L'amélioration des outils informatiques devient davantage tributaire de l'enrichissement et du développement de nouvelles interfaces homme-machines que de l'augmentation de la puissance des machines. Les périphériques et techniques d'interaction font partie intégrante des interfaces homme-machines et sont au coeur de nos travaux. Nos recherches s'inscrivent dans cet axe de développement de l'interaction homme-machine en considérant à la fois les aspects matériels, logiciels et les capacités humaines liés aux interfaces homme-machines. Dans ce cadre, nos travaux ont mis en évidence l'importance des fonctions de transfert pour les périphériques de pointage indirects et montrent qu'il existe une marge d'optimisation de ces fonctions. La prise en compte des caractéristiques physiques des périphériques, des capacités des utilisateurs et d'une reconsidération de la gestion des périphériques dans les systèmes actuels permettent en effet d'améliorer les tâches existantes et d'effectuer des tâches auparavant impossibles à réaliser avec des techniques d'interaction standards. Nous nous sommes également intéressés aux périphériques d'interaction directs pour lesquels nous avons montré que la prise en compte de l'occultation permet d'améliorer l'interaction sur écrans tactiles, tout comme une meilleure compréhension des capacités de séparation et d'intégration des degrés de liberté améliore les tâches de manipulation 3D sur écrans multipoints. Le développement de nouvelles interfaces homme-machine est également au coeur de nos travaux. La compréhension des limites des périphériques isotoniques et élastiques existants nous a conduit à développer le périphérique hybride isotonique-élastique RubberEdge. Nos travaux portent également sur l'utilisation du retour tactile avec frottement programmable pour développer de nouvelles techniques d'interaction, l'amélioration des changements de mode sur écrans tactiles avec le développement du périphérique Conté et l'exploitation de l'interaction sur et au dessus d'une surface tactile avec le système Mockup Builder. Le dernier volet de nos travaux concerne l'estimation de la difficulté perçue d'exécution de gestes et l'analyse de la dynamique de gestes pour distinguer les tâches de sélection de celles de saisie d'objets dans le cadre d'interfaces sans contact.

La dynamique du geste reste peu exploitée dans le domaine de l'interaction homme-machine alors qu'elle permet de définir des critères simples d'analyse de l'intention des utilisateurs. Sa principale utilisation porte sur les fonctions de transfert des périphériques isotoniques. Ces fonctions permettent d'établir une relation entre le geste de l'utilisateur effectué dans l'espace moteur avec le périphérique de pointage (i.e. souris) et le mouvement du pointeur dans l'espace visuel. Les fonctions de transfert utilisées par les systèmes d'exploitation modernes restent cependant fortement méconnues même si des études ont montré qu'elles ont un impact sur les performances des utilisateurs. Pour caractériser ces fonctions, nous avons développé un périphérique électronique qui simule une souris réelle et qui permet d'obtenir les fonctions de transfert de tout système. Nous avons ainsi pu obtenir les fonctions des systèmes Windows, Linux et Mac et nous avons observé des différences notables entre ces fonctions. Nous avons ensuite cherché à optimiser ces fonctions en réduisant au maximum le nombre de leurs degrés de liberté. En faisant varier de manière exhaustive ces paramètres, nous avons ainsi pu observé des différences significatives qui montrent qu'il existe une famille de fonctions pour lesquelles les performances sont optimales. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'utilisation de la dynamique du geste dans un autre contexte, celui de la génération d'événements discrets, pertinent dans le cadre des interfaces sans contact de type Kinect. Nous avons ainsi montré qu'il est possible de distinguer la sélection du déplacement dans une tâche d'interaction 3D. La technique développée est ensuite améliorée dans le cas des cibles de petites tailles et son application dans un contexte d'interaction 2D est évaluée.

