THESE LE GRADE DE DOCTEUR. Imen AKKOUCHE (Diplôme d Etudes Approfondies en Ingénierie Informatique)

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1 N d ordre 96 ISAL 0145 Année 1996 THESE présentée devant L INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON pour obtenir LE GRADE DE DOCTEUR FORMATION DOCTORALE : INGENIERIE INFORMATIQUE PAR Imen AKKOUCHE (Diplôme d Etudes Approfondies en Ingénierie Informatique) TELEENSEIGNEMENT : FORMATION PROFESSIONNELLE A DISTANCE ET FORMATION COOPERANTE Soutenue le 20 Décembre 1996 devant la Commission d Examen Jury MM. Guy GOUARDERES Rapporteur, Professeur IUT de Bayonne Jean Marc TOULOTTE Rapporteur, Professeur Université des Sciences et de la Technologie de Lille Bertrand DAVID Professeur, Ecole Centrale de Lyon Alain DUSSAUCHOY Professeur, Université Claude Bernard Lyon 1 Keith LLOYD Directeur de la Formation de Lafarge C.T.I. Patrick PREVOT Professeur, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon

2 REMERCIEMENTS Je remercie Patrick PREVOT pour son encadrement et son soutien tout au long de cette thèse. La création et l évolution de son département Génie PRoductique (GPR) nous ont permis de vivre la gestion de projet en vraie grandeur. Ce département est un terreau fertile pour toutes les expérimentations touchant aux Nouvelles Technologies Educatives (N.T.E.). Je remercie Messieurs Guy GOUARDERES et Jean Marc TOULOTTE de m avoir fait l honneur d accepter d être rapporteur de ce travail. Je remercie Messieurs Alain DUSSAUCHOY et Keith LLOYD d avoir accepté d être membres du jury. Je remercie Messieurs Didier MANGES, Francis BARROW, Daniel RODRIGUES et Candido GINES du groupe Lafarge Ciments pour toute l attention qu ils ont porté à mon travail. Je remercie Monsieur Bertrand DAVID pour m avoir fait profiter de ses remarques pertinentes permettant l amélioration de ce manuscrit. Je remercie l équipe projet REACTIK MULTIMEDIA : Roland, Loïc, Franck et Laurence, jeunes (futurs ingénieurs) GPRiens qui m ont permis de vivre (et continuer à vivre) une expérience merveilleuse qu est le jeu d entreprise Multimédia qui sera expérimenté dès janvier 97 sur l ensemble d une promotion d élèves-ingénieurs. Je remercie Monsieur Alain GUINET qui a toujours été présent lorsque j avais besoin de lui. Merci pour Olivier et à tous les membres du département Génie Productique et surtout à ceux qui partagent mon bureau : Jean-Pierre et Eric (ces derniers mois ont du être un vrai parcours du combattant pour eux). Je remercie tous les membres de mon laboratoire GRACIMP ainsi que tous ceux de la communauté Informatique de l INSA de Lyon. A mon père, qui m a toujours permis de m épanouir (malgré les interdits), à mes deux petites soeurs Chéhérazed et Widad, à mes frères et surtout aux deux derniers Hichem et Hafid que j espère ne souffriront pas trop de la disparition soudaine de ma mère et réussiront quand même à mener le combat de la vie. A toute ma famille. A tous mes amis. Je ne me suis jamais privé de donner mon temps aux sciences Par la science j ai dénoué les quelques noeuds d obscurs secrets Après soixante-douze années de réflexion sans jour de trêve Mon ignorance, je la sais... d après Omar Khayyâm, les quatrains Rubâ iyât.

3 ADOLESCENCE INCONSCIENTE Casser, voler, piller Crier, tousser, pleurer Casser oui casser Casser encore et encore Mon pays, mon très cher pays Pardonne-moi, pardonne-nous Mais, est-ce que tu peux me pardonner Je suis indigne de toi Oui, je le suis O mon pays, tu m es très cher Hélas, je n ai pas su te chérir Ce père indigne, cette mère indigne Ces parents indignes qui n ont pas su Cultiver l amour de cette mère patrie Dans le cœur de leur chair Dans les entrailles de leurs enfants Te brûler toi mon pays? Que leur as-tu fait de mal? Je souffre à ta place Quel crime as-tu commis Pour te juger et te condamner Tu vois tes enfants te déchirer Te blesser, t assassiner Colère? Tout le monde est en colère La diriger contre toi? Te choisir toi pour cible? Pourquoi, mais pourquoi? Je ne te mérite pas, je me méprise Je t aime O mon pays Mais, je ne te mérite pas Je suis indigne de toi Fait le 6 Octobre 1988 à 12 heures 25 minutes, après les émeutes qui ont fait plusieurs blessés. Ce qui va suivre a été fait le Jeudi 13 Octobre 1988! Mère patrie que vois-je? Voici maintenant tes enfants s entre-tuer (Ils n ont pas le droit!) Que leur arrive-t-il? Mais ils sont jeunes, inconscients Comment arrêter ce massacre? Que faire? Je ne comprends plus Que penser? Je n avais pas compris Faut-il comprendre? Et puis comprendre quoi?

