Les patients schizophrènes présentent une sensibilité exacerbée aux distracteurs dans tout l’environnement spatial. Paradoxalement, les études sur l’exploration visuelle avec enregistrement des mouvements oculaires, menées chez les patients schizophrènes, font état d’un profil d’exploration réduit des visages, des paysages, et des images non significatives. La majorité des études réalisées chez ces patients ont été réalisée en condition d’exploration passive (sans instructions) ou lors de la reconnaissance de l’expression faciale. Chez les sujets sains, deux principaux facteurs affectent l’orientation de l’attention : (1) les caractéristiques saillantes (stimulus-driven) de l’image, et (2) les objectifs de l’individu (goal-driven). En effet, les études menées chez les individus sains ont démontré que la capture automatique de l’attention par un distracteur peut être contrôlée lorsque l’attention est focalisée sur une tâche. De plus, des anomalies dans la coordination de séquences d’actions ont été rapportées dans la schizophrénie. Des études ont enregistré les mouvements des yeux de sujets sains pendant la réalisation d’une action (préparer un sandwich). Ces études ont montré que (1) la chronologie des mouvements oculaires suit la chronologie des actions nécessaires pour réaliser la tâche, et (2) l’exploration visuelle est insensible aux objets non pertinents de la scène. Notre objectif est d’examiner si les personnes souffrant de schizophrénie sont capables de contrôler l’orientation spatiale de l’attention au cours de situations impliquant différents degrés de complexité : (1) exploration passive (sans instructions, l’exploration est libre), et (2) exploration active (l’exploration est contrainte par la réalisation d’une tâche). Dans un premier temps, nos études portent sur la comparaison de l’exploration visuelle en condition passive (free viewing) et active (avec une tâche à réaliser) sur des visages. Dans un second temps, nous avons comparé l’exploration visuelle dans des situations d’intention d’action ou d’identification d’action sur des objets ou des personnages exécutant une action. Enfin, dans un troisième temps, les patients et les sujets sains ont été placés dans une situation naturelle avec réalisation d’une action avec des objets familiers ou non familiers. Nos études ont montré une exploration visuelle réduite des patients schizophrènes en condition d’exploration passive, et une amélioration de ce profil d’exploration lorsque les patients sont focalisés sur une tâche. Cependant, les patients présentaient des différences dans leurs stratégies d’exploration par rapport aux sujets sains. / Patients with schizophrenia present a perceptual distractibility in spatial environment. Paradoxically, studies monitoring eye movements, in patients with schizophrenia, show reduced visual scan paths on photographs of faces, landscapes, and meaningless images. In most of the previous studies in schizophrenia, visual scanning has been examined under passive viewing conditions, and for some of them, participants were asked to determine the facial expression. In healthy participants, two main factors affect the orientation of attention: (1) the stimulus-driven, and (2) the goal-driven. Indeed, studies in healthy participants have demonstrated that automatic attention on a distractor can be controlled when attention is focused on a task. Moreover, patients with schizophrenia present an action planning disorganization. Studies have recorded healthy participants’ eye movements during the making of an action (to make a sandwich). These studies have shown that the chronology of eye movements follows the chronology of necessary actions to realize the task, and (2) the visual scanning is independent of irrelevant objects in the scene. This thesis was designed to examine whether patients with schizophrenia are able to control the spatial orientation of their attention during situations implying various degrees of complexity: (1) free viewing, and (2) active viewing (with a task to accomplish). First of all, visual scan paths in a free viewing condition were compared with active viewing conditions on face images. Secondly, we have compared visual scanning in action intention or action identification situations on object images or pictures presenting a character accomplishing an action. Finally, patients with schizophrenia and healthy participants had to make an natural task with familiar or unfamiliar objects. Our studies have shown a restricted visual scanning of patients with schizophrenia in free viewing condition, and an improvement of this pattern when patients realize a task. However, patients with schizophrenia presented different visual strategies compared to healthy participants.

