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La gestion de la charge mentale des contrˆ oleurs a´ eriens en-route : apports

La gestion de la charge mentale des contrˆ oleurs a´ eriens en-route : apports de l’eye-tracking dans le cadre du projet europ´ een SESAR Caroline Martin To cite this version: Caroline Martin. La gestion de la charge mentale des contrˆ oleurs a´ eriens en-route : apports de l’eye-tracking dans le cadre du projet europ´ een SESAR. Psychology. Universit´ e Toulouse le Mirail - Toulouse II, 2013. French. <NNT : 2013TOU20055>. <tel-00921212> HAL Id: tel-00921212 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00921212 Submitted on 20 Dec 2013 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. En vue de l’obtention du DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par : Cotutelle internationale avec : Présentée et soutenue par : Le Titre : Unité de recherche : Directeur(s) de hèse : Rapporteurs : Autre(s) membre(s) du jury : THÈSE Université Toulouse 2 Le Mirail (UT2 Le Mirail) ED CLESCO : Ergonomie Caroline Martin Vendredi 06 Septembre 2013 La gestion de la charge mentale des contrôleurs aériens En-Route : Apports de l’eye-tracking dans le cadre du projet européen SESAR CLLE-LTC Marie-Françoise Valax, Julien Cegarra Christine Chauvin, Sébastien Tremblay Philippe Averty, Eric Blond, Frédéric Dehais Martin, C. (2013). La gestion de la charge mentale des contrôleurs aériens En-Route : Apports de l’eye-tracking dans le cadre du projet Européen SESAR. Thèse de Doctorat en Ergonomie Cognitive, Université de Toulouse 2, le Mirail. Résumé Les contrôleurs du traic aérien ou « aiguilleurs du ciel », dont l’activité consiste à assurer la sécurité de l’écoulement du traic aérien, vont bientôt être confrontés à une évolution sans précédent de leur activité de travail. Pour pallier à une évolution de contexte, associée principalement à une augmentation signiicative du niveau de traic aérien, la construction d’un nouvel environnement de contrôle induisant l’introduction de nouvelles technologies et de l’automatisation partielle de la tâche de contrôle est visée. Ces perspectives, qui ont pour objectif de diminuer les sollicitations des contrôleurs aériens, ain d’augmenter le seuil capacitaire de gestion du traic aérien, suscitent l’interrogation. Notamment, comment assurer la validation de ces évolutions en vue des objectifs visés ? Ce doctorat porte sur l’étude de la charge mentale de contrôleurs aériens dans différents contextes, ain d’évaluer les effets engendrés par de telles modiications apportées à leur environnement de travail quotidien. L’évaluation proposée repose sur une approche multidimensionnelle centrée sur l’analyse de paramètres oculaires enregistrés grâce à une technique d’eye-tracking dans des situations de contrôle écologiquement valides, en référence à la tâche de contrôle du traic aérien. La première étude a tout d’abord permis de caractériser la gestion de la charge mentale effectuée par les contrôleurs aériens au cours de leur activité dans une situation nominale (relétant la situation de contrôle du traic aérien actuelle). La deuxième étude porte sur les effets générés par l’introduction de nouveaux systèmes informatisés d’aide à la décision induisant une automatisation partielle de la tâche de contrôle. Enin, la dernière étude souligne l’effet du niveau de formation sur les modes de gestion des ressources cognitives employés par les contrôleurs aériens. Mots-clés : Contrôle aérien En-Route, Charge mentale de travail, Eye-tracking, Pupillométrie, IHM, Apprentissage Abstract The air trafic controllers, whose job is to ensure the safety of air trafic low, will soon be faced to an unprecedented change in their work activity. To compensate a change of context, mainly associated with a signiicant increase of the air trafic density, the elaboration of a new air trafic control environment is considered. In particular, the introduction of new technologies (all electronic devices) causing the partial automation of the control task, has been deined as prospects for the En-Route air trafic control work position. These perspectives aim at reducing the air trafic controllers’ requirements in order to increase the capability threshold of air trafic management associated with air trafic control service rendered. Such a change may however query. Indeed, how to ensure the validation of these developments to the objectives? This research aims to study the air trafic controllers’ mental workload in different contexts. The objective of this approach is to assess the effects caused by such changes in the air trafic controllers’ daily work environment. The proposed assessment is based on a multidimensional