La communauté de la Visualisation d'Information (Infovis) accorde une importance primordiale à la conception de techniques de visualisation nouvelles, efficaces, ou spécialisées. Alors qu'une technique de visualisation est composée à la fois de techniques de représentation et de techniques d'interaction, la conception de nouvelles techniques d'interaction pour l'Infovis passe souvent au second plan. Dans cette thèse, centrée sur l'interaction en Infovis, j'explore la conception de nouvelles techniques d'interaction afin de rendre des techniques de visualisation existantes plus efficaces, plus adaptées aux tâches utilisateur, et plus engageantes. Afin que ces techniques d'interaction soient efficaces, il est nécessaire d'abandonner les outils interactifs (widgets) standards et proposer des interfaces utilisateur allant au-delà des interfaces à fenêtres, icônes, menus et pointeur connues sous le nom d'interfaces WIMP (Window/Icon/Menu/Pointer).Dans cette thèse, je soutiens que la conception de nouvelles techniques d'interaction pour la visualisation devraient être basée sur le paradigme de la manipulation directe et sur le modèle de l'interaction instrumentale, et s'inspirer de paradigmes d'interaction établis en Interaction Homme-Machine (IHM) mais trop peu connus et reconnus en Infovis. En me basant sur plusieurs projets que j'ai menés au court de ma thèse, je démontre que la conception opportuniste d'interactions nouvelles peut rendre des techniques de visualisation plus efficaces. Ces différents projets soulèvent des problèmes de conception des techniques d'interaction, tels que le compromis entre la congruence cognitive d'une technique d'interaction et sa généricité, le problème de la conception d'interactions engageant l'utilisateur, et les mérites de l'interaction fluide et ininterrompue. Enfin, je propose un ensemble de règles dérivées des différents projets de cette thèse et je soumets des perspectives de travaux futurs, afin de contribuer au grand défi d'établir une théorie de l'interaction pour l'Infovis. / There is a tremendous effort from the information visualization (Infovis) community to design novel, more efficient or more specialized desktop visualization techniques. While visual representations and interactions are combined to create these visualizations, less effort is invested in the design of new interaction techniques for Infovis. In this thesis, I focus on interaction for Infovis and explore how to improve existing visualization techniques through efficient yet simple interactions. To become more efficient, the interaction techniques should reach beyond the standard widgets and Window/Icon/Menu/Pointer (WIMP) user interfaces. In this thesis, I argue that the design of novel interactions for visualization should be based on the direct manipulation paradigm, instrumental interaction, and take inspiration from advanced interactions investigated in HCI research but not well exploited yet in Infovis. I take examples from multiple projects I have designed to illustrate how opportunistic interactions can empower visualizations and I explore design implications raised by novel interaction techniques, such as the tradeoff between cognitive congruence and versatility, the problem of engaging interaction, and the benefits of seamless, fluid interaction. Finally, I provide guidelines and perspectives, addressing the grand challenge of building or consolidating the theory of interaction for Infovis.

Les travaux présentés visent à améliorer notre compréhension de l'évolution des propriétés physico-chimiques et optiques de l'aérosol de pollution urbaine, désertique ou issu de la combustion de biomasse, en particulier son indice complexe de réfraction et son albédo de simple diffusion. Cette caractérisation est nécessaire pour répondre aux problématiques scientifiques et sociétales associées à la qualité de l'air et à l'évolution du climat. L'étude est basée sur une complémentarité entre les plateformes de mesures in situ au sol ou aéroportées et les observations de télédétection active et passive. La mesure lidar en particulier constitue un apport incontournable pour évaluer la variabilité horizontale et surtout verticale des propriétés des aérosols dans la couche limite atmosphérique, mais aussi dans la couche résiduelle, ou dans les couches injectées depuis la couche limite dans la troposphère libre. La méthodologie d'analyse met en évidence l'importance de la provenance géographique, l'impact des processus de vieillissement et des phénomènes dynamiques dans l'évolution des propriétés structurales, optiques et hygroscopiques des aérosols. Une telle détermination précise des propriétés de chacune des couches d'aérosols est indispensable pour le calcul des flux radiatifs et des taux d'échauffement dans la colonne atmosphérique. L'impact radiatif combiné des aérosols d'origine désertique et des aérosols issus des feux de biomasse observés au-dessus de Niamey (Niger) a ainsi été évalué lors de la saison sèche. Ces résultats suggèrent l'importance d'une meilleure prise en compte, dans les modèles, de ces propriétés cruciales des aérosols dans chacune des couches.