Les patients schizophrènes présentent une sensibilité exacerbée aux distracteurs dans tout l'environnement spatial. Paradoxalement, les études sur l'exploration visuelle avec enregistrement des mouvements oculaires, menées chez les patients schizophrènes, font état d'un profil d'exploration réduit des visages, des paysages, et des images non significatives. La majorité des études réalisées chez ces patients ont été réalisée en condition d'exploration passive (sans instructions) ou lors de la reconnaissance de l'expression faciale. Chez les sujets sains, deux principaux facteurs affectent l'orientation de l'attention : (1) les caractéristiques saillantes (stimulus-driven) de l'image, et (2) les objectifs de l'individu (goal-driven). En effet, les études menées chez les individus sains ont démontré que la capture automatique de l'attention par un distracteur peut être contrôlée lorsque l'attention est focalisée sur une tâche. De plus, des anomalies dans la coordination de séquences d'actions ont été rapportées dans la schizophrénie. Des études ont enregistré les mouvements des yeux de sujets sains pendant la réalisation d'une action (préparer un sandwich). Ces études ont montré que (1) la chronologie des mouvements oculaires suit la chronologie des actions nécessaires pour réaliser la tâche, et (2) l'exploration visuelle est insensible aux objets non pertinents de la scène. Notre objectif est d'examiner si les personnes souffrant de schizophrénie sont capables de contrôler l'orientation spatiale de l'attention au cours de situations impliquant différents degrés de complexité : (1) exploration passive (sans instructions, l'exploration est libre), et (2) exploration active (l'exploration est contrainte par la réalisation d'une tâche). Dans un premier temps, nos études portent sur la comparaison de l'exploration visuelle en condition passive (free viewing) et active (avec une tâche à réaliser) sur des visages. Dans un second temps, nous avons comparé l'exploration visuelle dans des situations d'intention d'action ou d'identification d'action sur des objets ou des personnages exécutant une action. Enfin, dans un troisième temps, les patients et les sujets sains ont été placés dans une situation naturelle avec réalisation d'une action avec des objets familiers ou non familiers. Nos études ont montré une exploration visuelle réduite des patients schizophrènes en condition d'exploration passive, et une amélioration de ce profil d'exploration lorsque les patients sont focalisés sur une tâche. Cependant, les patients présentaient des différences dans leurs stratégies d'exploration par rapport aux sujets sains.

L'interaction sociale représente l’une des difficultés majeures des patients atteints de troubles envahissants du développement (TED). Or, la perception des mouvements humains contribue à la mise en place des comportements sociaux et représenterait un « marqueur » du développement de la cognition sociale. Cette étude de suivi du regard et de pupillométrie visait à caractériser l’attention visuo-spatiale et la charge cognitive au cours de la perception de mouvements biologiques humains porteurs d'intention sociale (MHS) chez 139 participants typiques (PaTYP) et 62 patients atteints d’un TED (PaTED). Chez les PaTYP, l’exploration augmente pour les MHS. Chez les PaTED, un déficit d’exploration des MHS est corrélé à la sévérité de la symptomatologie autistique globale. Ces anomalies de l’attention visuo-spatiale des PaTED réduiraient leur accès à l’information sociale et pourraient participer au trouble de l’interaction sociale et de la communication. / Social interaction is one of the main difficulties for patients with pervasive developmental disorders (PDD). However, the perception of human movement contributes to the development of social behavior and represents a "marker" for the development of social cognition. This eye tracking and pupillometric study aims to characterize the visuospatial attention and cognitive load during perception of social human biological motion (SHM) in 139 typical participants (PaTYP) and 62 patients with ASD (PaTED). In PaTYP, exploration increases for SHM. In PaTED, deficit of the exploration of MHS is correlated with the severity of the global autistic symptomatology. These abnormalities of visuospatial attention in PaTED could reduce their access to social information and participate in social interaction and communication disorders.