4 Deux ans après, je suis partie pour faire une thèse. Mes retours ponctuels me confirmaient la mauvaise tournure que prenait l évolution de mon pays. La dégradation, la fanatisation évoluait comme une traînée de feu dans toutes les classes de la société Algérienne. Les femmes Algériennes étaient conscientes du danger et se sont durcies et préparées à cette attaque qui visait en grande partie leurs droits déjà bafoués par le code de la famille. Ce mal vivre a entraîné la mort de plusieurs personnes. Ma mère est morte l année dernière d une crise cardiaque : affaiblie par tous les problèmes, ayant la peur au ventre à chaque fois que ses enfants s attardaient «dehors»! Je croyais que dehors était les pays aux frontières Algériennes, mais cela s est restreint au pas de la porte. Le comble de tout cela est qu elle pensait que j étais la plus en sécurité en dehors de l Algérie. L espace d une page j avais envie de partager ces angoisses qui me hantaient et qui me hantent toujours! Alors la seule dédicace que je pourrais faire en cette occasion serait A MA MERE.

5 TABLE DES MATIERES INTRODUCTION GENERALE I.1. L EMERGENCE DES NOUVELLES TECHNOLOGIES I.2. LES TROIS COMPOSANTES DE BASE DES NOUVELLES TECHNOLOGIES I.2.1. MICROINFORMATIQUE I.2.2. MULTIMEDIA I.2.3. RESEAUX I.3. LEUR INTEGRATION ET LEURS USAGES USAGES DES RESEAUX USAGES DES ARCHITECTURES I.3.3. DU BON USAGE DU MULTIMEDIA I.3.4. LE TRAVAIL COOPERATIF I.4. CONCLUSION II.1. LES MULTIPLES FACETTES DE L HOMME APPRENANT II.2. L HOMME - MULTISENSORIEL II.3. L HOMME - ACTEUR II.4. L HOMME - EMOTIONNEL II.5. L HOMME CONNAISSANT II.6. L HOMME - SPATIAL II.6.1. NOTION DE DISTANCE II.6.2. SITUATION HOMME APPRENANT / SYSTEMES D APPRENTISSAGE II.7. L HOMME - SOCIAL II.7.1. L HOMME - COMMUNIQUANT II.7.2. LE GROUPE ET LES COMPORTEMENTS DE GROUPE II.8. L HOMME - JOUEUR II.8.1. LE JEU : UNE ACTIVITE INNEE II.8.2. UN FAIT DE SOCIETE : LES JEUX INFORMATIQUES II.9. CONCLUSION... 86

6 III.1. INTRODUCTION III.2. LES METHODES ACTIVES EN PEDAGOGIE III.3. LE ROLE PEDAGOGIQUE DU JEU III.3.1. SITUATIONS ET ATTITUDES LUDIQUES III.3.2. JEU ET FORMATION DES ADULTES III.4. LE JEU DE ROLE COMME METHODE DE PEDAGOGIE ACTIVE III.4.1. CARACTERISTIQUES D UN JEU DE ROLES III.4.2. LE JEU DE ROLE DE FORMATION III.4.3. LE JEU DE ROLE DE SIMULATION III.5. HISTORIQUE ET DEVELOPPEMENT DES JEUX D ENTREPRISE III.6. LES JEUX D ENTREPRISES VU PAR L ANALYSE DE L UN D ENTRE EUX III.6.1. TEMOIGNAGE III.6.2. PRESENTATION GENERALE DE REACTIK III.6.3. DEROULEMENT DU JEU III.7. CONCLUSIONS ET MODELE POUR LA CONCEPTION D UN JEU COOPERATIF III.7.1. DEROULEMENT D UNE SESSION DE JEU D ENTREPRISE III.7.2. L ANIMATION DES JEUX PEDAGOGIQUES III.7.3. APPLICATION INFORMATIQUE : REACTIK MULTIMEDIA III.8. RETOMBEES ECONOMIQUES DU JEU SUR LA FORMATION III.9. CONCLUSION IV.1. UN MODELE POUR LA CONCEPTION ET LE DEVELOPPEMENT D UN SYSTEME DE FORMATION EN ENTREPRISE IV.2. APPLICATION DU MODELE A LA FORMATION CIMENTIERE : CECIL TUTORIN IV.3. L HOMME CONCEVANT IV.3.1 LA CONCEPTION COOPERATIVE IV.3.2. EXEMPLES DE CONCEPTION COOPERATIVE D UN PRODUIT D APPRENTISSAGE IV.4. L HOMME - CONNAISSANT IV.4.1. LE SYSTEME D APPRENTISSAGE : ROLE ET FONCTIONS IV.4.2. LES OBJETS COGNITIFS IV.4.3. EXEMPLE D ORGANISATION COGNITIVE DANS UN SYSTEME D APPRENTISSAGE (TUTORIN) IV.4.4. PERSONNALISATION DE L APPRENTISSAGE