Le problème traité dans cette thèse concerne l'individualisation de l'apprentissage dans un Système Tutoriel Intelligent dédié à l'apprentissage de la lecture pour les enfants en CP. On considère que l'individualisation de l'apprentissage est à la charge des agents rationnels qui se basent sur le modèle de l'apprenant pour intervenir sur les trois niveaux de l'individualisation : -individualisation de l'objectif de la prochaine session d'apprentissage, -individualisation de la séquence de situations didactiques types (plan d'enseignement) pour cet objectif, et enfin, -individualisation de l'activité didactique elle-même, pour arriver à la présentation de situations didactiques instanciées à l'élève. L'approche objet pédagogique a été adoptée pour représenter l'activité didactique et bénéficier de tous les avantages du paradigme orienté objet (réutilisation, adaptation souplesse). L'objet pédagogique ouvre sur des problèmes techniques (exigences technologiques) et d'autres pédagogiques (exigences théoriques ou rationnelles). La prise en compte des exigences théoriques nous a conduit à travailler sur la relation théorie-méthode, c'est-à-dire, proposer une méthode de conception prenant pour base théorique la théorie instrumentale pour concevoir l'objet pédagogique. Le travail de thèse montre comment utiliser le concept d'instrument pédagogique et le représenter dans le système informatique. Ce concept constitue aussi la clé de conception de l'agent d'individualisation intégré dans l'objet pédagogique. La conception d'un objet pédagogique intelligent intégrant l'agent d'individualisation de l'activité didactique introduit une nouvelle approche de conception appelée Agent-Objet pédagogique. Cette approche se base sur le principe du design pédagogique pour assurer une meilleure gestion de la tâche d'individualisation de l'activité didactique. Le rôle de l'agent d'individualisation de l'activité didactique est celui de l'instanciation des paramètres des modèles spécifiant les instruments pédagogiques (modèle de contenu, modèle cognitif, modèle d'interface et modèle didactique).On présente dans cette thèse des éléments théoriques et pratiques contribuant effectivement à la conception de l'agent d'individualisation de l'activité didactique. L'idée de base est que chaque agent utilise des connaissances complexes à partir du modèle de l'apprenant (connaissances à faire acquérir, cognition, attitudes, motivation, émotion et style d'apprentissage) pour scénariser l'activité didactique en suivant 3 phases : instanciation des paramètres de contenu pour la construction de la matière primaire pédagogique, préparation du matériel pédagogique représenté par l'ensemble d'instruments pédagogiques constituant l'activité didactique et finalement, adaptation du scénario d'utilisation des artefacts associés aux instruments pédagogiques.

L'utilisation des TICE pour l'enseignement des mathématiques reste faible et manque de diversité comme le montre des études statistiques récentes que nous avons synthétisées dans une première partie de la thèse. Notre hypothèse est qu'il existe un déficit qualitatif dans les formations des enseignants qui contribue à expliquer leur difficulté à intégrer les TICE dans leur enseignement. Notre objectif est de préciser l'existence et la nature de ce déficit. Pour cela nous avons construit un cadre théorique d'analyse en spécifiant deux cadres théoriques : la double approche et l'approche instrumentale. Le premier cadre permet une recomposition du travail du formateur et constitue une grille d'analyse des situations de classe proposées en formation alors que le second permet d'analyser le rapport entre l'artefact technologique et respectivement le formateur, l'enseignant ou l'élève. La mise en œuvre de notre cadre pour analyser un panel de trois formations et les représentations de quatorze formateurs permet de mettre en évidence un genre professionnel, des invariants dans les pratiques de formation et une rupture entre deux identités professionnelles : celle de l'enseignant et celle du formateur. Elle permet aussi de mettre en évidence les limites des pratiques observées, principalement basées sur l'homologie. L'introduction d'une composante réflexive dans les pratiques de formation apparaît alors comme une piste pertinente pour dépasser ces limites. Cette nouvelle hypothèse est testée au moyen d'une ingénierie didactique. Deux mises en œuvre d'un scénario de formation incluant une analyse réflexive des pratiques montrent l'intérêt de cette modalité ainsi que ses limites.

