Dans cette thèse, nous présentons MEMORIA, un modèle de représentation de la mémoire de l’apprenant pour les systèmes tutoriels intelligents et adaptatifs. La contribution principale de ce modèle est une formalisation et une implémentation du modèle de l’apprenant sous forme de mémoires qui stockent les informations perçues par l’apprenant dans un environnement virtuel et les instructions émises par le tuteur. La conception de notre modèle est basée sur les quatre composantes classiques d’un système tutoriel intelligent. Le modèle du domaine est représenté par les connaissances métiers formalisées à l'aide de MASCARET. Afin de rendre naturelles les interactions entre le tuteur et l'apprenant, nous représentons le modèle de l'interface par l'intermédiaire d'un agent conversationnel animé à l'aide de la plate-forme Greta. Le modèle de l'apprenant est constitué de l'ensemble des connaissances acquises par l'apprenant en cours de simulation. Ces connaissances sont organisées dans trois mémoires : la mémoire sensorielle, la mémoire de travail et la mémoire à long terme. Notre enjeu majeur porte sur la formalisation de l'encodage des informations dans ces mémoires, ainsi que le flux de données entre celles-ci. Cette formalisation est basée sur la théorie de la mémoire humaine proposée par Atkinson et Shiffrin et inspirée de l'architecture cognitive ACT-R. Le modèle de tuteur que nous proposons est centré sur la réalisation d'un comportement qui adapte l'exécution du scénario en fonction des connaissances de l'apprenant et de ses interactions avec le tuteur. Une étude expérimentale a été menée pour valider notre modèle. Nous avons comparé deux groupes de participants. Dans le premier groupe, nous avons intégré un tuteur adaptatif utilisant notre modèle, qui adapte l'exécution du scénario pédagogique et dans le second groupe, un tuteur non adaptatif qui réalise un scénario pédagogique figé. Les résultats de cette étude permettent de conclure quant à l'efficacité de notre modèle pour un apprentissage de procédure. / In this thesis, we present MEMORIA, a model of the learner’s memory representation for adaptive and intelligent tutoring systems. The main contribution of this model is a formalization and an implementation of the learner's model using memories that store the information perceived by the learner in a virtual environment and the instructions given by the tutor. The design of our model is based on the four classic components of an intelligent tutorial system.The domain model is represented by the domain knowledge that is formalized using MASCARET. In order to make the interactions between the tutor and the learner natural, we represent the interface model through an embodied conversational agent using GRETA. The learner's model is made of all the knowledge acquired by the learner during the simulation. This knowledge is organized into three memories: sensory memory, working memory, and long-term memory. Our major challenge is to formalize the encoding of information in these memories, as well as the data flow between them.This formalization is based on the theory of human memory proposed by Atkinson and Shiffrin and inspired by the cognitive architecture ACT-R. Our proposed tutor model focuses on the realization of a behavior that adapts the execution of the pedagogical scenario according to the learner's knowledge and the interactions with the tutor. An experimental study was conducted to validate our model. We compared two groups of participants. In the first group, we integrated an adaptive tutor using our model which adapts the execution of the pedagogical scenario and in the second group, a non-adaptive tutor who applied a fixed pedagogical scenario. The results of this study allow us to conclude on the effectiveness of our model for procedural learning.

Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre des environnements virtuels pour la formation aux instruments de diagnostic biomédical. La simulation de la situation réelle seule ne suffisant pas, il convient d'incorporer un scénario pédagogique pour construire l'apprentissage. Le scénario s'applique pour tous les apprenants, il est donc important d'intégrer des possibilités d'individualisation. Pour cela, nous proposons de coupler l'environnement virtuel à un Système Tutoriel Intelligent (STI). Notre étude débute par une identification des systèmes existants qui nous semblent les mieux adaptés, sur lesquels baser notre proposition : le STI Pégase, le modèle de scénario pédagogique Poseïdon et le méta-modèle Mascaret. Ceci nous permet également d'identifier les limites de Pégase qui sont : le manque de lien avec le scénario pédagogique, le manque de modularité et le manque d'individualisation. Notre proposition, appelée Chrysaor, vise à combler ces faiblesses. Nous proposons ainsi qu'un scénario pédagogique soit une connaissance explicite et par conséquent exploitable par un STI. Les concepts proposés dans notre modèle permettent également au formateur de facilement modifier les comportements, les rôles et les affectations (humain ou agent autonome) : notre système devient ainsi modulaire. Nous illustrons ensuite l'utilisation de Chrysaor dans une application de formation par la réalité virtuelle à un instrument de diagnostic en hémostase utilisé en milieu hospitalier. Sur cette application, des expérimentations comparant les deux types de formation (traditionnelle et virtuelle) permettent de vérifier la qualité de l'apprentissage obtenu par une formation en réalité virtuelle, et de vérifier que ces connaissances sont transférables en environnement réel. / This research focuses on the virtual environments for training in biomedical diagnostic devices. The simulation of the real situation only is not enough, we needs to incorporate a pedagogical scenario to build the learning. The scenario applies to all learners, so it is important to integrate individualization. For this we propose to couple the virtual environment with an Intelligent Tutoring System (ITS). Our study begins with an identification of existing systems that seem best suited, on which to base our proposal: the ITS Pegase, the pedagogical scenario model Poseidon and the meta-model Mascaret. This also allows us to identify the limits of Pegase : the lack of connection with the pedagogical scenario, the lack of modularity and lack of individualization. Our proposal, called Chrysaor, aims to provide the most complete ITS. Thus we propose that a pedagogical scenario is an explicit knowledge and therefore exploitable by an STI. The concepts proposed in our model also allow the instructor to easily modify the behavior, roles and assignments (human or autonomous agent): our system becomes modular. Then we illustrate the use of Chrysaor in an application of virtual reality training in a biomedical device used in hemostasis in hospital. We lead two experiments in order to compare the two types of training (traditional and virtual) to verify the quality of learning achieved by a virtual reality training, and to ensure that this knowledge are transferable in a real environment.

Les travaux de cette thèse sont menés dans le cadre d’un projet porté par le centre de recherche LGI2P, (IMT Mines Ales). L’objectif final de ce projet vise à permettre le retour à l’emploi et à améliorer le quotidien des personnes malvoyantes atteintes de rétinite pigmentaire et de glaucome. Le dispositif final est conçu pour aider les personnes dans leurs activités en mobilité : détection d’obstacles, recherche d’indices visuels, en adressant les problèmes liés à l’éblouissement et à l’héméralopie dont souffrent ces utilisateurs potentiels.La contribution de cette thèse au projet se situe sur plusieurs plans. Tout d’abord, il était demandé de définir les paramètres caractérisant la vision résiduelle de chaque utilisateur. En effet, chaque patient a ses propres conditions de confort lumineux, qui dépendent en particulier de l’état d’avancement de sa pathologie : à chaque étape de l’évolution de leur maladie, les patients ont des limites spécifiques de luminosité minimale en dessous de laquelle ils ne perçoivent plus les détails dans une scène, et aussi de la luminosité maximale au-dessus de laquelle ils ressentent gêne et douleur. La définition de ces limitations en luminosité va permettre de paramétrer le dispositif et l’adapter à chaque utilisateur. Mais il n’existe pas de méthode pour mesurer ces niveaux de luminance limite. Nous avons donc participé à la conception et au développement de tests dédiés, et à la réalisation d’essais sur des sujets déficients visuels, dans le cadre d’un essai clinique piloté par le CHU de Nîmes et l’ARAMAV (institut spécialisé dans la rééducation fonctionnelle basse vision), pour l’aspect médical. Nous avons également proposé un nouveau test pour mesurer la sensibilité au contraste chromatique, toujours dans le but de mieux adapter les images affichées à la vision des utilisateurs.Nous avons ensuite travaillé sur la mise au point d’un prototype du dispositif (caméras et visiocasque de réalité virtuelle). Pour cela, nous avons dû choisir les équipements de capture et d’affichage d’images. Un travail de calibration colorimétrique sur ces équipements nous permet de relier grandeurs numériques (code RGB) et grandeurs physiques (luminance et chrominance). Cette étape est nécessaire pour réaliser les tests précités dans des conditions physiquement connues. Elle nous permet également de définir les caractéristiques physiques que devront posséder les équipements qui seront choisis pour réaliser le produit final, s’ils sont différents de ceux utilisés pendant nos travaux.Enfin, nous avons abordé la question des traitements à appliquer au signal capturé par la caméra. Nous avons proposé des traitements en temps réel sur la luminosité dans le but d’augmenter la luminosité dans les zones sombres de l’image