La réalité virtuelle est un domaine en plein essor actuellement. Un des sujets de recherche dans ce domaine concerne l'immersion et la sensation de présence en environnement virtuel. Pour augmenter l'immersion, les chercheurs se sont intéressés aux retours sensoriels comme le retour sonore, haptique ou tactile. Très peu de recherches ont été réalisées sur les retours olfactifs. Ce travail traite de l'intégration du retour olfactif en environnement virtuel. Dans un premier temps, différentes expériences ont été réalisées afin de mettre en place une méthodologie permettant de caractériser les types de diffuseurs. Les résultats ont montré que la subjectivité des sujets entraîne l'obligation de calibrer un diffuseur avant de l'utiliser dans une application. Ce document présente une taxinomie du choix de diffuseurs en fonction de différents paramètres comme les techniques d'interaction définies par D.A. Bowman et al. ou les interfaces de visualisation. Ce travail a permis également une première évaluation du retour olfactif sur deux points : la sensation de présence du sujet et la mémorisation d'objets ou d'événements.

Depuis quelques années, la plupart des constructeurs automobiles innovent en faisant appel aux techniques de la réalité virtuelle (RV). Cette approche possède un fort potentiel en termes de gain de temps et de réduction des coûts. Elle permet également d'évaluer de nouvelles approches liées au processus de conception lui-même. Cependant, un certain nombre de verrous technologiques et méthodologiques subsistent. Ils concernent en particulier (i) la simplification et la physicalisation des maquettes numériques issues des logiciels de CAO, (ii) le développement de configurations visuo-haptiques adaptées aux différentes tâches impliquées par le prototypage virtuel, et (iii) l'identification des retours sensoriels les plus pertinents, permettant à l'opérateur d'effectuer ces tâches efficacement. Un ensemble de problématiques soulevées par le service R&D de Valeo Lighting Systems (Angers) nous a conduit à traiter les trois aspects évoqués ci-dessus. Les tâches étudiées sont l'accessibilité, l'extraction et la manipulation de lampes sur prototype virtuel à l'échelle 1:1. Dans le manuscrit, nous commençons par aborder les limites du prototypage réel et les apports liés au prototypage virtuel. Ces apports sont examinés en particulier pour les phases de création et de validation des prototypes. Puis, nous présentons un état de l'art exhaustif des dispositifs d'affichage et des interfaces à retour d'effort, que nous avons classées en fonction de leur architecture mécanique et de leur support de référence. Ensuite, nous traitons la simplification et l'intégration de maquettes virtuelles ainsi que l'intégration du modèle biomécanique de l'opérateur humain. Différentes simulations permettant de valider la méthodologie d'intégration proposée sont décrites. Celles-ci sont basées sur l'utilisation de notre plate-forme de réalité virtuelle. Enfin, nous décrivons une série cohérente et progressive d'expérimentations permettant d'évaluer la pertinence et l'influence de différentes modalités sensorielles (visuelle, sonore, vibro-tactile, et kinesthésique) sur la performance humaine. L'objectif est d'identifier les avantages et inconvénients de ces retours d'information dans différentes configurations matérielles. Les résultats sont analysés via différents indicateurs de performance (temps de réalisation des tâches, précision de placement). Des données subjectives sont également recueillies via l'observation des sujets pendant l'exécution des tâches et à partir de questionnaires.

Les progrès récents dans le domaine de l'infographie et la capacité des ordinateurs personnels de rendre les scènes 3D réalistes ont permis de développer des environnements virtuels dans lesquels plusieurs utilisateurs peuvent co-exister et travailler ensemble pour atteindre un objectif commun. Ces environnements sont appelés Environnements Virtuels Collaboratifs (EVCs). Les applications potentielles des EVCs sont dans les domaines militaire, medical, l'assemblage, la conception assistee par ordinateur, la teleoperation, l'éducation, les jeux et les réseaux sociaux. Un des problemes liés aux EVCs est la faible connaissance des utilisateurs concernant l'état, les actions et les intentions de leur(s) collaborateur(s). Ceci reduit non seulement la performance collective, mais conduit également à des résultats non satisfaisants. En outre, les tâches collaboratives ou coopératives réalisées sans aide ou assistance, sont plus difficiles et plus sujettes aux erreurs. Dans ce travail de thèse, nous étudions l'influence de guides multi-modaux sur la performance des utilisateurs lors de tâches collaboratives en environnement virtuel (EV). Nous proposons un certain nombre de guides basés sur les modalites visuelle, auditive et haptique. Dans ce contexte, nous étudions leur qualité de guidage et examinons leur influence sur l'awareness, la co-presence et la coordination des utilisateurs pendant la réalisation des tâches. A cette effet, nous avons développé une architecture logicielle qui permet la collaboration de deux (peut être étendue à plusieurs utiliateurs) utilisateurs (distribués ou co-localisés). En utilisant cette architecture, nous avons développé des applications qui non seulement permettent un travail collaboratif, mais fournissent aussi des assistances multi-modales aux utilisateurs. Le travail de collaboration soutenu par ces applications comprend des tâches de type "Peg-in-hole", de télé-manipulation coopérative via deux robots, de télé-guidage pour l'écriture ou le dessin. Afin d'évaluer la pertinence et l'influence des guides proposés, une série d'expériences a ete effectuée au LISA (Laboratoire d'Ingénierie et Systemes Automatisés) à l'Université d'Angers et au Laboratoire IBISC (Informatique, Biologie Integrative et Systemes Complexes) à l'Université d'Evry. Dans ces expériences, les utilisateurs ont été invités à effectuer des tâches variées, dans des conditions différentes (avec et sans guides). L'analyse a été effectuée sur la base du temps de réalisation des tâches, des erreurs et de l'apprentissage des utilisateurs. Pour les évaluations subjectives des questionnaires ont été utilisés. Ce travail contribue de manière signicative au développement de systèmes collaboratifs pour la téléoperation, la simulation d'assemblage, l'apprentissage de gestes techniques, la rééducation, la conception assistée par ordinateur et le divertissement.