Ce mémoire a pour objectif l'étude des interactions qui interviennent dans les environnements où plusieurs surfaces d'affichage et dispositifs de pointage sont mis à disposition du ou des utilisateurs, que ces environnements soient distribués ou non. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux techniques de type drag-and-drop dans le contexte du mur-écran.<br /><br />Le drag-and-drop est une technique très répandue qui atteint ses limites dans certaines conditions d'utilisation. Ces limites peuvent être physiques -- avec des écrans interactifs par exemple -- ou dues à l'implémentation. D'une part, ce mémoire propose plusieurs évolutions du drag-and-drop, avec comme objectif de dépasser les limites physiques du drag-and-drop. En particulier, il devient possible de dépasser les limites de la loi de Fitts ainsi que les limites physiques des surfaces d'affichage. Un ensemble de techniques de types drag-and-drop issues de l'état de l'art ou proposées dans ce mémoire font l'objet d'études utilisateurs. A l'issue de ces études, deux techniques ressortent principalement : le push-and-pop et le push-and-throw accéléré.<br /><br />D'autre part, afin de dépasser les limites dues à l'implémentation du drag-and-drop, nous proposons un modèle d'implémentation pour le drag-and-drop et l'ensemble de ses évolutions. Ce modèle d'implémentation s'appuie sur le modèle d'interaction instrumentale. Ce modèle d'implémentation est mis en oeuvre dans l'API PoIP, elle-même utilisée dans l'application Orchis. Grâce à ce modèle, il est possible d'effectuer des opérations de type drag-and-drop distribuées, la technique d'interaction pouvant être personnalisée en fonction des contraintes matérielles ou des préférences de l'utilisateur.

Les travaux présentées visent à améliorer nos connaissances sur les propriétés radiatives des aérosols désertiques aussi bien dans les courtes longueurs d'onde (SW) que dans les grandes longueurs d'onde (LW) ainsi que sur leur forçage sur la dynamique atmosphérique. Cette caractérisation est essentielle en particulier dans la région de l'Afrique du nord, qui est la plus grande source d'aérosols minéraux. Cette étude est basée sur une complémentarité entre les plateformes de mesure in situ au sol ou aéeroportées et les observations de télédétection au sol, aéroportées ou spatiales. Ces travaux se réalisent dans le cadre de la campagne de mesures AMMA qui a eu lieu en 2006, au cours d'un épisode particulièrement intense de soulèvement de poussières à l'est du continent et de transport vers l'ouest pendant une semaine. L'analyse met en évidence l'importance des aérosols désertiques sur le bilan radiatif au-dessus de l'Afrique de l'Ouest à l'échelle régionale (impact non négligeable dans le SW mais aussi dans le LW), de jour comme de nuit avec des chauffages compris entre 1.5Kjour-1 et 4Kjour-1 en moyenne de jour dans la couche d'aérosols. A la mi-journée, les taux de chauffage peuvent atteindre localement 8Kjour-1 dans les parties les plus épaisses optiquement des panaches d'aérosols de poussières désertiques. De nuit, on observe un refroidissement de l'ordre de 0.5 K jour-1 à 1Kjour-1 dans la couche de poussières et un réchauffement à la surface. Ce chauffage n'est pas sans impact sur la dynamique atmosphérique en Afrique de l'ouest du fait de son in-homogénéité spatiale et de sa variabilité temporelle. Il conduit à des modifications non seulement sur la température et l'humidité, mais également sur la force et la direction du vent. Ces modifications engendrent des changements significatifs sur le système de la mousson, comme nous avons pu le montrer à partir de simulations numériques effectuées à l'aide d'un modèle de méso-échelle. Plus précisément, la présence d'aérosols désertiques entre 1 et 4 km d'altitude est à l'origine d'un chauffage radiatif non négligeable possédant un cycle diurne à l'origine de modifications des gradients de température non seulement verticaux mais également horizontaux. Le panache d'aérosols ainsi observé au nord du Jet d'Est Africain (AEJ, African Easterly Jet) se montre propice à une augmentation des gradients verticaux de vent à l'origine de l'intensification de l'AEJ. La présence de ce panache produit également un renforcement de la structure périodique en vent. Plus bas en altitude, la dépression thermique et les vents associés sont intensifiés, du fait également, de la modification des gradients de température associés à la présence du panache d'aérosols. Le dernier volet de ces travaux porte sur la détection de ces aérosols dans l'infra-rouge au dessus du continent Africain à des fins de suivi et de prévision en utilisant les températures de brillance satellitaires. La méthode proposée de " pseudo-correction " de la vapeur d'eau sur les différences de température de brillance (BTD10-12 micromètres), permet une différenciation optimale des aérosols et des nuages au-dessus du continent. La méthode mise au point est particulièrement efficace au sud de 14°N (région Soudanienne où le couvert végétal est non négligeable), i.e. une partie du continent Africain au-dessus de laquelle très peu d'informations sont fournies par les radiomètres classiquement utilisés pour la détection des poussières.