7 IV.4.5. GESTION DU MODELE DE CONNAISSANCE IV.5.LE SAVOIR DU GROUPE IV.5.1.LE MODELE DE CONNAISSANCE IV.5.2.LE MODELE D APPRENTISSAGE IV.5.3.LES STRATEGIES PEDAGOGIQUES IV.5.4.LE MODELE DE COMMUNICATION IV.5.6. MODELISATION DE GROUPE IV.5.7. MODELE CONCEPTUEL D UN ENVIRONNEMENT D APPRENTISSAGE COOPERATIF IV.6. ADAPTATION DE CECIL A LA FORMATION COOPERATIVE A DISTANCE IV.6.1. ASPECTS SOCIOLOGIQUES IV.6.2. ASPECTS TECHNOLOGIQUES IV.6.3. EXEMPLE DE COOPERATISATION DE SCENARIO IV.7. CONCLUSION V.1. DIFFERENTES SITUATIONS D APPRENTISSAGE COOPERATIF V.1.1. OBJECTIF V.1.2. SITUATIONS D APPRENTISSAGE V.1.3. CONTRAINTES V.2. LES BESOINS DE COMMUNICATION V.2.1. TELEFORMATION INDIVIDUELLE V.2.2. TELEFORMATION COOPERATIVE V.2.3. TELEFORMATION : LES MOYENS DE COMMUNICATION V.2.4. TELEFORMATION : LES COMPOSANTES D UN TRAVAIL COOPERATIF V.3. LA PROGRESSION D UN GROUPE LORS DE LA RESOLUTION D UN PROBLEME V.3.1. LES FONCTIONS A REMPLIR POUR ANIMER UN GROUPE V.3.2. LE CHOIX DU STYLE D ANIMATION V.3.3. PHASES DE RESOLUTION V.3.4. COMPOSITION IDEALE DU GROUPE V.3.5. LA DYNAMIQUE DU GROUPE V.4. IDENTIFICATION DES ROLES ET FONCTIONNEMENT DE GROUPES DE PROJETS COLLECTIFS V.4.1. CONTEXTE DE L OBSERVATION

8 V.4.2. ETUDE DES DIFFERENTS COMPORTEMENTS DE GROUPES FACE A LEURS PROJETS V.4.3.UN MODELE POUR LES EQUIPES DE PROJET COLLECTIF V.5. LES JEUX DE ROLE : REACTIK - MULTIMEDIA V.5.1. PRINCIPE DU JEU V.5.2. DEROULEMENT DU JEU V.5.3. UTILISATION DU JEU V.5.4. LES INTERFACES V.5.5. L ARCHITECTURE V.6. ADAPTATION DE CECIL A UN ENSEIGNEMENT COOPERATIF DISTANT V.6.1. ARCHITECTURE D UN SYSTEME DE TELEFORMATION V.6.2. DEVELOPPEMENT DE LOGICIELS CLIENT / SERVEUR V.7. PLATEFORME MULTIMEDIA POUR LA TELEFORMATION COOPERANTE V.7.1. ENVIRONNEMENT DE COMMUNICATION V.7.2. MISE EN ŒUVRE D UNE FORMATION SOUS CD-ROM V.7.3. TELEFORMATION POUR CECIL SOUS LANGAGE AUTEUR TOOLBOOK MULTIMEDIA CBT V.7.4. TELEFORMATION POUR CECIL EN VISIOCONFERENCE V.7.5. TELEFORMATION MULTIMEDIA VIA INTERNET V.8. ALGORITHME DE REPARTITION DES ROLES V.9. CONCLUSION CONCLUSION GENERALE BILAN GENERAL VALIDATION PAR L USAGE APPORT DES N.T.E FREINS A L UTILISATION DES N.T.E PERSPECTIVES EN GUISE DE CONCLUSION BIBLIGRAPHIE ANNEXES ANNEXE 1 - GLOSSAIRE ANNEXE 2 - LES JEUX D ENTREPRISE ANNEXE 3 - LE GESTIONNAIRE D ENSEIGNEMENT CMS

9 LISTE DES FIGURES Figure 1.1. Nouvelles Technologies = Mariage à trois : Télécommunication - Informatique - Multimédia Figure 1.2.Un exemple de systèmes d'exploitation : Windows NT Figure 1.3. Voix, données, images transitent sur le même réseau Figure 1.4. Les différentes catégories de réseaux informatiques Figure 1.5. Compatibilité des Outils d'internet Figure 1.6. Interconnexion de deux réseaux via Numéris Figure 1.7. Différents niveaux des systèmes informatiques Figure 1.8. Agents d'affichage utilisateur (UDA) coopérant via un espace partagé Figure 1.9. Différentes formes de C.S.C.W Figure Expérience Télé-amphi Figure Spectrum of cooperative environments Figure Contextes et développement pour le C.S.C.W. et le groupware Figure 2.1. Les facettes de l'homme apprenant et leur déclinaison technologique Figure 2.2. Exemple d'écran utilisant le modèle hémisphérique Figure 2.3. Exemple d'écran utilisant le modèle hémisphérique Figure 2.4. Exemple d interactivité : reconstitution d une structure Figure 2.5. Exemple d interactivité : diagnostic d incidents Figure 2.6. Exemple d interactivité : diagnostic de dysfonctionnement Figure 2.7. Modèle de Ned HERMANN Figure 2.8. Modèle du processeur humain Figure 2.9. Evolution du centre d intérêt Figure Processus de communication Figure Le modèle de Shannon et Weaver... 75