Dans cette thèse nous proposons une approche et des outils pour faciliter la mise au point et l'utilisation de techniques d'interaction avancées au sein d'applications graphiques interactives. Nous proposons de résoudre les exigences antithétiques de la réutilisation, nécessaire à la factorisation des efforts, et de l'innovation, nécessaire à l'adaptation à de nouveaux contextes, en fournissant une pyramide d'abstractions de divers niveaux permettant leur recombinaison pour s'adapter finement aux besoins spécifiques à chaque usage. Nous proposons également d'intégrer aux langages impératifs une structure de contrôle basée sur un formalisme de machines à états hiérarchiques pour faciliter la programmation de comportements dynamiques et faire des interactions des objets à part entière du vocabulaire des programmeurs.<br /><br />Nous montrons par des exemples comme ces éléments permettent la reproduction de l'état de l'art des interactions, tant standards qu'avancées, et la mise au point de techniques d'interaction originales et performantes. Nous présentons en particulier la réalisation d'applications graphiques interactives utilisant une architecture distribuée permettant de localiser l'interaction sur le système local et de reporter le noyau fonctionnel sur une machine distante. Nous présentons enfin une technique d'interaction avancée, le pointage sémantique, qui facilite la tâche élémentaire de sélection par pointage en permettant d'utiliser deux tailles pour les objets de l'interface, l'une choisie en fonction des informations qu'ils présentent, l'autre en fonction de leur importance pour la manipulation.

Le travail présenté dans cette thèse vise à étudier la coordination entre gestes manuels et parole lors de la production d'énoncés multimodaux. Les études menées s'intéressent plus particulièrement aux relations temporelles entre les deux modalités. Cette coordination a été étudiée plus précisément dans le cadre de la désignation qui est réalisable à la fois dans la modalité manuelle (geste de pointage) et dans la modalité parole (" montrer avec la voix ", en utilisant la focalisation et/ou les démonstratifs par exemple). Les études présentées ont été menées dans un environnement contrôlé de laboratoire afin d'obtenir des mesures précises et reproductibles en minimisant les facteurs extérieurs de variations intra- et inter-participants. Les productions des locuteurs peuvent ainsi être comparées entre-elles en se focalisant sur les facteurs d'intérêt toutes choses maintenues le plus possible égales par ailleurs. Un travail particulier de mise en place des protocoles a néanmoins permis de maintenir une tâche assez naturelle afin de ne pas induire des productions trop artificielles. Les deux premières études se sont intéressées à la production conjointe de gestes manuels et de parole contenant de la focalisation. Plusieurs types de gestes ont été comparés (geste de pointage, geste de battement et geste d'appui sur un bouton) lors d'une tâche de désignation. Il a été montré que la production de focalisation attire le geste manuel quel que soit son type mais que l'attraction est plus " précise " et fine pour le pointage. Par ailleurs, l'apex du geste de pointage semble être cooccurent à une cible articulatoire plutôt qu'acoustique. La seconde étude manipule le lien de désignation le geste de pointage et la parole. Elle montre, en exhibant deux stratégies adoptées par les participants, la complexité des mécanismes mis en jeu dans cette coordination. Finalement, une troisième étude s'intéresse à la coordination dans une tâche interactive et collaborative plus naturelle. Dans cette tâche les locuteurs utilisent naturellement des gestes de pointage pour désigner à leur interlocuteur l'emplacement d'une carte à poser grâce à une phrase porteuse contenant un démonstratif. Les résultats montrent une cooccurrence de la partie du geste qui montre avec l'information qui lui est complémentaire en parole, i.e. avec le nom de l'objet à poser à l'endroit désigné par le geste de pointage, plutôt qu'avec la partie de la parole qui désigne, i.e. le démonstratif. L'effet de la perturbation de l'interaction par un bruit ambiant est également testé et il est montré que, si la parole subit un effet Lombard classique, la production de gestes est peu modifiée mis à part une adaptation de la durée de la partie du geste qui montre à l'allongement de la parole. Ce mémoire propose par ailleurs une exploration des procédés d'annotation multimodaux mis en place pour l'annotation de tâches semi-contrôlées mais applicables à des cas plus généraux. Le manuscrit se conclut par une mise en perspective des résultats pour l'amélioration de certains modèles de production conjointe gestes manuels/parole et fournit quelques pistes utilisables dans le domaine des agents conversationnels ainsi que pour la détection de pathologies.