Nous présentons dans cette thèse les différentes étapes de conception d'une plateforme microrobotique dédiée au positionnement sous faisceau de lumière d'objets de dimensions micrométriques. Cette plateforme a pour vocation de mettre en oeuvre des méthodologies d'asservissement et de suivi de position de micro-objets placés au coeur même d'un faisceau de lumière. L'objectif final étant de caractériser des micro/nano-matériaux par diffraction et diffusion des rayons X. Les différentes contraintes technologiques rencontrées par les systèmes de micro-nanomanipulation actuels en environnement synchrotron nous ont amené à concevoir une plateforme microrobotique de manipulation duale utilisant des sondes de microscope à force atomique (AFM). Diverses méthodologies de préhension avec une ou deux sondes AFM avec capteur de force intégré - ont été proposées en vue d'évaluer chacune d'entre-elles dans un contexte de positionnement tridimensionnel. Une stratégie de commande des micromanipulateurs à double étage est mise en oeuvre pour assurer l'asservissement de position des sondes AFM lors des tâches d’approche et de transport du micro-échantillon sous test. Afin d’augmenter la robustesse de positionnement vis-à-vis des erreurs de modélisation, des perturbations extérieures et des bruits de mesure, nous avons proposé une commande robuste de type H∞, avec optimisation des paramètres de pondération à partir d’algorithmes génétiques. De plus, les erreurs aléatoires d’alignement du faisceau de lumière avec l’objet sont corrigées en temps-réel par l’utilisation d’estimateurs de position (filtres de Kalman et particulaire). Finalement, des tâches microrobotiques automatisées de micro-préhension, de transport et de positionnement de microobjets sphériques de 8 μm de diamètre placés sous faisceau de lumière laser ont été réalisées avec succès. Le « benchmark » proposé est en cours de transfert au sein du European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) à Grenoble pour validation sous faisceau de rayons X. / We present in this thesis the various stages in the design of a microrobotics platform dedicated to the manipulation of micro/nano objects in a synchrotron environment. It is composed of dual micro/nano manipulators in order to handle and to maintain a micro/nano-sample through the focus of a X-ray or laser beam for material characterization and analysis. The main idea is to control and to drive in a robust way the micro/nanomanipulators by focusing the beam on the center part of the handled micro-object. A microgripper based on two Atomic Force Microscope (AFM) tips with integrated piezoresistive force sensors is proposed. First, the dual manipulators are controlled cooperatively by combining the different actuator dynamics to track a laser beam with nanometer precision. A robust control strategy based on H∞ control ensures a robust microhandling task under the focus of the laser beam whatever the external perturbations involved and parametric model uncertainties. The Genetic Algorithm (GA) approach is used to compute the parameter weighting functions in to obtain an optimal H∞ controller. Then, we propose to compensate the laser beam variations (thermal drift, mechanical variations) by estimating the position of the laser beam using stochastic estimators (Kalman and particle filters). To this aim, the maximum intensity of the laser beam is measured and tracked in real-time by a four-quadrant photodiode sensor. Finally, experimental results performed of micro-spheres (diameter: 8 μm) demonstrate the robustness of the robotic microhandling tasks using the proposed control scheme strategy.