10 Figure Modèle de Lasswell Figure Modèle de Gerbner Figure Modèle de Newcomb Figure Modèle de Westley et Mac Lean Figure Modèle de Riley et Riley Figure Savoir et coopération Figure Principe de PASCAL Figure Profils de communication et de leadership, historique de communication d'un apprenant Figure 3.1. La pédagogie du jeu : action et émotion Figure Les douze raisons d'utiliser les jeux dans la formation des adultes Figure Séquence de simulation Figure Déroulement d'une session de jeu d'entreprise Figure 4.1. Modèle de conception et de développement Figure 4.2. Conception d un produit de formation : élaboration des spécifications Figure 4.3. Conception d un produit de formation : élaboration des scripts Figure 4.4. Conception d un produit de formation : maquettes et prototypes Figure 4.5. Conception d un système d apprentissage : intégration au gestionnaire d apprentissage Figure 4.6. Les trois niveaux de la connaissance Figure 4.7. Le modèle arbre des connaissances Figure 4.8. Architecture du système de formation CECIL - TUTORIN Figure 4.9. Descriptif conceptuel d un gestionnaire d apprentissage : TUTORIN Figure Modèle de connaissance du groupe Figure Modèle d'apprentissage du groupe

11 Figure Modèle de communication du groupe Figure La modélisation de groupe Figure Modèle conceptuel pour CECIL COOPERATIF - TUTORIN COOPERATIF Figure Structure d'un scénario (orienté objet) Figure Espace privé de l'apprenant Peter Figure 5.1. Formateur avec plusieurs apprenants à distance Figure 5.2. Formateur à distance avec des apprenants ayant un même apprentissage Figure 5.3. Formation coopérante Figure 5.4. Architecture d'un système de téléformation Figure 5.5. Moyens de communication Figure 5.6. Le groupe et sa dynamique Figure 5.7. Les multiples dimensions coopératives du projet collectif Figure 5.8. Situation pédagogique type d'un jeu de rôle ou d'entreprise Figure 5.9. Vie d'un groupe-type pendant le projet Figure Phase de tracé des flux sous Réactik Multimédia Figure Chaque équipe reçoit la clé de son entreprise Figure Exemple d'écran utilisant le modèle hémisphérique (cf. II.2) Figure Phase du choix des anti-flux et gentils-flux Figure Différents types d architectures logicielles d une application coopérative Figure Approche du terminal virtuel Figure Architecture de communication Figure Ecran d'informations partagées par plusieurs apprenants Figure Scénario sur le thème «comment augmenter la production?» Figure CMS Figure Exemple de partage de l'application cliente Imen avec le formateur

12 INTRODUCTION GENERALE INTRODUCTION GENERALE Dans les années 70 Multimédia était, dans un contexte de formation, un mot le plus souvent synonyme d audiovisuel. L enseignant, s il voulait bien s en donner la peine, pouvait utiliser livres, notes, polycopiés (l écrit), transparents (textes, schémas), diapositives (images fixes), magnétoscope (images animées et son) pour illustrer son discours (langage). En cela il utilisait bien plusieurs médias en multipliant les canaux de communication avec son auditoire pour renforcer la rétention, l assimilation et la compréhension de son message, à défaut d une maîtrise nécessitant un investissement actif de l apprenant qu il pratiquerait plus tard lors d exercices, travaux pratiques et plus récemment de projets avec l appui en général d autres formateurs. L ensemble manquait singulièrement de cohérence, d unité et souffrait d une segmentation dans le temps que les contraintes d un emploi du temps figé et fondé sur la fragmentation disciplinaire ne facilitait pas. L artisan professeur/formateur/expert/pédagogue/scénariste - véritable homme orchestre de la formation - devait ainsi indéfiniment sur le métier remettre son ouvrage au gré de vagues successives d apprenants. En 1996, les évolutions technologiques considérables que nous continuons de vivre (la micro-informatique, le tout numérique, la compression, le CD-ROM et les grandes capacités de stockage de l information, les télécommunications et les réseaux,...) ont donné un autre sens au mot-même multimédia, même s il devient tellement employé en toute circonstance que l on a finalement quelques difficultés à s entendre sur une définition commune. Notre travail a pour finalité d étudier comment intégrer, et avec quels usages, les Nouvelles Technologies Educatives (N.T.E) au vaste problème de la formation à distance (intégrant les méthodes de pédagogie active) en milieu industriel (systèmes de production). Il faut donc fondamentalement prendre en compte à la fois des composantes humaines et technologiques, afin d'abord de modéliser des types d'échanges et de scénarios en situation d'apprentissage coopératif, puis de définir brièvement les caractéristiques d'un système informatique d'aide à la conception. Il s agit donc d identifier les usages pertinents (cf. figure ci-après) des N.T.E. qui permettent une quelconque forme de présence à distance : apprenants en apprentissage (individuel ou coopératif), les auteurs / concepteurs en conception de systèmes d apprentissage (individuelle / coopérative) et le comportement induit sur les utilisateurs d une telle situation (téléprésence). Ceci implique l étude des modalités d apprentissage (degré de liberté, degré de présentiel, types d informations utilisées), le groupe (homogène ou pas, sa taille, ainsi que l incidence de la distance sur sa cohésion), et la communication qui s instaure entre les membres d un groupe (en co-apprentissage ou en co-conception). Cette étude va jusqu'à l évaluation de l utilité de la technologie à travers des expérimentations en vraie grandeur à travers : la construction d indicateurs de pertinence la validation expérimentale sur populations cibles afin de créer un système d aide à la décision qui permet d initier d autres solutions (technologiques et pédagogiques) en tenant compte des coûts, du temps du développement, de la mise en place et de la gestion de l outil de formation. 17

