Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'ouverture des EIAH (EnvironnementsInformatiques pour l'Apprentissage Humain), pour répondre à leur faible déploiement dansles établissements de formation, en facilitant leur appropriation par des usagers. Notre travailde recherche s'inscrit dans le cadre du projet REDiM (Réingénierie des EIAH Dirigée par lesModèles) mené au LIUM (Laboratoire d'Informatique de l'Université du Maine), dont un desobjectifs est d'intégrer les enseignants dans le processus de conception des scénariospédagogiques d'un EIAH.Nous proposons une approche d'ingénierie et de réingénierie pour rendre un EIAH ouvertà la conception et à l'adaptation de ses scénarios pédagogiques par les enseignantsutilisateurs. Nous avons défini un processus de conception basé sur la modélisationde scénarios pédagogiques ouverts (SPO), qui permet l'instrumentation des enseignantspour les aider dans la conception continue (i.e. qui se poursuit dans l'usage) d'une activitéd'apprentissage. Nous faisons trois propositions scientifiques :- Un modèle de représentation des SPO, qui permet de les structurer en variantes enfonction des contextes d'exécution. Nous qualifions ce modèle de rationnel puisqu'il s'appuieprincipalement sur l'approche du Design Rationale que nous avons adaptée à notreproblématique.- Un processus itératif et incrémental d'ingénierie et de réingénierie qui guide lesenseignants pour concevoir et adapter des SPO conformes au modèle que nous avonsdéfini.- Une méthode dirigée par les modèles et spécifique au domaine métier pour instrumenterle processus d'ouverture des scénarios pédagogiques d'un EIAH existant. Cette méthoded'instrumentation, reposant sur l'IDM (Ingénierie Dirigée par les Modèles) et le DSM(Domain-Specific Modeling), implique les enseignants utilisateurs de l'EIAH, considérés icicomme des experts du domaine. Elle est structurée en plusieurs phases qui amènentprogressivement à définir, de façon spécifique à l'EIAH considéré, un langage d'expressiondes SPO (ADSGEML - Adaptive Domain-Specific Graphical Educational ModelingLanguage) et un éditeur associé permettant la conception et l'adaptation des SPO dansl'univers métier de l'EIAH.Afin d'évaluer et de raffiner nos propositions, nous les avons appliquées sur l'EIAH"Hop3x", préalablement conçu au LIUM dans le cadre d'un autre projet pour pratiquer laprogrammation orientée objet. Nous avons donc élaboré un ADSGEML et un environnementd'édition graphique pour permettre aux enseignants de concevoir et d'adapterdynamiquement des sessions ouvertes de Hop3x, à un niveau élevé d'abstraction.

Le CERV constitue à Brest un pôle d'excellence en réalité virtuelle à vocation européenne. Les systèmes que l'on cherche à modéliser sont de plus en plus complexes, du fait essentiellement de la diversité des composants, de la diversité des structures et de la diversité des interactions mises en jeu. Un système est alors a priori un milieu ouvert (apparition/disparition dynamique de composants) et hétérogène (morphologies et comportements variés). La réalité virtuelle implique pleinement l'utilisateur humain dans la simulation, rejoignant ainsi l'approche de la conception. La majorité des travaux en réalité virtuelle concerne l'immersion sensorimotrice de l'utilisateur humain au sein d'univers. Ces univers virtuels offrent à l'utilisateur la sensation d'être dans l'environnement et lui donne la possibilité d'y agir. Pour être complet, il faut également "qu'il s'y passe quelque chose", et pas seulement en terme de résultat des actions de l'utilisateur. Les entités qui peuplent les univers virtuels doivent donc avoir un comportement autonome. Ceci soulève la question suivante : comment doter une entité d'un comportement autonome dans un environnement virtuel complexe auquel l'homme participe ? Des techniques d'intelligence artificielle symbolique ont déjà été appliquées pour définir ces comportements. Mais ces techniques montrent très vite leurs limites car elles sont principalement basées sur des règles de comportements mises a priori par le concepteur. Or, dans des mondes virtuels complexes (simulation ouverte, hétérogène et participative), plusieurs entités vont avoir des comportements imprédictibles (variabilité comportementale des entités autonomes, libre arbitre de l'utilisateur), créant ainsi des situations toujours nouvelles. Et face à une situation non prévue par le programmeur, les entités auront le plus souvent des comportements inadaptés. C'est pourquoi les méthodologies tirées des systèmes artificiels adaptatifs peuvent contribuer à pallier ces limitations. Le travail que je poursuis porte sur la thématique de l'adaptation de comportements d'entités autonomes en environnement virtuel participatif. Adapter son comportement, c'est effectuer des transformations conduisant à s'adapter à son environnement. Cette adaptation aura pour objectif de rendre le comportement de l'entité virtuelle le plus crédible possible (ressemblant à un comportement humain). Pour cela, nous prenons le parti de considérer que l'entité doit apprendre au fur et à mesure des expériences, elle doit anticiper le comportement des autres entités et les conséquences sur l'environnement, elle doit également exploiter la présence de l'utilisateur humain dans l'univers virtuel pour adapter son comportement. Imaginons un monde virtuel où chaque entité, au même titre qu'un humain, aurait son propre comportement qui évolue automatiquement pendant la simulation. C'est tout l'enjeu des travaux de recherche présentés ici.