Le travail présenté dans cette thèse vise à étudier la coordination entre gestes manuels et parole lors de la production d'énoncés multimodaux. Les études menées s'intéressent plus particulièrement aux relations temporelles entre les deux modalités. Cette coordination a été étudiée plus précisément dans le cadre de la désignation qui est réalisable à la fois dans la modalité manuelle (geste de pointage) et dans la modalité parole (« montrer avec la voix », en utilisant la focalisation et/ou les démonstratifs par exemple). Les études présentées ont été menées dans un environnement contrôlé de laboratoire afin d'obtenir des mesures précises et reproductibles en minimisant les facteurs extérieurs de variations intra- et inter-participants. Les productions des locuteurs peuvent ainsi être comparées entre-elles en se focalisant sur les facteurs d'intérêt toutes choses maintenues le plus possible égales par ailleurs. Un travail particulier de mise en place des protocoles a néanmoins permis de maintenir une tâche assez naturelle afin de ne pas induire des productions trop artificielles. Les deux premières études se sont intéressées à la production conjointe de gestes manuels et de parole contenant de la focalisation. Plusieurs types de gestes ont été comparés (geste de pointage, geste de battement et geste d'appui sur un bouton) lors d'une tâche de désignation. Il a été montré que la production de focalisation attire le geste manuel quel que soit son type mais que l'attraction est plus « précise » et fine pour le pointage. Par ailleurs, l'apex du geste de pointage semble être cooccurent à une cible articulatoire plutôt qu'acoustique. La seconde étude manipule le lien de désignation le geste de pointage et la parole. Elle montre, en exhibant deux stratégies adoptées par les participants, la complexité des mécanismes mis en jeu dans cette coordination. Finalement, une troisième étude s'intéresse à la coordination dans une tâche interactive et collaborative plus naturelle. Dans cette tâche les locuteurs utilisent naturellement des gestes de pointage pour désigner à leur interlocuteur l'emplacement d'une carte à poser grâce à une phrase porteuse contenant un démonstratif. Les résultats montrent une cooccurrence de la partie du geste qui montre avec l'information qui lui est complémentaire en parole, i.e. avec le nom de l'objet à poser à l'endroit désigné par le geste de pointage, plutôt qu'avec la partie de la parole qui désigne, i.e. le démonstratif. L'effet de la perturbation de l'interaction par un bruit ambiant est également testé et il est montré que, si la parole subit un effet Lombard classique, la production de gestes est peu modifiée mis à part une adaptation de la durée de la partie du geste qui montre à l'allongement de la parole. Ce mémoire propose par ailleurs une exploration des procédés d'annotation multimodaux mis en place pour l'annotation de tâches semi-contrôlées mais applicables à des cas plus généraux. Le manuscrit se conclut par une mise en perspective des résultats pour l'amélioration de certains modèles de production conjointe gestes manuels/parole et fournit quelques pistes utilisables dans le domaine des agents conversationnels ainsi que pour la détection de pathologies. / The work synthesized in this thesis aims at studying the coordination between manual gestures and speech during multimodal utterances production. More precisely, the temporal relationship between the two modalities is considered. The coordination is studied in a designation framework since designating is possible both manually (pointing gesture) and using speech (one can "show with the voice" using focus and/or demonstratives for example). All the studies presented in this work are done in a lab setting thus allowing to get precise and reproducible measurements while minimizing potential external sources of variation (either between or within participants). Participants' productions were then compared to each other focusing on factors of interest while keeping other sources of variation as low as possible. A part of the work consisted in designing rather natural experimental protocols so as to ensure productions were not too artificial. The first two experiments studied to co-production of manual gestures and speech containing a focused part. Different types of gestures were compared (pointing gesture, beat, button-push) in a designation task. It has been shown that producing focus did temporally attract manual gesture whichever its type but that this attraction was finer and less variable for pointing gesture. Another interesting finding was that the apex of pointing gesture seems to be cooccurring with articulatory targets rather than acoustic ones. The second study manipulates the designation link between manual gestures and speech. By showing that participants can be split up into two groups using different multimodal coordination strategies, it put forward the complexity of underlying mechanisms of this coordination. The last experiment focuses on the coordination in a more natural interactive and collaborative task. In this task, participants used pointing gestures as a natural way to show where a card should be placed on a playing board. They also produced accompanying sentences containing demonstratives. Results show a co-ocurrence of the part of the gesture that shows and with the complementary information in speech (ie. the name of the object to be placed at the spot pointed at by the manual gesture) rather than with the part of speech that shows (ie. demonstrative). The influence of impairing interaction by broadcasting a surrounding noise is also an issue which is addressed. However speech production shows a classical Lombard effect, the production of manual gesture undergoes only slight changes: mainly, the part of the manual gesture that shows lasts longer and this lengthening is related to the lengthening observed in speech. The work presented in this manuscript moreover put forward a systematic way of labeling semi-constrained interactive tasks which can be generalized. The conclusion puts in perspective the results so as to improve some manual gestures/speech co-production models and indicates paths for reflection about embodied conversational agents and early detection of pathological cases.