13 INTRODUCTION GENERALE Objet Contexte Type Comportement individuel Apprenants Comportement collectif Homogénéité DE L'APPRENTISSAGE USAGE DE :. quelles technologies. pour qui. à quel moment. pour faire quoi. à quel coût MODALITES D'APPRENTISSAGE :. degré de liberté. degré de présentiel. types d'informations utilisées COMMUNICATION INTER-GROUPES. quelle fréquence. quelle granularité. quel contenu DU GROUPE Distance Comportement individuel Auteurs Concepteurs Comportement collectif Taille CONSTRUCTION D'INDICATEURS DE PERTINENCE VALIDATION EXPERIMENTALE SUR POPULATIONS CIBLES SYSTEME D'AIDE A LA DECISION SOLUTIONS COUTS TECHNOLOGIQUES SOLUTIONS PEDAGOGIQUES TEMPS DE DEVELOPPEMENT MISE EN PLACE ET GESTION DE L'OUTIL DE FORMATION L objectif principal de notre travail étant de développer des architectures de formation coopératives distantes répondant à des besoins d usage en contexte industriel, plusieurs applications ou situations industrielles nous ont servi de terrains d expérimentation : Apprentissage à la conduite d unités de cuisson en industrie cimentière. Mené en collaboration avec Lafarge coppée, le didacticiel CECIL 1, est un environnement d apprentissage mis au point pour le groupe Lafarge pour le pilotage des systèmes industriels afin 1 Notre laboratoire GRACIMP est à l'origine de l'ensemble du système de formation du groupe Lafarge (diffusion mondiale en 7 langues représentant 60 h d'apprentissage) tant en ce qui concerne la conception des scénarios constituant le didacticiel CECIL, que le tuteur assurant une trajectoire de formation individualisée (TUTORIN) grâce à l intégration d un système de mesure de la connaissance de l apprenant. 18

14 INTRODUCTION GENERALE de former et d entraîner, techniciens et ingénieurs au pilotage d unités de cuisson en cimenterie. Il a servi de terrain d'expérimentation privilégié pour valider nos architectures et nos approches pédagogiques. Apprentissage à la conduite d amélioration des flux produits et flux d informations d entreprise, REACTIK est un outil de formation par le jeu d entreprise reconçu et coopératisé pour une utilisation multimédia distante pour la société CIPE-PROCONSEIL. En plus d une simulation d un phénomène économique dans une entreprise, il présente les avantages d une pédagogie de la découverte ainsi qu une occasion de partage de savoir faire. Son implémentation étant facilitée par son découpage en quatre équipes (donc quatre applications clientes) dans un but de travail collaboratif au sens large (concurrent). Le premier chapitre essaie de faire le point sur l incidence du développement des nouvelles technologies et du tout numérique, sur l émergence des N.T.E. selon trois dimensions majeures : les stations et la microinformatique le multimédia et l Interface Homme Machine les réseaux. Le second chapitre présente les facettes de l homme-apprenant et leur déclinaison technologique afin de construire des modèles intégrant le comportement humain au sein des systèmes d apprentissage en particulier coopératifs distants. Le troisième chapitre concerne les environnements d apprentissage favorisant l aspect émotionnel basés sur le jeu. Parmi ceux-ci, citons 3 contextes utilisés dans le monde industriel : la formation sur simulateur reproduisant des situations expérimentales les plus proches possibles des conditions réelles, le jeu de rôle qui implique une coopération entre plusieurs apprenants utilisant chacun ses compétences et ses possibilités d action au service d un but commun, le jeu d entreprise qui est une variante du jeu de rôle où des sous - groupes d apprenants, représentant en général des entreprises différentes, sont en concurrence (par exemple pour conquérir des marchés). Le quatrième chapitre s attache à proposer des modèles pour la conception de systèmes d apprentissage et leur extension pour prendre en compte la distance et le coopératif. Ces modèles concernent à la fois les scénarios ou situations d apprentissage que le gestionnaire d apprentissage. Ils sont appliqués au cas d une formation cimentière. Le dernier chapitre donne un éventail de solutions et d outils pour la mise en œuvre d environnements d apprentissage coopératifs à partir des modèles précédents et ceux dégagés à partir d observations sur une population d élèves ingénieurs en Productique. 19

