Ma thèse s'inscrit dans le domaine de l'ingénierie de l'interaction homme-machine. Elle traite de la conception d'interfaces hommes machine (IHM). La créativité n'y est souvent considérée que de manière marginale. Pourtant l'effervescence technologique et la diversité résultante des contextes d'usage appellent à de plus en plus de créativité. Ma thèse soutient le principe que l'innovation passe par l'application de processus créatifs. Dès lors, le défi est de savoir explorer largement et efficacement l'espace de conception dès les phases amont du processus. Il convient donc d'intégrer et d'enseigner la créativité dans les processus de conception d'IHM, en particulier pour les concepteurs débutants.Ce positionnement sur le sujet provient d'une double approche : d'une part théorique, avec un état de l'art explorant les dimensions de la créativité et les outils informatiques de support à la créativité ; d'autre part empirique, avec quatre mises en pratique de la créativité dans des domaines de conception différents comme l'architecture, la conception de produit et la conception de systèmes interactifs. Je construis ma contribution sur les principes suivants : (1) la créativité n'est pas réservée à une élite, mais peut être travaillée et renforcée par des outils informatiques ; (2) ces outils doivent soutenir la motivation, la recherche d'inspiration, l'exploration en largeur, et les connaissances relatives au domaine et aux processus de conception. Selon une démarche réflexive, j'applique ces mêmes principes dans ma thèse. Je propose une exploration en largeur du support à la créativité via cinq contributions logicielles complémentaires : Maestro et Bank pour la capitalisation des connaissances ; WebGallery, BrianStorming et Magellan pour l'inspiration et l'exploration de l'espace de conception. Plus précisément, Maestro traite de la capitalisation des processus de conception tandis que BANK assure la structuration et la capitalisation des connaissances en IHM via un graphe de modèles. WebGallery est une galerie de sites web pour inspirer les concepteurs : je conduis une expérimentation sur la perception humaine du style d'un site web. BrianStorming est un assistant au brainstorming : il fournit des suggestions pendant une séance de brainstorming électronique. Magellan est un environnement interactif à base d'algorithmes génétiques qui génèrent et transforment automatiquement des IHM pour un problème de conception donné. Par ce positionnement et ces contributions logicielles, l'ordinateur change de statut : de simple outil, il devient un concepteur assistant, partenaire du processus de créativité. / My PhD thesis contributes to the engineering of Human Computer Interaction (HCI). It deals with the design of User Interfaces (UI). I claim that creative processes should be better considered, and supported by tools especially for novice designers. The challenge is to speed up the exploration of the design space at the early stages of the process. This claim is grounded in both a theoretical state of the art in creativity and creativity support tools, and in practice of the topic with four hands-on experiences of creativity in different areas of design such as architecture, product design and UI design. I build my contribution on the following principles: (1) creativity is not reserved for the elite, but can be tailored and fostered by software tools; (2) the tools must leverage motivation, inspiration, wide exploration, and knowledge in UI and design processes. Through a reflective process, I apply these principles to my thesis. I explore a wide range of creativity support tools through five complementary software contributions: Maestro and Bank for supporting knowledge capitalization; WebGallery, BrianStorming and Magellan for fostering inspiration and exploration of the design space. Maestro addresses the capitalization of design processes whilst BANK gathers knowledge in HCI as a graph of models. WebGallery is a gallery of websites to inspire designers: I report an experiment on human perception of websites styles. BrianStorming is a brainstorming assistant: it provides suggestions in a electronic brainstorming session. Magellan is an interactive environment based on genetic algorithms that automatically generate and transform UIs for a given design problem. This changes the role of the computer: from a simple tool, it becomes a designer's partner in the creative process.

