Si les Systèmes Multi-Agents (SMA) sont devenus des techniques de modélisation largement utilisées dans le domaine de la simulation de systèmes complexes, l'application de ces outils à des contextes géographiques reste cependant encore embryonnaire. L'intégration de la dimension spatiale au sein des SMA apporte en effet de nouvelles difficultés de modélisation que cette thèse aborde dans le cadre de la navigation maritime. Cette recherche propose un modèle multi-agents adapté à la représentation de comportements d'agents dans un environnement géographique. La démarche développée intègre une approche de raisonnement qualitatif et les comportements multiples des agents à travers le concept de rôle. Du point de vue du raisonnement spatial, modéliser les agents dans un environnement géographique impose de représenter les relations qui traduisent les interactions dans cet espace. A partir de cette observation, notre recherche développe un modèle d'interaction des agents basé sur des raisonnements spatiaux qualitatifs où les propriétés de l'environnement et du contexte géographique sont prises en compte. Le deuxième apport de la recherche est orienté vers la définition d'un modèle agent flexible qui permet la représentation de comportements multiples et changeants à travers la notion de rôle. La recherche est validée par la réalisation du prototype TRANS (Tractable Role Agent prototype for concurrent Navigation Systems) dont l'objectif est de modéliser et de simuler les trajectoires simultanées de navires.

Cette thèse a été réalisée sous convention CIFRE dans la cadre d’un partenariat entre la société MaxSea et le pôle recherche de l’ESTIA. La demande exprimée initialement par la société évoquait la nécessité d’améliorer la sécurité à bord des navires, autant d’un point de vue matériel et environnemental qu’humain. Ces travaux de thèse se situent donc au croisement de plusieurs domaines que sont la Réalité Augmentée, la Réalité Virtuelle, les systèmes d’information géographique, le génie logiciel, le traitement d’image et les sciences humaines et sociales. Le premier axe de ce mémoire concerne les apports relatifs à l’amélioration des connaissances du domaine de la réalité augmentée. Nous présentons dans ce chapitre les fondements de la réalité augmentée. Nous proposons, basés sur nos définitions et sur les travaux en réalité virtuelle, notre modèle d’interaction et d’immersion en réalité augmentée nommé 3i2RA.L’axe suivant permet de préciser la problématique liée à l’utilisation d’un système d’aide à la navigation par un état de l’art spécifique aux systèmes d’information géographique. Le troisième axe présente nos apports méthodologiques concernant la conception d’un outil d’aide à la navigation. L’objectif est de proposer une méthode permettant d’interfacer la modélisation des activités des navigateurs et une méthode agile de développement d’un logiciel. Pour illustrer notre méthode, après une présentation rapide de la méthode “Scrum”, nous présentons un cas pratique de conception d’un système d’information géographique pour l’aide à la navigation pour lequel nous nous sommes rapprochés de la Société Nationale de Sauvetage en Mer (SNSM).Enfin, le dernier axe présente nos apports technologiques mis en œuvre afin de réaliser les fonctionnalités demandées. Nous allons présenter dans ce chapitre l’architecture logicielle basée sur trois composants principaux et l’architecture matérielle de notre Système d’Information Géographique Maritime Augmenté, SIGMA. Nous présentons un cadre d’application de SIGMA pour la surveillance du trafic maritime. / This thesis was carried out under CIFRE partnership between the MaxSea company and the research ESTIA laboratory. The initial request made by the company referred to the need to improve safety on ships. This research thesis are at the crossroads of several areas such as Augmented Reality, Virtual Reality, geographic information systems, software engineering, image processing and social sciences. The first axis concerns the contributions to the improvement of knowledge in the field of augmented reality. In this chapter we present the foundations of augmented reality. We propose, based on our definitions and the work in virtual reality, our model of interaction and immersion in augmented reality, named 3i2RA.The next axis is used to specify the issues related to the use of navigational aids. The third axis presents our methodological contributions in the design of an aid to navigation. The goal is to provide a method for interfacing modeling activities and a method of agile software development. To illustrate our method, we present a practical design of a geographic information system for the navigation aid for which we approached the National Society Rescue Sea (SNSM).The last line shows our technological approach to achieve the required functionality. We will present in this section the software architecture based on three main components and the hardware architecture of our Geographic Information System Enhanced Maritime, SIGMA. We present a use case of SIGMA for traffic monitoring.

