Un grand nombre d'activités utilise des outils informatisés s'appuyant sur des représentations graphiques interactives. En tant que vecteurs de transmission d'informations, ces visualisations visent à optimiser la bande passante entre le visuel et l'utilisateur. Pour créer des visualisations efficaces, les concepteurs utilisent des méthodes basées sur leur expertise et sur des tests utilisateurs. Ces méthodes altèrent le processus de design : elles sont chronophages et ne reposent pas sur des fondements théoriques précis qui pourraient éviter des erreurs de conception en amont. Afin de mieux étudier les visualisations, nous proposons de les caractériser, c'est-à-dire d'en énumérer et d'en définir systématiquement les propriétés, tout en explicitant les phénomènes visuels qui engendrent la transmission d'informations. La thèse que nous soutenons consiste à dire que la caractérisation des visualisations est importante pour leurs conceptions, et que son opérationnalisation par des méthodes et des outils permet de concevoir de meilleurs systèmes interactifs. Ainsi, nous avons déterminé qu'une caractérisation est composée de deux éléments : son contenu et sa mise en forme. Nous montrons que le modèle de Data Flow, modèle usuel permettant la description de la construction de visualisations, ne permet pas de les caractériser. Nous proposons d'autres modèles qui permettent de caractériser l'aspect dynamique, les informations émergentes (et notamment celles issues des visualisations dites "écologiques"), ainsi que l'accumulation graphique. En utilisant des visualisations issues du milieu du transport aérien, nous montrons comment la caractérisation permet de comprendre leurs similitudes et leurs différences, de lever les ambiguïtés de communication entre concepteurs, et de concevoir, par exemple, une nouvelle visualisation schématique de routes aériennes. Enfin, nous avons réifié le processus de transformation d'un ensemble de données vers une visualisation sous la forme d'un logiciel d'exploration et de visualisation de grandes quantités de données multidimensionnelles : From Data To Display (FromDaDy). Ce logiciel s'appuie notamment sur l'exploration des configurations visuelles, et sur un ensemble d'interactions originales avec une implémentation performante. FromDady permet de configurer et de manipuler en temps réel des visualisations riches et originales, comme celles utilisant l'accumulation.

Les contrôleurs du trafic aérien ou " aiguilleurs du ciel ", dont l'activité consiste à assurer la sécurité de l'écoulement du trafic aérien, vont bientôt être confrontés à une évolution sans précédent de leur activité de travail. Pour pallier à une évolution de contexte, associée principalement à une augmentation significative du niveau de trafic aérien, la construction d'un nouvel environnement de contrôle induisant l'introduction de nouvelles technologies et de l'automatisation partielle de la tâche de contrôle est visée. Ces perspectives, qui ont pour objectif de diminuer les sollicitations des contrôleurs aériens afin d'augmenter le seuil capacitaire de gestion du trafic aérien, suscitent l'interrogation. Notamment, comment assurer la validation de ces évolutions en vue des objectifs visés ? Ce doctorat porte sur l'étude de la charge mentale de contrôleurs aériens dans différents contextes, afin d'évaluer les effets engendrés par de telles modifications apportées à leur environnement de travail quotidien. L'évaluation proposée repose sur une approche multidimensionnelle centrée sur l'analyse de paramètres oculaires enregistrés grâce à une technique d'eye-tracking dans des situations de contrôle écologiquement valides, en référence à la tâche de contrôle du trafic aérien. La première étude a tout d'abord permis de caractériser la gestion de la charge mentale effectuée par les contrôleurs aériens au cours de leur activité dans une situation nominale (reflétant la situation de contrôle du trafic aérien actuelle). La deuxième étude porte sur les effets générés par l'introduction de nouveaux systèmes informatisés d'aide à la décision induisant une automatisation partielle de la tâche de contrôle. Enfin, la dernière étude souligne l'effet du niveau de formation sur les modes de gestion des ressources cognitives employés par les contrôleurs aériens.

L'ingénierie du logiciel s'intéresse, entre autres, à trois aspects du développement des systèmes interactifs (SI) : la liaison entre les données sources et leurs présentations cibles ; la conception de la facette interactive ; l'exécution d'un même SI sur différentes plates-formes d'exécution. Les différentes évolutions du web et des données, la diversification des plates-formes d'exécution, ainsi que les techniques d'interactions modernes amènent à revoir la manière de traiter ces trois aspects. L'ingénierie des modèles (IDM) apporte une solution à l'exécution multi-plateforme en échelonnant la conception d'un SI sur différents niveaux d'abstraction. C'est sur ce principe que nos travaux se fondent. Nous avons tout d'abord défini un langage de correspondance, appelé Malan, dédié au lien entre les données sources d'un SI et leurs présentations cibles. Malan a pour avantages de : s'abstraire des plate-forme de données et d'IHM utilisées ; pouvoir réaliser des calculs complexes pour la disposition des éléments d'une présentation ; avoir été développé spécialement pour la liaison données-présentations, contrairement aux langages de transformations classiques. Nous avons ensuite conçu un modèle conceptuel d'interaction, appelé Malai, réunissant les caractéristiques majeures des principaux modèles d'interactions. Malai vise à : faciliter la conception du feed-back intérimaire des instruments ; réutiliser des interactions déjà définies ; considérer une action comme un objet à part entière ; décrire des interactions classiques et modernes ; générer du code pour une plate-forme d'exécution donnée.

