Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur l'utilisation des humains virtuels et, plus globalement, des technologies du jeu vidéo pour améliorer le soin aux personnes âgées atteintes de troubles cognitifs. Nos travaux s'articulent autour de deux cas d'utilisation des humains virtuels : comme non-soi et comme soi. Plus spécifiquement, nous avons conçu, implémenté et évalué un agent conversationnel animé, appelé LOUISE (LOvely User Interface for Servicing Elders), ayant pour but de servir d'interface utilisateur accessible dans les dipositifs de compensation cognitives à destination des personnes âgées attenteintes de troubles cognitifs, et un dispositif de thérapie psychologique par la réalité virtuelle pour traiter les conséquences des chutes, appelé Promenade virtuelle. Ces deux projets ont été menés suivant des principes de conception participative en living lab, implicant plusieurs parties prenantes dans le processus de conception (patients, aidants et professionnels de santé). / The work presented in this manuscript investigates the use of virtual huamans, and, more broadly, of video game technologies to improve the care of older adults with cognitive impairment. Our work revolved around two use cases of virtual humans: as non-self and as self. More specifically, we have designed, implemented and evaluated an embodied conversational agent, called LOUISE (LOvely User Interface for Servicing Elders), meant to serve as an accessible user interface in cognitive compensation systems for older adults with cognitive impairment, and a system for virtual reality-based psychological therapy addressing the consequences of falls, called Virtual Promenade. These two projects have been conducted according to the principles of living lab participatory design, involving several stakeholders in the design process (patients, caregivers and healthcare professionals).

La conception d’interface écologique se décompose en deux étapes, une analyse du domaine de travail et une retranscription des informations du domaine en des représentations écologiques (Naikar, 2010). Ce type de conception a montré son efficacité pour la supervision de système complexe (Burns, 2008). Cependant, Vicente (2002) a pointé deux lacunes le temps de conceptions très long et la difficulté à transcrire de manière formalisée un domaine de travail en des représentations écologiques. De même, il n’existe pas d’outil formel de validation de domaine de travail. Dans ce manuscrit, nous proposons plusieurs réponses à la question : comment formaliser la conception d’une interface écologique, afin de réduire le temps et les efforts liés à la conception ? La première proposition est un outil de vérification de modèle de domaine de travail basé sur la méthode TMTA (Morineau, 2010). La seconde apporte, au travers d’une deuxième version du flot Anaxagore (Bignon, 2012), une intégration des travaux de Liu et al (2002) avec le principe d’une bibliothèque de widgets écologiques associée à un schéma d’entrées de haut niveau. Sur la base du domaine de travail d’un système d’eau douce sanitaire à bord d’un navire, une interface écologique a été implémentée et validée expérimentalement. Cette interface a été comparée à une interface conventionnelle générée également par le flot Anaxagore. Les résultats montrent que les interfaces écologiques favorisent un plus grand nombre de parcours cohérents dans un domaine de travail. Elles favorisent également une meilleure précision du diagnostic pour les opérateurs utilisant les interfaces écologiques. / The ecological interface design is composed of two steps, a work domain analysis and a transcription of the information of the work domain into ecological representation (Naikar, 2010). This kind of design showed his effectiveness for the supervision of complex system (Burns, 2008). Nevertheless, Vicente (2002) highlighted two issues, the long design time and the difficulties to translate with a formal way a work domain into ecological representation. Moreover, he doesn’t exist a formal tool of validation for a work domain. Several tools and works allow to be comfortable in the possibility to find some solution (Functional methodology (Liu et al, 2002), TMTA (Morineau, 2010) and Anaxagore (Bignon, 2012). We propose several answers at the issue: how formalize the design of an ecological interface in order to reduce the time and effort linked to the design? The first proposition is a tool of verification of model of work domain based on a simulation by TMTA. The second bring thanks to a second version of the Anaxagore flow, an integration of the works of Liu et al (2002) with the principle of the ecological library of ecological widget linked to a scheme of input of high level. Based on the work domain of a fresh water system in a ship, an ecological interface has been implemented and validated experimentally. This interface has been compared with a conventional interface also generated by Anaxagore. The results show that the ecological interface promotes a biggest numbers of coherent ways in the work domain. This kind of interface also promotes a better accuracy of the diagnostic for the operators using the ecological interface.