15 CHAPITRE I. LES NOUVELLES TECHNOLOGIES ET LEURS USAGES Table des matières I.1. L EMERGENCE DES NOUVELLES TECHNOLOGIES I.2. LES TROIS COMPOSANTES DE BASE DES NOUVELLES TECHNOLOGIES I.2.1. MICROINFORMATIQUE I.2.2. MULTIMEDIA I.2.3. RESEAUX I.3. LEUR INTEGRATION ET LEURS USAGES USAGES DES RESEAUX USAGES DES ARCHITECTURES I.3.3. DU BON USAGE DU MULTIMEDIA I.3.4. LE TRAVAIL COOPERATIF I.4. CONCLUSION... 59

16 CHAPITRE I. LES NOUVELLES TECHNOLOGIES ET LEURS USAGES I.1. L EMERGENCE DES NOUVELLES TECHNOLOGIES Les télécommunications s'informatisent et l'informatique devient communicante. Ces deux secteurs qui sont nés de manière autonome s interpénètrent aujourd'hui en intégrant un troisième activité connue initialement sous le nom d'audiovisuel. L'origine de cette triple rencontre tient tout d'abord aux progrès de la technique: développement de la microinformatique, de la numérisation, des nouvelles technologies de la transmission (fibres optiques, satellites, etc.). Depuis quelques années, il est possible de communiquer mieux et plus vite en tout lieu et à toute heure grâce aux réseaux et aux messageries. On peut également traiter l information sous toutes ses formes (texte, image, son) grâce aux premières applications multimédia. Quant aux développements d applications, ils se présentent sous un nouveau jour avec la programmation par objet qui facilite le travail des informaticiens dans les nouveaux environnements graphiques. Enfin le modèle d application client - serveur permet de généraliser l utilisation de l informatique et, par suite, de bénéficier de sa souplesse. La convergence de ces technologies permet désormais de communiquer et de traiter l information autrement, mieux, plus vite et moins cher. Multimédia IHM multi-utilisateur Réseaux Numeris ATM Internet Communication M / H H Communication H / H M Communication M / H H Communication M / M Station de travail Microinformatique puissante Langages graphiques M Figure 1.1. Nouvelles Technologies = Mariage à trois Télécommunication - Informatique - Multimédia Ce phénomène de généralisation de la numérisation a donné naissance à un terme nouveau : les autoroutes de l information. Ce terme a été employé pour la première fois par Al Gore, vice-président des Etats-Unis, en Septembre 1993; il a proposé le projet "National Information Infrastructure" ayant comme objectif le contrôle de la chaîne informatique de l information à l échelle du monde (une nouvelle frontière pour le vingt et une unième siècle). Certains sociologues n hésitent pas à placer cette révolution au même rang que la révolution agraire, que la révolution industrielle... ou plus récemment que la révolution informatique. Selon Bill Gates [Devalence, 95] «les autoroutes de l information changeront notre façon de communiquer plus radicalement que le téléphone». Mais cette évolution ne s arrêtera pas là, puisque 21

17 CHAPITRE I. LES NOUVELLES TECHNOLOGIES ET LEURS USAGES l homme avec son besoin permanent de communiquer au sein de multiples communautés (famille, collectivité, groupe de travail,...) va subir des changements dans son moi psychologique (modification de valeurs et de culture) et dans sa façon d aborder son travail. Nous rentrons là de plain pied dans un domaine qui actuellement est l objet de multiples études : le Groupware. Afin de mieux comprendre et éclairer l émergence des N.T.E. (Nouvelles Technologies Educatives) et des N.T.I.C. (Nouvelles Technologies de l Information et de la Communication) resituons d abord (cf. I.2) le développement (histoire, caractéristiques et fonctions) de chacune des composantes de base : le poste Informatique : évolution technologique de l unité informatique de base, la communication Micro - Homme : évolution des aspects interaction et navigation ouvrant sur le Multimédia, la communication Micro - Micro avec la force des Réseaux. Dans un deuxième temps (cf. I.3) nous dressons un bilan de leur intégration, et de leurs utilisations, en situation d usage, dans des systèmes de communication coopératifs et distants. I.2. LES TROIS COMPOSANTES DE BASE DES NOUVELLES TECHNOLOGIES I.2.1. Microinformatique D après Jacques Altabet [Altabet, 96] «le poste de travail est devenu un bien d équipement au centre d un Monopoly industriel planétaire. Il n est plus surprenant que les enjeux les plus gros et les plus stratégiques soient sur les technologies qui le concernent». Il fut un temps (années 80) où le travail s effectuait sur de gros ordinateurs ayant des salles dédiées avec une utilisation partagée du processeur par plusieurs utilisateurs à partir de terminaux. En quelques années nous sommes passés à des stations de travail très puissantes et des microordinateurs (Personnel Computer : PC) ayant une très grosse capacité de stockage et une grande rapidité dans la manipulation de grosses quantités de données. Le micro ordinateur s est miniaturisé pour devenir portable. La capacité des disques durs initialement de 40 Mega-octets est passée à 120 Mega-octets puis aux Giga - Octets pour les PC Multimédia. Simultanément les logiciels de bureautique sont passés de quelques dizaines de Kilooctets à quelques Mega-octets, sans modification fondamentale des outils, mais avec une amélioration de la qualité des interfaces et des données manipulées (son et images animées). Actuellement, et pour diminuer les frais d exploitation des parcs microinformatiques en entreprise les constructeurs préparent des Network Computers (N.C.). Cette initiative vise à rendre l informatique aux informaticiens [Décision,96] : l utilisateur ne doit plus avoir à toucher quoi que ce soit en matière de configuration, pas plus les matériels que les logiciels. Les postes de travail peuvent redevenir des terminaux régis par un serveur qui leur allouera un espace de travail et un espace disque. I La technologie objet L avènement des interfaces graphiques (indispensables dans les environnements groupware, voir paragraphe I.2.1.4) entraîne une révolution dans les moyens de développement. La technologie objet répond bien à ce nouveau contexte. Les langages orientés objet facilitent la réutilisation et la flexibilité du code [Booch, 91] [Ferber, 91]. Dans l univers des interfaces graphiques, les classes d objets peuvent directement être adaptées aux éléments de base que sont 22

