Cette thèse en Cognitique se focalise sur la « Conception Centrée sur l'Humain » (Human Centred Design) de futures assistances à la conduite automobile, adaptées aux conducteurs âgés (ou Elderly Adapted Driver Assistance Systems).Pour ce faire, la démarche proposée repose sur une approche et une méthodologie pluridisciplinaire. Sur le plan ergonomique, il s'agit de mieux connaître les spécificitésde la population des conducteurs âgés, dans le but d'identifier des difficultés et des besoins en assistance. A cette fin, 76 conducteurs âgés (de 70 à 87 ans) ont conduitun véhicule instrumenté, immergé dans le trafic. Le corpus de données comporte2100 kilomètres de conduite et 1400 situations de conduite autoévaluées par lesconducteurs, complétés par 6 Focus Group (30 conducteurs âgés).Le second volet, relevant d'une démarche d'Ingénierie Cognitive, vise à concevoir et développer des fonctions de « monitorage » à partir du corpus de données. L'objectif est de disposer de modèles et de fonctions d'analyse temps-réel capables (1) de superviser l'activité de conduite des conducteurs âgés (2) en regard du contexte ou des risques situationnels, afin de (3) diagnostiquer des difficultés ou erreurs de conduite, à des fins d’adaptativité des assistances. Des fonctions de monitorage en lien avec les contrôles de base du véhicule (gestion de la vitesse, positionnement dans la voie et la gestion de l'espace inter-véhiculaire avant) sont développées. Sur cette base, des fonctions de monitorage plus intégrées pour l'aide aux franchissements d'intersections (Tourne-à-Gauche) et l'assistance à l'insertion sur voies rapides (et au changement de voie) sont également proposées. / This thesis in Cognitics presents a Human Centered Design approach for thedevelopment of future driving assistance systems dedicated to elderly drivers orElderly Adapted Driver Assistance Systems (E-ADAS).To do so, this work relies on a multi-disciplinary approach for data collection andanalysis. Regarding Ergonomics, the aim is to better understand the specificrequirements of this population in order to identify their actual difficulties and actualneeds of assistance. In this frame, 76 drivers (aged from 70 to 87 years old) took partto an on-the-road experiment, driving an instrumented car. The dataset includes2100 km of ecological driving data and 1400 auto-evaluated driving situations,completed by 6 Focus Groups (involving 30 elderly drivers).The second part of this research, relying on Cognitive Engineering, explores thedesign and implementation of monitoring functions based on the aforementioneddataset. The objective is to have real-time models and analytical functions, able to:(1) supervise the driving activity as realized by an elderly driver, (2) taking in toconsideration the driving context or situational risks (3) in order to detect difficulties ordriving errors. Beyond this thesis, these diagnostics will have to be integrated inassistive systems to better adapt their support to the specific needs of elderly drivers.Specific monitoring functions related to basic vehicle control (speed management,lane positioning and headway regulation) are presented. Based on these results,integrated monitoring functions for intersection crossings in Left-Turn manoeuver,highway merging assistance, and, more broadly, lane change assistance areintroduced.

Le processus de conception des interfaces homme-machine poids-lourd a été adapté afin de répondre aux enjeux humains et sécuritaires. Il est désormais largement admis que la participation des utilisateurs dans le processus de conception est un apport précieux. Actuellement dans l'industrie, les utilisateurs sont principalement impliqués lors des étapes d'analyse et d'évaluation des concepts, ces derniers étant définis par des professionnels. Cependant, la littérature dans d'autres domaines rapporte des bénéfices d’une autre forme d’implication des utilisateurs : la conception participative. Dans ce processus de conception, les utilisateurs sont impliqués tout au long du développement des produits, et en particulier lors de la définition des concepts. La conception participative permettrait un meilleur accès aux besoins des utilisateurs, à leurs attentes, et à leurs connaissances tacites. Ce projet a pour objectif d’étudier comment le niveau d’implication des conducteurs dans le processus de conception impacte l’utilisabilité, la distraction et l'acceptation des interfaces homme-machine poids-lourd. Après une analyse préalable du contexte d'utilisation, trois processus de conception de tableaux de bord ont été menés en parallèle à l’aide d’un équipement tactile. Les résultats de ces trois processus, ayant des niveaux d’implication différents, ont été évalués et comparés dans une expérience sur simulateur de conduite. Les résultats ne permettent pas de démontrer qu’une conception participative a un impact significatif sur l’utilisabilité, la distraction et l’acceptation. Cette thèse se conclut par des recommandations aux praticiens et des perspectives de recherche. / The design process of trucks human-machine interfaces has been adapted to address human factors and road safety issues. It is now widely accepted that user involvement in the design process is valuable. Currently in industry, users are mainly involved in the stages of analysis and evaluation of concepts, the latter being defined by professionals. However, the literature in other fields reports benefits of a broader form of user involvement: participatory design. In this design process, users are involved all along products development, and particularly during concepts design. Participatory design would allow better access to users' needs, expectations, and tacit knowledge. The objective of this project is to study how the level of drivers’ involvement in the design process impacts the usability, distraction and acceptance of trucks human-machine interfaces. After a preliminary analysis of the context of use, three instrument cluster design processes were conducted in parallel using a tactile equipment. The outcomes of these three processes, differing in level of user involvement, were evaluated and compared in a driving simulator experiment. The results do not enable to demonstrate that participatory design has a significant impact on usability, distraction and acceptance. This thesis concludes with recommendations to practitioners and research perspectives.