et de baisser la luminosité dans les zones qui éblouissent le patient. Nous avons montré les limitations de l’imagerie classique et la nécessité de travailler sur des images HDR (high dynamic range) Nous avons comparé plusieurs méthodes pour permettre l’affichage de ces images HDR sur les écrans de plus faible dynamique, en recherchant les caractéristiques de l’image que ces méthodes doivent préserver au mieux, et en prenant en compte les performances visuelles des utilisateurs potentiels. Nous avons aussi proposé des traitements sur la couleur en augmentant le contraste et la saturation pour rendre les images mieux perceptibles par les patients qui souffrent de troubles de vision des couleurs. / This thesis is part of a project conducted by the LGI2P research center (IMT Mines Ales). The project's final aim is to help people with vision disorders suffering from retinitis pigmentosa and glaucoma get back to work and improve their daily lives. The final device is designed to help people in their mobility activities: detecting obstacles, searching for visual signals, by addressing problems related to dazzling and haemeralopia affecting these potential users.The research of this thesis has several contributions to the project. First of all, parameters characterizing the residual vision of each user had to be defined. Indeed, each patient has his own light comfort conditions, which depend in particular on his pathology's progress: at each stage of the evolution of their disease, patients have specific minimum luminosity limits below which they no longer perceive the details in a scene, and also on the maximum luminosity above which they feel discomfort and pain. The definition of these limitations in luminosity will make it possible to parameterize the device and adapt it to each user. But there is no method to measure these limiting luminance levels. We have therefore participated in the design and development of specialized tests, and in the conduct of trials on visually impaired subjects, as part of a clinical trial led by the Nîmes University Hospital and the ARAMAV (institute specializing in low vision functional rehabilitation), for medical research. We have also proposed a new test to measure sensitivity to chromatic contrast, always with the aim of better adjusting the images displayed to users' vision.Then, we developed a prototype of the device (cameras and virtual reality video headset). In order to achieve these results, we had to choose the image capture and display equipment. A colorimetric calibration work on these equipments allowed us to link digital quantities (RGB code) and physical quantities (luminance and chrominance). This stage is required to perform the above tests under physically known conditions. It also allowed us to define the physical characteristics of the equipment that would be selected to produce the final product, whether they are different from those required during our work.Finally, we discussed the processing to be applied to the signal captured by the camera. We have proposed real-time brightness treatments to increase brightness in dark areas of the image and decrease brightness in areas that dazzle the patient. We have presented the limitations of conventional imaging and the necessity to work on HDR (high dynamic range) images. We have compared several methods to allow the display of these HDR images on screens with lower dynamic range, looking for the image characteristics that these methods should better preserve, and taking into consideration the visual performance of potential users. We have also suggested color treatments by increasing contrast and saturation to make images more perceptible to patients with color vision disorders.

Cette thèse traite de la modélisation et la diffusion de grandes scènes 3D naturelles. Nous visons à fournir des techniques pour permettre à des utilisateurs de naviguer à distance dans une scène 3D naturelle, tout en assurant la cohérence botanique et l'interactivité. Tout d'abord, nous fournissons une technique de compression multi-résolution, fondée sur la normalisation, l'instanciation, la décorrélation, et sur le codage entropique des informations géometriques pour des modèles de plantes. Ensuite, nous étudions la transmission efficace de ces objets 3D. L'algorithme de paquétisation proposé fonctionne pour la plupart des représentations multi-résolution d'objet 3D. Nous validons les techniques de paquétisation par des expériences sur un WAN (Wide Area Network), avec et sans contrôle de congestion (Datagram Congestion Control Protocol). Enfin, nous abordons les questions du streaming au niveau de la scène. Nous optimisons le traitement des requêtes du côté serveur en fournissant une structure de données adaptée et nous préparons le terrain pour nos travaux futurs sur l'évolutivité et le déploiement de systèmes distribués de streaming 3D. / This thesis deals with the modeling and the interactive streaming of large natural 3D scenes. We aim at providing techniques to allow the remote walkthrough of users in a natural 3D scene ensuring botanical coherency and interactivity.First, we provide a compact and progressive representation for botanically realistic plant models. The topological structure and the geometry of the plants are represented by generalized cylinders. We provide a multi-resolution compression scheme, based on standardization and instantiation, on difference-based decorrelation, and on entropy coding. Then, we study efficient transmission of these 3D objects. The proposed packetization scheme works for any multi-resolution 3D representation. We validate our packetization schemes with extensive experiments over a WAN (Wide Area Network), with and without congestion control (Datagram Congestion Control Protocol). Finally, we address issues on streaming at the scene-level. We optimize the viewpoint culling requests on server-side by providing an adapted datastructure and we prepare the ground for our further work on scalability and deployment of distributed 3D streaming systems.

