Le raisonnement spatial et temporel qualitatif est un domaine principal d’études de l’intelligence artificielle et, en particulier, du domaine de la représentation des connaissances, qui traite des concepts cognitifs fondamentaux de l’espace et du temps de manière abstraite. Dans notre thèse, nous nous focalisons sur les formalismes du domaine du raisonnement spatial et temporel qualitatif représentant les informations par des contraintes et apportons des contributions sur plusieurs aspects. En particulier, étant donnée des bases de connaissances d’informations qualitatives sur l’espace ou le temps, nous définissons des nouvelles conditions de consistance locale et des techniques associées afin de résoudre efficacement les problèmes fondamentaux se posant. Nous traitons notamment du problème de la satisfiabilité qui est le problème de décider s’il existe une interprétation quantitative de toutes les entités satisfaisant l’ensemble des contraintes qualitatives. Nous considérons également le problème de l’étiquetage minimal qui consiste à déterminer pour toutes les contraintes qualitatives les relations de base participant à au moins une solution ainsi que le problème de redondance consistant à déterminer les contraintes qualitatives non redondantes. En outre, nous enrichissons le domaine des formalismes spatio-temporels par des contributions concernant une logique spatio-temporelle combinant la logique temporelle propositionnelle (PTL) avec un langage de contraintes qualitatives spatiales et une étude de la problématique consistant à gérer une séquence temporelle de configurations spatiales qualitatives devant satisfaire des contraintes de transition. / Qualitative Spatial and Temporal Reasoning is a major field of study in Artificial Intelligence and, particularly, in Knowledge Representation, which deals with the fundamental cognitive concepts of space and time in an abstract manner. In our thesis, we focus on qualitative constraint-based spatial and temporal formalisms and make contributions to several aspects. In particular, given a knowledge base of qualitative spatial or temporal information, we define novel local consistency conditions and related techniques to efficiently solve the fundamental reasoning problems that are associated with such knowledge bases. These reasoning problems consist of the satisfiability problem, which is the problem of deciding whether there exists a quantitative interpretation of all the entities of a knowledge base such that all of its qualitative relations are satisfied by that interpretation, the minimal labeling problem, which is the problem of determining all the atoms for each of the qualitative relations of a knowledge base that participate in at least one of its solutions, and the redundancy problem, which is the problem of obtaining all the non-redundant qualitative relations of a knowledge base. Further, we enrich the field of spatio-temporal formalisms that combine space and time in an interrelated manner by making contributions with respect to a qualitative spatio-temporal logic that results by combining the propositional temporal logic (PTL) with a qualitative spatial constraint language, and by investigating the task of ordering a temporal sequence of qualitative spatial configurations to meet certain transition constraints.

Le paysage numérique de la culture française et mondiale subit de grands bouleversements depuis une quinzaine d’années avec des mutations historiques des médias, de leur format traditionnel au format numérique, tirant avantageusement parti des nouveaux moyens de communication et des dispositifs mobiles aujourd’hui popularisés. Aux côtés de formes culturelles ayant achevé, ou étant en passe d’achever, leur transition vers le numérique, la bande dessinée tâtonne encore pour trouver sa place dans l’espace du tout dématérialisé. En parallèle de l’émergence de jeunes auteurs créant spécifiquement pour ces nouveaux supports de lecture que sont ordinateurs, tablettes et smartphones, plusieurs acteurs du monde socio-économique s’intéressent à la valorisation du patrimoine existant. Les efforts se concentrent autant sur une démarche d’adaptation des œuvres aux nouveaux paradigmes de lecture que sur celle d’une indexation de leur contenu facilitant la recherche d’informations dans des bases d’albums numérisés ou dans des collections d’œuvres rares. La problématique est double, il s’agit premièrement d’être en mesure d’identifier la structure d’une planche de bande dessinée en se basant sur des extractions de primitives, issues d’une analyse d’image, validées et corrigées grâce à l’action conjointe de deux ontologies, la première manipulant les extractions d’images bas-niveau, la deuxième modélisant les règles de composition classiques de la bande dessinée franco-belge. Dans un second temps l’accent est mis sur l’enrichissement sémantique des éléments identifiés comme composants individuels d’une planche en s’appuyant sur les relations spatiales qu’ils entretiennent les uns avec les autres ainsi que sur leurs caractéristiques physiques intrinsèques. Ces annotations peuvent porter sur des éléments seuls (place d’une case dans la séquence de lecture) ou sur des liens entre éléments (texte prononcé par un personnage). / Since the beginning of the twenty-first century, the cultural industry, both in France and worldwide, has been through a massive and historical mutation. They have had to adapt to the emerging digital technology represented by the Internet and the new handheld devices such as smartphones and tablets. Although some industries successfully transfered a piece of their activity to the digital market and are about to find a sound business model, the comic books industry keeps looking for the right solution and has not yet produce anything as convincing as the music or movie offers. While many new young authors and writers use their creativity to produce specifically digital designed pieces of art, some other minds are focused on the preservation and the development of the already existing heritage. So far, efforts have been concentrated on the transfer from printed to digital support, with a special attention given to their specific features and how they can be used to create new reading conventions. There has also been some concerns about the content indexing, which is a hard task regarding the large amount of data created since the very beginning of the comics history. From a scientific point of view, there are several issues related to these goals. First, it implies to be able to identify the underlying structure of a comic books page. This comes through the extraction of the page's components, their validation and their correction based on the representation and reasoning capacities of two ontologies. The first one focus on the representation of the image analysis concepts and the second one represents the comic books domain knowledge. Secondly, a special attention is given to the semantic enhancement of the extracted elements, based on their spatial relations to each others and on their own characteristics. These annotations can be related to elements only (e.g. the position of a panel in the reading sequence), or to the bound between several elements (e.g. the text pronounced by a character).