Le travail que nous présentons dans cette thèse s'intègre dans une problématique générale des Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH). Il s'intéresse plus particulièrement aux Systèmes Hypermédias Adaptatifs Dynamiques (SHAD). Le but principal est d'examiner l'intérêt de la granularité fine pour l'adaptation des parcours dans ces systèmes. Il s'agit, en fait, de la génération automatique de cours adaptés à un apprenant particulier, à partir d'un ensemble de ressources pédagogiques et en fonction de ses besoins, ses préférences et ses pré-requis. Les ressources pédagogiques appelés actuellement objets pédagogiques sont indexés en utilisant des normes et des standards de métadonnées éducatifs comme LOM et SCORM. Ces objets pédagogiques, qui constituent le contenu à apprendre, sont assemblés à partir de grains pédagogiques puis associées pour constituer des parcours individuels de formation avec une présentation de type hypermédia. Nous proposons dans le cadre de ce travail, une nouvelle approche de la granularité des ressources pédagogiques basée sur la taille, le contenu et le type de média utilisé. Cette modélisation granulaire propose une décomposition du contenu en fragments ou grains pédagogiques de type introduction, définition, exemple, remarque, etc. Chacun de ces fragments est représenté par des briques multimédia de type : texte, image, son, vidéo, etc. Tous ces éléments servent à améliorer l'adaptabilité, à la fois du contenu, de sa présentation et de la navigation dans un environnement d'apprentissage hypermédia. En résumé, à partir d'un ensemble de ressources élémentaires et granulaires, de leurs descriptions sémantiques et du profil de l'apprenant, le système attendu doit être capable de générer des ressources adaptées (cours, exercices, etc.) avec une interface de navigation sur le Web. Dans ce sens nous avons mis en place les premières briques de réalisation d'un SHAD, que nous avons baptisé Adaptive Learning System for the "C" Programming Language (ALS-CPL). Ce système spécifique vise tout d'abord à mettre en application nos recherches sur les environnements d'apprentissage de programmation, dans le cadre d'un large projet intitulé Adaptive Learning System for Programming Languages (ALS-PL). Il a également pour but particulier de mettre en pratique l'approche granulaire des contenus pour l'adaptabilité.

Notre problématique de recherche est ancrée en Traitement Automatique des Langues (TAL). Au sein du TAL, nous nous intéressons à la conception centrée-utilisateur d'environnements où les ressources et les processus mobilisés sont avant tout construits autour et en fonction des attentes et capacités interprétatives de l'utilisateur. La conception centrée-utilisateur n'est pas une posture théorique mais c'est déjà une réalité dans des applications utilisées quotidiennement. C'est le cas des architectures Web 2.0 comme c'est également le cas des Environnements Numériques de Travail (ENT). Notre recherche vise à analyser, concevoir et expérimenter des applications centrées-utilisateur dans les ENT où les capacités interprétatives s'enrichissent des éléments d'interaction dans l'environnement. Ce faisant nous cherchons à faire enrichir le TAL d'interconnexions avec les Interactions Homme-Machine et les EIAH (Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain). La problématique de l'interprétation est ici omniprésente et elle nous incite à tirer des ponts entre disciplines : entre l'informatique et la linguistique, plus précisément le courant de la sémantique interprétative et entre l'informatique et les sciences cognitives, plus précisément le courant de l'énaction. L'interprétation dans un environnement numérique n'est pas dissociable d'un couplage personne-système et de l'action de l'utilisateur dans cet environnement. Il en découle que nos objets d'étude sont principalement des usages et même des contournements d'usages vertueux par sérendipité. Les perspectives de recherche ouvertes s'orientent donc naturellement vers une mise en valeur de " l'agir interprétatif " dans les environnements numériques.