La peste est une maladie qui n'a jamais disparu et réémerge même dans certains pays, dont Madagascar. Les recherches consacrées à sa forme bubonique se sont d'abord concentrées sur l'identification des agents hôtes et vecteurs, rongeurs et puces, impliqués dans le cycle épidémiologique, de leur dépendance à l'égard des facteurs environnementaux et des processus de transmission du bacille. Ces facteurs et mécanismes opérant au niveau individuel sont désormais mieux connus, grâce aux acquis des études observationnelles et expérimentales. Un enjeu actuel des recherches concerne l'analyse des processus endémo-épidémiques d'expression de la peste, dans les populations d'hôtes et de vecteurs. Dans ce sens, les modèles mathématiques compartimentaux traditionnels échouent à prendre en compte l'effet, potentiellement décisif sur le devenir de l'infection, du caractère localisé et contingent de la transmission, lié à la distribution hétérogène et changeante des puces et rongeurs. Il est donc important de considérer l'hétérogénéité individuelle et le contexte géographique dans lequel la maladie se développe pour préciser le risque épidémiologique au niveau local et chercher à éviter les cas humains. L'objet de notre recherche est de montrer l'apport d'une démarche de modélisation individu-centrée s'inscrivant dans le paradigme de la complexité, intégrant les connaissances au niveau individuel et fondée sur un formalisme multi-agents, pour étudier localement les processus endémo-épidémiques de la peste bubonique. Le modèle, appliqué au foyer malgache, nous permet d'évaluer l'effet de l'abondance et de la distribution des rats et des puces sur le devenir de l'infection.

Un spectre RMN reflète la distribution des probabilités d'occurrence des divers environnements locaux autour du noyau sondé et permet donc une analyse fine de l'ordre à courte distance. Dans ce mémoire nous présentons une telle étude pour le système cobalt/fer sous forme d'alliages massifs, d'alliages en couches minces et de multicouches. L'analyse détaillée des spectres d'échantillons massifs de référence a permis d'affiner la connaissance de l'ordre à courte distance grâce à des simulations Monte Carlo. L'étude d'alliages co-déposés en couche mince sous ultravide, montre que la limite de stabilité de la phase cubique centrée (cc) est repoussée jusqu'à 90% de cobalt, alors que, dans le massif, celle-ci est 75%. L'existence de phases ordonnées inédites, mais théoriquement prévues, a été observée. Ces structures, également présentes dans des composites métal-spinelle préparés par chimie douce à basse température, ont été reproduites par simulation. Cet ordre à courte distance particulier est lié aux méthodes de préparation et aux faibles températures de dépôt : les atomes trouvent ainsi leur position la plus favorable selon des critères d'énergies de surface. L'analyse des multicouches montre que 20 Å est la limite de stabilité de la phase métastable cc du cobalt. Cependant seuls 6 Å forment des plans continus purs, 5 Å se trouvent sous forme d'amas au milieu d'un alliage cubique centré, le reste est dans un alliage cc assez homogène Co75%Fe25%. L'une des conclusions de cette étude est que l'extension de la stabilisation de la phase cc au-delà de la limite de 75% qui correspond dans le massif à l'apparition de la phase cubique faces centrées, se fait grâce au mélange d'un alliage cc à 75% de cobalt et de grains de cobalt cc pur. Cette concentration de 75% apparaît donc comme une limite commune au mélange cobalt/fer en phase cc pour l'ensemble des systèmes étudiés.