Contrairement à la vision fovéale qui assure une perception détaillée de notre environnement visuelle, la périphérie ne permet qu’une vision globale. C’est pourquoi, nous bougeons nos yeux en permanence afin que l’image visuelle soit localisée sur la fovéa, où la résolution spatiale est la meilleure. Cependant, certaines pathologies sont à l’origine d’une perte de la vision centrale et provoquent de nombreuses difficultés dans la vie quotidienne notamment pour lire, conduire, identifier un visage, un objet ou encore naviguer dans l’espace. Contrairement à la lecture, peu d’études ont été réalisées sur la perception des objets et de l’espace dans ces maculopathies où ne persiste que la vision périphérique. Nous nous sommes intéressés à l’étude des capacités de la vision périphérique dans la perception des scènes et des objets.Dans un premier temps, nous avons étudié les capacités de la vision périphérique chez le sujet sain. Nous avons montré qu’en dépit de sa faible résolution spatiale, il était possible de reconnaître des objets et des scènes même à grande excentricité.Dans un second temps, nous nous sommes focalisés sur les effets de la perte de la vision centrale sur la reconnaissance des objets et des scènes. Nous montrons que l’absence de vision centrale induit une plus faible stabilité de fixation associée à un déficit marqué sur l’identification des objets et des scènes, ainsi que sur la recherche visuelle, notamment en condition d’encombrement.Ces études contribuent à comprendre la contribution de la vision centrale et de la vision périphérique sur la reconnaissance des objets et des scènes mais aussi sur le rôle de l’information contextuelle et comment les patients ayant perdu la vision centrale perçoivent le monde réel. / Unlike foveal vision that allows a detailed perception of our visual environment, the periphery only allows a coarse vision. This is why we have to move our eyes all the time in order to localize the image on the fovea, where spatial resolution is better. However, some diseases induce a loss of central vision and cause many difficulties in everyday life especially in reading, driving, face recognition and spatial cognition in general. Unlike word and face perception scene and object perception have had litte investigations in maculopathies in which people have to rely on peripheral vision. This thesis is based on the study of the capabilities of peripheral vision in scenes and objects perception.In the first part we studied scne perception at very large eccentricities in normally sighted young people. We show that, in spite of its low resolution, peripheral vision is efficient to recognize objects and scenes even at very large eccentricities (above 50°).In the second part, we investigated on effects of central vision loss on object and scene perception in identification and visual search tasks on small or realistic panoramic displays. We report a series of experiments showing that central vision loss induced a lower fixation stability which had a strong impact on object and scene and on visual search, especially in crowded conditions.These studies contribute to the understanding of the contribution of central and peripheral vision on object and scene gist recognition but also on the role of contextual information and how patients with central vision loss perceive real-world scenes.

Nos travaux se sont articulés autour du problème de recouvrement temporel rencontré lors de l'estimation des potentiels évoqués. Il constitue, plus particulièrement, une limitation majeure pour l'estimation des potentiels évoqués par les fixations ou saccades oculaires lors d'une expérience en enregistrement conjoint EEG et oculométrie. En effet, la méthode habituellement utilisée pour estimer ces potentiels évoqués, la méthode par simple moyennage du signal synchronisé sur l'évènement d'intérêt, suppose qu'il y a un seul potentiel évoqué par essai. Or selon les intervalles inter-stimuli, cette hypothèse n'est pas toujours vérifiée. Ceci est d'autant plus vrai dans le contexte des potentiels évoqués par fixations ou saccades oculaires, les intervalles entre ceux-ci n'étant pas contrôlés par l'expérimentateur et pouvant être plus courts que les latences des potentiels d'intérêt. Le fait que cette hypothèse ne soit pas vérifiée donne une estimation biaisée du potentiel évoqué du fait des recouvrements entre les potentiels évoqués.Nous avons donc utilisé le Modèle Linéaire Général (GLM), méthode de régression linéaire bien connue, pour estimer les potentiels évoqués par les mouvements oculaires afin de répondre à ce problème de recouvrement. Tout d'abord, nous avons introduit, dans ce modèle, un terme de régularisation au sens de Tikhonov dans l'optique d'améliorer le rapport signal sur bruit de l'estimation pour un faible nombre d'essais. Nous avons ensuite comparé le GLM à l'algorithme ADJAR dans un contexte d'enregistrement conjoint EEG et oculométrie lors d'une tâche d'exploration visuelle de scènes naturelles. L'algorithme ADJAR ("ADJAcent Response") est un algorithme classique d'estimation itérative des recouvrements temporels développé en 1993 par M. Woldorff. Les résultats ont montré que le GLM était un modèle plus flexible et robuste que l'algorithme ADJAR pour l'estimation des potentiels évoqués par les fixations oculaires. Puis, deux configurations du GLM ont été comparées pour l'estimation du potentiel évoqué