Ces travaux visent à fournir un système de scénarisation d'environnements virtuels assurant à la fois la liberté d'action de l'utilisateur, l'ampleur, le caractère dynamique et l'efficacité du contrôle exercé sur le scénario, la cohérence des comportements présentés et l'adaptabilité du système. Nous proposons SELDON, un modèle basé sur le contrôle centralisé et indirect d'une simulation émergente. Le contenu scénaristique y est représenté par des modèles du domaine et de l'activité dans les langages DOMAIN-DL et ACTIVITY-DL. L'environnement est peuplé de personnages virtuels autonomes et l'utilisateur y est libre de ses actions. La scénarisation est réalisée en deux étapes : des objectifs dynamiques sont déterminés à partir de l'activité de l'utilisateur, puis un scénario est généré en fonction de ces objectifs et exécuté au travers d'ajustements sur la simulation. Le moteur DIRECTOR permet de générer et de réaliser ce scénario. DIRECTOR utilise les modèles qui sous-tendent la simulation pour prédire son évolution, et guide cette évolution au travers d'un ensemble d'ajustements indirects, qui influencent les réactions des systèmes techniques et les prises de décision des personnages. Il utilise un moteur de planification pour générer des scénarios composés d'étapes de prédiction, dont il suit la réalisation dans la simulation, et d'ajustements, qu'il déclenche. Les objectifs scénaristiques pris en compte sont à la fois dynamiques, au travers de situations prescrites et proscrites et de contraintes sur les propriétés globales du scénario, et statiques, sous la forme d'espaces de scénario représentés en CAUSALITY-DL.

De nos jours, la réalisation d'un projet de grande ampleur implique toujours une notion de travail d'équipe. Depuis plusieurs années, nous assistons donc à une demande croissante en termes d'outils informatiques pour assister les activités collaboratives. Les solutions les plus abouties à ce jour sont les environnements virtuels collaboratifs (CVE). L'utilisation de ces outils reste cependant marginale en raison de la dimension " distante " de la collaboration qu'ils proposent : en situation réelle, les participants sont, dans la plupart des cas, situés au même endroit. Cette situation porte le nom de " colocalisation ". Les grandes structures adoptent une méthode de travail colocalisé appelée " war room " : un espace physique multi-surfaces permettant un travail simultané et non-linéaire. Les travaux présentés dans cette thèse visent à proposer une plateforme matérielle et logicielle plus proche des besoins d'une équipe colocalisée, et focalisée sur le travail de revue de projet autour de maquettes numériques 3D. Après une analyse de la notion d'espace et des comportements sociaux et cognitifs des individus en situation de colocalisation, nous proposons une plateforme informatisée s'inspirant de la dynamique d'une War room. Nous mettons en particulier l'accent sur la diversité des compétences des utilisateurs en implémentant un système de " canaux d'interaction/visualisation " offrant des perceptions hétérogènes du même objet virtuel dans la war room. Ce travail est complété par la définition d'un moyen de transformer une plateforme CVE classique (SPIN|3D) pour la rendre compatible avec le travail en war room. Cette transformation repose notamment sur l'insertion de plusieurs degrés d'abstraction de données dans une architecture que nous appelons MnVO. La plateforme résultante a été mise en application sous la forme de deux prototypes : le premier propose un scenario de collaboration distribuée autour d'une voiture virtuelle. Le second s'appuie sur le système de canaux pour fournir un scénario de revue de projet d'urbanisme.