Les menus permettent d'explorer et de sélectionner les commandes d'une application. Ils sont présents dans la plupart des applications et concernent un large public. Les menus sont donc au cœur de l'Interaction Homme-Machine (IHM). Aussi, cet enjeu a motivé de nombreux travaux en IHM : face au foisonnement de nouvelles techniques de menus, il n'est pas facile d'appréhender les avancées et de cerner les différences et similitudes entre les techniques de menus conçues. Dans ce contexte, cette thèse en IHM propose un espace de conception des techniques de menus, appelé MenUA. Cet espace repose sur une liste de critères utiles pour structurer les travaux sur les menus et permettre aux concepteurs d'applications de faire des choix informés. MenUA facilite aussi l'exploration de l'espace des possibilités lors de la conception : il a été à l'origine de quatre nouvelles techniques de menus que nous avons conçues, développées et évaluées : les Wave menus, les Flower menus, les Leaf menus et les Multi-Touch Menus. Les Wave menus améliorent le mode novice des Marking menus en favorisant la navigation dans la hiérarchie de commandes. En considérant la courbure des gestes de l'utilisateur, les Flower menus augmentent le nombre de commandes disponibles et améliorent l'apprentissage du mode expert des Marking menus. Les Leaf Menus sont quant à eux des menus linéaires enrichis de raccourcis gestuels et conçus pour être utilisés sur des dispositifs mobiles. Enfin, les Multi-Touch Menus exploitent la technologie multi-points des surfaces tactiles afin de naviguer et sélectionner des commandes avec les cinq doigts de la main.

Ce document retrace de manière synthétique mes travaux de recherche depuis septembre 1999, date à laquelle j'ai été recruté sur un poste de Maître de Conférences à l'université Joseph Fourier (Grenoble 1).<br />Ces travaux, menés au sein de l'équipe VASCO du laboratoire LIG, portent sur le test des logiciels et sont étroitement liés aux recherches effectuées de 1993 à 1997, période pendant laquelle j'ai été thésard, puis chercheur contractuel dans cette même équipe.<br />Le test logiciel est une discipline qui embrasse l'ensemble du cycle de développement.<br />En effet, dès l'analyse des besoins d'une application, apparaissent des exigences et des propriétés à tester dont la caractérisation et l'identification font partie des compétences des testeurs. Il en est de même pour la spécification du produit, la conception de son architecture technique ou la programmation. <br />Le test logiciel est également une discipline qui se veut étroitement liée et utile à la pratique professionnelle. La prise en compte des problématiques issues de cette dernière s'est faite, entre autres, au moyen de nombreuses collaborations industrielles qui ont ponctué mes travaux, en particulier dans le cadre de projets nationaux (RNRT, RNTL).