Ces travaux de thèse se situent au croisement de plusieurs domaines que sont la Réalité Augmentée, la Réalité Virtuelle, les systèmes d'information géographique, le génie logiciel, le traitement d'image et les sciences humaines et sociales. Le premier axe de ce mémoire concerne les apports relatifs à l'amélioration des connaissances du domaine de la réalité augmentée par une approche centrée utilisateur. Nous proposons, basés sur nos définitions et sur les travaux en réalité virtuelle, notre modèle d'interaction et d'immersion en réalité augmentée nommé 3i2RA. L'axe suivant permet de préciser la problématique liée à l'utilisation d'un système d'aide à la navigation par un état de l'art spécifique aux systèmes d'information géographique. Nous présentons dans ce chapitre les systèmes d'information géographique particulièrement destinés à l'aide à la navigation. Le troisième axe présente nos apports méthodologiques concernant la conception d'un outil d'aide à la navigation. L'objectif est de proposer une démarche permettant d'interfacer la modélisation des activités des navigateurs et une méthode agile de développement d'un logiciel. Enfin, le dernier axe présente nos apports technologiques mis en œuvre afin de réaliser les fonctionnalités demandées.

Bien que la construction de représentations spatiales provienne du contact sensible des êtres humains avec leur environnement, l'utilisation de la géométrie euclidienne paraît faciliter les raisonnements sur l'espace. Cependant, lors de la navigation, il reste nécessaire de coordonner des représentations spatiales de types égo- et allocentrés pour agir et se situer. En situation de cécité la difficulté réside davantage dans la perception et l'actualisation des informations sur l'environnement que dans la compréhension des concepts spatiaux. Alors que l'absence de vision semble favoriser la construction de représentations spatiales de type égocentré, les cartes en relief couplées à des stratégies d'exploration adaptées offrent aux aveugles la possibilité de percevoir la configuration des éléments de l'environnement dans un référentiel de type allocentré. Cependant, l'actualisation de la position au fur et à mesure des déplacements reste particulièrement difficile. Les techniques de la réalité virtuelle permettent de simuler des navigations en proposant aux sujets non-voyants de s'immerger dans des environnements numériques actualisés en permanence grâce à l'utilisation d'une interface haptique et de la spatialisation du son. Afin d'atteindre cet objectif, nous avons conçu SEATOUCH, un logiciel de navigation haptique et auditif pour la préparation d'itinéraires à la voile des marins non-voyants. Une première expérience compare les représentations spatiales construites par six marins aveugles au cours de l'exploration d'une carte en relief et d'une carte virtuelle de SEATOUCH. Les résultats montrent que les représentations spatiales issues des cartes virtuelles sont équivalentes à celles issues des cartes en relief. Les cartes virtuelles permettent donc la construction de représentations spatiales non visuelles. De plus, les patterns d'explorations haptiques précisent que les meilleures performances sont obtenues par les sujets qui utilisent principalement la stratégie du point de référence. Forts de ce résultat, nous avons cherché à évaluer les intérêts de l'utilisation de la réalité virtuelle, et plus précisément de SEATOUCH, pour le transfert d'apprentissage depuis la navigation virtuelle vers la navigation réelle. Nous avons alors testé l'influence des conditions de navigations virtuelles sur la coordination des représentations spatiales de types égo- et allocentrés lorsque « le voilier se déplace sur la carte » d'une part, et lorsque « la carte défile autour du voilier » d'autre part. L'absence de différence entre ces deux conditions semble révéler une importance primordiale de l'encodage initial de la carte pour le repérage des sujets en cours d'action. Cependant, nous soulevons que les sujets qui semblent s'être perdus au cours de la navigation virtuelle présente des performances très légèrement meilleures lors de la navigation en situation naturelle. L'analyse des mouvements d'exploration sur la carte nous permet de reprendre un modèle de coordination des référentiels spatiaux issu de la littérature existante sur la cécité. Nous le précisons en l'appliquant à la tâche de préparation de navigation à la voile avec les cartes virtuelles de SEATOUCH. Outre les bénéfices immédiats de SEATOUCH pour la navigation à la voile des marins aveugles, ce travail apporte de nouveaux éléments de compréhension sur certains mécanismes de la cognition spatiale non visuelle et plus particulièrement sur la coordination des référentiels égo- et allocentrés.