Cette recherche propose d’étudier et de présenter des supports susceptibles d'améliorer le processus d'apprentissage des personnes malentendantes et sourdes par la médiation de nouveaux outils comme les tablettes tactiles. La question est de savoir si l’introduction de ces nouveaux outils, pourrait permettre la création de didacticiels adaptés aux spécificités cognitives des enfants sourds.Dans le contexte actuel, notre hypothèse est que les nouvelles technologies informatiques et les outils numériques (comme les tablettes tactiles) influenceraient positivement le processus d’apprentissage des élèves sourds et malentendants.En conséquence, nous avons créé un logiciel éducatif, Digisthésia, qui a été conçu et adapté aux besoins des élèves sourds et malentendants. Le but de cet outil était de développer et d’améliorer 4 des principales potentialités cognitives : l’attention, la mémoire, la vitesse de traitement et la résolution de problèmes.Notre protocole a mobilisé 80 élèves de 7 collèges de Lyon et de la périphérie lyonnaise : 40 élèves avec différents degrés de déficience auditive, des sujets implantés et appareillés (20 participants ont utilisé le logiciel éducatif Digisthésia / 20 personnes ont fait partie du groupe de contrôle) ainsi que 40 élèves sans déficiences auditives (20 participants qui ont utilisé notre logiciel éducatif sur tablette tactile / 20 élèves ont fait partie du groupe témoin). Les résultats indiquent que la médiation par les nouvelles technologies a renforcé les potentialités cognitives des élèves sourds et malentendants. Nous avons observé un progrès au niveau de l’apprentissage des participants sourds et malentendants suite à l’utilisation du logiciel éducatif Digisthésia sur tablette tactile. / This research proposes to study and present materials that can improve the learning process for people who are hard of hearing and deaf by leveraging the use of new tools such as touch tablets. The question is whether the introduction of these new tools could allow the creation of software tools that more adapted to the cognitive specificities of deaf children.In the current context, our hypothesis is that new computer-base technologies and digital tools (such as touch tablets) would positively influence the learning process for students who are deaf and hard of hearing.As a result, we have created the educational software Digisthésia that has been designed and adapted to the needs of students who are deaf and hard of hearing. The aim of this tool was to develop and improve 4 important cognitive parameters such as attention, memory, processing speed and problem solving.Our protocol mobilized 80 students from grade schools from and near Lyon: 40 students suffering from different degrees of hearing impairment, with an without cochlear implants (20 subjects used the tablet/20 subjects were part of the control group). As well as 40 students with no hearing impairments (20 subjects who used the educational software Digisthésia and the tablet /20 subjects who were part of the control group).The results indicate that leveraging the new technologies has enhanced the cognitive potential of deaf and hard of hearing students. We have seen progress in the learning of deaf and hard of hearing participants as a result of the use of tablets and our software.

Le point de départ de cette thèse a pour origine les difficultés constatées dans la communauté EIAH pour concevoir des applications éducatives exploitant des informations géographiques. A terme, il s'agit de proposer une nouvelle plateforme susceptible de rendre possible et opérationnel la conception d'applications Web géographiques portées par des utilisateurs non-informaticiens de façon autonome. La proposition scientifique est basée sur un processus de conception piloté par les contenus et par les interactions. Il est opérationnalisé dans une plateforme nommée WINDMash offrant aux concepteurs un environnement visuel de spécification et d'évaluation des interactions. Nous proposons un modèle unifié sous-jacent de description des applications Web géographiques comportant trois facettes qui permettent de représenter les contenus géographiques manipulés, de les afficher sur une interface graphique et de décrire le comportement de l'application (scénario d'interaction) à l'aide d'un langage visuel dont le formalisme graphique est inspiré du diagramme de séquence UML. En utilisant des techniques d'Ingénierie Dirigée par les Modèles, la plateforme WINDMash permet de générer automatiquement le code de l'application finale sur la base des instances de trois facettes du modèle unifié. La plateforme WINDMash utilise pour cela l'API WIND (Web INteraction Design) que nous avons programmée. Les concepteurs peuvent ainsi prototyper rapidement des applications Web géographiques correspondant à leurs besoins.

