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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/258705623 L'anticipation et sa représentation dans les interfaces homme-système en aéronautique civile : une approche d'ingénierie cognitique Thesis · September 2013 CITATIONS 4 READS 4,476 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Situation awareness and the cognitive management of complex systems View project Pilot cognitive resources management View project Sami Lini Akiani 29 PUBLICATIONS 54 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Sami Lini on 23 May 2014. The user has requested enhancement of the downloaded file. Université Bordeaux 1 Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement THÈSE PRÉSENTÉE A L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1 ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGENIEUR Par Sami LINI POUR OBTENIR LE GRADE DE DOCTEUR SPÉCIALITÉ : Cognitique L’anticipation et sa représentation dans les interfaces homme-système en aéronautique : une approche d’ingénierie cognitique Directeur de recherche : Pr. Bruno Vallespir/D. Pierre-Alexandre Favier Soutenue le : 18/09/2013 Devant la commission d’examen formée de : M. Régis MOLLARD Professeur, Université Paris V Rapporteur M. Julien CEGARRA MCU HDR, UFR Champollion Albi Rapporteur M. Thierry BELLET CR, IFSTTAR Examinateur M. Jean-Philippe DOMENGER Professeur, Université Bordeaux 1 Examinateur M. Bernard CLAVERIE Professeur, IPB Examinateur M. Bruno VALLESPIR Professeur, Université Bordeaux 1 Directeur de thèse M. Pierre-Alexandre FAVIER MCU, IPB Co-directeur de thèse M. Sylvain HOURLIER Docteur en médecine, Thales Avionics Co-directeur industriel M. Pierre GAUD Pilote de ligne, Air France Membre invité A Papa, A partir d’ici je marcherai dans mes propres traces. A Maman et Ines A Koliane Sami LINI - 2013 1 Résumé L’aéronautique civile commerciale poursuit l’objectif du déplacement de biens ou de personnes, par les airs, en maintenant un niveau optimal de sécurité. Depuis plus de trente ans, en dépit de cadres normatifs de plus en plus stricts et d’automatismes de plus en plus performants, le rapport entre performance visée et risque encouru ne progresse plus. Le facteur humain constitue un levier d’action majeur pour franchir ce plancher de verre. Dans le cadre contraint de l’aéronautique, la conception d’outils visant à assister la cognition des pilotes est ainsi une direction d’avenir. L’anticipation a été identifiée comme un processus central dans la gestion des ressources cognitives. Dans une démarche de cognitique, nous avons ainsi entrepris la conception d’un outil d’aide à l’anticipation en impliquant des pilotes à chaque étape des développements. D’une analyse de l’activité sur la base d’enregistrements en cockpit et d’entretiens, nous avons construit un modèle de l’activité réelle des pilotes lors de la descente et l’approche sur l’aéroport de Rio de Janeiro. L’étude bibliographique mit en lumière des points critiques relevant de l’anticipation et nécessitant une expérimentation préliminaire. Les résultats expérimentaux conciliés à nos hypothèses de compréhension de l’anticipation achevèrent le cahier des charges du cœur fonctionnel de notre outil d’aide à l’anticipation. Un algorithme de planification dynamique exploitant notre modèle de l’activité fut conçu et implémenté au sein d’ASAP (Anticipation Support for Aeronautical Planning) le démonstrateur de concept industriel de Thales Avionics. 36 pilotes civils commerciaux participèrent enfin à son évaluation en simulateur. Mots-clés : Anticipation, Interfaces Homme-Système, Ingénierie Cognitique, Aéronautique civile, Gestion des connaissances, Algorithme de planification dynamique, Conception et évaluation centrée utilisateurs Sami LINI - 2013 2 The anticipation process and its representation in human- systems interfaces in the context of civil aviation: a cognitics engineering approach Abstract Civil aviation pursues the objective of moving people or goods through the air with an optimal level of safety. For more than thirty years, despite a stricter and stricter regulatory framework and highly reliable automation, the ratio between performance and acceptable risk is not improving anymore. Human factors are a major action lever to break this glass floor. In the constrained context of aviation, designing tools aiming at assisting pilots’ cognition is thus a promising direction. Anticipation has been identified central in the process of cognitive resources management. In a human factors engineering approach, we undertook the design of an anticipation support tool involving pilots at each step of the development. From an activity analysis performed on the basis of in-cockpit recordings and interviews we constructed a model of the actual pilots’ activity during the descent and approach phases on Rio de Janeiro airport. The state of the art highlighted the key elements related to anticipation which could take benefit of a preliminary experiment. Experimental results brought together with our hypotheses about how anticipation works completed the requirements of the functional core of our anticipation support tool. A dynamic planning algorithm was then designed and implemented within ASAP (Anticipation Support for Aeronautical Planning), Thales Avionics’ proof of concept. 