Les récentes avancées en matière de systèmes d'acquisition et de modélisation ont permis la mise à disposition d'une très grande quantité de données numériques (e.g. images, vidéos, modèles 3D) dans différents domaines d'application. En particulier, la création d'Environnements Virtuels (EVs) nécessite l'exploitation de données nu-mériques pour permettre des simulations et des effets proches de la réalité. Malgré ces avancées, la conception d'EVs dédiés à certaines applications requiert encore de nombreuses et parfois laborieuses étapes de modélisation et de traitement qui impliquent plusieurs experts (e.g. experts du domaine de l'application, experts en modélisation 3D et programmeur d'environnements virtuels, designers et experts communication/marketing). En fonction de l'application visée, le nombre et le profil des experts impliqués peuvent varier. Les limitations et difficultés d'au-jourd'hui sont principalement dues au fait qu'il n'existe aucune relation forte entre les experts du domaine qui ont des besoins, les experts du numérique ainsi que les outils et les modèles qui prennent part au processus de déve-loppement de l'EV. En fait, les outils existants focalisent sur des définitions souvent très détaillées des formes et ne sont pas capables de supporter les processus de créativité et d'innovation pourtant garants du succès d'un pro-duit ou d'une application. De plus, la grande quantité de données numériques aujourd'hui accessible n'est pas réellement exploitée. Clairement, les idées innovantes viennent souvent de la combinaison d'éléments et les don-nées numériques disponibles pourraient être mieux utilisées. Aussi, l'existence de nouveaux outils permettant la réutilisation et la combinaison de ces données serait d'une grande aide lors de la phase de conception conceptuelle de formes et d'EVs. Pour répondre à ces besoins, cette thèse propose une nouvelle approche et un nouvel outil pour la conception conceptuelle d'EVs exploitant au maximum des ressources existantes, en les intégrant et en les combinant tout en conservant leurs propriétés sémantiques. C'est ainsi que le Modèle de Description Générique de Formes (MDGF) est introduit. Ce modèle permet la combinaison de données multimodales (e.g. images et maillages 3D) selon trois niveaux : Conceptuel, Intermédiaire et Données. Le niveau Conceptuel exprime quelles sont les différentes parties de la forme ainsi que la façon dont elles sont combinées. Chaque partie est définie par un Elément qui peut être soit un Composant soit un Groupe de Composants lorsque ceux-ci possèdent des carac-téristiques communes (e.g. comportement, sens). Les Eléments sont liés par des Relations définies au niveau Con-ceptuel là où les experts du domaine interagissent. Chaque Composant est ensuite décrit au niveau Données par sa Géométrie, sa Structure et ses informations Sémantiques potentiellement attachées. Dans l'approche proposée, un Composant est une partie d'image ou une partie d'un maillage triangulaire 3D. Quatre Relations sont proposées (fusion, assemblage, shaping et localisation) et décomposées en un ensemble de Contraintes qui contrôlent la po-sition relative, l'orientation et le facteur d'échelle des Composants au sein de la scène graphique. Les Contraintes sont stockées au niveau Intermédiaire et agissent sur des Entités Clés (e.g. points, des lignes) attachées à la Géo-métrie ou à la Structure des Composants. Toutes ces contraintes sont résolues en minimisant une fonction énergie basée sur des grandeurs physiques. Les concepts du MDGF ont été implémentés et intégrés au sein d'un outil de design conceptuel développé par l'auteur. Différents exemples illustrent le potentiel de l'approche appliquée à différents domaines d'application. / Due to the great advances in acquisition devices and modeling tools, a huge amount of digital data (e.g. images, videos, 3D models) is becoming now available in various application domains. In particular, virtual envi-ronments make use of those digital data allowing more attractive and more effectual communication and simula-tion of real or not (yet) existing environments and objects. Despite those innovations, the design of application-oriented virtual environment still results from a long and tedious iterative modeling and modification process that involves