Ce travail est consacré à la résolution e?cace de problèmes d’optimisation de forme ou de contrôle d’écoulements. Le couplage entre la pénalisation, permettant d’imposer des conditions aux bords sur maillage cartésien, et la méthode Level-Set, autorisant une représentation d’obstacles non-paramétrique et un suivi d’interface précis, est implémenté. En première partie, un problème inverse modèle, puis une optimisation géométrique en régime de Stokes, sont traités itérativement. Une attention particulière est portée à la solution des EDP près des zones pénalisées, et une montée en ordre est réalisée. Divers préconditionnements du gradient de forme sont aussi discutés a?n d’améliorer la convergence. La seconde partie est dédiée à la simulation directe d’écoulements au voisinage d’un actionneur dans le cadre d’un contrôle par jets pulsés exercé sur le corps d’Ahmed. L’étude locale montre l'in?uence de paramètres comme la fréquence de pulsation ou l’allure des pro?ls de vitesse en sortie sur la qualité de l’action. En guise de synthèse, une optimisation de la forme de l’actionneur du chapitre deux est pratiquée sous contraintes topologiques et dans un cadre simpli?é, à l’aide du couplage Level-Set/pénalisation préalablement introduit. L’objectif du problème inverse posé est de modi?er la géométrie intérieure du MEMS pour obtenir un pro?l de vitesses désiré en sortie de jet. / This work deals with e?cient numerical solving of problems linked with shape optimization or ?ow control. The combination between penalization, that allows to impose boundary conditions while avoiding the use of body-?tted grids, and Level-Set methods, which enable a natural non-parametric representation of the geometries to be optimized, is implemented. In the ?rst part, a model inverse problem, and an application pertaining to optimal design in Stokes ?ows, are treated with an iterative algorithm. Special care is devoted to the solution of the PDE’s in the vicinity of the penalized regions. The discretization accuracy is increased. Various gradient preconditionings aiming at improving the convergence are also discussed. The second part is dedicated to direct numerical simulation of ?ows in the neighborhood of an actuator, in the context of active control by pulsed jets used on the Ahmed body. The local study emphasizes the in?uence of various parameters on the action quality, in particular the pulsation frequency, or the aspect of exit velocity pro?les. As a synthesis, shape optimization is performed on the actuator of chapter two, thanks to the previously introduced coupling between Level-Set and penalization. The framework is simpli?ed and topological constraints are imposed. The inverse problem we set intends to modify the MEMS inner geometry to retrieve a given jet pro?le on the exit section.

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Ce travail adopte le cadre de l’ingénierie cognitive en vue de la conception et de l’évaluation d’outils cognitifs dans le domaine de l’administration d’entreprises artisanales. Ce cadre relève d’une approche dite écologique des systèmes de travail. L’objectif général de ce travail est double. D’une part, il s’agit de montrer la pertinence de cette approche écologique eu égard au domaine étudié et d’autre part, de proposer une interface utilisateur pour un système d’aide à la gestion administrative sur support numérique mobile. Plus précisément, nous proposons une modélisation du domaine de travail en considérant certaines de ses caractéristiques les plus complexes à modéliser : la récursivité et la dimension éthique. Ensuite, nous testons une méthode récente pour valider et vérifier cette modélisation (Task Machine Turing Analysis, TMTA). Nous proposons également une nouvelle méthode de validation et vérification d’un domaine de travail, dite méthode des « points de vue ». À partir d’un modèle du domaine de travail de la gestion administrative dans les entreprises artisanales, nous expérimentons plusieurs maquettes d’interfaces pour un système d’aide. Cette expérimentation nous permet de mesurer le degré d’application des principes dirigeant la conception d’interface écologique. Enfin, nous proposons et testons une maquette finale de systèmes à destination des artisans. / This work adopts the cognitive engineering framework for the design and evaluation of cognitive tools interfaces in the administrative handicraft field. This framework relies on an ecological approach of work systems. The objectives of this work were twofold. First, it consisted in showing the heuristic value of the ecological approach. Second, we aimed at proposing a user interface for a mobile digital cognitive tool assisting administrative tasks. More precisely, we proposed to consolidate the work domain analysis framework by considering some of the more complex characteristics to model, that is to say recursion and the ethical dimension. Afterwards, we tested a recent method named “Turing Machine Task Analysis” to validate and verify the work domain model. We also proposed a new verification and validation method for work domain model, named “viewpoints method”. Based on a modeling of the administrative handicraft domain, we tested several user interface mockups for a cognitive tool. This experiment permitted us to measure the degree of application of the Ecological Interface Design principles. Finally, we proposed and tested a final mockup for craftsmen.