Du fait de la disponibilité de capteurs éléctroniques de plus en plus puissant, la dernière décennie a vu la popularisation de nouveaux dispositifs mobiles, comme les téléphones intelligents (smartphone), et même des dispositifs miniatures comme ceux de l'informatique portée. Ces nouveaux dispositifs apportent de nouveaux problèmes interactionnels, du fait de la petite taille de l'écran et du problème du "fat-finger" (lors de l'interaction, une large portion de l'écran se retrouve occultée par le doigt, et les tâches de pointage perdent en précision. L'objectif de ce travail est double : 1) d'acquérir une meilleure compréhension du pointage sur les petits dispositifs mobiles, grâce à une étude poussée de la loi Fitts, 2) de créer de nouvelles techniques d'interaction afin d'augmenter la bande passante interactionnelle entre l'utilisateur et le dispositif / Thanks to the availability of powerful miniaturized electronic coponents, this last decade have seen the popularization of small mobile devices such as smartphones, and even smaller devices for wearable computing. These new devices bring new interaction problems, such as the small size of the screen and the "fat-finger" problem (a relatively large portion of the sreen is occluded and pointing lacks precision). the objective of the work reported here is twofold : 1) to aquire a better understanding of pointing on small devices, thanks to an advanced study of Fitts' law, 2) to design new interaction techniques for increasing the interaction bandwidth between the user and the device.

Il est admis depuis quelque temps déjà qu'une interaction, pour être utile et efficace, doit être pensée "en contexte". Cependant ce contexte reste une notion floue regroupant de nombreux concepts la rendant difficile à exploiter lors de la conception de techniques d'interaction. La présente thèse se concentre sur la partie spatiale du Contexte dans le cadre des environnements de bureau et de la gestion des fenêtres.Nous avons tout d'abord conçu et implémenté un ensemble de techniques d'interaction regroupées sous l'ap- pellation PowerTools. Ces interactions ont comme particularité de conserver la disposition des éléments à l'écran et de garder l'interaction localisée autour du point d'attention de l'utilisateur. Deux de ces techniques, DeskPop et StackLeafing s'intéressent plus particulièrement à la navigation entre les fenêtres (et le bureau) pendant une interaction de glisser-déposer. DeskPop permet de révéler et d'interagir avec l'espace du bureau sans pour autant déplacer ou cacher les fenêtres. StackLeafing elle, propose d'utiliser le non-chevauchement des fenêtres pour les regrouper en couches et ainsi pouvoir parcourir l'ensemble des fenêtres plus rapidement que par la simple inspec- tion individuelle. TimeShift pour sa part propose une méthode de déclenchement des historiques de copier-coller et glisser-déposer permettant de conserver l'interaction autour du point d'attention de l'utilisateur. La conception des PowerTools nous a conduit à effectuer trois études plus théoriques portant sur le contexte spatial et qui ont donné lieu à des expériences utilisateurs en laboratoire.La première de ces études considère l'acquisition de cibles surgissantes ou animées où nous faisons varier le délai d'apparition et d'animation. Il s'avère que l'animation ou l'apparition soudaine d'une cible reste très proche au niveau des performances du pointage classique (cible statique toujours affichée) pour des délais d'apparition ou d'animation très court (en dessous de 200 ms). Cependant, le cas non statique conduit à plus d'erreurs et, dès que le délai dépasse 200 ms, on observe des différences de performance avec le cas statique. Ces résultats montrent que des techniques telles que StackLeafing et DeskPop qui conservent les cibles potentielles statiques et visibles possèdent un avantage par rapport aux techniques classiques.La seconde étude porte sur la profondeur en gestion des fenêtres. Elle a pour but de déterminer si l'application d'un effet graphique sur les fenêtres peut aider les utilisateurs à mieux percevoir la profondeur de couches de fenêtres comme utilisé dans la technique StackLeafing. Cette étude compare trois effets, appelés indices visuels de profondeur : ombres, flou, et luminosité. Ces indices sont appliqués à des scènes composées de fenêtres disposées en couches (ensemble de fenêtres ne se recouvrant pas), les indices de flou et de luminosité étant appliqués de manière plus forte pour les couches plus profondes. Les sujets devaient alors déterminer le nombre total de couches de la scène. L'expérience