Ce travail de recherche vise à étudier la transmission d’informations vibrotactiles pour l’aide à la navigation et plus particulièrement pour améliorer la régulation des phases d’approche et la gestion des contacts avec l’environnement. L’un des défis majeurs de ce domaine de recherche est de comprendre comment rendre compte d’informations, parfois complexes, avec une modalité sensorielle n’étant pas naturellement utilisée pour les traiter. Ainsi, ce travail doctoral avait pour but de montrer la possibilité de suppléer la vision et à spécifier les caractéristiques de la stimulation vibrotactile qui influencent l’accès aux informations d’approche. Les différentes études qui étayent cette thèse ont été réalisées à partir d’un dispositif expérimental couplant un environnement virtuel et un dispositif tactile comprenant différents vibrateurs placés à la surface de la peau. Les deux premiers chapitres expérimentaux se sont appuyés sur des tâches d’estimation de temps de pré-contact (time-to-contact, TTC) classiquement utilisées pour étudier les processus visuels mis en jeu dans la régulation des situations d’approche. Le premier chapitre expérimental (expériences 1, 2 et 3) constituait une étude préliminaire qui a notamment montré que le jugement était plus précis lorsque le dispositif tactile renvoyait des informations concernant la distance d’approche (par rapport à des informations sur la taille angulaire). Les résultats du second chapitre expérimental (expériences 4 et 5) ont montré que la modalité tactile permettait d’estimer le TTC mais de manière moins précise que la modalité visuelle. Toutefois, lorsque la modalité visuelle est occultée, transmettre des informations tactiles durant la période d’occultation permet d’améliorer la précision du jugement. Le dernier chapitre expérimental (expériences 6 et 7) s’est intéressé plus précisément à l’influence des informations vibrotactiles sur la régulation d’une approche au sol dans une situation simulée d’atterrissage en hélicoptère. Les deux expérimentations ont montré que l’utilisation d’informations tactiles permettait une diminution significative de la vitesse de contact au sol lorsque l’environnement visuel était dégradé et que cette diminution dépendait de la variable informationnelle transmise par le dispositif. Au final, les résultats de ce travail de recherche sont discutés au regard des théories fondamentales sur la perception et l’action. Ils permettent de montrer comment des informations d’approche peuvent être perçues à travers la modalité tactile et ainsi suppléer la vision lorsqu’elle est dégradée. / The purpose of this doctoral research was to study vibrotactile information in navigation tasks, especially for approach regulation. One of the main issues in this research area is to find out how to specify complex information though a sensory modality that is usually unused. Thus, this work aimed at demonstrating the possibility to supply vision with tactile information and at specifying the characteristics of the vibrotactile stimulation that allow access to the information. The different studies have been carried out with an experimental display coupling a virtual environment and a tactile display consisting of several actuators placed on the skin. The first two empirical chapters were based on time-to-contact (TTC) judgment tasks, a paradigm generally used to study visual processes involved in approach situations. The first experimental chapter (experiments 1, 2 and 3) was a preliminary study, which showed that TTC estimation were more precise when the tactile display conveyed information about the distance to the target (compared to information about its angular size). The results of the second chapter (experiments 4 and 5) showed that TTC estimation was less accurate with tactile information compared to vision. Nevertheless, conveying tactile information when visual information was occluded significantly improved time-to-contact estimation. In the last chapter of this thesis, we focused on the influence of vibrotactile information on the regulation of a ground approach with a virtual situation of landing with a helicopter. We showed that tactile information reduced significantly the impact velocity when the visual environment was degraded (experiment 6 and 7). Moreover, the results showed that this decrease of velocity depended on the variable conveyed by the tactile display. Finally, the results of this work are discussed regarding fundamental theories about perception and action. Overall, it shows that approach information can be perceive through the tactile modality and thus supply vision in degraded environment.