à l'apparition du stimulus et du potentiel évoqué par les fixations au début de l'exploration. Toutes deux prenaient en compte les recouvrements entre potentiels évoqués mais l'une distinguait également le potentiel évoqué par la première fixation de l'exploration du potentiel évoqué par les fixations suivantes. Il est apparu que le choix de la configuration du GLM était un compromis entre la qualité de l'estimation des potentiels et les hypothèses émises sur les processus cognitifs sous-jacents.Enfin, nous avons conduit de bout en bout une expérience d'envergure en enregistrement conjoint EEG et oculométrie portant sur l'exploration des expressions faciales émotionnelles naturelles statiques et dynamiques. Nous avons présenté les premiers résultats pour la modalité statique. Après avoir discuté de la méthode d'estimation des potentiels évoqués selon l'impact des mouvements oculaires sur leur fenêtre de latence, nous avons étudié l'effet du type d'émotion. Nous avons trouvé des modulations du potentiel différentiel EPN (Early Posterior Negativity), entre 230 et 350 ms après l'apparition du stimulus et du potentiel LPP (Late Positivity Potential), entre 400 et 600 ms après l'apparition du stimulus. Nous avons également observé des variations du potentiel évoqué par les fixations oculaires. Pour le potentiel LPP, qui est un marqueur de la reconnaissance consciente de l'émotion, nous avons montré qu'il était important de dissocier l'information qui est immédiatement encodée à l'apparition du stimulus émotionnel, de celle qui est apportée à l'issue de la première fixation. Cela met en évidence un motif d'activation différencié pour les stimuli émotionnels à valence négative ou à valence positive. Cette différenciation est en accord avec l'hypothèse d'un traitement plus rapide des stimuli émotionnels à valence négative que des stimuli émotionnels à valence positive. / Our research focuses on the issue of overlapping for evoked potential estimation. More specifically, this issue is a significant limitation for Eye-Fixation Related Potentials and Eye-Saccade Related Potentials estimations during a joint EEG and eye-tracking recording. Indeed, the usual estimation, by averaging the signal time-locked to the event of interest, is based on the assumption that a single evoked potential occurs during a trial. However, depending on the inter-stimulus intervals, this assumption is not always verified. This is especially the case in the context of Eye-Fixation Related Potentials and Eye-Saccade Related Potentials, given the fact that the intervals between fixations (or saccades) are not controlled by the experimenter and can be shorter than the latencies of the potentials of interest.The fact that this assumption is not verified gives a distorted estimate of the evoked potential due to overlaps between the evoked potentials.We have therefore used the Linear Model (GLM), a well-known linear regression method, to estimate the potentials evoked by ocular movements in order to take into account overlaps. First, we decided to introduce a term of Tikhonov regularization into this model in order to improve the signal-to-noise ratio of the estimate for a small number of trials. Then, we compared the GLM to the ADJAR algorithm in a context of joint EEG and eye-tracking recording during a task of visual exploration of natural scenes. The ADJAR ("ADJAcent Response") algorithm is an algorithm for iterative estimation of temporal overlaps developed in 1993 by M. Woldorff. The results showed that the GLM model was more flexible and robust than the ADJAR algorithm in estimating Eye-Fixation Related Potentials. Further, two GLM configurations were compared in their estimation of evoked potential at the onset of the stimulus and the eye-fixation related potential at the beginning of the testing. Both configurations took into account the overlaps between evoked potentials, but one additionally distinguished the potential evoked by the first fixation of the exploration from the potential evoked by the following fixations. It became clear that the choice of the GLM configuration was a compromise between the estimation quality of the potentials and the assumptions about the underlying cognitive processes.Finally, we conducted an extensive joint EEG and eye-tracking experiment on the exploration of static and dynamic natural emotional facial expressions. We presented the first results for the static modality. After discussing the estimation method of the evoked potentials according to the impact of the ocular movements on their latency window, we studied the influence of the type of emotion. We found modulations of the differential EPN (Early Posterior Negativity) potential, between 230 and 350 ms after the stimulus onset and the Late Positivity Potential (LPP) , between 400 and 600 ms after the stimulus onset. We also observed variations for the Eye-Fixation Related Potentials. Regarding the LPP component, a marker of conscious recognition of emotion, we have shown that it is important to dissociate information that is immediately encoded at the onset of the emotional stimulus from information encoded at the first fixations. This shows a differentiated pattern of activation according to the emotional stimulus valence. This differentiation is in agreement with the hypothesis of a faster treatment of negative emotional stimuli than of positive emotional stimuli.