montre que l'indice le plus efficace est la luminosité.Enfin, la conception de TimeShift à également porté à notre attention la difficulté d'intégrer de nouvelles tech- niques d'interaction dans un environnement existant. Dans le cas de l'implémentation des historiques de copier- ou-déplacer, nous avons utilisé des interactions "temporisées". Pour généraliser ces interactions temporelles, nous proposons que l'utilisateur communique avec le système par la reproduction de motifs rythmiques. Nous avons défini un vocabulaire propice à l'interaction homme-machine puis nous avons mené des expériences utilisateurs pour évaluer les capacités de reproduction et de mémorisation d'association de rythmes à des commandes. Les ex- périences montrent que le type d'interaction rythmique que nous proposons est effectivement adapté à l'Interaction Homme-Machine.La proposition de départ de cette thèse était de modifier le moins possible la disposition des éléments affichés et de conserver l'interaction autour du point d'attention de l'utilisateur afin de conserver le contexte et la mémoire spatiale de ce dernier. Nous avons tout d'abord conçu et intégré un ensemble de techniques dans un environnement réel. Puis, nous avons élaboré et mené des expériences en laboratoire afin de mieux comprendre les implications des choix de conception.

Les objectifs de notre travail étaient : (i) de proposer un nouveau cadre conceptuel pour l’entraînement bimanuel chez les patients hémiplégiques (ii) de concevoir et tester une nouvelle approche de rééducation basée sur l’équilibre entre les différentes contraintes. Afin d’atteindre ces objectifs, nous avons adopté une approche du type preuve-de-concept.La première partie de ce document est consacrée à une revue critique de la littérature. La deuxième partie présente le travail expérimental qui était mené pour explorer ce concept, chez des sujets sains et des patients hémiparétiques. La première étude a exploré le comportement unimanuel dans une tâche de pointage discret pour une large gamme de d’indices de difficulté (ID). Dans la seconde étude, nous avons exploré l’effet de l’asymétrie bimanuelle induite par la tâche sur l’expression du couplage. La troisième étude aborde la problématique des asymétries induites par l’AVC et par la tâche chez des patients soufrant de déficits plus ou moins graves. Globalement, les résultats expérimentaux ont corroboré nos hypothèses initiales. Ainsi, ils nous ont permis de concevoir une nouvelle stratégie de rééducation bimanuelle. Cette stratégie de rééducation, avec le protocole de recherche clinique en cours, ont été présentés dans la troisième partie de la thèse. Notre approche a fourni une preuve de concept sur l’importance de l’équilibre entre couplage et rupture de symétrie dans le comportement bimanuel du patient hémiplégique. Elle a permis également d’envisager la manière dont les asymétries devraient être prises en compte dans la rééducation. Les perspectives futures ont été discutées dans la dernière partie du manuscrit. / In the present work we aimed at: (i) setting new conceptual foundations for bimanual movement training in stroke, and (ii) providing practical guidelines to appropriately design and test a comprehensive constraint-led bimanual rehabilitation strategy. In order to achieve these stated objectives, we adopted a proof-of-concept approach.The first part of the current manuscript includes a critical review of BMT literature on the basis of the theoretical principles and empirical findings of the dynamical systems approach. The second part reports the experimental work that was conducted to investigate this concept in healthy and in hemiparetic subjects. The first study investigated unimanual discrete rapid aiming, under different task conditions and for a wide range ID values. In the second study, the effect of task-induced inter-limb asymmetry on the expression of bimanual coupling was explored. The third study, addressed the issue of task- and stroke-induced asymmetries in patients with different degrees of impairments. Overall, experimental findings corroborated our initial hypotheses. It permitted the design of a new BMT strategy to (re)train stroke patient. This rehabilitation strategy and the on-going clinical protocol were presented in the third part of the thesis.Though voluntarily qualitative, our approach provided a preliminary proof of concept on how CVA- and task-induced inter-limb asymmetries should be taken into account in rehabilitation. The conclusions of our work along with the opened perspectives were discussed at the end of the manuscript.