Notre comportement au quotidien nécessite la prise en compte d'informations et l'élaboration d'actions qui peuvent nous paraître banales. Il est cependant le fruit d'un traitement élaboré et complexe de la part de notre cerveau. Ce traitement cérébral est à la base des fonctions cognitives et motrices chez l'homme. Si nous voulions enregistrer in situ l'évolution temporelle des signaux cérébraux traduisant notre comportement lors de tâches cognitives et/ou sensori-motrices, nos choix se porteraient sur l'utilisation de méthodes non-invasives utilisées en neuroergonomie. Parmi les méthodes actuellement disponibles en neuroimagerie fonctionnelle, la spectroscopie proche infrarouge (NIRS) quantifiant indirectement l'activité corticale (i.e., modification de la réponse hémodynamique) apparaît la plus pertinente quant à l'appréciation de l'activité corticale en continu. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés, en exploitant la NIRS, à mettre en évidence les corrélats entre l'activité corticale (lobe frontal) et le niveau de sollicitation engendré par des charges de travail dans des tâches cognitives et/ou motrices à des intensités sous-maximales et de difficultés variables. Trois études ont été menées, dont les résultats montrent que l'activité hémodynamique mesurée par NIRS varie en fonction de la charge de travail. L'activité corticale est estimable à une intensité d'effort sous-maximale pour des tâches cognitives et/ou motrices, à condition que l'analyse des signaux soit suffisamment discriminante pour des sollicitations faibles à modérées. Ce travail a révélé la sensibilité et l'utilité de la NIRS dans l'exploration de la charge de travail.

Ce travail se situe dans le cadre de la surveillance de systèmes homme-machine, où l'opérateur humain est un élément de décision dans la boucle. Ce type de systèmes nécessite une surveillance automatisée globale temps-réel, incluant la détection d'incidents techniques et de défaillances humaines. Partant de l'hypothèse que la partie technologique travaille " correctement " et/ou qu'elle est surveillée par un système de diagnostic, nous nous centrons sur la partie opérateur humain, la plus critique à surveiller. Nous présentons un système de diagnostic appliqué à la surveillance du conducteur automobile à partir d'informations fournies par des capteurs embarqués dans le véhicule. Les travaux ont été développés dans le cadre du projet Européen AWAKE et le projet national " facteurs de dégradation de la vigilance et de la sécurité dans les transports " de PREDIT.<br />Nous proposons une stratégie générale de système temps-réel pour la surveillance du niveau de vigilance du conducteur (dynamique lente) et la surveillance du niveau de risque lié à la situation actuelle de conduite (dynamique instantanée), à travers :<br />* L'analyse temporelle et fréquentielle des signaux mécaniques (mesures de performance) par ondelettes et filtres, pour en extraire des caractéristiques dynamiques, statistiques et fréquentielles sur la dégradation de la conduite,<br />* L'apprentissage par SVM, méthode pour laquelle nous avons développé des stratégies d'implémentation adaptées pour un apprentissage en ligne et pour des problèmes de grande taille,<br />* La fusion par FIS, afin de profiter de l'expertise humaine et produire un diagnostic sur le niveau de risque lié à la sortie de la voie de circulation.<br />* La validation d'une telle approche à travers des EEG et EOG (mesures physiologiques) et des autoévaluations (mesures subjectives).<br />Nous appliquons cette méthodologie à diverses expériences des programmes AWAKE et PREDIT réalisées sur des simulateurs ou des démonstrateurs.