18 CHAPITRE I. LES NOUVELLES TECHNOLOGIES ET LEURS USAGES la fenêtre, la boîte de dialogue, les menus, etc. La technologie objet est par ailleurs particulièrement bien adaptée à la programmation événementielle typique des environnements fenêtrés, où la réponse aux actions de l utilisateur prime sur les procédures et les traitements spécifiques à chaque application. I Les systèmes d exploitation a) De MS-Dos à Windows NT Depuis l avènement de MS - Dos dans les années 80, la plupart des micro-ordinateurs de type PC fonctionnaient avec le même système d exploitation gérant la mémoire selon un modèle segmenté et non linéaire, diminuant considérablement les possibilités de l ordinateur. L arrivée des premières versions de Windows a créé en son temps une petite révolution. L interface graphique est bien plus ergonomique que celle de MS - Dos en mode caractères. 90% des configurations PC sont sous Windows (actuellement Windows 95). L arrivée de Windows NT 1, capable de gérer des configurations équipées de nombreux processeurs, offre une compatibilité avec les applications conçues pour des environnements tels que MS - Dos, Windows 3.X, OS/2 et les applications conformes à la norme Posix dans l environnement Unix. De plus, ses nombreuses possibilités en matière de réseau et de sécurité en font un système complet pour des architectures client - serveur. Les modèles des systèmes actuels sont basés sur le modèle objets, qui tend à définir le système d exploitation non plus comme un ensemble structuré verticalement (un modèle en couches) mais comme un tout formé d objets indépendants. Le système manipule ces objets de façon homogène et peut les remplacer facilement : lorsque la technologie matérielle évolue, il suffit de remplacer l objet correspondant. Le code manipulant l objet ne change pas. De plus, et beaucoup plus facilement qu avec des modèles rigides, le système peut exploiter des fonctions de sécurité évoluées, liées à chaque objet et non au système tout entier. Windows NT utilise des objets pour chaque élément du système, du fichier à la mémoire, en passant par les périphériques physiques nécessaires aux applications. Une partie de l exécutif NT, l explorateur Windows, sert à manipuler tous les objets du système. b) Windows NT : une ère nouvelle La capacité de contrôler plusieurs applications simultanément dans un contexte multitâche existe déjà sous Windows 3.X. Ce dernier répartit la charge d utilisation du processeur en fonction des applications présentes en mémoire et fournit à chacune le contrôle du processeur pour qu elle puisse exécuter ses instructions. Cependant, chaque programme doit impérativement rendre le contrôle au système pour que ce dernier puisse allouer le processeur à une autre application. Le multitâche est dans ce cas, appelé «coopératif» ou «non -préemptif», chaque application coopérant avec les autres en rendant périodiquement le contrôle. Cette méthode est souvent source de problème, notamment dans le cas où une application se révèle incapable de rendre ce contrôle (si elle est bloquée par exemple). Le multitâche de Windows NT est plus performant. Il est «préemptif» puisque le système d exploitation prend de lui-même le contrôle du processeur dès que l application a épuisé le temps maximal qui lui est alloué. Chaque programme reçoit ainsi une quantité de temps processeur précise, et le processus est globalement stable : une application qui se bloque ne paralyse pas l ensemble du système. Une autre caractéristique intéressante est la possibilité 1 La migration vers Windows NT n est envisageable que si l ordinateur est équipé d un processeur Intel et de 16 Mo de mémoire vive. 23