Le big data est un challenge majeur de la visualisation ; l'augmentation du nombre de données à visualiser augmente la densité et l'occultation des graphes et il devient difficile de distinguer les éléments qui le compose. Pour résoudre ce challenge, plusieurs techniques de visualisation se focalisent sur la simplification visuelle ; parmi elles, l'agrégation visuelle (bundling) permet l'agrégation des liens pour créer des zones de fortes densités au profit d'espaces plus clairsemés faisant ainsi émerger des structures visuelles. Cette thèse s'efforce à faire le trait d'union entre la complexité technique des algorithmes de bundling et les utilisateurs finaux. Dans un premier temps, nous avons formalisé l'espace de design des techniques de bundling afin d'améliorer la compréhension des chercheurs et des utilisateurs. Notre formalisation se fonde sur une taxonomie centrée utilisateur organisant l'ensemble des techniques d'agrégation en fonction des données d'entrée. Ensuite, à partir d'une définition formelle du bundling, nous proposons un modèle générique décrivant l'ensemble des étapes usuelles des algorithmes de bundling et montrons comment les techniques existantes implémentent chaque étape. Enfin, à travers une analyse des tâches, nous exposons des cas d'utilisation avérés. Notre analyse de l'espace des techniques de bundling nous a montré les limites actuelles du bundling quant au traitement de grande quantité de données tant en terme de rapidité de calcul qu'en terme de taille des jeux de données. Ainsi, nous avons résolu ces limites en introduisant une nouvelle technique plus rapide et sans limitation de taille : FFTEB (Fast Fourier Transform Edge Bundling Technique). Notre technique déplace le processus d'agrégation de l'espace pixelaire vers l'espace spectral. Enfin, grâce à un processus de transfert des données, FFTEB résout les problèmes de taille de jeux de données. En dernier lieu, dans le cadre d'une application à la maladie d'Alzheimer, cette thèse démontre l'efficacité des techniques de bundling comme outil d'exploration visuelle. Dans le contexte d'une étude nationale sur la maladie d'Alzheimer, nous avons focalisé notre recherche sur l'analyse de la représentation mentale de l'espace géographique chez les personnes âgées. Nous montrons que l'utilisation du bundling pour comparer les cartes mentales des populations démentes et non-démentes a permis à des neuropsychologues de formuler de nouvelles hypothèses sur l'évolution de la maladie d'Alzheimer. Ces nouvelles hypothèses nous ont permis de montrer l'émergence d'un potentiel marqueur de la maladie près de douze ans avant que les patients ne soient diagnostiqués comme atteints de cette maladie. / Dense and complex data visualizations suffer from occluded items, which hinders insight retrieval. This is especially the case for very large graph or trails set. To address cluttering issues, several techniques propose to visually simplify the representation, often meeting scalability and computational speed limits. Among them, bundling techniques provide a visual simplification of node-link diagrams by spatially grouping similar items. This thesis strives to bridge the gap between the technical complexity of bundling techniques and the end-point user. The first aim of this thesis was to improve the understanding of graph and trail bundling techniques as a clutter reduction method for node-link diagrams of large data-set. To do so, we created a data-based taxonomy that organizes bundling methods on the type of data they work on. From this thorough review and based on a formal definition of path bundling, we propose a unified framework that describes the typical steps of bundling algorithms in terms of high-level operations and show how existing methods classes implement these steps. In addition, we propose a description of tasks that bundling aims to address and demonstrate them through a wide set of applications. Although many techniques exist, handling large data-sets and selectively bundling paths based on attributes is still a challenge. To answer the scalability and computational speed issues of bundling techniques, we propose a new technique which improves both. For this, we shift the bundling process from the image to the spectral space, thereby increasing computational limits. We address the later by proposing a streaming scheme allowing bundling of extremely large data-sets. Finally, as an application domain, we studied how bundling can be used as an efficient visualization technique for societal health challenges. In the context of a national study on Alzheimer disease, we focused our research on the analysis of the mental representation of geographical space for elderly people. We show that using bundling to compare the cognitive maps of dement and non-dement subjects helped neuro-psychologist to formulate new hypotheses on the evolution of Alzheimer disease. These new hypotheses led us to discover a potential marker of the disease years before the actual diagnosis.