several actors (e.g. experts of the domain, 3D modelers and VR programmers, designers or communica-tions/marketing experts). Depending of the targeted application, the number and the profiles of the involved actors may change. Today's limitations and difficulties are mainly due to the fact there exists no strong relationships between the expert of the domain with creative ideas, the digitally skilled actors, the tools and the shape models taking part to the virtual environment development process. Actually, existing tools mainly focus on the detailed geometric definition of the shapes and are not suitable to effectively support creativity and innovation, which are considered as key elements for successful products and applications. In addition, the huge amount of available digital data is not fully exploited. Clearly, those data could be used as a source of inspiration for new solutions, being innovative ideas frequently coming from the (unforeseen) combination of existing elements. Therefore, the availability of software tools allowing the re-use and combination of such digital data would be an effective support for the conceptual design phase of both single shapes and VR environments. To answer those needs, this thesis proposes a new approach and system for the conceptual design of VRs and associated digital assets by taking existing shape resources, integrating and combining them together while keeping their semantic meanings. To support this, a Generic Shape Description Model (GSDM) is introduced. This model allows the combination of multimodal data (e.g. images and 3D meshes) according to three levels: conceptual, intermediate and data levels. The conceptual level expresses what the different parts of a shape are, and how they are combined together. Each part of a shape is defined by an Element that can either be a Component or a Group of Components when they share common characteristics (e.g. behavior, meaning). Elements are linked with Relations defined at the Concep-tual level where the experts in the domain are acting and exchanging. Each Component is then further described at the data level with its associated Geometry, Structure and potentially attached Semantics. In the proposed ap-proach, a Component is a part of an image or a part of a 3D mesh. Four types of Relation are proposed (merging, assembly, shaping and location) and decomposed in a set of Constraints which control the relative position, orien-tation and scaling of the Components within the 3D viewer. Constraints are stored at the intermediate level and are acting on Key Entities (such as points, a lines, etc.) laying on the Geometry or Structure of the Components. All these constraints are finally solved while minimizing an additional physically-based energy function. At the end, most of the concepts of GSDM have been implemented and integrated into a user-oriented conceptual design tool totally developed by the author. Different examples have been created using this tool demonstrating the potential of the approach proposed in this document.

La recherche de moyens alternatifs pour la propulsion d'un aéronef est primordiale tant la dépendance au pétrole est forte. Le travail proposé dans cette thèse s'inscrit dans le besoin de soutenir les concepteurs de systèmes de propulsion innovants utilisant l'électricité. En partant du constat qu'il est primordial de s'appuyer sur l'analyse de l'aéronef dans sa globalité, nous proposons une approche basée sur les modèles, faisant appel aux modèles d’ingénierie système, aux modèles comportementaux basés sur la physique et à la simulation numérique, et collaborative, car la conception implique de nombreux métiers.L'objectif de cette approche est la création d'un produit virtuel qui est un modèle global multidisciplinaire exécutable du produit pour en faciliter la conception. Une méthodologie est alors construite pour se concentrer sur la relation entre le produit virtuel, ses modèles constitutifs et leur obtention. Le fil directeur de la méthodologie correspond à une recherche d'informations, au moyen de l'analyse des interactions et impacts multidisciplinaires qui apparaissent dans le système, puis l'application de cette information pour la construction d'un modèle d'intention qui permet la requête de modèles comportementaux auprès