Le multilinguisme arabe-latin que nous qualifions de multilinguisme lourd, présente deux particularités fondamentales qui le distinguent du multilinguisme souple (même famille linguistique) : la représentation et la bidirectionnalité graphiques ou textuelles.<br /><br />Le mécanisme de la représentation et du traitement des caractères et de leurs soubassements de codage et de normalisation constituent encore un point contraignant à la transparence linguistique des systèmes et des interfaces homme-machines multilingues. Si le problème est partiellement résolu sur les plates-formes monopostes et locales, les systèmes d'information scientifique et technique ouverts et distribués (i.e. Internet) sont encore soumis à l'hégémonie linguistique latine et plus particulièrement anglo-saxonne. L'introduction de la langue arabe (et autres non latines) y est certes en progression, mais elle reste encore interdite aux zones systèmes (URIs, protocoles, systèmes opératoires... ). Notre contribution à l'i18n et la l10n des systèmes d'information multilingues en général et les interfaces Homme-Machine en particulier prend forme d'une proposition qui part du principe de correspondance entre un mécanisme numérique et un jeu de caractères unifiés (Unicode, ISO 10464).<br /><br />La bidirectionnalité est aussi un facteur de contrainte qui pèse sur les interfaces multilingues homme-machine. Les algorithmes de tri, les méthodes des traitements logiques et visuels des incises et des bris, les techniques de l'étiquetage et de la négociation linguistiques entre systèmes distribués, l'opposition entre la rigueur gauche-droite des chiffres et leur traitement algorithmique de droite à gauche constituent les points les plus importants de notre étude du mécanisme Bidi. <br /><br />Notre objectif essentiel est la révocation des systèmes d'information et de communication multilingue hérités pour ouvrir d'autres pistes de recherche dans les domaines de l'industrie de la langue et de la sociolinguistique.

Les interfaces haptiques permettent à un opérateur d'interagir avec un environnement virtuel ou distant via le sens du toucher.La majorité des interfaces de l'état de l'art restent au contact de l’utilisateur pendant toute la durée de la manipulation. La liaison permanente entre le robot et l’opérateur nuit à la qualité de l’interaction, notamment en réduisant la transparence en espace libre. Ce problème est d’autant plus prégnant dans le cadre des interfaces haptiques dextres.Cette thèse a pour objectif d'étudier la possibilité d'augmenter la transparence et le réalisme de l'interaction à travers le développement d’interfaces à contacts intermittents. Il s’agit de déconnecter le robot de l'utilisateur lorsqu’aucun contact avec l’environnement n’est nécessaire. Un état de l’art des performances de la manipulation humaine, des interfaces haptiques dextres ainsi que des travaux relatifs au contact intermittent, est d’abord présenté. Un effecteur plan pour le contact intermittent est ensuite conçu. Il est installé à l’extrémité distale d'une interface haptique et plusieurs solutions sont envisagées pour sa loi de commande. Les performances de dix utilisateurs sont comparées dans le cadre d'une tâche de détection de contact en utilisant d'une part l'effecteur adapté au contact intermittent, d'autre part une interface haptique classique. L'élaboration d'une interface permettant une interaction plus naturelle avec l'environnement est ensuite initiée par l'élaboration d'une méthodologie de choix des zones de contact de la main à prendre en compte dans la conception d'une interface haptique. Des perspectives sont finalement données quant à l'extension de ces résultats à une interface haptique dextre à contacts intermittents. / Haptic interfaces allow an operator to interact with a virtual environment through the sense of touch. Nowadays, most existing interfaces are mechanically connected to the user's hand throughout the simulation. Therefore he or she interacts with the virtual environment by means of a handle. Thus the interaction is neither natural nor intuitive, and the permanent connection between the robot and the operator is the source of perturbations which prevent the interaction from being perfectly transparent and realistic. The goal of this study is to increase transparency as much as possible by disconnecting the robot from the user when s/he is not in contact with the virtual environment, through the design of a dexterous haptic interface allowing for a more natural interaction than with a classical interface taking into account only one contact point. A state-of-the-art of dexterous haptic interfaces and another for intermittent contact devices are first gathered, and the human performances that should be taken into account for the design of a dexterous haptic interface are analysed. A bidirectional end-effector for intermittent contact is then devised. It is set up at the tip of a haptic interface and several solutions are tested for its control. The performances of six users are compared on the context of a contact detection task, first using the intermittent contact end-effector, then using a classical haptic device. A methodology for the choice of the hand contact areas that should be taken into account in the design of a dexterous haptic interface to enhance the naturalness of the interaction is proposed. Finally, some perspectives are given as for the extension of this study for the design of a dexterous encounter-type haptic interface.