19 CHAPITRE I. LES NOUVELLES TECHNOLOGIES ET LEURS USAGES donnée aux applications de découper leur code en un certain nombres de tâches (threads). Ces tâches sont, bien entendu, indépendantes, et Windows NT sait comment les traiter de façon simultanée (en leur allouant du temps processeur). Par ailleurs, l ordinateur étant équipé de plusieurs processeurs, ces tâches s exécutent en parallèle, ce qui accélère considérablement le déroulement de l application. Puissance, ergonomie, portabilité, compatibilité, sécurité et accessibilité aux réseaux sont les caractéristiques les plus intéressantes pour nos applications : Puissance : architecture 32 bits évoluée La version de Windows 3.X, est conçue autour d une architecture 16 bits. Windows NT possède une architecture interne 32 bits permettant une gestion optimale des données. La mémoire vive est ainsi exploitée de façon linéaire sur 32 bits. Le système est donc capable de gérer jusqu à 4 Go de mémoire vive (on est loin des limitations imposées par MS - Dos). En outre la performance des modules de gestion du disque dur permet de disposer de tailles de fichier ou d une partition de disque désormais pratiquement illimitées. Ergonomie : une interface identique à Windows 95 L interface est strictement identique à celle de la version 95 : icônes, fenêtres, gestion de la souris... Portabilité et processeurs Risc Windows NT constitue le premier système d exploitation Windows multiplateforme. Il est livré avec plusieurs versions de code, lui permettant d être exploité non seulement sur des architectures Intel mais aussi sur des architectures Risc avancées. Ces dernières sont implantées sur des ordinateurs semblables à des PC mais dont les microprocesseurs ont des capacités de calcul plus importantes et des jeux d instructions réduits (Risc [Hennesy & Patterson]). Les machines à processeurs Mips R4000 ou les nouveaux PC de Digital à base de processeur Alpha AXP peuvent ainsi exploiter Windows NT. Compatibilité Windows NT est compatible avec les anciens systèmes (MS-Dos, OS/2 et Posix). Il propose en outre une bibliothèque native, un jeu d instructions de programmation appelé WIN32. Sécurité : un contrôle d accès discrétionnaire Afin de garantir l inviolabilité et l intégrité des données stockées, Windows NT dispose d un ensemble de fonctions de sécurité. Non seulement l ordinateur est protégé (identification, authentification) mais l utilisateur dispose également d un mécanisme de sécurité. Un contrôle d accès discrétionnaire peut être défini au niveau de chaque objet (un fichier, une fenêtre, le presse-papiers, etc.) pour un utilisateur et / ou un groupe d utilisateurs donné. Ce type de contrôle signifie que le propriétaire d un objet peut ou non en donner l accès à un autre utilisateur, par opposition à un contrôle mandataire qui définit, en plus, des niveaux de sécurité entre les utilisateurs. Windows NT garde une trace des actions effectuées sur les objets protégés (fonction d audit). 24

20 CHAPITRE I. LES NOUVELLES TECHNOLOGIES ET LEURS USAGES Réseau : des fonctions réseau intégrées Contrairement à Windows 3.X, la possibilité d accéder facilement à un réseau existant est intégrée à Windows NT. Ainsi une machine utilisant ce système partage aisément avec un autre ordinateur fichiers et répertoires situés sur son disque dur ainsi qu une imprimante locale. Des applications spécialisées sont livrées avec NT pour gérer l agenda de groupe et échanger des messages à travers une messagerie électronique. De plus, Windows NT bénéficie d un dispositif d appel de procédure à distance RPC (Remote Procédure Call), un moyen pour le système de communiquer avec des applications différentes se trouvant sur une autre machine du réseau. Cette fonction est compatible avec le standard DCE (Distributed Computing Environnement), qui autorise des communications avec d autres ordinateurs exploitant non seulement Windows NT mais également Unix ou VMS, par exemple. c) Conclusion Windows NT utilise des notions de modèle en objets et de multitraitement, qui préfigurent l avenir de Windows. Il a deux modes d utilisation : l exécutif, portion du système qui fonctionne dans un état privilégié appelé mode noyau, et les serveurs de sous-systèmes, qui exploitent le mode utilisateur. Les applications, qu elles soient sous MS - Dos, OS/2, Windows 3.X, Posix ou créées sous Windows NT (32 bits), s exécutent en mode utilisateur. Elles font appel aux fonctions des serveurs de sous-systèmes (cf. fig. 1.2 [Gimenez, 94]). Cet ensemble s inspire donc du modèle client - serveur, puisque les applications, tout comme les sous-systèmes, communiquent entre elles par échange de messages. Un serveur (l exécutif ou le serveur de sous-systèmes) fournit, à travers ces messages, un service à un client (une application par exemple). Par ailleurs, la structure de Windows NT s inspire d un modèle en couches, qui intervient dans la partie basse de l exécutif, le noyau NT et la couche d abstraction du matériel (HAL pour Hardware Abstraction Layer). Le noyau assure les fonctions de plus bas niveau et la couche HAL manipule directement le matériel. C est grâce à cette dernière que Windows NT passe facilement d une plateforme à une autre. Les autres composantes de l exécutif sont placées en couches au-dessus de ces deux éléments. Windows NT s inspire, en outre, du modèle objet puisqu il utilise des objets pour représenter les ressources du système. A p p l i c a t i o n s S o u s - s y s t è m e s p r o t è g é s MS DOS MS DOS WINDOWS 3.1 WINDOWS 16 BITS STRUCTURE GENERALE DE WINDOWS NT WINDOWS NT 32 BITS WIN 32 OS/ 2 OS/ 2 POSIX POSIX Processus d'ouverture de session Sécurité Mode utilisateur Mode noyau E x é c u t i f N T Gestionnaire d'objets Moniteur de référence de la sécurité Appel de procédures locales SERVICES DE L'EXECUTIF Gestionnaire de mémoire virtuelle Couche d'abstraction du matériel (HAL) Gestionnaire de processus Gestionnaire d'entrées/ sorties. Système de fichiers. Gestionnaire de cache. Drivers de périphériques. Drivers réseau MATERIEL Figure 1.2.Un exemple de systèmes d'exploitation : Windows NT 25