Ce mémoire d'Habilitation à Diriger les Recherches présente les principales activités de recherche que j'ai menées depuis 2002 en tant que Maître de Conférences, tout d'abord à l'Université de Technologie de Belfort-Montbéliard, jusqu'en 2006, puis à l'Université Henri Poincaré dans l'équipe Maia au LORIA. Ce mémoire synthétise une partie de mes contributions au domaine de la résolution collective de problème, en informatique et en robotique. Il s'agit d'une approche inspirée du vivant, reposant sur les interactions d'un grand nombre d'agents simples entre eux et avec leur environnement, capable de faire émerger des structures ou des organisations constituant des solutions à des problèmes donnés. Cette approche est connue pour générer des solutions robustes et auto-adaptatives aux conditions variables et inconnues de l'environnement ou du système. La principale motivation de ces travaux est de modéliser ces comportements d'auto-organisation pour mieux les comprendre et les utiliser dans la définition de processus de résolution de problème ou de contrôle de flottilles de robots. Dans ce cadre, le mémoire présente les recherches menées selon deux approches possibles des interactions entre agents. Dans un premier temps, nous considérons des interactions directes entre agents ou robots, essentiellement par signaux/perceptions, et montrons comment la coordination réactive peut être efficace pour la résolution de problèmes spatiaux, ainsi que pour la navigation en formation. Dans un deuxième temps, nous examinons des modèles de coopération indirecte, c'est-à-dire fondés sur le marquage et la lecture d'informations dans l'environnement. Nous focalisons sur l'étude des processus d'auto-organisation engendrés par ce principe, puis examinons des approches pour leur implémentation réelle et robotique. Enfin, le mémoire présente mes perspectives de recherche en détaillant des pistes pour la définition d'une approche générique de résolution collective de problème fondée sur la construction de champs dynamiques dans l'environnement, et pour son déploiement en robotique dans des environnements réels et large échelle.

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.

Le modèle Aevol est un modèle d'évolution expérimentale in silico développé par Carole Knibbe et Guillaume Beslon pour étudier l'évolution de la structure des génomes. Aevol a permis d'identifier une très forte pression de sélection indirecte vers un certain niveau de variabilité mutationnelle du phénotype : la survie à long terme d'une lignée étant conditionnée à sa capacité à produire des mutations avantageuses sans pour autant produire trop de mutations délétères, un certain compromis entre robustesse et évolvabilité est indirectement sélectionné. Une conséquence de cette pression de sélection indirecte est le rôle central joué par le taux spontané de réarrangements chromosomiques dans la détermination de la structure du génome. Dans ce travail, nous avons modifié le modèle Aevol pour introduire d'une part un processus explicite de régulation de l'expression des gènes et d'autre part, une sensibilité aux similarités entre séquences dans les événements de recombinaison de l'ADN. Nous avons ainsi pu étudier l'effet de ces variations sur la sélection de second-ordre. Nous avons en particulier observé que celle-ci est extrêmement robuste aux choix de modélisation : les effets liés aux réarrangements sont en effet observés de la même façon lorsque les organismes possèdent un réseau de régulation (qui plus est, ces effets sont visibles sur le réseau lui-même), lorsque les réarrangements se produisent préférentiellement entre séquences similaires et lorsque les transferts horizontaux sont possibles. De plus, les effets de cette pression de sélection de second-ordre ne sont pas limités au niveau génomique : de forts taux de réarrangements tendent à donner lieu à des génomes présentant beaucoup d'opérons, très peu d'ARNs non-codants et des réseaux de régulation très simples. Au contraire, chez les organismes ayant évolué avec de faibles taux de réarrangement, la plupart des gènes sont transcrits sur des ARNs monocistroniques. Ces organismes possèdent un grand nombre d'ARNs non-codants et présentent des réseaux de régulation très complexes. Ces effets observés dans le modèle à différents niveaux d'organisation peuvent s'apparenter à de nombreuses caractéristiques observées chez les organismes réels. Ainsi les pressions sélectives indirectes observées grâce au model Aevol permettent de reproduire un large spectre de propriétés biologiques connues en ne modifiant que le seul taux de réarrangements dans le modèle. Ces mécanismes de sélection indirecte apparaissent donc comme de bons candidats pour expliquer ces mêmes observations sur les organismes réels.