L’objectif de ce travail est d’évaluer le développement des compétences sociales chez les enfants avec TSA d’âge préscolaire. 19 enfants (âge moyen au début de l’étude = 52,44 mois ; écart-type = 10,07) scolarisés en Unités d’Enseignement en Maternelle ont été suivis pendant 10 mois. En référence au modèle de Yeates et collaborateurs (2007), les compétences sociales sont appréhendées selon 2 composantes parmi 3, le traitement de l’information sociale et les comportements d’interaction sociale. Le traitement de l’information sociale est évalué au moyen de l’exploration visuelle de scènes sociales dans un paradigme d’eye-tracking. Les comportements d’interaction sociale sont observés en situation écologique, en milieu scolaire. De façon attendue, les principaux résultats montrent que la sévérité des troubles et le niveau socio-communicatif au début de l’étude des enfants influencent le développement de leurs compétences sociales dans ces deux composantes. Toutefois, ceci est à moduler en fonction du contexte. Les patterns d’exploration des scènes sociales sont relativement stables au cours de l’année scolaire. En revanche, des progrès sont notables au niveau des comportements sociaux en classe. De plus, des liens peuvent être faits entre le développement du traitement de l’information sociale et des comportements d’interaction sociale en classe. L’analyse des profils individuels démontre une variété de trajectoires individuelles de développement des compétences sociales pouvant être mise en lien avec les profils cliniques des enfants. / The purpose of this work is to assess the development of social skills in preschool childrenwith ASD. 19 children (mean age at baseline = 52.44 months, SD = 10.07) enrolled in Kindergarten special schools were followed for 10 months. Based on the model of Yeates et al. (2007), social skills are apprehended according to two of three components, the social information processing and the social interaction behaviors. The social information processing is evaluated by the visual exploration of social scenes in an eye-tracking paradigm. The social interaction behaviors are observed in ecological situation at school. Expectedly, the main results show that the severity of the disorders and the socio-communicative level at the beginning of the study influence the development of children’s social skills in these two components. However, this need to be modulated according to the context. Patterns of social scenes exploration are relatively stable during the school year. On the other hand, a progress is notable in terms of social behavior in the classroom. In addition, links can be made between the development of social information processing and social interaction behaviors in the classroom. The analysis of individual profiles demonstrates a variety of individual social skills development trajectories that can be linked to the clinical profiles of children.

Les visualisations, dans le sens général de représentations externes et physiques de données, sont plus anciennes que l'invention de l'écriture. De manière générale, les représentations externes encouragent la cognition et la pensée visuelle, et nous avons développé des savoir-faire pour les créer et les exploiter. La révolution informatique a augmenté la quantité de données qu'il est possible de collecter et de traiter, et a diversifié les façons de les représenter visuellement. Les systèmes de visualisation assistés par ordinateur, et étudiés dans le domaine de la visualisation d'information, sont aujourd'hui si puissants et complexes que nous avons besoin de techniques d'interaction très sophistiqués. Grâce au développement des possibilités technologiques au-delà des ordinateurs de bureau, un large éventail d'utilisations émerge. Non seulement des surfaces d'affichage de formes et de tailles variées permettent de montrer des visualisations plus riches, mais aussi des dispositifs d'entrée de nouvelle génération peuvent être utilisés qui exploitent les aptitudes humaines à manipuler les objets physiques. Cependant, ces technologies sont peu étudiées dans le contexte de la visualisation d'information. Tout d'abord, un premier problème découle d'une terminologie insuffisante. Dans cette thèse, je définis et étudie entre autres le concept de corporalisation (embodiment) pour la visualisation d'information. Concernant les visualisations, la corporalisation réfère à la congruence entre les éléments visuels d'une visualisation et leurs formes physiques. Ce concept intègre des concepts déjà connus tels que la tangibilité. Par exemple, l'interaction tangible s'attache à la représentation d'objets virtuels par des objets physiques. Mais en réalité, leur forme physique n'est pas nécessairement congruente avec l'objet virtuel. Un second problème découle du peu d'exemples convaincants d'interfaces tangibles appliquées à la visualisation d'information. Dans le domaine de la visualisation d'information, les écrans standard et les dispositifs d'entrée génériques tels que la souris, sont toujours les plus courants et considérés comme les plus efficaces. Cependant, aussi bien la partie affichage que la partie contrôle fournit des possibilités de corporalisation : les dispositifs d'entrée peuvent être spécialisés et adaptés de façon à ce que leur forme physique ressemble à leur fonction; les écrans peuvent être rendus déformables ou, dans l'avenir, être composés d'une matière programmable capable de prendre n'importe quelle forme imaginable. Mais la recherche sur les écrans et matières déformables est pour l'instant principalement dirigée par l'innovation technologique sans tenir compte des applications possibles à la visualisation d'information. Dans cette thèse, j'propose la corporalisation comme principe de conception pour la visualisation d'information. Je démontre l'efficacité et l'utilisabilité des dispositifs d'entrée corporalisés ainsi que des affichages corporalisés, en présentant trois expériences contrôlées. Par la suite, je présente un modèle d'interaction conceptuel et un système de notation visuelle pour décrire, comparer et critiquer différents types de systèmes de visualisation, et j'illustre l'utilisation de ce modèle à partir d'études de cas. Enfin, je présente un outil de conception pour aider à la création de visualisations physiques. Cet outil s'adresse à des utilisateurs novices en visualisation d'information et en fabrication numérique, et peut contribuer à sensibiliser ces utilisateurs à l'intérêt d'explorer des données qui les concernent dans leur vie quotidienne. En résumé, cette thèse contribue à la compréhension de la valeur ajoutée des interfaces physiques pour la visualisation d'information.

