Les recherches de Samuel Tronçon portent sur la notion d'interaction, autour de trois démarches : la formalisation mathématique des interactions, l'étude des ancrages cognitifs et psycho-sociaux, la modélisation des interactions langagières en systèmes complexes.
Ses travaux sont plus particulièrement orientés depuis une année sur l'étude de l'apprentissage de la langue des signes, et les interactions en milieu de travail.
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