d'experts. C'est finalement le lien manquant entre la conception globale conduite par l'ingénierie système et la conception basée sur la physique du monde réel qui est implicitement traité dans ces travaux. Pour réaliser l'ensemble de la méthodologie, un nouveau rôle a été défini, le rôle d'architecte de simulation. Cette thèse présente la méthodologie de manière théorique, incluant ses rôles et concepts, puis cette dernière est démontrée sur un cas d'étude correspondant à l'hybridation d'un drone de type hélicoptère. / The research of alternative aircraft propulsion system is mandatory because oil dependence is too strong. The work proposed in this thesis is oriented to support electric based innovative propulsion system designers. Considering that it is important to consider entire aircraft analysis, we propose a model based, with systems engineering models, physics-based behavioral models and numerical simulation, and collaborative, because design require numerous business expertise. The objective of this approach is to build a virtual product, which means a global multidisciplinary executable model of the product under design in order to facilitate its design. A methodology is then developed, focused on the relation between the virtual product, its constitutive models and their acquisition. The methodology director wire corresponds to information research, with multidisciplinary interactions and impacts in the system, and then the application of those pieces of information to build a model of intention which allows requesting a behavioral model from experts. Finally, it is the missing link between global design driven with systems engineering and real physics based design which is implicitly at stake. To perform the methodology, a new role has been defined, the simulation architect. This thesis presents theoretically the methodology, including roles and concepts, and then this methodology is demonstrated on a helicopter based drone study-case.

Ce travail de thèse propose un transfert de méthodes industrielles et de recherche que sont le prototypage virtuel et la caractérisation mécanique des structures vers l'artisanat d'art : la fabrication des instruments de musique à cordes, plus particulièrement la guitare et le violon.Ce domaine, historiquement éminemment empirique, est étudié ici avec des critères objectifs. Le travail porte principalement sur le comportementmécanique vibratoire de ces instruments de musique. Le comportement mécanique du matériau utilisé (bois de lutherie) est tout d'abord étudié, et une méthode non-destructive proposée et appliquée à l'épicéa et à l'érable. La fiabilité des modèles numériques et ensuite étudiée par des méthodes de vérification et de validation de modèle, habituellement utilisées dans les domaines industriels et de recherche Les modèles développés sont ensuite utilisés en support à l'étude de phénomènes complexes de l'acoustique musicale appliquée au violon et à la guitare. Pour finir, l'utilisation de ces méthodes numériques pour une application concrète en facture instrumentale (prise de décision en milieu incertain, innovation de la géométrie et des matériaux) est proposée. / This work proposes a methodology for the transfer of industrial and research domain methods toward arts and crafts domain. The virtual prototyping and mechanical characterization of materials are used for the stringed musical instruments making domain. The works is adressed to the guitar and violin making. This domain is historically driven by empricism and it is studied here using objective criteria. The main topic is the mechanical vibratory behaviour of musical instruments. Firstly, the mechanical behaviour of the material used (tonewood) is studied. A non-destructive methodology is proposed and applied on spruce and maple species. The reliability of the numerical models is studied by method usually used in industry and research, the verification and validation process. The models developed are used as a support for the study of complex phenomena in musical acoustics. Finally, the utilization of numerical method for a practical application in instrument making (decision support under uncertainties, geometric and material optimization) is proposed. The methodology for a transfer to art and crafts domain is discussed.