Dans le processus de conception des véhicules, la vibration et le bruit sont des sujets d’étude très importants. En effet, les vibrations sont susceptibles d’affecter le comportement dynamique des structures et le bruit dégrade le confort acoustique des passagers. L’objectif principal de la thèse est de proposer un ensemble de méthodes pour l’optimisation du comportement dynamique des systèmes complexes afin de réduire les vibrations des structures et le bruit dans l’habitacle. À cet effet, on s’intéresse à des stratégies de contrôle des interfaces, comme le collage de couches viscoélastiques sur les zones les plus déformées, ou l’introduction de dispositifs frottants calibrés pour ajouter de l’amortissement à certaines fréquences de résonance. Les structures assemblées résultantes sont étudiées numériquement par une méthode de synthèse modale généralisée. La méthode de synthèse modale proposée contient plusieurs niveaux de condensation. Le premier concerne les degrés de libertés (DDL) internes de chaque sous-structure. La deuxième condensation s’effectue sur les modes de branches, de sorte à réduire le nombre de DDL aux interfaces entre les sous-structures. Pour les systèmes couplés fluide/structure, une troisième condensation portant sur les DDL du fluide est proposée. Suite à ces condensations, la dimension du système est fortement réduite. Cette méthode permet alors d’obtenir aussi bien la réponse forcée de la structure que les fluctuations du champ de pression dans le fluide. Les chemins de transmission acoustiques et vibratoires peuvent également être déduits des contributions modales intermédiaires. On montre que ces paramètres modaux peuvent être utilisés comme fonctions objectif pour une démarche d’optimisation des interfaces. Le front de Pareto des conceptions optimales est obtenu avec un algorithme génétique multi-objectif élitiste, appliqué à une approximation par krigeage de la fonction objectif. Cette approche modale est étendue à l’étude de systèmes non-linéaires. L’hypothèse fondamentale est que les modes non-linéaires sont faiblement couplés. Les paramètres modaux non-linéaires (fréquences propres, amortissements...), dépendent des amplitudes modales. L’idée est alors de calculer des modes normaux non-linéaires en fonction de leur amplitude et de superposer leurs réponses pour obtenir celle de la structure. La méthode est appliquée à des systèmes incorporant des non-linéarités de type Duffing et de frottement sec. Le cas particulier du frottement sec est considéré à travers un modèle de Masing généralisé. Deux approches modales sont développées : l’une basée sur les modes complexes, et l’autre basée sur les modes réels. L’utilisation de modes complexes ou réels dans la synthèse modale conduit à des termes d’amortissement par frottement différents. On montre que la synthèse modale non-linéaire combinée au modèle de Masing généralisé aboutit à une méthode numérique simple, rapide et efficace pour décrire le comportement non-linéaire de structures soumise à du frottement sec. / Noise and vibration are important topics in the automotive industry for several reasons, including passenger comfort and structural integrity. The main objective of this thesis is to propose a series of appropriate methods to optimize structural system characteristics, so that the vibration and noise can be reduced. To achieve this goal, interface control strategies are employed, including bonding viscoelastic layers onto the most heavily deformed zones and introducing frictional damping devices calibrated on certain resonance frequencies. Such built-up structural systems are numerically investigated via a generalized modal synthesis approach that incorporates several groups of modes. The employed modal synthesis approach consists of several levels of condensation. The first one is on the internal degrees of freedoms (DOFs) of each substructure, and the second condensation is on the branch modes so as to reduce the boundary DOFs among substructures. For coupled fluid-structural systems, a third condensation on the fluid DOFs is suggested. With these condensation techniques, the system dimension can be significantly reduced. The method allows us to obtain the forced response of the structures as well as the pressure variation of the fluids. Additionally, modal parameters characterizing vibration and noise transmission paths can be deduced as mid-stage results. We show that these modal parameters can be used as optimization objective during the interface configuration design. The Pareto front of the optimal design is achieved by employing Kriging approximations followed with an elitist multi-objective genetic algorithm. Another advantage of the modal approach is that a modal overview on the system characteristics is provided by analyzing the natural frequencies, modal damping ratios and the aforementioned modal parameters. The modal synthesis approach is further extended to study nonlinear systems. The basic assumption is that the nonlinear modes are weakly coupled. Nonlinear modal parameters, such as modal frequency and modal damping ratio, contain the essential nonlinear information and depend on modal amplitude. The main idea is to compute nonlinear normal modes according to their modal amplitude and superimpose the response of several nonlinear modes to obtain the overall forced response. The method is applied to systems involving Duffing and dry friction nonlinearities. In the case of dry friction, a generalized Masing model is considered to capture the dry friction nature. Both complex modes and real modes are used in the modal synthesis, leading to different frictional damping terms. We show that the nonlinear modal synthesis combined with the generalized Masing model yields a simple, fast and efficient numerical method to describe nonlinear performance of structures with dry friction.

