Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Ce travail est une contribution à l'étude du système homme-machine, dont l'avènement est le postulat que l'homme est, d'une certaine manière, contraint de cohabiter avec un partenaire trop discipliné et trop algorithmique. L'homme et la machine sont côte à côte pour gérer et contrôler les systèmes que l'on utilise dans la vie de chaque jour, surtout des systèmes de grandes complexités, où l'état d'esprit "homme-machine" est bien clair. Les activités de l'homme, montrant son rôle et sa place, se matérialisent soit par l'accomplissement du travail que le système technique (machine) est incapable d'accomplir, soit par la surveillance, la récupération d'aléas venant du système technique. A partir de cela, la relation homme-machine devient plus qu'un partenariat, elle se transforme en couple (homme, machine) indissociable, dont la forme et l'organisation sont les garant du bon déroulement du processus de production. Ainsi, l'automatisation des processus industriels devient une sorte de réunion harmonieuse de deux entités pour le bien de tous. Par l'automatisation harmonieuse on entend concevoir des systèmes de plus en plus socio-technique, là où l'homme à sa vrai place. Notre travail s'articule autour d'une vision de conception adéquate des systèmes, homme-machine, qui répond aux exigences d'optimisation des performances de tels systèmes, car la prise en compte de l'élément humain dès l'étape de la conception renforce la stabilité et l'optimalité de toutes les fonctions du système. Cette vision est matérialisée par la proposition d'une méthodologie globale pour la conception et renforcée par une approche de spécification des actions. L'application de cette vision trouve sa place dans le cadre de l'étude de la conception et de la mise en oeuvre d'une cellule de désassemblage en tant qu'un système homme-machine coopératif. Dans ce cadre, deux aspects principaux ont été développés : le premier est le système d'aide à la supervision et à la surveillance, en montrant qu'une construction d'outil d'aide à la conduite passe par l'analyse de comportement décisionnel de l'homme et par la spécification technique et ergonomique des actions du système de supervision et de surveillance. Le deuxième aspect est l'étude du processus d'exécution des tâches robotisées ou partagées avec un robot. Ce travail se justifie par un certain besoin de connaître davantage et de connaître différemment dans un esprit de mieux faire.

Ce mémoire contribue à la thématique de l'évaluation des interfaces utilisateur. Il se base sur deux contributions pour l'évaluation de ces interfaces. La première consiste en un Framework se basant sur trois différentes techniques d'évaluation (le mouchard électronique, le questionnaire et l'inspection des règles ergonomiques). La seconde consiste en deux ensembles de composants graphiques pour la composition d'interfaces graphiques avec les environnements de développement intégral du type WYSIWYG. Le premier ensemble vise à inspecter la présentation statique de l'interface lors de la conception de cette dernière. Cette inspection s'effectue localement par le composant graphique lui-même par rapport à un ensemble de règles ergonomiques. Le second ensemble consiste à l'évaluation de l'interface utilisateur en analysant l'interaction entre l'utilisateur et l'interface. Cet ensemble de composants opère avec un mouchard dédié à cet usage. Une évaluation de ces deux contributions ainsi que des perspectives de recherche concluront ce présent mémoire.