Depuis de nombreuses années, la littérature s’attache à mettre en évidence que, malgré les déficits cognitifs liés à l’avancée en âge, chaque individu peut bénéficier de ses expériences afin de les réinvestir quotidiennement à travers une optimisation de ses comportements, via le maintien d’un certain niveau de plasticité cognitive (i.e., théorie de l’enrichissement cognitif). Dans cette perspective, ce travail vise à appréhender l’étendue de la plasticité comportementale des seniors via l’étude du transfert d’apprentissage issu des exergames. Son ambition est d’établir quels peuvent être les bienfaits de la pratique des exergames afin de lutter contre les effets délétères du vieillissement cognitif normal. Il s’agit, au travers de deux études d’entrainement, d’identifier le potentiel de transférabilité de nouvelles acquisitions cognitives et motrices via cet outil d’entrainement virtuel. La première étude a mis en évidence qu’un programme d’entrainement en exergames de trois mois permet l’amélioration des fonctions exécutives et de la vitesse de traitement de l’information chez des personnes âgées sédentaires. Ces résultats suggèrent que ces améliorations cognitives pourraient prendre leurs sources explicatives, d’une part, via la sollicitation physique se traduisant ici par des améliorations physiques notamment au niveau de l’endurance cardiorespiratoire, et d’autre part, via l’intermédiaire de la stimulation cognitive induite par le jeu qui, grâce à la diversité des tâches et des interactions, a engendré un transfert vers les tests neuropsychologiques. La seconde étude a pour objectif d’identifier l’occurrence d’un transfert virtuel-réel au travers d’un contexte de similarité entre les éléments constituant nos deux tâches expérimentales, à partir d’une tâche de putting au golf. La comparaison de performances des deux groupes d’âges entrainés selon deux contextes d’apprentissage (réel versus virtuel) a mis en évidence que les adultes jeunes étaient parvenus à réinvestir les habiletés acquises issues du virtuel dans le contexte réel, à la différence des adultes âgés qui, bien qu’ils aient atteint une réelle acquisition motrice en contexte virtuel, n’ont pas réussi à réengager de façon optimale leur acquisition antérieure. Ce travail doctoral atteste que les exergames peuvent, à travers une stimulation à la fois physique et cognitive, être un moyen efficace de lutter contre les effets délétères liés à l’avancée en âge. / For years, research literature has underlined that, notwithstanding the cognitive deficits related to advancing age, individuals may continue to benefit from their prior experiences in the optimization of their behavior, aided by the maintenance of a certain level of cognitive plasticity (i.e., concept of enrichment effects). The present research aims to understand the extent of seniors’ behavioral plasticity and establish how exergames may assist them in countering the deleterious effects of normal cognitive aging. This research consists of two studies which aim to identify the potential for cognitive and motor acquisitions via the use of virtual training devices. The first study highlights that a three month exergame training program improved both executive functions and the speed of processing in sedentary seniors. These results suggest that such cognitive improvements may be explained by (1) physical solicitation resulting in improved cardiorespiratory endurance, and (2) by the game-related cognitive stimulation (due to the variety of tasks and interactions) further transferring to neuropsychological tests. The second study is designed to identify the occurrence of a virtual-real transfer through context similarity between our two experimental tasks, both based on a golf-putting task. Compared performances between the two age groups, having trained in one of two learning conditions (real versus virtual) underlined that young adults were able to reinvest the acquired skills from the virtual to the real context, in contrast to older adults. Even though the latter acquired actual motor skills in virtual context, they failed to optimally re-engage prior acquisitions. This doctoral research attests that exergames, through both physical and cognitive stimulation, may be an effective means to counter the deleterious effects related to advancing age.

Notre recherche consiste à comprendre quels sont les effets des jeux vidéo de simulation d’animaux virtuels sur les conceptions du vivant, en particulier sur la distinction entre ce qui est vivant et ce qui ne l’est pas. Pour ce faire, il s’agit d’identifier les différences conceptuelles entre les populations de joueurs et de non-joueurs aux jeux vidéo de simulation d’animaux virtuels. Tout d'abord, nous avons fait une enquête exploratoire identifiant les pratiques vidéo ludiques des enfants. Cette enquête a permis de sélectionner les deux jeux les plus utilisés par les enfants de cet âge : Talking TOM et POU. Notre étude porte plus particulièrement sur ces deux jeux. Un questionnaire a été diffusé au Liban et en France pour étudier la façon dont les joueurs et les non-joueurs à ces deux jeux conçoivent le vivant. Au total 916 enfants âgés de 9 à 12 ans ont rempli ce questionnaire. Au Liban, le questionnaire a été suivi de 21 entretiens avec des élèves. Les questionnaires