Des anomalies du traitement des informations sensorielles sont observées dans l'autisme, notamment, les signaux dynamiques semblent trop rapides et/ou complexes pour être convenablement traités par les personnes avec TSA. Aussi, ralentir ces signaux (Gepner, 2001, 2005) pourrait les aider à les percevoir et faciliterait leur compréhension aux interactions sociales. Nous avons proposé des enfants avec TSA, âgés de 3 à 8 ans, pendant un an des séances hebdomadaires d'orthophonie impliquant l'utilisation d'un logiciel ralentissant le son et les images des vidéos (Logiral(TM)). Un groupe contrôle d'enfants avec TSA, bénéficiant de séances d'orthophonie mais sans l'utilisation de Logiral(TM), a également été constitué. Nous avons comparé l'évolution des compétences socio-communicatives des deux groupes ainsi que les comportements d'exploration visuelle lors de la présentation du visage d'une narratrice racontant une histoire. Nos résultats montrent une amélioration significative de la capacité à imiter et diminution des comportements inadaptés uniquement pour les enfants du groupe expérimental. Après un an d'utilisation de Logiral(TM), ces enfants regardent davantage le visage et ses caractéristiques internes (yeux et bouche). / Sensory processing abnormalities are observed in autism, in particular dynamic signals involved in interactions seem too fast and/or too complex to be adequately treated by people with ASD. Also, slow down the speed of these signals (Gepner, 2001, 2005; Gepner et al, 2001, 2002, 2005) could help them to perceive informations and could facilitate their understanding in social interactions. We proposed to children with ASD, aged from 3 to 8 years, speech therapy weekly for a year with the use of a software (Logiral(TM)) to slow down sound and pictures. A control group of children with ASD, receiving speech therapy without the use of Logiral (TM) was also set up. We compared the evolution of the social communication skills of the two groups and their visual exploration behavior during the presentation of the face of a narrator telling a story. Our results show a significant improvement in the ability to imitate and a decrease in inappropriate behaviors, and this, only for the children in the experimental group. After a year of using Logiral(TM), these children watch more facial and internal features (eyes and mouth) which is no observed for children in the control group.