Ce travail s’inscrit dans le cadre général de l’assistance à la conduite pour les personnes handicapés moteurs et propose d’aborder cette problématique de façon expérimentale sur un système réel, en mettant l’accent sur l’optimisation de la coopération humain – machine. L’objectif de cette thèse consiste plus particulièrement en l’implémentation et l’évaluation d’une interface haptique de commande de fauteuil roulant électrique destinée à des personnes handicapés moteurs. Les interfaces utilisées sont un joystick à retour d’effort sidewinder2™ et un effecteur haptique à stylet phantom omni™. L’utilisation d’un capteur télémétrique laser sur le fauteuil permet en outre de recueillir des informations sur l’environnement du fauteuil. Nous utilisons des mesures ergonomiques d’efficacité telles que le temps d’exécution des tâches, les erreurs et la charge de travail afin d’établir des critères d’évaluation de notre système. La méthodologie suivie et les aspects pratiques de cette étude sont exposés, justifiés et discutés en se basant notamment sur les travaux de recherche décrits dans la littérature portant sur l’utilisation des interfaces haptiques pour le contrôle de systèmes robotisés et/ou téléopérés. L’évaluation du système ainsi conçu vise à comparer les performances de conduite d’un fauteuil roulant commandé par un effecteur à retour d’effort par rapport à une commande classique. Les résultats obtenus sont analysés statistiquement. Une étude théorique est également proposée basée sur la modélisation du système pilote-véhicule et des conclusions sur la validité et la pertinence des modèles testés sont présentées / This work lies within the general framework of the driving assistance for people with motor disabilities and proposes to address this issue experimentally on a real system, with emphasis on the optimization of the human–machine cooperation. The objective of this thesis consists especially in the implementation and the assessment of a haptic interface for the control of a powered wheelchair for people with motor disabilities. The interfaces used for this purpose are the force feedback joystick sidewinder2™ and the haptic device phantom omni™. Moreover, the use of a laser range sensor allows gathering information about the wheelchair environment. We use ergonomic efficiency measures such as the tasks execution time, the errors and the workload in order to establish criteria for evaluating our system. The methodology and the practical aspects of this study are exposed, justified and discussed based particularly on the research work described in the literature about the use of haptic interfaces to control robotic and / or remote controlled systems. The evaluation of such a system aims to compare the driving performance of a powered wheelchair controlled by a force feedback device compared to a conventional control. The results are statistically analyzed. A theoretical study is also proposed based on the modelling of the driver-vehicle system and conclusions about the validity and relevance of the tested models are presented

Cette thèse traite des technologies persuasives et plus particulièrement de leur adaptation, pour en optimiser l’efficacité et la pertinence auprès de l’utilisateur. Les technologies persuasives sont des technologies conçues pour modifier le comportement de leurs utilisateurs, sans utilisation de la coercition ni de la tromperie. L’étude de la persuasion technologique se caractérise par un grand nombre de techniques pour altérer le comportement de l’utilisateur, mais des méthodes pour mettrent en oeuvre ces technologies encoreperfectibles.Elles ont pour fondement la persuasion inter-personnelle, étudiée depuis plus de deux millénaires dans le champ de la rhétorique, de la philosophie, et plus récemment de la psychologie. Cette dernière discipline proposent des théories et modèles pour rendre compte et comprendre les processus à l’oeuvre dans le choix d’un comportement. Ces théories nous montrent en particulier que les situations persuasives sont complexes, variées, avec de nombreux facteurs d’influence. C’est pourquoi nous proposons la notion de technologies persuasives adaptatives, des technologies capables d’adapter leurs stratégies de persuasion à l’utilisateur dans son contexte. Pour mettre en oeuvre ces dispositifs, nous proposons dans un premier un modèle du contexte persuasif, c’est-à-dire de l’ensemble des contraintes qui influencent l’adoption d’un comportement cible par un individu et à un instant donnés. Chacune de ces contraintes est à la fois un critère d’adaptation et un levier d’action dans la quête persuasive de la technologie. Pour chacun de ces leviers, nous avons identifié les techniques de persuasion qui permettent de les actionner. Dans un second temps, nous avons caractérisé l’adaptation de la persuasion sur un espace problème autour de cinq axes : la finalité, la cible, les critères et la dynamique de l’adaptation, ainsi que le rôle joué par l’utilisateur dans ce processus. Enfin, nous avons montré l’intérêt de l’adaptation, et des outils précédemment cités, dans la mise en oeuvre d’un dispositif persuasif dédié à la régulation du temps d’usage du smartphone. / This thesis deals with persuasive technologies, and in