Ce travail constitue un état des lieux de l'enseignement-apprentissage de la stéréochimie, au Bénin, qui caractérise les raisonnements et difficultés des élèves et certaines connaissances professionnelles des enseignants (connaissances du contenu et connaissances pédagogiques du contenu, PCK). Nous analysons des données collectées à partir de questionnaires papier-crayon et d'entretiens avec des élèves, et des enseignants. Les résultats montrent que les élèves utilisent deux types de raisonnements, spatial et analytique, souvent infructueux, pour résoudre les problèmes de stéréochimie. Pour certains, la conduite d'un raisonnement analytique est dû à des difficultés de visualisation mentale. Pour d'autres, elle est provoquée par un manque de connaissances stéréochimiques plutôt qu'une incapacité à manipuler mentalement les représentations sémiotiques. Des raisons de nature différente expliquent les raisonnements spatiaux infructueux : le manque de connaissances géométriques, de capacités de visualisation mentale et de connaissances suffisantes de stéréochimie. Les "connaissances de la compréhension de la stéréochimie par les élèves" et les "connaissances des stratégies d'enseignement" sont reconnues comme des composants clés des PCK, qui se caractérisent donc par la capacité à identifier les difficultés des élèves, à leur attribuer une cause et à proposer une stratégie pertinente pour les surmonter. Les enseignants interrogés n'ont pas atteint ce stade de connaissance et de réflexion sur l'enseignement de la stéréochimie, en raison d'une connaissance réduite des concepts stéréochimiques élémentaires.

L'essor des interfaces homme-machine permettant la saisie d'informations à l'aide d'un stylo électronique est accompagné par le développement de méthodes automatiques pour interpréter des données de plus en plus riches et complexes : texte manuscrit, mais aussi expressions mathématiques, schémas, prise de notes libre... Pour interpréter efficacement ces documents manuscrits, il est nécessaire de considérer conjointement les formes des objets qui les constituent et leur positionnement spatial. Nos recherches se concentrent sur la modélisation du positionnement spatial entre des objets manuscrits, en partant du constat qu'il n'est pas exploité dans toute sa richesse par les méthodes actuelles. Nous introduisons le concept de méta-modèle spatial, une modélisation générique pour décrire des relations spatiales entre des objets de nature, complexité et formes variables. Ces modèles, qui peuvent être appris à partir de données, offrent une richesse et une précision inédite car ils autorisent la conduite d'un raisonnement spatial directement dans l'espace image. L'appui sur le cadre de la théorie des sous-ensembles flous et de la morphologie mathématique permet la gestion de l'imprécision et offre une description des relations spatiales conforme à l'intuition. Un méta-modèle est doté d'un pouvoir de prédiction qui permet de décrire la relation spatiale modélisée au sein de l'image, par rapport à un objet de référence. Cette capacité rend possible la visualisation des modèles et fournit un outil pour segmenter les tracés en fonction de leur contexte. En exploitant ces modèles, nous proposons une représentation pour des objets manuscrits à la structure complexe. Cette représentation repose uniquement sur la modélisation de leurs informations spatiales, afin de démontrer l'importance de ces informations pour l'interprétation d'objets manuscrits structurés. La segmentation des tracés en primitives structurelles est guidée par les modèles de positionnement, via leur capacité de prédiction. Les résultats expérimentaux, portant sur des objets de complexité et de natures diverses (caractères chinois, gestes d'édition, symboles mathématiques, lettres), confirment la bonne qualité de description du positionnement offerte par les méta-modèles. Les tests de reconnaissance de symboles par l'exploitation de leur information spatiale attestent d'une part de l'importance de cette information et valident d'autre part la capacité des méta-modèles à la représenter avec une grande précision. Ces résultats témoignent donc de la richesse de l'information spatiale et du potentiel des méta-modèles spatiaux pour l'amélioration des techniques de traitement du document manuscrit.