ont été traités statistiquement afin de faire émerger les différences et les similitudes entre les populations de joueurs et de non-joueurs en France et au Liban. Les entretiens ont été analysés par une analyse thématique de contenu suivie par une analyse lexicale et ont permis une exploitation plus qualitative des résultats. Les résultats montrent que les entretiens et les questionnaires convergent fortement vers l’hypothèse d’une influence des jeux sur la construction de la notion de vie chez les joueurs des deux pays. En effet, au Liban et en France les utilisateurs de TOM et POU ont des conceptions significativement plus anthropomorphiques, animistes et anthropocentriques que ceux qui n’y jouent pas. / Our research is to understand the effects of video games simulating virtual animals on the concepts of life, especially the distinction between what is alive and what is not. To do this, it is a question of identifying the conceptual differences between the populations of players and non-players in virtual animal simulation video games. First, we did an exploratory survey identifying children's playful video practices. This survey allowed selecting the two most used games by children of this age: Talking TOM and POU. Our study focuses on these two games. A questionnaire has been distributed in Lebanon and France to study how players and non-players in TOM and / or POU design the living. A total of 916 children aged 9 to 12 completed this questionnaire. In Lebanon, 21 interviews with students followed the questionnaire. The questionnaires were statistically analyzed to reveal the differences and similarities between the populations of players and non-players in France and Lebanon. The interviews had been analyzed by a thematic analysis of content followed by a lexical analysis and allowed a qualitative exploitation of the results. The results show that interviews and questionnaires strongly converge on the hypothesis of an influence of games on the construction of the notion of life among players of both countries. Indeed, in Lebanon and France users of TOM and POU have significantly more anthropomorphic, animistic and anthropocentric conceptions than those who do not play it.

L'évaluation environnementale des systèmes de production agricole est un enjeu majeur pour le développement de pratiques agricoles durables, la préservation ou la restauration du bon état écologique des ressources naturelles. Cependant, cette évaluation est compliquée à réaliser par expertise ou par expérimentation à cause de la diversité des processus de transformation et de transfert de la matière organique au sein des paysages agricoles, leurs interactions et leurs dynamiques. L'objectif de ce projet était de de proposer une méthodologie d'évaluation environnementale qui soit spatialisée et dynamique afin d'intégrer les effets du milieu physique, du climat et des pratiques agricoles. L'approche suivie dans ce projet est basée sur le développement d'une plateforme de modélisation des paysages agricoles (Qualscape), comme support conceptuel commun aux différentes étapes de ce travail : <br> - l'analyse de successions culturales parcellaires observées afin d'identifier les déterminants spatiaux et temporels des transitions de cultures ; l'occupation du sol spatialisant les pratiques agricoles ; <br> - à partir du bassin versant de Naizin (12 km2, Morbihan, France) caractérisé par des activités d'élevage bovin et porcin intensives, la construction d'un jeu de paysages agricoles virtuels différant par leur milieu physique, les forçages climatiques et les pratiques agricoles auxquels ils sont soumis ; <br> - la réalisation d'une évaluation environnementale multi-cibles et multi-critères de ces agrosystèmes en permettant le couplage et l'intégration des sorties entre le modèle agro-hydrologique TNT2 et un modèle de bilan de phosphore du sol. Stochastree, un modèle de transition de cultures basé sur des arbres de décision stochastiques a été développé. Il a notamment permis de maintenir la distribution spatiale des cultures autour du corps d'exploitation, tout en respectant des contraintes d'hydromorphie des sols et d'objectif de production des exploitations. L'évaluation environnementale des paysages virtuels a quantifié l'influence du climat, du milieu et des systèmes de culture sur différents indicateurs agricoles, pédologiques et hydrologiques. Nous avons constaté que l'adoption d'un système de culture modéré (réduction d'intrants, intercultures hivernales) réduit significativement les flux excédentaires de phosphore vers les sols et accroît l'efficience des apports d'azote et de phosphore. Cependant, cet effet s'atténue pour des indicateurs incorporant des processus de transformation et de transfert de la matière organique, comme la concentration en nitrate à l'exutoire. De plus, les effets des interactions sol-climat sur cette concentration sont du même ordre qu'une réduction de 15% des apports totaux d'azote. Ainsi, la définition de pratiques agricoles alternatives devant satisfaire un objectif environnemental précis (cf. le non-dépassement du seuil des 50 mg NO3.l-1 dans les cours d'eau) ne peut se faire qu'en lien avec les caractéristiques du paysage et que leur transposition directe à un autre paysage peut ne pas atteindre l'effet escompté.