Les visualisations, dans le sens général de représentations externes et physiques de données, sont plus anciennes que l'invention de l'écriture. De manière générale, les représentations externes encouragent la cognition et la pensée visuelle, et nous avons développé des savoir-faire pour les créer et les exploiter. La révolution informatique a augmenté la quantité de données qu'il est possible de collecter et de traiter, et a diversifié les façons de les représenter visuellement. Les systèmes de visualisation assistés par ordinateur, et étudiés dans le domaine de la visualisation d'information, sont aujourd'hui si puissants et complexes que nous avons besoin de techniques d'interaction très sophistiqués. Grâce au développement des possibilités technologiques au-delà des ordinateurs de bureau, un large éventail d'utilisations émerge. Non seulement des surfaces d'affichage de formes et de tailles variées permettent de montrer des visualisations plus riches, mais aussi des dispositifs d'entrée de nouvelle génération peuvent être utilisés qui exploitent les aptitudes humaines à manipuler les objets physiques. Cependant, ces technologies sont peu étudiées dans le contexte de la visualisation d'information. Tout d'abord, un premier problème découle d'une terminologie insuffisante. Dans cette thèse, je définis et étudie entre autres le concept de corporalisation (embodiment) pour la visualisation d'information. Concernant les visualisations, la corporalisation réfère à la congruence entre les éléments visuels d'une visualisation et leurs formes physiques. Ce concept intègre des concepts déjà connus tels que la tangibilité. Par exemple, l'interaction tangible s'attache à la représentation d'objets virtuels par des objets physiques. Mais en réalité, leur forme physique n'est pas nécessairement congruente avec l'objet virtuel. Un second problème découle du peu d'exemples convaincants d'interfaces tangibles appliquées à la visualisation d'information. Dans le domaine de la visualisation d'information, les écrans standard et les dispositifs d'entrée génériques tels que la souris, sont toujours les plus courants et considérés comme les plus efficaces. Cependant, aussi bien la partie affichage que la partie contrôle fournit des possibilités de corporalisation : les dispositifs d'entrée peuvent être spécialisés et adaptés de façon à ce que leur forme physique ressemble à leur fonction; les écrans peuvent être rendus déformables ou, dans l'avenir, être composés d'une matière programmable capable de prendre n'importe quelle forme imaginable. Mais la recherche sur les écrans et matières déformables est pour l'instant principalement dirigée par l'innovation technologique sans tenir compte des applications possibles à la visualisation d'information. Dans cette thèse, j'propose la corporalisation comme principe de conception pour la visualisation d'information. Je démontre l'efficacité et l'utilisabilité des dispositifs d'entrée corporalisés ainsi que des affichages corporalisés, en présentant trois expériences contrôlées. Par la suite, je présente un modèle d'interaction conceptuel et un système de notation visuelle pour décrire, comparer et critiquer différents types de systèmes de visualisation, et j'illustre l'utilisation de ce modèle à partir d'études de cas. Enfin, je présente un outil de conception pour aider à la création de visualisations physiques. Cet outil s'adresse à des utilisateurs novices en visualisation d'information et en fabrication numérique, et peut contribuer à sensibiliser ces utilisateurs à l'intérêt d'explorer des données qui les concernent dans leur vie quotidienne. En résumé, cette thèse contribue à la compréhension de la valeur ajoutée des interfaces physiques pour la visualisation d'information. / Visualizations in the most general sense of external, physical representations of information are older than the invention of writing. Generally, external representations promote external cognition and visual thinking, and humans developed a rich set of skills for crafting and exploring them. Computers immensely increased the amount of data we can collect and process as well as diversified the ways we can represent it visually. Computer-supported visualization systems, studied in the field of information visualization (infovis), have become powerful and complex, and sophisticated interaction techniques are now necessary to control them. With the widening of technological possibilities beyond classic desktop settings, new opportunities have emerged. Not only display surfaces of arbitrary shapes and sizes can be used to show richer visualizations, but also new input technologies can be used to manipulate them. For example, tangible user interfaces are an emerging input technology that capitalizes on humans' abilities to manipulate physical objects. However, these technologies have been barely studied in the field of information visualization. A first problem is a poorly defined terminology. In this dissertation, I define and explore the conceptual space of embodiment for information visualization. For visualizations, embodiment refers to the level of congruence between the visual elements of the visualization and their physical shape. This concept subsumes previously introduced concepts such as tangibility and physicality. For example, tangible computing aims to represent virtual objects through a physical form but the form is not necessarily congruent with the virtual object. A second problem is the scarcity of convincing applications of tangible user interfaces for infovis purposes. In information visualization, standard computer displays and input devices are still widespread and considered as most effective. Both of these provide however opportunities for embodiment: input devices can be specialized and adapted so that their physical shape reflects their functionality within the system; computer displays can be substituted by transformable shape changing displays or, eventually, by programmable matter which can take any physical shape imaginable. Research on such shape-changing interfaces has so far been technology-driven while the utility of such interfaces for information visualization remained unexploited. In this thesis, I suggest embodiment as a design principle for infovis purposes, I demonstrate and validate the efficiency and usability of both embodied visualization controls and embodied visualization displays through three controlled user experiments. I then present a conceptual interaction model and visual notation system that facilitates the description, comparison and criticism of various types of visualization systems and illustrate it through case studies of currently existing point solutions. Finally, to aid the creation of physical visualizations, I present a software tool that supports users in building their own visualizations. The tool is suitable for users new to both visualization and digital fabrication, and can help to increase users' awareness of and interest in data in their everyday live. In summary, this thesis contributes to the understanding of the value of emerging physical representations for information visualization.