Cette thèse se propose de situer dans le cadre du paradigme instrumental un ensemble d'études dans le domaine de la conception des artefacts embarqués pour l'automobile. L'objectif est de retrouver, dans la diversité apparente des systèmes embarqués (dits d' «aides à la conduite», de «confort», de «communication» ...) des invariants de conception susceptibles d'orienter en amont certains choix dimensionnants. <br /><br />Dans la perpective de répondre à cet objectif, le modèle instrumental propose une analyse des liens entre les trois pôles Sujet-Instrument-Objet de la situation. Sur cette base nous avons développé un modèle opératif qui met en miroir une face dite «psychologique» non directement observable, mais explicitable, et une face « comportementale » plus directement observable. L'acte instrumental se comprenant comme une articulation entre ces deux faces du même modèle.<br /><br />La première partie porte sur des artefacts de guidage. Plusieurs modalités sont comparées: Utilisation d'une carte papier, Copilotage humain, Guidage par différentes versions d'un système computationnel.<br />Les résultats indiquent que par rapport à l'usage de la carte papier, et contrairement aux hypothèses de départ, le guidage avec le système n'augmente pas les performances navigationelles du conducteur, mais diminue significativement le nombre de «situations accidentogènes» rencontrées .<br />Par ailleurs les résultats montrent aussi que dans les cas où il existe une incohérence, du point de vue du conducteur, entre les prescriptions transmises par le système et ce qu'il perçoit directement de l'environnement routier, des stratégies efficaces de régulation de l'activité sont mises en place.<br />L'application du cadre instrumental a permis d'interpréter ces résultats en termes de schèmes de gestion des compromis de l'action. Ce compromis s'est réalisé entre «prise de risque» et «performance».<br /><br />La deuxième partie élargit cette approche à l'analyse de cas d' artefacts diversifiés (commandes sur les ouvrants, sur les essuies vitres ...). Les situations analysées proviennent alors plus souvent d'entretiens relatifs à des situations d'usage d'équipements existant plutôt qu'à partir d'expérimentations ad hoc comme dans la première partie. <br />L'analyse de la réussite ou non de la conception se fait en terme de concordance entre les deux faces, psychologique et comportementale, du modèle : c'est à dire entre ce qui est attendu et ce qui est obtenu par le sujet au cours de l'activité instrumentée.<br /><br />Une recherche d'opérationnalisation a ensuite été réalisée en montrant d'une part comment l'analyse de certaines situations d'usage pouvait être généralisée pour servir à la conception d'autres artefacts qui par certains traits caractéristiques pouvaient s'apparenter à la situation étudiée, et d'autre part, par l'établissement d'une correspondance entre des critères de conception et le modèle de l'activité proposé.<br /><br />De cette recherche transparaissent deux éléments :<br />- L'analyse à partir du modèle instrumental permet bien d'identifier des invariants de conception, généralisables à une classe donnée d'artefacts.<br />- Pour cette recherche d'invariants, il peut exister une alternative à la mise en place d'expérimentations sur des prototypes ad hoc du système en cours de conception : l'analyse à partir d'entretiens sur des situations d'usage de systèmes existants.

Cette recherche a pour objet de déterminer et de qualifier les interactions observables entre l'homme et les ordinateurs, considérés comme des machines numériques dotées d'interfaces à modalités sensibles. Elle éclaire, en les approfondissant, les concepts de virtualité, de multisensorialité et d'interactivité avant d'expliciter l'intérêt, voire l'appétence, suscitée par les Nouvelles Technologies de l'Information et de la Communication (NTIC). Le travail, qui a pour cadre les représentations collectives, analyse la titrologie du quotidien " Le monde " pendant cinq ans, des enquêtes par questionnaires, des entretiens semi-directifs et des observations participantes filmées. Il prend en compte la part de socialité dans les processus décisionnels observables lors de l'utilisation des ordinateurs en réseau ou non. Un échantillon de dix-sept sujets est notamment constitué pour être soumis à une observation éthologique, selon une méthodologie segmentée en trois phases. Dans un premier temps, un entretien d'observation permet d'appréhender, à l'aide du support verbal, les positionnements individuels liés aux TIC. Retranscrits et analysés avec le logiciel Alceste, les corpus recueillis déterminent l'élaboration, entre autres, de quatre classes d'utilisateurs. Ensuite, l'observation filmée des pratiques, d'abord commentées par le sujet en présence du chercheur, puis en situation solitaire, met en évidence l'importance des modalités sensibles et des proxémies comme facteurs de comportements spécifiques. Ces derniers sont rapprochés des conduites observées chez 24 jeunes sujets, âgés de 3 à 6 ans dans un jardin d'enfants. Cette démarche multidisciplinaire souligne l'intérêt d'un rapprochement entre SHS, sciences de l'information et de la communication, approches éducatives et éthologie sociale.

Les travaux décrits dans cette thèse concernent l'applicabilité d'une combinaison de modalités pour l'interaction avec les objets 3D d'un environnement virtuel afin de leur appliquer des repositionnements géométriques. L'approche « top-down » adoptée s'inspire des modalités observables au sein des expressions de commande d'utilisateurs au cours d'activités «d'inspection de prototype » du domaine de la conception vestimentaire. A partir d'un ensemble sélectionné de tâches, l'examen de combinaisons tâches vs modalités d'entrée permet d'établir des scénarios d'expressions de commande homogènes. La définition de profils de dispositifs conduit ensuite à la construction d'un système interactif sur lequel tester ces affectations de modalités avec des utilisateurs lors d'une expérience de type « Magicien d'Oz ». L'étude de la variabilité d'expression permet alors de poser les bases d'une grammaire d'interaction. Les résultats obtenus semblent confirmer la pertinence de ce style d'interaction.