Le contexte temporel influence profondément la façon dont nous nous comportons. De manière similaire, il donne forme à l'activité du cortex moteur (LFP et potentiels d'action), pendant la préparation motrice, mais aussi en absence de préparation d'un mouvement. / The temporal context deeply shapes the motor cortical activity (spikes and LFPs), during movement preparation but also outside movement preparation.

Ces travaux de recherches s’inscrivent dans le cadre d’une amélioration du bilan de liaison des données de télémesures sur les lanceurs spatiaux. Pour cela, un dispositif d’antenne à pointage électronique a été choisi. Celui-ci utilise un réseau de quatre antennes patchs alimentés par un prototype composé d’un diviseur de puissance 1 vers 4 et de quatre déphaseurs. Les états de phases choisis pour chacun des déphaseurs sont 0°, 90° et 180°. Après une étude bibliographique, les meilleurs déphaseurs pouvant assurer cette fonction sont les déphaseurs à base de coupleur hybride. Grâce à l’utilisation de MEMS-RF dans ces circuits, il est n’est pas nécessaire de rajouter des amplificateurs de puissance, car ces composants sont faibles pertes RF et linéaires. Plusieurs topologies de déphaseurs à base de coupleur hybride utilisant ces commutateurs ont été étudiés. D’après cette étude, il a été possible de réduire la taille des circuits sans détériorer les performances RF, ce qui nous a permis d’en choisir deux d’entre eux. Un commande à distance est nécessaire pour ces dispositifs alors une boîte à relais a été choisie pour assurer ce rôle. Le premier prototype est composé d’un diviseur de puissance qui a été commandé et de quatre déphaseurs fabriqués. Le deuxième prototype est entièrement intégré sur puce, ce qui a permis de réduire la surface du dispositif ainsi que d’améliorer les pertes RF. Ces travaux ont donc pu montrer la faisabilité de fabriquer un prototype simple, faible pertes, et linéaire. / These research works is within the context of an improved link budget telemetry data on space launchers. For this device, an electronically steerable antenna was chosen. It uses an array of four patch antennas supplied by a prototype composed of a power splitter 1 to 4 and four phase shifters. For each selected phase shifters, the phase states are 0 °, 90 ° and 180 °.After a bibliographical study, the best phase shifters that can perform this function are the shifters based on hybrid coupler. Thanks to the use of RF-MEMS in these circuits, it is not necessary to add power amplifiers because these components are linear and present low RF losses. Several topologies of phase shifters based on hybrid coupler using RF-MEMS were studied. According to this study, it was possible to reduce the size of circuits without damaging the RF performance, which allowed us to choose two of them. A remote control is needed for these devices to relay box then was chosen for this role. The first prototype consists of a power divider which was commissioned and produced phase shifters. The second prototype is fully integrated on-chip, which has reduced the device surface and improves the RF losses.These studies were able to demonstrate the feasibility to produce a simple linear prototype with low RF losses.