36 commercial pilots took part to its evaluation in a simulated environment. Keywords: Anticipation, Human-System Interactions, Cognitics engineering, Civil aviation, Knowledge management, Dynamic planning algorithm, User-centered design and evaluation Sami LINI - 2013 3 Remerciements Je commencerai ces remerciements par un mot pour les membres du jury. Je suis fier et heureux qu’ils aient accepté de me consacrer ce temps et les en remercie très sincèrement. Un mot particulier pour mes rapporteurs, le Pr. Régis Mollard et le D. Julien Cegarra, pour leurs remarques à la fois impartiales et bienveillantes, cette étape en a été grandement allégée, je les en remercie chaleureusement. J’aimerais ensuite remercier mon directeur de thèse, le Pr. Bruno Vallespir, pour avoir encadré ce travail doctoral en me laissant une grande liberté, et pour avoir su tout rendre plus simple, le cadre ne s’y prêtait pas toujours. Je lui suis également reconnaissant pour ses conseils et remarques avisés que j’ai appris à apprécier et valoriser à mesure de l’avancement de ce travail. J’aimerais également remercier mon responsable industriel chez Thales Avionics, Sylvain Hourlier, pour ses conseils avisés, son exigence bienveillante et ses relectures ainsi que Denis Bonnet pour m’avoir accordé leur confiance. Un merci également à Xavier Servantie pour avoir été souvent présent lors d’une première année pas toujours aussi simple que je l’aurais voulu. Je souhaiterais ensuite exprimer mes chaleureux remerciements à Jean-Marc André, directeur de la recherche à l’Ecole Nationale de Cognitique et responsable du groupe Cognitique au Laboratoire de l’Intégration du Matériau au Système, pour m’avoir, dans l’ordre, orienté vers cette opportunité de thèse, accueilli dans son laboratoire, et enfin supporté avec mon mauvais caractère et mes « coups de gueule » plus ou moins opportuns. J’espère que dans la liste il n’en retiendra pas que les derniers éléments. Je souhaiterais également exprimer un mot de remerciement au Pr. Bernard Claverie pour m’avoir accueilli dans son école et ses locaux. Je crois Pierre-Alexandre Favier suffisamment pudique pour ne pas lui exprimer trop outrancièrement toute ma gratitude à son égard. A la place de mots qui ne voudraient pas dire grand-chose, je lui dirai qu’elle est exponentielle au nombre de cigarettes et de cafés partagés. Je ne pourrais cependant pas passer sous silence combien son encadrement a dépassé ses prérogatives, tant dans le périmètre des activités que dans les relations que nous avons tissées. Je lui en suis infiniment reconnaissant. Il est celui sans qui cette thèse n’aurait sans doute jamais existé. Je souhaiterais remercier Axel Johnston et Christophe Bey dans le même temps, tant leurs arrivées quasi-simultanées au laboratoire et nos interactions ensemble le rendent naturel. Le retour du premier à Bordeaux a été très agréablement inattendu. L’arrivée du second a commencé par des irruptions impromptues dans mon bureau, pour l’aider à compléter des dossiers, sur des détails qui méritaient 15 minutes, et finissaient par de grands schémas au tableau, retraçant l’histoire de l’aviation ou de l’Arizona et du Nouveau Mexique, 4 passionnantes heures plus tard. Ils ont tous deux tout autant intégralement transformé mon quotidien, un peu triste lors de cette première année. Je ne ferai pas le panégyrique de leurs qualités humaines, j’espère qu’ils savent tout le bien que je pense d’eux. Il serait cependant tout à fait injuste de ne leur rendre hommage que sur les plans humains et personnels, tant ce manuscrit leur doit. Leur implication et leur dévouement ont été là encore bien au-delà de ce que j’aurais été en droit d’espérer. Tout le mérite du travail mené en particulier lors de l’expérimentation finale revient à leur support et leur participation continus, du premier au dernier jour. Je les en remercie de tout cœur, j’espère qu’en retour j’ai été à la hauteur de ce qu’ils m’ont apporté. Je veux également adresser un mot de remerciement particulier à Franck Labat et Audrey Traineau pour leur support et leur participation majeure à la partie informatique de ce travail. La vie d’informaticien(ne) n’a pas dû être tous les jours facile dans notre bureau. Sami LINI - 2013 4 Un mot également pour Jean-Christophe Paris, avec qui, malgré la distance, j’aurai longuement échangé, tant scientifiquement qu’informellement, sur les hauts et les bas de nos travaux de thèse respectifs. Bordeaux et Lyon n’ont jamais paru aussi près, c’était précieux de pouvoir partager cela et je l’en remercie très chaleureusement. Je souhaiterais ensuite remercier tout particulièrement Pierre Gaud, pour sa disponibilité, uploads/Litterature/ thse-sami-lini.pdf