (cercle ou sphérique dans le meilleur des cas) et l'environnement 2D, (sans obstacle), indépendamment des besoins des PAI lors de leur mobilité. À cet égard, l'objectif global de cette thèse est le déploiement optimal de réseau de capteurs dans un environnement intérieur pour améliorer l'efficacité de la mobilité des personnes à mobilité réduite (PMR). Plus spécifiquement, nous sommes intéressés à la mobilité des personnes utilisatrices de fauteuil roulant manuel. Pour atteindre cet objectif global, trois objectifs spécifiques sont identifiés. Premièrement, nous proposons un cadre conceptuel pour l'évaluation de la lisibilité de l'environnement intérieur pour les PMR, afin de déterminer la méthode appropriée pour évaluer les interactions entre les facteurs personnels et les facteurs environnementaux (par exemple, pentes, rampes, marches, etc.). Deuxièmement, nous développons un algorithme d'optimisation locale basé sur la structure Voronoi 3D pour le déploiement de capteurs dans l'environnement intérieur 3D pour s'attaquer à la complexité de la structure de l'environnement intérieur (par exemple, différentes hauteurs de plafonds) afin de maximiser la couverture du réseau. Troisièmement, pour aider la mobilité des PMR, nous développons un algorithme d'optimisation ciblé pour le déploiement de capteurs multi-types dans l'environnement intérieur en tenant compte du cadre d'évaluation de la lisibilité pour les PMR. La question la plus importante de cette recherche est la suivante : quels sont les emplacements optimaux pour un ensemble des capteurs pour le positionnement et le guidage des PMR dans l'environnement intérieur complexe 3D. Pour répondre à cette question, les informations sur les caractéristiques des capteurs, les éléments environnementaux et la lisibilité des PMR ont été intégrés dans les algorithmes d'optimisation locale pour le déploiement de réseaux de capteurs multi-types, afin d'améliorer la couverture du réseau et d'aider efficacement les PMR lors de leur mobilité. Dans ce processus, le diagramme de Voronoi 3D, en tant que structure géométrique, est utilisé pour optimiser l'emplacement des capteurs en fonction des caractéristiques des capteurs, des éléments environnementaux et de la lisibilité des PMR. L'optimisation locale proposée a été mise en œuvre et testée avec plusieurs scénarios au Centre des congrès de Québec. La comparaison des résultats obtenus avec ceux des autres algorithmes démontre une plus grande efficacité de l'approche proposée dans cette recherche. / Social participation of people with disabilities (PWD) is one of the challenging problems in our society. Social participation of PWD is influenced by results from the interactions between personal characteristics and the physical and social environments. One of the most significant daily activities in the urban environment is mobility which impacts on the social participation of PWD. The urban environment includes infrastructure and services are mostly designed for people without any disability and does not consider the specific needs of PWD. In this context, the design and development of intelligent environments can contribute to better mobility and social participation of PWD by leveraging the recent advancement in information and telecommunications technologies as well as sensor networks. Sensor networks, as an assistive technology for improving the mobility of people are generally designed based on the simplistic models of physical environment. Although sensor networks deployment approaches have been developed in recent years, the majority of them have considered the simple model of sensors (circle or spherical in the best case) and the environment (2D, without obstacles) regardless of the PWD needs during their mobility. In this regard, the global objective of this thesis is the determination of the position and type of sensors to enhance the efficiency of the people with motor disabilities (PWMD) mobility. We are more specifically interested in the mobility of people using manual wheelchair. To achieve this global objective, three specific objectives are demarcated. First, a framework is developed for legibility assessment of the indoor environment for PWMD to determine the appropriate method to evaluate the interactions between personal factors with environmental factors (e.g. slops, ramps, steps, etc.). Then, a local optimization algorithm based on 3D Voronoi structure for sensor deployment in the 3D indoor environment is developed to tackle the complexity of structure of indoor environment (e.g., various ceilings' height) to maximize the network coverage. Next, a purpose-oriented optimization algorithm for multi-type sensor deployment in the indoor environment to help the PWMD mobility is developed with consideration of the legibility assessment framework for PWMD. In this thesis, the most important question of this research is where the optimal places of sensors are for efficient guidance of the PWMD in their mobility in 3D complex indoor environments. To answer this question, the information of sensors characteristics, environmental elements and legibility of PWMD have been integrated into the local optimization algorithms for multi-type sensor networks deployment to enhance the network coverage as well as efficiently help the PWMD during their mobility. In this process, Voronoi diagram as a geometrical structure is used to change the sensors' location based on the sensor characteristics, environmental elements and legibility of PWMD. The proposed local optimization is implemented and tested for several scenarios in Quebec City Convention Centre. The obtained results show that these integration in our approach enhance its effectiveness compared to the existing methods.

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de l’intelligence ambiante et de l’interaction homme-machine. Elle a pour thème la génération d’interfaces homme-machine adaptées au contexte d’interaction dans les environnements ambiants. Les travaux de recherche présentés traitent des problèmes rencontrés lors de la conception d’IHM dans l'ambiant et notamment de la réutilisation de techniques d’interaction multimodales et multi-périphériques. Ce travail se divise en trois phases. La première est une étude des problématiques de l’IHM spécifiques à l’Ambiant et des architectures logicielles adaptées à ce cadre théorique. Cette étude permet d’établir les limites des approches actuelles et de proposer, dans la seconde phase, une nouvelle approche pour la conception d’IHM ambiante appelée DAME. Cette approche repose sur l’association automatique de composants logiciels qui construisent dynamiquement une IHM. Nous proposons deux modèles complémentaires qui permettent de décrire les caractéristiques ergonomiques et architecturales des composants. La conception de ces derniers est guidée par une architecture logicielle composée de plusieurs couches qui permet d’identifier les différents niveaux d’abstraction réutilisables d’un langage d’interaction. Un troisième modèle, appelé modèle comportemental, permet de spécifier des recommandations quant à l’instanciation de ces composants. Nous proposons un algorithme permettant de générer des IHM adaptées au contexte et d’évaluer la qualité de celles-ci par rapport aux recommandations du modèle comportemental. Dans la troisième phase, nous avons implémenté une plateforme réalisant la vision soutenue par DAME. Cette implémentation est confrontée aux utilisateurs finaux dans une expérience de validation qualitative. De ces travaux ressortent des résultats encourageants, ouvrant la discussion sur de nouvelles perspectives de recherche dans le cadre de l’IHM en informatique ambiante. / This thesis deals with ambient intelligence and the design of Human-Computer Interaction (HCI). It studies the automatic generation of user interfaces that are adapted to the interaction context in ambient environments. This problem raises design issues that are specific to ambient HCI, particularly in the reuse of multimodal and multidevice interaction techniques. The present work falls into three parts. The first part is an analysis of state-of-the-art software architectures designed to solve those issues. This analysis outlines the limits of current approaches and enables us to propose, in the second part, a new approach for the design of ambient HCI called DAME. This approach relies on the automatic and dynamic association of software components that build a user interface. We propose and define two complementary models that allow the description of ergonomic and architectural properties of the software components. The design of such components is organized in a layered architecture that identifies reusable levels of abstraction of an interaction language. A third model, called behavioural model, allows the specification of recommendations about the runtime instantiation of components. We propose an algorithm that allows the generation of context-adapted user interfaces and the evaluation of their quality according to the recommendations issued from the behavioural model. In the third part, we detail our implementation of a platform that implements the DAME approach. This implementation is used in a qualitative experiment that involves end-users. Encouraging preliminary results have been obtained and open new perspectives on multi-devices and multimodal HCI in ambient computing.