David Navarre

With the advent of new technologies such as the iPad, general public software feature richer and more innovative interfaces. These innovations are both on the input layer (e.g. multi-touch screens) and on the output layer (e.g. display). These interfaces are categorized as post-W.I.M.P. type and allow to increase the bandwidth between the user and the system he manipulates. Specifically it allows the user to more quickly deliver commands to the system and the system to present more information to the user enabling him managing increasingly complex systems. The large use in the general public and the level of maturity of these technologies allows to consider their integration in critical systems (such as cockpits or more generally control and command systems). However, the software issues related to these technologies are far from being resolved judging by the many problems encountered by users. While the latter may be tolerated for gaming applications and entertainment, it is not acceptable in the field of critical systems described above. The problem of this thesis focuses specifically on the development of methods, languages, techniques and tools for the design and development of innovative and reliable interactive systems. The contribution of this thesis is the extension of a formal notation: ICO (Interactive Cooperative Object) to describe in a complete and unambiguous way multi-touch interaction techniques and is applied in the context of multi-touch applications for civilians aircrafts. We provide in addition to this notation, a method for the design and validation of interactive systems featuring multi-touch interactions. The mechanisms of these interactive systems are based on a generic architecture structuring models from the hardware part of the input devices up to the application part for the control and monitoring of these systems. This set of contribution is applied on a set of case studies, the most significant being an application for weather management in civilian aircrafts

Cette thèse s'intéresse aux systèmes interactifs critiques et présente une approche permettant de prendre en compte de façon synergique les aspects fiabilité et utilisabilité. En effet, dans le cas des systèmes interactifs critiques, des problèmes d'utilisabilité peuvent réduire les performances de l'opérateur, être source de confusion et de frustration et entraîner des erreurs. De même, des problèmes de fiabilité peuvent entrainer des défaillances lors de l'opération du système. Comme le montrent les études dans le domaine, ces défaillances et ces erreurs sont les principales causes d'incidents ou d'accidents. Pour augmenter la bande passante entre l'utilisateur et le système, les activités d'innovation dans le domaine de l'IHM proposent des nouveaux systèmes d'entrée sortie et des techniques d'interaction plus sophistiquées telles que l'interaction multimodale. Bien qu'un effort important soit entrepris actuellement par le domaine de l'IHM en vue d'appliquer et d'étendre les techniques actuelles d'évaluation d'utilisabilité à ces nouvelles techniques d'interaction, peu de recherches ont été réalisées pour garantir la fiabilité des applications offrant de telles techniques d'interaction. Les processus de conception itératifs contribuent à l'utilisabilité du système par validation successive des prototypes avec les opérateurs mais au détriment de la fiabilité du système final par l'absence de conception globale et structurée. Notre approche est fondée sur une notation formelle et sur un processus de développement mettant en ?uvre cette notation. L'utilisation d'une notation formelle fournit aux différents acteurs de la conception et du développement un langage de communication précis et non ambigu, sur lequel il est possible d'appliquer des méthodes et des techniques de vérification de propriétés. Pour la partie notation, le travail présenté ici est fondé sur le formalisme ICO qui était préexistant à ce travail de thèse. L'apport de ce travail consiste en une approche systématique permettant non seulement de décrire les techniques d'interaction avancées mais aussi de répondre à la fois aux problèmes de fiabilité et d'utilisabilité. De plus, en proposant une architecture évolutive structurant les composants décrits par cette notation et dissociant la conception de techniques d'interaction de la conception du reste du système interactif, nous facilitons les modifications sur les techniques d'interaction ce qui est nécessaire pour être compatible avec les approches itératives mises en avant dans le domaine de l'IHM. Cette approche est exemplifiée à travers différentes études de cas dans le domaine des systèmes interactifs critiques tels que les cockpits et la gestion de satellite.

Il s'agit d'adapter un formalisme de description de systèmes interactifs, les ICO (Interactive Cooperative Objects), à la prise en compte des interfaces multimodales

La plupart des méthodes de conception informatique sont centrées sur la modélisation et la documentation du système issu de la conception laissant de côté les différents chemins (étudiés en détail ou non) ayant conduit à ce système. La conception ainsi obtenue présente quatre défauts majeurs : l'absence de traçabilité de la conception, l'absence d'argumentation des choix effectués (car ces méthodes ne poussent pas les concepteurs à argumenter leurs choix), les difficultés de réutilisation des différents produits de la conception, et enfin le manque de soutien (outils ou démarches) à l'exploration systématique de plusieurs alternatives. La résolution de ces problèmes passe par la mise en œuvre d'approches de conceptions rationalisées à l'intérieur même du processus de développement. La conception rationalisée (design rationale) est une approche qui tend à promouvoir non seulement l'exploration systématique de plusieurs alternatives à un problème donné, mais aussi l'évaluation et l'argumentation de ces différentes alternatives. Cette approche permet également de soutenir la justification systématique des choix effectués par les concepteurs. Diverses notations formelles ou semi formelles ont été proposées dans le but de soutenir ces différentes activités de conception. Les principaux objectifs de ces approches sont d'accroître la qualité finale des systèmes conçus et la réutilisabilité des informations archivées lors d'une conception pour de futures conceptions. Toutefois, les approches de conception rationalisée ne sont pas ou peu mises en œuvre lors de la conception d'un système interactif contrairement à des domaines tels que le génie civil. Nous avons identifié plusieurs raisons à ceci : les outils offerts par le design rationale ne sont pas utilisable dans le cadre d'applications de taille réelle car les notations sont trop génériques (pas spécialisées pour la conception de systèmes interactifs) et les environnements pas adaptés à la saisie et à l'exploitation de larges modèles. Une autre raison, expliquant la faible mise en uvre des approches de conception rationalisée, provient du fait que la conception rationalisée est perçue comme un surcoût à court terme avec des bénéfices peu perceptibles. Cette thèse propose un ensemble de solutions à ces différents points. Dans un premier temps nous proposons une notation TEAM (Traceability, Exploration and Analysis Model), fondée sur la notation QOC (Questions, Options, Criteria) ayant déjà fait l'objet de nombreux travaux dans le domaine. Ayant spécialement été conçu dans l'optique de la conception de systèmes interactifs, TEAM permet d'archiver les informations propres à la conception de systèmes interactifs. TEAM est supporté par l'outil DREAM (Design Rationale Environment for Argumentation and Modelling) qui supporte les activités de saisie, de lecture et de réutilisation de modèles TEAM. Nous avons montré comment intégrer l'approche DREAM/TEAM dans une méthode de conception pour définir comment et quand utiliser le design rationale tout au long du processus de conception. Enfin, l'approche DREAM/TEAM a été confrontée à trois études de cas (conception graphique d'une interface, conception d'un système interactif dans le domaine du contrôle aérien, et intégration de l'évaluation de performance) différentes dans leurs objectifs mais complémentaires. Chacune des études de cas valide un ou plusieurs point précis de la notation TEAM et de l'outil DREAM sur des cas réels d'utilisation.