particular adaptation of the persuasion in order to optimize efficiency and relevance of those technologies. Persuasive technologies are technologies design to change behaviors without using coercion or deception. Numerous techniques to shape user behavior but few and perfectible methods to design these technologies characterized the research domain of persuasive technologies.The background of persuasive technologies is the traditional interpersonal persuasion, studied for over two thousand years in rethoric, philosophy, and more recently psychology. This last discipline offers many theories and models to understand more precisely the process that determine human behaviors. These theories show in particular that persuasive situations are complex, varied, with many influence factors. That is why we propose the notion of adaptive persuasive technologies : technologies able to adapt their persuasive stategies to the user context. To design these products and services, we propose in the first place a model of the persuasive context, that is all the constraints that influence the practice of a targeted behavior by the user at a given time. Each constraint in the persuasive context is at the same time an adaptation criteria and an action lever for the adaptive persuasive technology. For each lever, we identify the persuasive principle that can be used to move it. In a second time, we propose a problem space that characterized the adaptation of the persuasion, thanks to five axis : the purpose, the target, the criteria and the dynamic of the adaptation, and the user role in the adaptation process. Finally, by making and assessing TILT, a persuasive application dedicated to smartphone usage regulation, we show that the adaptation of the persuasion, with the use of the persuasive contexte model and the problem space, benefits to the persuasive efficiency.

La gamification est le processus conduisant à l’emploi d’éléments de jeux adaptés au profil des utilisateurs dans des systèmes professionnels numériques afin d’accroître leur motivation, leur engagement avec un accent mis sur des interactions agréables voire de l’amusement. Ce concept récent questionne l’ergonomie, a fortiori dans un contexte professionnel. Il y a un besoin de définition, de mise en œuvre, d’évaluation et de réflexion sur ce qui engage l’utilisateur et sur son sens. L'expérience 1 analyse la perception de la gamification chez des concepteurs qui doivent identifier et catégoriser les éléments ludiques d’interfaces. Deux dimensions apparaissent : cosmétique et implicative. L'expérience 2 s’intéresse à la perception de la gamification chez des utilisateurs finaux avec un comparatif système gamifié / non gamifié. Les analyses révèlent que la gamification possède un impact primaire positif et un impact secondaire non désirable. Ensuite, un guide de conception est construit avec une description du processus de conception et une boîte à outils (principes généraux, arbres de décision, grille de conception). Il est validé lors de l’expérience 3 où des sujets doivent gamifier un système avec ou sans le guide. Les résultats indiquent qu’il favorise la fluidité, la flexibilité, l’originalité et l’élaboration. En définitive, ces travaux apportent des précisions conceptuelles et des clés de réflexion autour de l’idéologie de la gamification et des ressorts psychologiques employés pour engager, motiver mais aussi persuader, induire des comportements et contrôler. Pour finir, les suites à donner à ces travaux et l'avenir de la gamification sont abordés. / Gamification is the process of using game elements in professional digital systems, elements which are tailored to users’ profiles in order to increase their motivation and commitment with an emphasis on appealing, even amusing, interactions. This digital interface design modality questions ergonomics, especially when applied to professional contexts. Gamification needs to be defined, designed for and evaluated. Furthermore, the mechanism behind user commitment and the meaning of gamification needs to be carefully considered. The first experiment analyzes the perception of gamification by designers. They have to identify the ludic parts of gamification interfaces and then to categorize it. Two dimensions are identified: cosmetic and involvement. The second experiment analyzes the perception of gamification by end users through a comparison between gamified and non gamified versions of an interface. Analyses reveal that gamification has a primary impact, which affects positively the interaction, and an unwanted secondary impact. Then, a design guide is created which consists of a description of the design process and a toolbox (main principles, decision trees, design grid). It is validated through a third experiment: subjects, split into two groups (with / without the guide) are asked to gamify a system. The results show that the guide favors fluidity, flexibility, novelty and details. To conclude, this work provides conceptual details as well as a discussion about the ideological part of gamification and the psychological techniques, which are used to commit and motivate as well as to persuade, change behavior and control. Finally, next steps for research are suggested.