Ce mémoire est l'occasion de présenter nos travaux à l'Université Claude Bernard Lyon 1. Il est composé de trois parties, la première visant à proposer une thématisation originale des liens entre activité et inscriptions numériques de l'activité sous la forme de structures informationnelles, les deux suivants étant consacrés à nos thématiques principales de recherche qui sont, d'une part la lecture active audiovisuelle et les systèmes d'interprétation, et d'autre part les systèmes à base de traces modélisées. Le premier chapitre est consacré à l'exploration des liens entre l'activité informatiquement médiée et les représentations qui y sont impliquées. Une première étude critique décrit la notion d'inscription de connaissances proposée par B. Bachimont au sein d'une théorie du support pour permettre de penser la rencontre ou l'expérience qu'une conscience fait des dispositifs technologiques et des inscriptions. Cette proposition vise à thématiser la numéricité des inscriptions et nous intéresse donc à ce titre, mais elle se révèle à notre sens insuffisante pour penser un individu actif engagé dans un processus de manipulation d'inscriptions. Une seconde étude est alors consacrée aux liens entre action, activité et inscriptions dans les théories dites " post-cognitivistes " de la cognition. Les inscriptions soutiennent l'activité et la sous-tendent tout à la fois, et nous nous intéresserons particulièrement aux inscriptions dans leur perception et leur manipulation par un être humain suivant la théorie instrumentale. Cependant, les inscriptions en tant qu'elles peuvent être numériques ne sont que peu thématisées. Notre dernière étude est orientée autour de la proposition de penser la notion de structure informationnelle et les instruments associés comme permettant d'articuler le monde numérique à l'activité humaine et l'activité humaine au monde numérique. Une structure informationnelle est une inscription numérique en acte, objectivable, mais non obligatoirement canonique, c'est-à-dire manipulée explicitement par le système. Cette proposition permet de penser le côté humain de l'activité instrumentée tout en conservant le calcul et les représentations associées comme préoccupation informatique. Nous présentons également la notion d'espace informationnel qu'un utilisateur énacte, et les directions de recherche ouvertes par nos propositions. Le deuxième chapitre est principalement consacré à la présentation de nos travaux sur les systèmes de lecture active audiovisuelle. Nous proposons d'abord une étude rapide sur le cadre général des technologies intellectuelles comme soutenant le travail intellectuel, l'activité ouverte d'interprétation et de manipulation d'inscriptions de connaissances personnelles. De telles inscriptions et réinscriptions se font au sein de ce que nous proposons d'appeler des systèmes d'interprétation qui offrent aux utilisateurs la possibilité de manipuler consciemment des structures informationnelles de toutes sortes, par exemple sous la forme de données, de schémas ou de feuilles de style et de formulaires, et de partager celles-ci comme réifications de pratiques. La lecture active audiovisuelle est une activité intellectuelle qui s'effectue dans un système d'interprétation permettant de construire des hypervidéos à partir d'annotations. Nous présentons alors nos travaux autour du projet Advene (Annotate Digital Video, Exchange on the NEt), notamment les modèles associés, l'outil générique Advene pour l'annotation et la construction d'hypervidéos, ainsi que quelques applications de lecture active associées à l'analyse des interactions et la critique filmique. Nous pouvons alors tirer un bilan des presque dix ans de ce projet et proposer quelques directions pour la suite. Le troisième et dernier chapitre présente essentiellement nos travaux sur les traces numériques. Nous définissons d'abord la notion de trace en général comme inscription permettant de viser le passé au cours d'une interprétation et présentons comment les traces d'activité médiées sont largement utilisées au sein de systèmes variés allant de l'analyse à la réflexivité. Nous considérons que l'enjeu est de manipuler des traces numérique explicites définies comme " inscriptions canoniques temporellement orientées " dans des systèmes d'interprétation orientés trace. Nous pouvons alors présenter la notion de trace modélisée comme un certain type de trace explicite, ainsi que nos travaux dans ce cadre depuis plus de dix ans : l'approche Musette, le cadre général des systèmes de base de traces modélisées (SBTm) ainsi que la formalisation des traces et des transformations pour construire des systèmes de gestion de bases de traces (SGBT). Différents travaux applicatifs sont ensuite présentés qui permettent d'illustrer les différentes utilisations des traces modélisées dans des contextes applicatifs variés, visant notamment le support à l'awareness, à la remémoration, à la réflexivité, à la redocumentation et au partage, ou encore à la reprise d'activité.