La communication multimodale, qui est primordiale dans les relations interpersonnelles, reste encore très limitée dans les interfaces homme-machine actuelles. Parmi les différentes modalités qui ont été adoptées par les recherches en interaction homme-machine, la modalité posturale a été moins explorée que d’autres modalités comme la parole ou les expressions faciales. Les postures corporelles sont pourtant indispensables pour interpréter et situer l’interaction entre deux personnes, que ce soit en termes de contexte spatial ou de contexte social. Les briques de base que sont les dispositifs et les modalités d’interaction (par exemple la kinect ou les avatars) sont pourtant disponibles. Il manque cependant des modèles informatiques reliant ces médias et modalités aux fonctions de communication pertinentes dans les interactions interpersonnelles comme celles liées à l’espace ou aux émotions.L’objectif de cette thèse est de concevoir un premier modèle informatique permettant d’exploiter les postures dans les interactions homme-machine. Cela soulève plusieurs questions de recherche : comment représenter symboliquement des postures exprimées durant des interactions interpersonnelles ? Comment spécifier les comportements posturaux de personnages virtuels ? Quelles doivent être les caractéristiques d’un modèle d’interaction corporel permettant des interactions entre un personnage virtuel et un utilisateur dans différents contextes physiques ou sociaux ?L’approche proposée consiste dans un premier temps à prendre comme point de départ des corpus vidéo filmés dans différentes situations. Nous avons défini un schéma de codage pour annoter manuellement les informations posturales à différents niveaux d’abstraction et pour les différentes parties du corps. Ces représentations symboliques ont été exploitées pour effectuer des analyses des relations spatiales et temporelles entre les postures exprimées par deux interlocuteurs.Ces représentations symboliques de postures ont été utilisées dans un deuxième temps pour simuler des expressions corporelles de personnages virtuels. Nous nous sommes intéressés à un composant des émotions particulièrement pertinent pour les études sur les postures : les tendances à l’action. Des animations impliquant deux personnages virtuels ont été ainsi conçues puis évaluées perceptivement.Enfin, dans un troisième temps, les expressions corporelles d’un personnage virtuel ont été conçues dans une application mixte faisant intervenir un personnage virtuel et un utilisateur dans un cadre d’interaction ambiante. Les postures et gestes du personnage virtuel ont été utilisées pour aider l’utilisateur à localiser des objets du monde réel.Cette thèse ouvre des perspectives sur des études plus spécifiques de l’interaction corporelle nécessitant par exemple des annotations automatiques via des dispositifs de capture de mouvement ou la prise en compte des différences individuelles dans l’expression posturale. / Multimodal communication is key to smooth interactions between people. However, multimodality remains limited in current human-computer interfaces. For example, posture is less explored than other modalities, such as speech and facial expressions. The postural expressions of others have a huge impact on how we situate and interpret an interaction. Devices and interfaces for representing full-body interaction are available (e.g., Kinect and full-body avatars), but systems still lack computational models relating these modalities to spatial and emotional communicative functions.The goal of this thesis is to lay the foundation for computational models that enable better use of posture in human-computer interaction. This necessitates addressing several research questions: How can we symbolically represent postures used in interpersonal communication? How can these representations inform the design of virtual characters' postural expressions? What are the requirements of a model of postural interaction for application to interactive virtual characters? How can this model be applied in different spatial and social contexts?In our approach, we start with the manual annotation of video corpora featuring postural expressions. We define a coding scheme for the manual annotation of posture at several levels of abstraction and for different body parts. These representations were used for analyzing the spatial and temporal relations between postures