Dans le cadre de l’évolution du plus grand accélérateur circulaire de particules « LHC », un important programme de mise à niveau sur l’ensemble des détecteurs qui le constitue a été lancé. Parmi eux, on retrouve la mise à niveau du détecteur LHCb qui comprend le remplacement complet de plusieurs sous-détecteurs. La fréquence de lecture élevée de 40MHz, sans précédent dans une expérience de physique des particules, et l’environnement de rayonnement sévère lié à l’augmentation de l’intensité du LHC, sont les principaux défis à relever par les nouveaux sous-détecteurs. Le travail présenté dans ce manuscrit, décrit une petite partie de l’évolution du détecteur LHCb. Le développement et la construction d’un nouveau trajectographe à grande échelle, basé sur une nouvelle technologie à fibres scintillantes «SciFi», lues avec des photomultiplicateurs au silicium «SiPM», est l’un des projets clés du programme de mise à niveau de LHCb. La première partie, consiste à étudier les échanges thermiques et à concevoir un système de refroidissement pour chaque Read-Out Box « ROB » qui contient deux cartes électroniques frontales « FE », et qui permettent de lire les données du détecteur. Ces dernières possèdent une dissipation thermique d’environ 110W.Pour assurer le bon fonctionnement des composants électroniques, il est obligatoire de mettre en place un refroidisseur. Des contraintes importantes sont prisent en compte dans cette étude, la première représente l’espace limité en regard du besoin du système de refroidissement, des interfaces électroniques et mécanique, la seconde concerne les SiPM. Reliés à l’électronique par des câbles flexibles, elles sont situées à proximité de l’électronique « FE » et leur température de fonctionnement doit être parfaitement réglée autour des -40°C. Des travaux de simulations numériques sur les logiciels FloTHERM et ANSYS ont été menés sur le banc expérimental réalisé au sein du laboratoire, et qui nous ont permis de déterminer la solution de refroidissement la mieux adaptée. Cette étude nous a aussi montré qu’il est plus que nécessaire d’intégrer des interfaces thermiques « IT» telles que des pâtes thermiques afin d’assurer un meilleur transfert de chaleur entre les composants électroniques et le refroidisseur. La deuxième partie, représente une étude approfondie sur les interfaces thermiques qui sont un point délicat de transfert de chaleur, car elles peuvent avoir plusieurs dizaines de pour cent de la résistance thermique globale. Pour garantir une utilisation adéquate et durable de ces matériaux, plusieurs paramètres ont été vérifiés, en particulier la dureté, la consistance (pas de production de graisse ou d’huile) et la conductivité thermique, grâce à un banc de mesures adapté d’après la méthode normalisé ASTM D5470, grâce auquel on a pu mesurer le flux de chaleur qui traverse l’échantillon d’interface thermique testé et qui est généré par une source chaude et un source froide qui sont montées aux extrémités de notre banc.Grâce à l’installation CHARME (CERN) et à la plate-forme PAVIRMA (Campus des Cézeaux), une série de mesure d’irradiations aux neutrons et aux rayons X sont également effectuées, correspondant à l’environnement dans lequel elles seront exposées dans l’expérience, d’un côté pour identifier les dégradations et changements possibles sur les résistances thermiques par l’analyse de l’impédance thermique, de l’autre pour identifier l’interface thermique qui convient le mieux à notre application et qui permet d’assurer un excellent échange thermique et donc un bon refroidissement de l’électronique frontale au sein du trajectographe du détecteur LHCb. / In the context of the evolution of the biggest circular accelerator of particles «LHC», an important program of upgrade on all the detectors which establishes itself was thrown. Among them, we find the upgrade of the detector LHCb which includes the complete replacement of several sub-detectors. The frequency of high reading of 40MHz, an unprecedented in an experiment of physical appearance of particles, and the environment of severe radiation bound to the increase of the intensity of the LHC, are the main challenges by the new sub-detectors. The work presented in this manuscript, described as a small part of the evolution of the LHCb detector. The development and the construction of a new wide-scale tracker, based on a new technology with scintillating fiber «SciFi», read with photomultipliers to the silicon «SiPM», is one of the key projects of the LHCb upgrade program. The first part, consists in studying the thermal exchanges and designing a cooling system for every Read-Out Box «ROB» which contains two electronic front-end « FE », and which allow to read the data of the detector. The latter has a thermal dissipation about 110W. To ensure the smooth running of electronic components, it is compulsory to set up a cooler. Important constraints are taken into account in this study, the first one represents the space limited compared to the need for the cooling system, the electronic interfaces and mechanical, the second concerns the SiPM. Connected with the electronics by flexible cables, they are located near the electronics «FE» and their temperature of operation is perfectly settled around -40 ° C. Works of digital simulations on the software FloTHERM and ANSYS were led on the experimental bench realized within the laboratory, and which allowed us to determine the best adapted solution of cooling. This study also showed to us that he is more than necessity to integrate thermal interfaces «IT» such as thermal pastas to assure a better transfer of heat between electronic components and cooler. The second part, represents an in-depth study on the thermal interfaces which are a delicate point of transfer of heat, because they can have dozens percent of the global thermal resistance. To guarantee an adequate and sustainable use of these materials, several parameters were verified, in particular hardness, consistency (no production of fat or oil) and the thermal conductivity, thanks to a bench of measures adapted according to the method normalized ASTM D5470, with this bench we could measure the flow of heat through the tested thermal interface sample and which is generated by a hot source and a cold source that are mounted at the ends of our bench.With the installation CHARME (CERN) and PAVIRMA (Cézeaux), a series of measure of irradiations at the neutrons and the X-rays are also made, correspond-ing to the environment in which they will be exposed in the experience, on one side to identify the damages and the possible changes on the thermal resistances by the analysis of the thermal impedance, the other one to identify the thermal interface which suits best our application and which allows to assure an excellent thermal exchange and thus a good cooling of the frontal electronics within the trajectographe of the detector LHCb.