Nos recherches s'inscrivent dans le domaine des EIAH et plus particulièrement dans les recherches menées sur la conception d'environnements d'apprentissage des langues étrangères. Nous nous intéressons à la conception et au support d'activités interactives au sein d'un micromonde dédié à l'apprentissage du français langue étrangère. L'idée sur laquelle repose la thèse est que l'apprentissage de la langue peut prendre place dans l'interaction entre un apprenant et un agent conversationnel. L'usage de la langue étrangère est mis en jeu au travers de la simulation d'une tâche applicative à accomplir dans un monde virtuel, réalisation impliquant la communication entre un apprenant et son partenaire virtuel. Nous élaborons des modèles qui décrivent les activités pédagogiques mises en place et le support aux interactions qu'elles génèrent. Ces modèles se décrivent selon trois dimensions qui permettent de caractériser la conception : tâche, interaction et langue. La description de la dimension tâche recouvre la description des tâches pédagogiques proposées aux apprenants, des tâches interactives créées à partir des spécifications des tâches pédagogiques et de la tâche applicative dont la résolution sert de prétexte à l'interaction. La description de la dimension interaction présente les types d'interaction attendus entre l'apprenant et son partenaire au cours des activités pédagogiques et le modèle d'interaction qui articule ces types d'interaction. La présentation de la dimension langue décrit le modèle du lexique, les mécanismes d'analyse des énoncés de l'apprenant et de génération des réactions du partenaire. Ces modèles ont été mis en œuvre lors de l'implémentation d'un prototype. Ce prototype a été expérimenté auprès de débutants en français langue étrangère.

Les systèmes de question- réponse monolingues ou multilingues permettent de chercher dans une grande collection de documents (de type journalistique par exemple), ou sur le Web une réponse précise à une question. Cependant, il n'y a pas d'interaction possible après la réponse : on ne peut pas demander une précision, modifier sa question. Or souvent la réponse ne peut pas être apportée directement (question trop imprécise), ou n'est pas pleinement satisfaisante pour l'utilisateur. Le sujet de la thèse proposée consiste à étendre ces travaux de manière à permettre à un utilisateur d'engager un vrai dialogue, qui ne se réduise pas à une question/une réponse, en se fondant sur le travaux menés dans le cadre du dialogue homme-machine. Le contexte de cette thèse se situe dans le prolongement des travaux menés dans le groupe LIR du LIMSI. En effet, nous travaillons depuis plusieurs années sur les systèmes de Question-Réponse, et nous avons participé à plusieurs campagnes d'évaluation, tant sur le monolingue anglais (campagne TREC-QA : http: / / t rec.nist.gov/), que sur le monolingue français (campagne EqueR-EVALDA : http: / /www.elda.org/article118.html) ou sur le multi-lingue (campagne CLEF-QA : http: / / clef- qa.itc.it /). Ces campagnes présentent l'intérêt de permettre une évaluation de nos travaux par rapport à la communauté nationale et internationale. Elles nous ont également permis d'en mesurer les limites et de définir des champs de recherche très ouverts, que ce soit au niveau de notre groupe ou des perspectives envisagées dans le cadre même de ces campagnes d'évaluation. Par ailleurs, nous avons longtemps travaillé sur les systèmes de dialogue homme-machine, plus ou moins finalisés. Le cadre des systèmes ouverts (sans tâche définie a priori) que constitue la recherche dans des grandes collections de documents ou sur le web nous permet de reprendre et d'étendre ces travaux. Le but de cette thèse est donc d'ouvrir les systèmes de question/ réponse à un dialogue au cours duquel n'importe quel sujet peut être abordé. Le point de départ est une adaptation des travaux menés en dialogue Homme-Machine dans des domaines restreints à un système de Questions-Réponses. Ces recherches ont pour finalité d'apporter des perspectives nouvelles au moteur de recherche d'information classique, à la fois en terme de précision de l'information trouvée, de volume d'information traitées et de gain de temps pour accéder à cette information.