displayed by two human interlocutors during spontaneous conversations.Next, representations were used to inform the design of postural expressions displayed by virtual characters. For studying postural expressions, we selected one promising, relevant component of emotions: the action tendency. Animations were designed featuring action tendencies in a female character. These animations were used as a social context in perception tests.Finally, postural expressions were designed for a virtual character used in an ambient interaction system. These postural and spatial behaviors were used to help users locate real objects in an intelligent room (iRoom). The impact of these bodily expressions on the user¡¯s performance, subjective perception and behavior was evaluated in a user studyFurther studies of bodily interaction are called for involving, for example, motion-capture techniques, integration with other spatial modalities such as gaze, and consideration of individual differences in bodily interaction.

De nos jours, nous vivons dans un monde d'interactions. Nous sommes entourés d'appareils électroniques susceptibles de compliquer ces interactions. De plus, les utilisateurs sont dorénavant mobiles et évoluent dans des environnements changeant. Vis-à-vis de la collaboration, ces conditions peuvent inhiber la productivité. Ce projet de thèse vise à proposer des méthodes pour la conception d'interfaces utilisateur capables de tenir compte du contexte à travers l'utilisation d'interfaces adaptatives. La contribution principale de cette thèse consiste en un cadre de référence dirigé par les modèles pour la conception et l'exécution d'interfaces utilisateur adaptatives supportant des mécanismes de coordination (i.e. flux de travaux, conscience de groupe). La proposition se présente sous deux aspects : Un cadre méthodologique pour l'aide è la conception d'interfaces supportant la coordination. Il consiste essentiellement en l'emploi de méthodes de modélisation d'exigences métier via un processus itératif ; Un cadre technologique qui repose sur l'ingénierie basée sur les modèles pour permettre la génération et l'exécution d'interfaces utilisateur adaptatives. Il se base sur une architecture orientée widgets pour le support de la conscience de groupe afin de promouvoir la coordination / Nowadays, we live in a world of interactions. We are surrounded by electronic devices which tend to complexify user interactions. Moreover, users are now mobile and evolve in ever changing environments. Regarding collaboration, these conditions may inhibit productivity. This PhD aims to propose design methods for user interfaces able to consider the context through the use of adaptive user interfaces. The main contribution of this thesis consists in a model-driven reference framework for the design and the execution of adaptive user interfaces supporting coordination mecanisms (i.e. workflow, group awareness). The proposition is composed of these two facets: A methodologic framework to assist in the design of user interfaces supporting coordination. It consists in the use of iterative modelisation methods for requirements engineering; A technological framework which relies on model-based engineering to allow the generation and execution of adaptive user interfaces. It makes use of widget-based architecture to support group awareness in order to promote coordination

Le processus de conception des interfaces homme-machine poids-lourd a été adapté afin de répondre aux enjeux humains et sécuritaires. Il est désormais largement admis que la participation des utilisateurs dans le processus de conception est un apport précieux. Actuellement dans l'industrie, les utilisateurs sont principalement impliqués lors des étapes d'analyse et d'évaluation des concepts, ces derniers étant définis par des professionnels. Cependant, la littérature dans d'autres domaines rapporte des bénéfices d’une autre forme d’implication des utilisateurs : la conception participative. Dans ce processus de conception, les utilisateurs sont impliqués tout au long du développement des produits, et en particulier lors de la définition des concepts. La conception participative permettrait un meilleur accès aux besoins des utilisateurs, à leurs attentes, et à leurs connaissances tacites. Ce projet a pour objectif d’étudier comment le niveau d’implication des conducteurs dans le processus de conception impacte l’utilisabilité, la