Dans les pays développés comme le Canada, on remarque de plus en plus un vieillissement de la population et parallèlement une augmentation du nombre de personnes atteintes de déficiences cognitives. La cause la plus répandue est la démence de type Alzheimer (DTA), aussi connue sous le nom de maladie d’Alzheimer. Les incapacités cognitives causées par la DTA entraînent des difficultés dans les Activités Instrumentales de la Vie Quotidienne (AIVQ). Certains chercheurs considèrent qu'il existe des marqueurs cognitifs propres à la DTA, c’est-à-dire que les personnes atteintes peuvent présenter des difficultés cognitives observables lors de la réalisation de tâches complexes bien des années avant son diagnostic. Un habitat intelligent, muni de capteurs de mouvements, débitmètres, capteurs de contacts pour portes et tiroirs, permet de mesurer divers aspects de la performance dans la vie quotidienne lors de la réalisation d’une AIVQ. Partant de ce constat, nos travaux explorent comment des habitats intelligents pourraient permettre de détecter la DTA de façon précoce. Dans cette optique, nous proposons une méthodologie expérimentale rigoureuse. Tout d’abord, nous avons conçu, implémenté et déployé un système d’acquisition de données hétérogènes fiable intégrant réseaux de capteurs variés, vidéos de l'expérimentation et annotations de l'expérimentateur. Ensuite, nous avons exploré divers algorithmes de classification pour distinguer trois catégories de participants : sans troubles cognitifs, avec troubles cognitifs légers et avec DTA. Bien que l’acquisition des données soit complexifiée par la multiplication des sources, notre approche permet la validation des données acquises. Cet aspect est important car la qualité de ces données, acquises lors des expérimentations, influence grandement la performance des algorithmes de classification. Finalement, ce projet étudie comment réaliser et comparer les données et les résultats d’expérimentations menées sur des sites différents en termes de configuration spatiale, de densité et de positionnement des capteurs. C’est pourquoi des expérimentations avec des personnes âgées se sont déroulées aux laboratoires DOMUS (Sherbrooke) et du CRIUGM (Montréal). Les expérimentations ont utilisé le même protocole d’expérimentation où des participants ont eu un temps déterminé pour réaliser la même liste de tâches. Les participants ont été recrutés et séparés en trois groupes selon leur diagnostic : sujets sains, sujets atteints d’un trouble cognitif léger (TCL) et sujets atteints de démence de type Alzheimer (DTA). Les données recueillies ont ensuite été annotées et traitées en vue d’une analyse à l’aide de techniques d’apprentissage automatique. Une première approche de classification par arbre de décision simple a permis d’observer une différence significative entre les données d’expérimentation des personnes saines et celles des personnes TCL. Par contre, aucune différence claire n’est apparue entre les personnes DTA et les autres catégories. En conclusion, d’autres représentations de données et d’autres algorithmes sont toujours en cours d’exploration par d’autres membres de notre équipe. Les résultats préliminaires semblent prometteurs.

Cette thèse s’intéresse au travail enseignant en Sciences et Techniques des Agroéquipements (STA) dans le cadre de la transmission d’une « bonne pratique agricole » en situation d’enseignement professionnel. Elle vise à saisir l’organisation de l’activité d’enseignement, instrumentée dans un contexte particulièrement discrétionnaire et dans des environnements dynamiques multiples. Le cadre conceptuel mobilisé est au croisement de la didactique professionnelle et de l’approche instrumentale étendue. L’analyse porte à la fois sur des pratiques effectives et racontées et tient compte de la dimension symbolique de l’instrument dans la stratégie didactique mobilisée par l’enseignant. L’observation de l’activité didactique des enseignants, portant sur un même objet technique, permet de mettre en évidence les différents modes d’appropriations des instruments. L’analyse des résultats s’appuie sur la notion d’invariant (du sujet et de la situation) qui est envisagée au niveau du système d’instruments de l’enseignant et dans une articulation dialectique entre « pouvoir d’agir » et « accomplissement de soi ». La variabilité interindividuelle s’explique dans un processus dynamique de construction identitaire du sujet à l’origine « d’un sens pour soi » à chaque fois unique et sans cesse renouvelé : les connaissances en acte mobilisées par l’enseignant au travers de ses instruments apparaissent intimement liées à une forme de « re-connaissance en acte » donnant des styles d’enseignement variés. D’un point de vue plus général, les résultats valident le modèle « du sujet enseignant » proposé dans le cadre théorique en donnant à l’acte global d’enseignement une signification plus large et au-delà du langage. / This University thesis looks into the work done by teachers in Agri-Sciences and Techniques: how a "sound agricultural practice" is transmitted in a vocational teaching situation. Its aim is to grasp the organisation of the teaching activity in a particularly discretionary context and in various fluctuating situations. The conceptual framework used for this research is at the intersection of Professional Teaching Practice and an extended instrumental approach. The analytical work is based on tangible teaching practices as they were expressed, and takes into account the symbolic dimension of the device used by the teacher. As it bears on one technical element, the observation of the teachers’ activity makes it possible to highlight the various ways they make use of the chosen devices. The results analysis is based on the concept of invariance (both of the subject and the situation), as it was expected from the teacher’s range of devices and also dialectic relation between the concepts of "empowerment" and "self-accomplishment". The variations can be explained by the active process of the person’s identity construction, proceeding from the feeling of personal sense, a feeling each time unique and incessantly renewed: the teacher’s knowledge and cognition, as it is mustered through the devices used, appear to be closely linked to a form of "re-cognition", leading to varied teaching styles. From a more general point of view, the results verify the model of a "teaching person", as it was propositioned in the theoretical framework; it gives the global teaching act a broader meaning that reaches beyond language.

Die sechs Streichquartette von Sebastian George (?–1796), die 1777 in Moskau entstanden sind, dürften die ältesten instrumentalen kammermusikalischen Werke in der russischen Musikgeschichte sein.