It is proposed to investigate the cognitive processes involved in assembly/disassembly tasks, and then to apply the findings to the design of 3D virtual environments (VEs). Virtual Environments are interactive systems that enable one or more users to interact with the simulation of objects and scenes usually in three dimensions, in a realistic fashion, by means of a set of computational techniques covering one or more sensory modalities (vision, touch, haptic, hearing, etc.). Often described as the ultimate direct manipulation interface, this technology seeks to make the interface eventually 'disappear' in order to provide users with a 'natural' mode of interaction. Virtual reality (VR) is the experience of being within a VE. One objective of the VR technology is indeed to exploit natural human behaviour without requiring any learning from their users [Fuchs2003], [Bowman2005]. Moreover, VEs are a stimulating field of research because they involve perceptually and cognitively novel situations [Burkhardt2003]. VEs also offer a large potential of innovative solutions to existing application problems. Among others, assembly tasks are a major focus for VEs [Boud2000], [Brooks1999], [Lok2003‐a], [Lok2003‐b], due to their numerous potential applications, such as assembly/disassembly of objects, scientific research (e.g., molecular docking [Ferey2009] etc.). The common feature in VEs is the use of representations and devices to support the users in handling and arranging several distinct elements in a three dimensional (3D) space under specific constraints. Most of the current devices and interaction techniques have focused on providing users with high‐fidelity sensory stimulations, rather than targeting real‐life or task‐centred functions associated with the corresponding interfaces. While many contributions have been made to the field of VR, there are only few empirical data that have been published. We believe that it is very unlikely that more adapted VEs and assistance to users' task - in the specific context of assembly tasks - will follow either just by chance [Brooks1999], by making repeated trials, by tuning what we already have at hand, or by more realistic sensory renderings, without any reference to the 'specific properties of the tasks' including its cognitive dimension. Consequently, a clear picture of the cognitive processes and constraints in real tasks involving spatial manipulation should lead to a significant enhancement of the users' interactions with VEs. This enhancement can be made by creating better or new guidance mechanisms (e.g., video feedback, object collision detection, or avoidance mechanisms) adapted to the users' goals and strategies. This project thus involves work both from the cognitive side and its implications on 3D interactions in industrial VEs. The objective of this doctoral work is to contribute to a better understanding of human factors (HF) - including performance and cognitive processes - related to assisting spatial 3D manipulation and problem‐solving in assembly/disassembly tasks in VEs. For that purpose, we compared performance and strategies of subjects while they solve a simplified spatial task requiring them to assemble pieces to form a specified shape in various conditions of interfacing actions in real and virtual environments. The assembly task chosen was neither very easy such as put peg‐in‐a‐hole type task, as in [Zhang2005], [Pettinaro1999], or [Unger2001], nor highly complex and specific, such as performing open heart or liver surgery [Torkington2001] (one whose results could be applied only to that specific kind of task). The chosen task was semi‐complex, in which the users were required to construct a 3D cube using seven rectangular blocks of different sizes and shapes. The methodology used had two tiers: real and virtual. For the chosen assembly task, a study was first conducted in real settings, which was to provide inspiration, input, and insight for the main experiment to follow. The main experiment that followed was similar in design, but the difference was that it was conducted in virtual settings. The experiment in virtual settings was conducted in three modalities - the classical keyboard‐mouse, the gestural modality, and the vocal modality.

This book addresses the problems of spoken dialogue system design and especially automatic learning of optimal strategies for man-machine dialogues. Besides the description of the learning methods, this text proposes a framework for realistic simulation of human-machine dialogues based on probabilistic techniques, which allows automatic evaluation and unsupervised learning of dialogue strategies. This framework relies on stochastic modelling of modules composing spoken dialogue systems as well as on user modelling. Special care has been taken to build models that can either be hand-tuned or learned from generic data.