distraction et l'acceptation des interfaces homme-machine poids-lourd. Après une analyse préalable du contexte d'utilisation, trois processus de conception de tableaux de bord ont été menés en parallèle à l’aide d’un équipement tactile. Les résultats de ces trois processus, ayant des niveaux d’implication différents, ont été évalués et comparés dans une expérience sur simulateur de conduite. Les résultats ne permettent pas de démontrer qu’une conception participative a un impact significatif sur l’utilisabilité, la distraction et l’acceptation. Cette thèse se conclut par des recommandations aux praticiens et des perspectives de recherche. / The design process of trucks human-machine interfaces has been adapted to address human factors and road safety issues. It is now widely accepted that user involvement in the design process is valuable. Currently in industry, users are mainly involved in the stages of analysis and evaluation of concepts, the latter being defined by professionals. However, the literature in other fields reports benefits of a broader form of user involvement: participatory design. In this design process, users are involved all along products development, and particularly during concepts design. Participatory design would allow better access to users' needs, expectations, and tacit knowledge. The objective of this project is to study how the level of drivers’ involvement in the design process impacts the usability, distraction and acceptance of trucks human-machine interfaces. After a preliminary analysis of the context of use, three instrument cluster design processes were conducted in parallel using a tactile equipment. The outcomes of these three processes, differing in level of user involvement, were evaluated and compared in a driving simulator experiment. The results do not enable to demonstrate that participatory design has a significant impact on usability, distraction and acceptance. This thesis concludes with recommendations to practitioners and research perspectives.

Cette HDR traite de la conception de documents numériques utilisés en contexte professionnel et étudie en particulier les deux thèmes suivants : le découpage de l'information pour la mise en écran, les organisateurs de structure, de navigation et de mise en relief de l'information. L'influence sur la lecture des dispositifs de mise en forme matérielle et des organisateurs de structure et de navigation est souvent méconnue. Aussi les méthodes destinées à tester le rôle des dispositifs de mise en forme revêtent-elles une importance capitale et sont présentées à la fin de cet ouvrage. Les spécificités des supports (document papier et document numérique) sont également abordées en termes de cognition, de perception physiologique et d'usage.

Ce travail de thèse porte sur la conception et la réalisation d'un nouveau concept d'interface tactile compacte, portable, légère, à faible coût et à haute résolution. Cette interface, dédiée aux personnes aveugles et malvoyantes, est à la base d'une nouvelle approche d'aide à la mobilité basée sur la substitution/suppléance visuo-tactile.<br /><br />En s'appuyant sur la psychophysiologie du sens du toucher associée à une technologie d'actionnement de type Alliages à Mémoire de Forme (AMF), un dispositif mécatronique a été conçu et réalisé pour générer, via le toucher, des sensations de contact à l'extrémité des doigts. Le prototype est constitué d'une matrice de 64 micro-actionneurs en AMF de 1,5 mm de diamètre offrant des courses maximales de 1,4 mm chacun. L'espacement entre les actionneurs est de 2,6 mm. Les efforts développés par chaque actionneur sont de l'ordre de 300 mN. Enfin, la bande passante maximale sans dégradation des performances est de 1,5 Hz. Le dispositif réalisé est compact et ne pèse que 200 g. Ses faibles dimensions (un cube de 8 cm de côté) le rendent facilement portable par l'utilisateur. L'interface est en mesure d'afficher un grand nombre d'informations binaires sur sa matrice 8 x 8. Par ailleurs, ses conceptions mécanique et électronique de commande peuvent être facilement redimensionnées pour un nombre supérieur d'actionneurs tout en conservant un faible coût. <br /><br />Des études psychophysiques conduites sur des sujets voyants montrent la pertinence de l'information transmise via l'interface et démontrent l'intérêt du dispositif réalisé pour l'assistance aux personnes aveugles et malvoyantes.