Le numérique fait désormais partie intégrante du quotidien en s’immisçant progressivement dans toutes les activités de notre société.
Nous l’utilisons pour réaliser des tâches courantes comme celles nécessaires pour découvrir, comprendre et apprendre. Cependant, les dispositifs numériques traditionnels s’appuyant sur des interfaces de type écrans-claviers-souris atteignent souvent leurs limites dans ce type d’activités. À l’inverse, pour ces activités, les approches ancrées dans le monde réel, basées sur la manipulation physique et les activités de groupe ont des caractéristiques intéressantes que ne peuvent pas offrir les approches purement numériques. 
Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser de nouveaux paradigmes d'interaction avec le numérique, basés notamment sur la réalité augmentée et les interactions tangibles, afin de créer des environnements mixtes où le monde physique sert de support au monde virtuel. 
Si ces paradigmes existent depuis au moins deux décennies, ils sont encore peu répandus au sein de notre société et difficilement accessibles hors de cas d’usage très spécifiques.

Dans un premier temps, nous avons conçu et évalué des environnements physiconumériques qui mélangent des objets physiques présents en salle de classe tels que du papier, des crayons et des livres, avec des éléments numériques projetés (images, sons, vidéos), au sein d’un même espace de travail. Ainsi, les élèves peuvent travailler de façon active et collective, comme ils le feraient dans un espace purement physique, tout en bénéficiant des possibilités offertes par le numérique. Pour cela, nous avons suivi un processus de design itératif en lien avec des enfants et des enseignants, et nous avons également mené une étude plus fondamentale ayant pour objectif de comprendre dans quelle mesure des affichages en réalité augmentée impactaient la cognition des utilisateurs.
Dans un deuxième temps, nous avons exploré l’utilisation des interactions tangibles et de la réalité augmentée pour aider les utilisateurs à prendre conscience de leur consommation énergétique, et à optimiser la disposition et la circulation des personnes au sein de bâtiments publics, pour lutter contre l’épidémie de coronavirus.