Les environnements virtuels, et en particulier les simulateurs de conduite à plate-forme dynamique, posent la délicate question de la restitution multisensorielle en vue de générer la bonne "illusion" pour leurs utilisateurs. Si la réalité virtuelle est reconnue pour la limitation des coûts, le gain temporel et la contrôlabilité et reproductibilité des situations étudiées, la problématique de la validité de ces outils de recherche (ou de formation) est cruciale pour la transférabilité des connaissances produites.Constituant une première étape dans le processus de validation du simulateur IFSTTAR, ce travail s'appuie sur une démarche originale reposant sur une double évaluation, par élément et globale. Il s'agit (i) de configurer de manière optimale les caractéristiques immersives et interactives du simulateur liées au mouvement de roulis afin de produire une illusion d'inclinaison crédible et acceptée, et (ii) d'évaluer, de manière globale, différentes configurations du simulateur (modèles dynamiques de véhicule) au moyen de mesures objectives (temps de familiarisation) et subjectives (présence, mal du simulateur).Prises dans leur ensemble, les sept études menées durant cette thèse ont permis de valider une plage de restitution du mouvement de roulis pertinente pour produire une sensation d'inclinaison sans entraîner de déséquilibre critique ou de sensation de chute. Un angle d'inclinaison du simulateur au-delà de 11,4 degrés est ainsi déconseillé pour éviter toute sensation de chute, néanmoins cette valeur est susceptible d'être influencée par divers facteurs (e.g., présence d'informations visuelles, positionnement de l'axe de roulis). Ces études ont également permis d'identifier, en conduite passive, les paramètres nécessaires ainsi que les contributions relatives des informations visuelle et inertielle pour la production d'une sensation d'inclinaison crédible. En conduite active, l'évaluation du degré de contrôle des participants en fonction du modèle dynamique de véhicule (virtuel) a permis de pointer les faiblesses actuelles du simulateur IFSTTAR afin de proposer plusieurs pistes de développement.

Cette thèse porte sur la Conception Centrée Valeur (CCV) proposé par Gilbert Cockton dans le but d'aller au-delà de l'utilisabilité dans les systèmes interactifs. L'auteur propose un canevas pour la mise en oeuvre de la CCV. Cependant, les opérationnalisations restent partielles et sont réalisées par lui-même, d'où un manque de recul de la communauté vis-à-vis de la méthode. La thèse relate la conception centrée valeur de Cocoon, un système d'information mobile et sensible au contexte. Elle apporte des contributions à la fois sur les plans conceptuel et méthodologique. D'un point de vue conceptuel, elle introduit la taxonomie PIPE (Personnelle, Impersonnelle, Pérenne, Éphémère) pour la caractérisation de l'information. En outre, elle montre que les systèmes existants ne couvrent pas PIPE : ils sont surtout focalisés sur les informations impersonnelles. Alors, la thèse propose le concept d'arbre de vie et Cocoon. D'un point de vue méthodologique, la thèse apporte une compréhension meilleure de la notion de valeur. En outre, elle fournit un retour d'expérience sur la CCV accompagné de remarques et recommandations pour des mises en oeuvres futures plus performantes. Enfin, elle propose un canevas pour la construction des cartes de valeur et une stratégie pour l'estimation de la valeur.

Peut-on dire que l'école est injuste? Peut-elle être plus juste ? Comment la perçoivent ses usagers ? Ces questions peuvent sembler simples. Elles sont d'une redoutable complexité. Cette thèse, s'appuyant sur plusieurs travaux de recherche auxquels l'auteur a collaboré, aborde ces questions sous l'angle de la description du système éducatif, de la compréhension de la manière dont les acteurs perçoivent le système et ses injustices, et de la gestion du système pour davantage de justice. La première partie de la thèse, après une revue de la littérature sur les théories de la justice et leur application à l'éducation, se centre sur la description des mécanismes à l'œuvre dans la création d'inégalités injustes, relevant en particulier de la ségrégation socio-économique entre établissements scolaires. La seconde partie tente de répondre à la question de savoir que mettre en œuvre pour rendre l'école plus juste, d'une part en passant en revue les politiques d'éducation prioritaires existantes et leur évaluation, et d'autre part en présentant la démarche prospective mise en œuvre dans plusieurs recherches tentant de déterminer " ce qui pourrait marcher ". Enfin, la troisième partie prend le point de vue des usagers de l'école en posant la question de savoir si les élèves se sentent traités de manière juste par le système éducatif.