Dans le dernier siècle, le transport et en particulier l'utilisation des voitures privées a émergé comme une des sources principales d'émission de CO2 (deuxième derrière la production d'énergie). Plusieurs villes dans le monde ont mis en place des stratégies pour faire face à ce phénomène afin de limiter les impacts environnementaux néfastes. Certaines stratégies n'ont pas pu atteindre leur objectif, voire ils ont eu des réactions négatives auprès des individus. Le but de cette thèse de doctorat consiste à proposer une méthodologie et une plateforme pour la modélisation et la simulation du système de mobilité. Cette plateforme sera ensuite utilisée pour implémenter des scénarios d'occupation de sol et de transport dans un monde virtuel pour étudier leur impact sur le comportement humain en termes de mobilité. Pour la modélisation de la dynamique des déplacements évoqués par la mobilité locale, nous proposons une méthode hybride (automates cellulaires et systèmes multi-agents) permettant de traiter des données complexes tout en les intégrant au sein de différentes échelles spatio-temporelles. / In the last century, transport and in particular the use of private cars has emerged as a major source of CO2 emissions (second behinf energy production). Several cities in the world have put in place strategies to deal with this problem and to reduce its adverse enviromental impacts. Some strategies could not achieve their objectives, and had negative reactions from individuals. The ail of this PhD thesis is to propose a methodology and a platform for modelling and simulating people mobility systems. The developed plat form is, then, used to implement land use and transportation scenarios and strategies in a virtual world to study their impact on human behavior in terms of mobility. To develop this platform, we propose a hybrid model, combining cellular automata and multi-agent systems, capable of handling the complexity of the mobility system able to present it at various spatial ans temporal scales.

Les modèles d’aptitude et maturité de processus logiciel (AMPL) sont actuellement largement utilisés dans l’industrie. Pour exécuter les pratiques définies dans ces modèles, des approches d’ingénierie logicielle sont appliquées. On constate également une grande définition en termes de méthodes, techniques, patrons et normes pour l’analyse, la conception, la mise en œuvre et l’évaluation de systèmes interactifs, axés sur les questions d’Interaction Homme-Machine (IHM). Néanmoins, il est bien connu que les approches d’IHM ne sont pas largement utilisées dans l’industrie. Afin de profiter de l’utilisation des modèles AMPL, cette thèse propose d’intégrer les questions d’IHM (concepts de conception, mise en œuvre et évaluation de systèmes interactifs) dans le modèle international le plus connu (CMMI-DEV – Capability Maturity Model Integration for Development) et dans le modèle brésilien (MR-MPS-SW – MPS for Software reference model). À cette fin, nous avons travaillé sur (i) l’identification des approches de l’IHM appropriées pour chaque pratique de l’ingénierie préconisée par ces modèles, (ii) l’évaluation et l’amélioration des approches de l’IHM identifiées avec des experts en IHM, (iii) la validation de la proposition dans un environnement académique, et (iv) la réalisation de deux études empiriques sur la perception de la connaissance et l’utilisation des approches de l’IHM dans l’industrie. En conséquence, nous avons obtenu 14 catégories d’approches de l’IHM avec des exemples de méthodes, techniques, patrons et normes propres à réaliser chaque pratique des activités d’ingénierie des deux modèles lors du développement de systèmes interactifs. De plus, l’étude empirique avec l’industrie brésilienne a confirmé statistiquement que les consultants de ces modèles AMPL ne connaissent et n’utilisent pas ou peu les approches de l’IHM, comme ils connaissent et utilisent des approches d’ingénierie logicielle. / Software process capability maturity (SPCM) models are currently widely used in industry. To perform the practices defined in these models, software engineering approaches are applied. We also have experienced a large definition of methods, techniques, patterns, and standards for the analysis, design, implementation, and evaluation of interactive systems focusing on Human-Computer Interaction (HCI) issues. Nevertheless, it is well known that HCI approaches are not largely used in industry. In order to take advantage of the widespread use of SPCM models, this thesis proposes to integrate HCI issues (concepts of design, implementation, and evaluation of interactive systems) in the most known international SPCM model (CMMI-DEV – Capability Maturity Model Integration for Development) and in the Brazilian SPCM model (MR-MPS-SW – MPS for Software reference model). To that end, we have worked on (i) the identification of appropriate HCI approaches for each practice of the engineering advocated by these models, (ii) the evaluation and improvement of the identified HCI approaches with HCI experts, (iii) the validation of the proposition in an academic environment, and (iv) the conduction of two empirical studies about the perception of knowledge and use of HCI approaches in the industry. As a result, we got 14 categories of HCI approaches with examples of methods, techniques, patterns, and standards adequate to perform each practice of engineering activities of the both models when developing interactive systems. Moreover, the empirical study, in Brazilian industry, confirmed statistically that consultants of those SPCM models do not know and do not use HCI approaches as well as they know and use software engineering approaches.