approach mainly focused on the analysis of ocular parameters recorded through an eye-tracking technique in air trafic control situations ecologically valid with reference to the features of air trafic control task. The results deduced from the empirical work of this research were irst used to characterize the management of mental workload carried by air trafic controllers during their activity in the nominal situation (relecting the current air trafic control situation). The results obtained through this research also focused on the effects generated by the introduction of new computerized systems inducing a partial automation of the control task, and those induced by the level of training dedicated to the use of such systems on the management methods of cognitive resources employed by air trafic controllers. Keywords: En-Route Air Trafic Control, Mental Workload, Eye-Tracking, Pupil Dilation, HMI, Learning 5 Remerciements Remerciements A u terme de ces trois années de thèse, je crois pouvoir dire que j’ai été gâtée comme peu de doctorants le sont. Gâtée quant à la richesse du thème de recherche étudié, le domaine d’étude, mais aussi de par les rencontres et les collaborations que j’ai eu l’opportunité de faire. J’aimerais donc remercier toutes ces personnes qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce projet très riche, tant sur un plan professionnel que personnel. Ces remerciements sont notamment destinés à : ❖Philippe Averty, l’initiateur de ce projet. Sans toi rien n’aurait pu être entrepris… Merci pour la « mise en selle » à la DTI, avec toutes les connaissances et les contacts que tu as mis à ma portée. J’espère que tu ne seras pas trop déçu de ce qui en a été fait. ❖Julien Cegarra, co-encadrant de thèse, et collaborateur à part entière. Votre investissement dans ce travail, malgré votre agenda toujours rempli à 150%, est vraiment considérable et rare de la part d’un encadrant, merci ininiment. ❖Marie-Françoise Valax, directrice de thèse. Nos échanges ont été peu nombreux mais toujours plus stimulants les uns que les autres. J’en ai beaucoup appris et pour ça je voudrais vous exprimer toute ma reconnaissance. ❖La DGAC/DTI, Direction Générale de l’Aviation Civile/Direction de la Technique et de l’Innovation, pour avoir soutenu inancièrement ce travail de recherche et qui en plus de contribuer à mon confort personnel, a permis la réalisation d’expérimentations incluant des moyens techniques et humains de grande ampleur. ❖L’association Midival, mon employeur durant ces trois années, et plus particulièrement Christine Surly. Merci Christine pour avoir permis un traitement optimal des aspects d’intendance, de gestion de mission, mais aussi pour l’accueil si chaleureux réservé à chacune de mes visites. ❖François-Régis Colin, Jean-Paul Imbert, Philippe Ribet, Nicolas Courtel, Géraldine Beboux et Jean-Luc Vinot du pôle PII (Performance et Innovation des Interfaces). Grâce à vous on a pu intégrer un oculomètre dans un simulateur de contrôle, avoir une position de contrôle reliée à une position de pseudo-pilote qui « fonctionne », déplacer la position en salle de contrôle, réaliser des passations et ramener le tout en état de marche avec des données sauvegardées. Je crois que sans vous, je n’aurais pas beaucoup de résultats à discuter dans ce manuscrit, je vous exprime donc toute ma reconnaissance. ❖Pascal Lezaud pour sa précieuse contribution à l’analyse des données du diamètre pupillaire, mais aussi pour l’ensemble des échanges que nous avons pu avoir depuis le début du projet… 6 La gestion de la charge mentale des contrôleurs aériens En-Route ❖L’équipe du projet SESAR 4.7.2 qui m’a permis de participer à l’expérimentation réalisée dans le cadre du projet au printemps 2012. Merci notamment aux « FH », Mapie, Charlie, Roland et Robert pour ces réunions avec des calculs improbables quant au choix du protocole expérimental à suivre, ou le choix d’une question plutôt qu’une autre pour les questionnaires… Je vous remercie également pour vos retours sur les analyses effectuées à partir des données oculaires et inclues au rapport inal d’expérimentation. J’adresse mes plus sincères remerciements aux membres du jury qui ont accepté d’évaluer ce travail. À Mme Christine Chauvin et à M. Sébastien Tremblay pour l’honneur qu’ils me font d’être les rapporteurs de cette thèse. Je remercie vivement M. Frédéric Dehais pour avoir accepté de faire partie de ce jury. Enin, je remercie très chaleureusement les deux personnes qui complètent ce jury : Eric Blond et Philippe Averty. Ce projet a été réalisé en étroite collaboration avec son terrain d’étude, le domaine du contrôle aérien. Cette opportunité a notamment uploads/Management/ martin-caroline.pdf